专利名称：人造括约肌的制作方法
技术领域：
本发明涉及人造括约肌，如尿道、肛门和胃括约肌，及其使用方法。
背景技术：
据估计有超过1200万美国人患有尿失禁。失禁影响到所有年龄、所有性别和所有社会和经济水平的人。也估计60岁以上的人有15-30％患有失禁。女性患有这种疾病的可能性为男性的两倍。另外，住在养老院中的150万美国人中至少有一半患有失禁。失禁患者的准确数字还不知道，但是受到影响的总人数可能远远高于现在的估计。失禁是可以由多种病症引起的一种症状。其中一些原因，例如尿道或阴道感染、药物作用或便秘，可能是暂时的。除尿失禁外，大便失禁和反流性疾病是由括约肌功能障碍引起的常见病症。
现在市场上的人造括约肌具有几个部件，如泵、流体存储器、套囊(cuff)、单向阀和连接存储器、泵和套囊的管道。使用这些系统对患者来说不是非常舒适。腐蚀、流体损失、压力损失等随着时间削弱了人造括约肌的功效。因此，现在需要开发新型的括约肌以用于由体内原有的括约肌功能障碍引起的疾病。
发明概述本发明提供人造括约肌及其使用方法。该人造括约肌包括围绕体腔放置的支撑件和电活性聚合物元件。该人造括约肌可以围绕几种体腔使用，包括尿道和胃肠道的各个部分。该括约肌系统允许打开和/或关闭它所围绕的体腔，这种打开和关闭通过用电信号激活电活性聚合物元件来控制。该人造括约肌系统也可以包括传感器，用于感应它所围绕的体腔的状态，以提供激活或去激活电活性聚合物元件的信号。
本发明的第一个方案是一种包括电活性聚合物元件和支撑件的人造括约肌，所述电活性聚合物元件和支撑件构造为允许压缩位于电活性聚合物元件和支撑件之间的体腔。该人造括约肌可用于压缩各种体腔，包括，尿道，用于治疗尿失禁；食道，用于治疗反流性疾病；和直肠，用于治疗大便失禁。该括约肌进一步包括与电活性聚合物元件接触的电端子，用于调节电活性聚合物元件的形状。支撑件可以是刚性的或半刚性的，以提供一定量的刚度来压缩处在电活性聚合物元件和支撑件之间的体腔。
优选地，该人造括约肌包括用于围绕体腔放置的具有腔的外壳形式的支撑件，和电活性聚合物元件。该外壳也可以包括围绕腔的软弹性体层。
在一些实施方案中，该人造括约肌包括用于电控制电活性聚合物元件以打开或关闭体腔的控制单元。本发明的人造括约肌的动作可以使用多种控制单元来控制，例如，(a)电源和简单的开关，或(b)电源和逻辑/控制装置，例如计算机。本发明的人造括约肌也可以包括传感系统(例如包括变形测量器的系统)，用于感知电活性聚合物元件变形的程度。
在本发明的一个实施方案中，人造括约肌具有一个具有通腔的刚性外壳，其具有软弹性体层，电活性聚合物元件、电开关、引线和电源。任选地，在外壳内具有一个可变形的元件，例如压缩弹簧。这种可变形元件向外推动弹性体层，以使通腔保持关闭。电活性聚合物元件的一端位于可变形元件和弹性体层之间，另一端在外壳内连接到端线板(terminalblock)。端线板通过导线经开关与电源连接。括约肌围绕体腔如尿道放置，软弹性体层接触体腔壁，如尿道壁。静息时，聚合物元件不带电，体腔如尿道保持关闭。当通过压下开关送电时，聚合物元件向内偏斜，激活可变形元件，从而使体腔如尿道打开，从而使膀胱排空。当停止供电时，聚合物将失去其电荷，丧失了使可变形元件保持激活的力量。可变形元件恢复其正常状态，再次关闭体腔。
在本发明的一个实施方案中，将电源和开关植入患者体内恰好位于外层皮肤之下。该实施方案也可以包括一个植入患者体内的电池再充电机构。在本发明的另外一个实施方案中，电源位于患者体外，通过植入患者体内的感应线圈经皮肤传送电能。在本发明的另外一个实施方案中，使用的致动器是一种超弹性形状记忆合金，如镍钛金属互化物(Nitinol)。
在一个实施方案中，本发明包括一种可生物学植入的人造括约肌，包括电活性聚合物元件；支撑件；和具有第一侧和第二侧的导管；其中电活性聚合物元件位于该导管的第一侧上。优选地，支撑件位于该导管的第二侧上，导管的第一侧基本上与导管的第二侧相对。导管可以被弹性体鞘所围绕。
优选地，电活性聚合物元件包括离子交换聚合物金属复合材料。电活性聚合物元件可以是板的形状，基本上是平的或者是弹簧的形状。括约肌可以进一步包括一个与电活性聚合物元件机械连接的可变形元件，如压缩弹簧。优选地，括约肌也包括与电活性聚合物元件电连接的电源和开关。
本发明的第二个方案是一种使用这里所述的人造括约肌打开和/或关闭体腔的方法。例如，一个实施方案是一种使用人造括约肌治疗尿失禁的方法，包括将人造括约肌围绕尿道植入；用人造括约肌中的机械弹簧力关闭尿道；通过向人造括约肌传送电信号打开尿道；其中打开尿道包括致动人造括约肌中的电活性聚合物元件的电信号。优选地，尿道的关闭是通过压缩位于电活性聚合物元件和支撑件之间的尿道而实现的。尿道可以通过不向电活性聚合物元件送电而关闭，并且通过使用机械弹簧力拉动电活性聚合物元件远离尿道而打开。这里描述的人造括约肌也可以用于大便失禁和反流性疾病的治疗。
本发明的人造括约肌套囊可适合于围绕多种体腔放置，包括尿道、肛管和下食道。
本发明的一个实施方案是一种人造括约肌，包括电活性聚合物元件和支撑件，所述电活性聚合物元件和支撑件构造为压缩置于它们之间的体腔。括约肌的支撑件可以是具有一个用于身体器官的通道的包封装置。该通道可以基本上被鞘所围绕。电活性聚合物元件可以是基本上平的表面或弹簧。该实施方案还可以包括与电活性聚合物元件机械连接的弹簧。括约肌也包括与电活性聚合物元件电连接的电源。
本发明的另外一个实施方案是一种可植入的控制装置，包括电活性聚合物致动器、外壳和电源管理装置；其中所述外壳构造为环绕体腔，电活性聚合物致动器和外壳构造为压缩体腔，电源管理装置适合与电活性聚合物致动器连接。
这里公开的装置可以用阻止或促进组织生长的材料涂覆。另外，该装置也可以包括适合将电活性聚合物与电源连接的电感耦合机构。由这里公开的括约肌调节的体腔包括尿道、下食道、下胃肠道或直肠。
本发明的另外一个实施方案是一种控制内容物通过体腔的方法，包括植入围绕体腔的控制装置、包括电活性聚合物致动器的装置、外壳和电源管理装置；控制体腔中内容物的流动，这种控制通过将位于电活性聚合物致动器和外壳之间的体腔压缩和解除压缩来进行。在该方法中，体腔中内容物流动的控制可以响应于来自体腔的经皮反馈，所述反馈与体腔中的内容物相关。这里所述的控制装置可以用电感耦合机构来控制。该电感耦合机构可以是经皮肤的。
这里所述的装置适合于治疗几种疾病，例如尿道、下食道、下胃肠道或直肠的疾病。一个实施方案是一种使用人造括约肌治疗疾病的方法，包括围绕体腔植入人造括约肌，该人造括约肌包括电活性聚合物元件和支撑件；通过向位于支撑件和电活性聚合物元件之间的体腔施加机械力用人造括约肌关闭体腔；通过向电活性聚合物元件传送电信号打开体腔。该方法可以用于治疗尿失禁、大便失禁或反流性疾病。
引用参考本说明书中提到的所有出版物和专利申请都在此引入作为参考，如同每一单独的出版物或专利申请特别且单独地引入作为参考。
本发明的新特征在权利要求书中准确地描述。参考以下用来说明使用本发明原则的示例性实施方案的详述和附图将更好地理解本发明的特征和优点，其中附图为图1A和1B说明男性和女性的泌尿系统。
图2A和2B说明在女性和男性泌尿系统中使用的人造括约肌系统的一个实施方案。
图3A-3D说明人造括约肌系统的实施方案。
图4说明人造括约肌系统的一个实施方案。
图5显示上胃肠道的横断面视图。
图6说明在上胃肠道中使用的人造括约肌系统的一个实施方案。
图7显示下胃肠道的横断面视图。
图8显示在下胃肠道中使用的人造括约肌的一个实施方案的横断面视图。
图9说明与人造括约肌系统连接的电感耦合系统的一个实施方案。
图10说明与人造括约肌系统连接的电感耦合系统的一个实施方案。
发明详述尽管在这里显示和描述了本发明的优选实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的，这些实施方案只是作为举例提供的。本领域技术人员将会想到大量变化、改变和替换，而不背离本发明。应当理解，这里描述的本发明的实施方案的各种替代方案可以在实施本发明中使用。下面的权利要求书目的是限定本发明的范围，这些权利要求的范围内的方法和结构以及它们的等同方案均被覆盖。
人造括约肌系统图1A和1B显示了男性和女性的泌尿系统。如图1A所示，男性泌尿系统的一些部分有膀胱1、前列腺3、尿道括约肌2、尿道4和阴囊9。如图1B所示，女性泌尿系统的部分有膀胱1、子宫8、尿道括约肌2和尿道4。
图2A说明植入女性受试者中的人造括约肌系统300的一个实施方案。这里描述的人造括约肌系统300包括人造括约肌305或400和如图9和10所示的电感耦合系统900。女性受试者中的人造括约肌系统类似于图2B中所示的用于男性受试者的人造括约肌系统。在说明性的实施方案中，在图2A和2B中，人造括约肌305用开关320和电源322控制。开关和电源可以位于体内或体外。
图2B说明植入男性受试者中的人造括约肌系统300的一个实施方案。该受试者具有膀胱1、括约肌2、前列腺3和尿道4。如图所示，人造括约肌系统300具有人造括约肌305、开关320和电源322。开关320和/或电源322可以与人造括约肌305连接。
图3A-3D说明了人造括约肌系统的两个实施方案。图3A和3B说明了人造括约肌305的一个实施方案，它具有支撑件302和外壳302′，外壳302′中包括电活性聚合物元件308。电活性聚合物元件308具有电触点310。支撑件302、外壳302′和电活性聚合物元件308构造为适合于将体腔40压缩和解除压缩。在图3A所示的正常状态下，电活性聚合物元件308未被激活，使体腔40打开，即解除压缩。在图3B所示的致动状态下，电活性聚合物元件308通过电触点310被激活，而关闭体腔40′，即压缩。可以使用人造括约肌系统300围绕的体腔的例子包括尿道和胃肠道如食道、大肠和直肠。在另外一些实施方案中，当电活性聚合物元件308处于正常、非激活状态时，它可以压缩体腔40，而当通过电触点310激活而致动电活性聚合物元件308时，可以打开体腔。支撑件302和外壳302′可以构造为单件或多件。
图3C和3D显示人造括约肌305的横断面视图，其构造为在静息时关闭体腔40；图3D显示了静息的人造括约肌305。人造括约肌305具有支撑件302和电活性聚合物元件308。支撑件302是一个壳体，如具有腔的外壳或具有腔的蛤壳或者就是一个支架。支撑件是刚性或半刚性的，以提供一定量的刚度来压缩位于电活性聚合物和包封装置之间的体腔40。如图3C和3D所示，人造括约肌305包括软弹性体层304、可变形元件306如图3C和3D所示的压缩弹簧、致动器如电活性聚合物(EAP)元件308和电源端子310。图3C显示构造为当激活时打开体腔40的人造括约肌305的横断面视图。
在图3C和3D所示的实施方案中，当不对EAP元件308施加电流时体腔40关闭。在这种状态下，如图3D所示，可变形元件向EAP元件308施加机械力，体腔40′在EAP元件308和支撑件302之间被压缩关闭。当向EAP元件308施加电流时，如图3C所示，EAP元件308偏斜离开体腔40，体腔40打开。在人造括约肌系统305的一个替代实施方案中，当向EAP元件308施加电流时，体腔40′关闭，EAP元件308压缩处在它与支撑件302之间的体腔40，使之关闭。在该实施方案中，当不向EAP元件308施加电流时，体腔打开，EAP元件移动离开体腔40，使其解除压缩，从而将其打开。
电活性聚合物元件308具有两个电源端子310。电源端子310(例如正极和负极)连接到EAP元件308的表面。当EAP元件308被激活时，EAP元件308变形。在图3C和3D所示的实施方案中，EAP元件308的变形激活了可变形元件306。可变形元件306如压缩弹簧的激活从体腔40′上解除了压缩力，使体腔40打开。打开的体腔40使体腔的内容物，如尿或粪便，通过体腔40。当体腔40为空时，解除对EAP元件308供电使得可变形元件306松弛。松弛的可变形元件306关闭(例如压缩)体腔40，例如抵靠着支撑件，如支撑件302的内侧。支撑件302可以用弹性体或生物相容的和/或非腐蚀性的涂层覆盖。
在某些实施方案中，EAP元件308是一种离子交换聚合物金属复合材料(IPMC)。元件308被包裹在外壳302中。外壳302具有一个或多个开口。在开口之间限定了导管。体腔40穿过开口和导管和外壳302。人造括约肌305构造为使EAP元件308不直接接触体腔40′。弹性体层304将EAP元件308与体腔40分开。EAP元件308是单层或多层的。
弹性体层304可以由硅氧烷、乳胶、聚氯丁二烯(例如neoprene)、充分硫化的热塑性橡胶(TPR)如基于聚烯烃或基于苯乙烯的橡胶(例如来自Dupont的Alcryn、来自Shell的Kryton、来自Monsanto的Santoprene)、热塑性弹性体(TPE)如聚酯TPE或尼龙TPE(例如来自Dupont的Hytel、来自GE的Lomod、来自Elf AtoChem的Pebax)或任何其他热塑性或热固性塑料聚合物制成。
在某些实施方案中，人造括约肌用经皮能量传送系统(TETS)和/或处理器来控制。TETS发射线圈(未示出)优选地位于体外。处理器设置为控制人造括约肌，也感知和/或处理控制诸如尿道等体腔所必需的其他相关信息。
在某些实施方案中，电源322(例如电池)和ON/OFF开关320植入受试者体内。电源322和开关320可以置于受试者体内对于受试者来说方便的任何位置。导线连接电源322、开关320和人造括约肌305。在另外的实施方案中，电源322位于受试者体外。在这些实施方案中，可以使用经皮能量传送系统(TETS)，例如感应地传送能量的系统(即类似于向人造心脏传送电能的方法)，向人造括约肌305传送电能。
图9显示适合控制人造括约肌305的一种电感耦合系统，包括连接元件906(它连接电触点310和电系统的其余部分)、连接器901、能源322、传感器903、定时器904和控制器905。连接器901、能源322、传感器903、定时器904和控制器905位于一个外壳内，该外壳放置在体外或体内的区域中。
图10显示与EAP元件308连接的电系统900的一个实施方案。电感耦合系统900具有一个植入部分150和一个非植入部分160。植入部分150是一个闭合电路，它具有与第一电容器101串联的第一电感器102和EAP元件308。EAP元件308通过电触点310连接到植入部分150的闭合电路上。该植入部分是一个闭合电路，可以具有电阻器(未示出)。非植入部分160具有与电阻器107、电源322和第二电容器101′串联的第二电感器102′。电容器、电阻器和(部分地)电感器代表电路导线的电学特征，并不一定代表具体的元件。植入部分150位于组织内，在组织表面104附近。非植入部分在绝缘材料103中。空气界面105位于组织表面104和绝缘材料103之间。
电源322可以是蓄电池、电池、电容器、基本无限大容量母线(substantially infinite bus)、便携式发电机或它们的组合。电源典型地具有约1mA到约5A的功率输出。连接元件906是导线、感应能量传送系统、传导能量传送系统、化学传送系统、声音或其他的振动能量传送系统、神经或神经途径、其他生物组织、或它们的组合。连接元件由一种或多种导电材料如铜制成。连接元件完全或部分被诸如聚四氟乙烯(PTFE)的绝缘体绝缘化和/或保护。绝缘体典型的是生物相容的。电源322与EAP元件308通过连接元件电连接。连接元件连接到电触点310。
在另外的实施方案中，EAP元件308可以缠绕体腔40，并且串联使用可变形元件306，如压缩弹簧。使用与压缩弹簧306串联的EAP元件308可以实现与以上及图3A-3D中所示的构造相同的功能。
EAP元件308和这里所述的任何其他元件的表面可以用促进组织围绕涂覆表面生长的材料和/或试剂涂覆。EAP元件308和这里所述的任何其他元件的表面可以用消除和/或阻止组织围绕涂覆表面生长的材料和/或试剂涂覆。
致动器可以是超弹性镍钛金属互化物(Nitinol)材料，以代替IPMC。致动器可以是片弹簧。致动器可以位于人造括约肌内，而没有可变形元件306连接到致动器上。
人造括约肌可以用传感器和控制器来控制，以打开和关闭体腔，如尿道。控制器可以是通过人造括约肌的电活性元件打开和关闭体腔的可编程的装置。传感器可以是压力传感装置，能够感应诸如膀胱或胃肠道等体腔中的压力，并向控制器发送信号。
图4示出了人造括约肌400的另一个实施方案。该实施方案包括蛤壳形外壳401、支撑件402、用于体腔的腔403和电活性聚合物元件404。支撑件402可以是刚性或半刚性的，刚性水平为允许支撑件402和电活性聚合物元件404压缩体腔。图4显示为了看到该装置的内部而除去一个壁的人造括约肌400。优选地，该装置是连同顶部(未示出)一起的单件。人造括约肌400典型地包括一个铰接机构，使其可以围绕体腔放置。蛤壳形外壳401的两端可以绕回并相接，以提供围绕将存在于腔403内的体腔的滑动配合。蛤壳形外壳401和支撑件402可以由不同材料制成。此外，蛤壳形外壳401和支撑件402可以是一个连续件或者可以是不同的件。通过电活性聚合物元件404向支撑件402运动从而向存在于腔403中的体腔施加机械力，人造括约肌400控制存在于腔403中的体腔的压缩。
图5显示上胃肠道，包括食道10、下食道括约肌15、膈11、胃13、液体内容物12和幽门14。图6显示食道中的人造括约肌系统300或400使用人造括约肌305和开关320治疗反流性疾病的用途。
图7显示下胃肠道，包括直肠20、外括约肌21和内括约肌22。图8显示直肠中的人造括约肌系统300或400使用人造括约肌305和开关320治疗大便失禁的用途。
这里所述的装置的植入，可以使用或不使用缝合线或其他粘合材料，如外科胶。在某些实施方案中的装置具有外部纤维或表面孔或涂层，如基于蛋白质的涂层，如聚-L-赖氨酸和聚-D-赖氨酸，以促进组织向内生长，并帮助将装置固定到相邻的组织上。在另外一些实施方案中，该装置涂覆有阻止组织围绕该植入的装置生长的材料，如透明质酸。
授予Banik的美国专利6,749,556在此全部引入作为参考。
制造EAP元件的方法在某些实施方案中，EAP元件308是用离子交联聚合物片、薄膜或膜的基质材料制成的IPMC带。该离子交联聚合物片利用离子交联聚合物分散而形成。
IPMC例如由以下的基质离子交联聚合物制成聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)(例如KYNAR和KYNAR Flex，来自ATOFINA，Paris，France，和SOLEF，来自Solvay Solexis S.A.，Brussels，Belgium)、亲水性-PVDF(h-PVDF)、基于聚氟磺酸的膜如NAFION(来自E.I.Du Point de Nemours and Company，Wilmington，DE)、聚苯胺、聚丙烯腈、纤维素、乙酸纤维素、再生纤维素、聚砜、聚氨酯和它们的组合。沉积于离子交联聚合物上的导电材料可以是金、铂、银、钯、铜、石墨、导电碳或它们的组合。导电材料通过电解法、蒸汽沉积法、溅射法、电镀法或这些方法的组合沉积在离子交联聚合物上。
将IPMC切成用于EAP元件308所需的植入体形状。电触点310(例如用于EAP元件的正极和负极导线)通过例如软焊、焊接、钎焊、使用导电粘合剂的灌封或这些方法的组合连接到IPMC表面上。EAP元件308必要时使用模具和热定形法构造为特定的弯曲形状。
在某些实施方案中，EAP元件308用电绝缘涂层绝缘化。另外，EAP元件308也可以用促进细胞生长和使纤维化减至最小、终止细胞生长或杀死附近细胞的涂层绝缘。绝缘可以用生物相容的材料。EAP元件308用诸如聚丙烯、聚-L-赖氨酸、聚-D-赖氨酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物或它们的组合涂覆。EAP元件308上也可以涂覆透明质酸。通过诸如喷涂、静电喷涂、刷涂、蒸汽沉积、浸渍等标准涂覆技术将涂层涂覆到装置上。
在一个实施例中，制备全氟磺酸离子交联聚合物、PVDF或h-PVDF片用于制造EAP元件308。例如，使用约320粒度的砂纸然后使用约600粒度的砂纸使薄片的两面变粗糙。然后用去离子水冲洗该薄片。然后将薄片浸没在异丙醇(IPA)中，进行超声浴约10分钟。用去离子水冲洗薄片。然后将薄片在盐酸(HCL)中煮沸约30分钟。在去离子水中冲洗该薄片，然后煮沸约30分钟。然后对薄片进行离子交换(即吸附)。在室温下将薄片浸没在或暴露于金属盐溶液中约3小时以上。金属盐溶液的例子有二氯四氨合铂溶液、氯化银溶液、氢四氯金酸、一水合二氯四氨合钯或溶液中的其它铂、金、银、碳、铜或钯盐。金属盐溶液典型地具有大于或等于约200mg/100ml水的浓度。以2.5ml/100ml的比例向二氯四氨合铂中加入5％氢氧化铵溶液，以中和该溶液。然后用去离子水冲洗薄片。然后对该薄片进行第一次电镀。将薄片浸没在约40℃的水中。以2ml/180ml水的比例向浸没薄片的水中加入重量百分比为5％的硼氢化钠溶液和去离子水。将溶液在40℃搅拌30分钟。然后以2ml/180ml水的比例向水中加入硼氢化钠溶液，将溶液在40℃搅拌30分钟。硼氢化钠的加入和溶液的搅拌共进行6次。然后逐渐升高水温到60℃。然后向水中加入20ml硼氢化钠溶液。搅拌该溶液约90分钟。然后用去离子水冲洗薄片，浸没在0.1N HCl中1小时，然后用去离子水冲洗。
在某些实施方案中，薄片接受第二次电镀。薄片浸没在或暴露于浓度为大约50mg/100ml去离子水的二氯四氨合铂溶液。以2ml/100ml二氯四氨合铂溶液的比例加入5％氢氧化铵溶液。以0.1倍二氯四氨合铂溶液体积的比例向二氯四氨合铂溶液中加入在去离子水中体积百分比为5％的盐酸羟胺溶液。以0.05倍二氯四氨合铂溶液体积的比例向二氯四氨合铂溶液中加入在去离子水中体积百分比为20％的一水合肼溶液。然后将温度设置为约40℃，并搅拌溶液。
然后以2.5mg/100ml二氯四氨合铂溶液的比例加入5％的盐酸羟胺溶液。然后以1.25ml/100ml二氯四氨合铂溶液的比例加入20％的一水合肼溶液。搅拌溶液30分钟，将温度设定为60℃。该段落中的以上步骤可以再重复3次。然后用去离子水冲洗薄片，在HCl中煮沸10分钟，用去离子水冲洗，并干燥。
在某些实施方案中，聚合物基质溶解于溶剂中，例如二甲基乙酰胺、丙酮、甲基乙基酮、甲苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和它们的组合。然后使溶剂干燥，产生薄膜。当溶液湿润时，将低摩擦(例如玻璃、Teflon)板浸泡在溶液中，并取出。干燥板上的涂层，生成厚膜。将板重复浸泡到溶液中，以增加膜的厚度。
在干燥之前可以向PVDF溶液中加入聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯或它们的组合，从而使PVDF具有亲水性，并且可以改善在制造过程中通过聚合物膜的离子迁移。可以向聚合物溶液中加入染料或其它色素。
疾病的治疗这里公开的人造括约肌系统适合治疗几种疾病。这些疾病包括由体腔功能障碍和对体腔内容物的最终作用所引起的疾病。这些疾病一般是由于控制这些体腔的括约肌和瓣膜的功能障碍，和/或由于体腔蠕动活动的障碍而引起的。典型地，这些体腔是管状器官，如尿道、胃肠道和血管。这里描述的人造括约肌围绕诸如尿道、胃肠道和血管的体腔放置。可以治疗的疾病包括尿失禁、大便失禁和反流性疾病。这些括约肌单独使用或者与包括药物、饮食调节和/或手术在内的常规治疗联合使用。该括约肌也适合预防应用。
尿失禁尿是通过肾脏从血液中排出的废物和水。尿从肾脏向下通过一对管(输尿管)流向膀胱。膀胱是贮存尿的囊样的容器。尿通过膀胱底部的另一个管(尿道)排出体外。
排尿是由被称为括约肌的肌肉控制的，该括约肌位于膀胱底部和尿道壁中。正常情况下它们阻止尿流。通常，括约肌封闭膀胱颈部和尿道—象领结一样围绕囊的底部—因此尿不会漏出。当括约肌松弛时，打开尿的通道。同时，膀胱壁的肌肉收缩(挤压)，将尿排出膀胱。当排尿结束时，括约肌收缩，膀胱本身停止挤压并松弛。
尿失禁是用来描述患者不能控制尿从体内流出的状态的医学术语。这通常是由于括约肌受到损伤而发生。损伤的括约肌不能挤压和关闭尿道。这意味着尿可以自由漏出或流出膀胱。许多情况可以阻止括约肌和膀胱发挥其功能。最常见的是，在男性中当为了治疗前列腺癌或其他疾病而全部或部分切除前列腺从而影响到括约肌和它的神经时发生失禁。有时过度敏感或小膀胱可能对健康的括约肌施加太大的压力。一些其他的疾病包括尿道或阴道感染、药物的作用、便秘、某些肌肉的无力、由于前列腺增大引起的尿道阻塞、涉及神经和/或肌肉的疾病和紊乱、和一些类型的手术。其它一些原因可能是长期的，甚至永久的。包括如膀胱肌活动过度、保持膀胱位置的肌肉的无力、围绕尿道的括约肌的无力、出生缺陷、脊髓损伤、外科手术或涉及神经和/或肌肉的疾病(多发性硬化、肌营养不良、脊髓灰质炎和中风)等病症。在某些情况下，在一个个体中有一种以上的因素引起失禁。
对于失禁可以采用多种类型的治疗方法，这取决于失禁的类型。如果失禁是由于括约肌的无力引起的，则可以植入人造括约肌来帮助或代替括约肌。
这里公开的人造括约肌可以用来代替患者原有的括约肌，当患者感到需要排尿时，患者通过简单地向括约肌致动器透皮施加电能来激活该括约肌。括约肌可以单独使用或者与尿失禁的其他常规治疗方法联合使用。
大便失禁大便失禁是不能控制排便。当一个人感到急需排便时，他可能在到达卫生间之前便不能控制，或者粪便可能意外地从直肠漏出。
大便失禁可能有几个原因，包括但不限于便秘、肛门括约肌的损伤、肛门括约肌或直肠的神经的损伤、直肠存储量的损失、腹泻和骨盆底功能障碍。大便失禁可能由直肠末端的一个或两个被称为肛门内和/或外括约肌的环状肌肉的损伤引起。括约肌将粪便保存在内部。当损伤时，肌肉的力量不足以行使其功能，因而粪便可能漏出。对于女性来说，损伤通常发生在分娩时。如果医生使用产钳来帮助分娩婴儿或者行会阴切开术，损伤的危险最大，会阴切开术是在阴道区切开以防止其在分娩过程中撕裂。痔栓手术也可能损伤括约肌。
治疗取决于大便失禁的原因和严重程度；它可包括饮食改变、药物治疗、排便训练或外科手术。成功的控制可能需要一种以上的治疗，因为控制是复杂的一系列事件。食物影响粪便的稠度，以及通过消化系统的速度。如果患者的粪便因为是水样的而难以控制，则可以食用高纤维食物来增加体积，并使粪便更容易控制。但是对于粪便成形良好的人，可能会发现高纤维食物起轻泻药的作用，并且引起问题。可能使这个问题更糟的其他食物是含有咖啡因的饮料，如咖啡、茶和巧克力，它们松弛内肛门括约肌。如果腹泻引起失禁，则药物可能有帮助。有时医生建议使用体积性轻泻剂来帮助人们建立更规律的排便模式(bowel pattern)。或者医生可能开出止泻药，如洛哌丁胺或地芬诺酯，来减缓肠运动，并帮助控制该问题。排便训练帮助一些人重新学会如何控制排便。在某些情况下，涉及强健肌肉；在另外一些情况下，其含意是训练肠以在每天特定的时间排空。对于骨盆底、肛管或肛门括约肌损伤引起大便失禁的人来说，手术可能是一个选择。可以进行各种手术，从简单的，如修复损伤的区域，到复杂的，例如连接人造肛门括约肌或用腿或前臂的肌肉代替肛门肌肉。患有严重的大便失禁而对其他治疗没有反应的患者可以决定进行结肠造口术，包括切除肠的一部分。然后，剩余的部分如果能正常工作则连接到肛门，或者连接到腹部上被称为人造口(stoma)的孔，粪便通过该孔排出体外，并且收集在袋中。
这里公开的人造括约肌可以用来代替患者原有的括约肌，并且当患者感到需要排便时，患者通过简单地向括约肌致动器透皮施加电能来激活括约肌。该括约肌可以单独使用，或者与用于大便失禁的其他常规治疗方法联合使用。
反流性疾病胃食道反流性疾病，通常称为GERD或酸反流。它是胃的液体内容物向食道内回流(返回或反流)的一种病症。该液体可刺激和损伤食道的内层，并引起食道炎症和损伤(食道炎)。
身体具有保护其本身避免反流和酸的有害作用的方式(机制)。例如，大多数反流发生在一天中个体直立时。在直立位时，由于重力的作用反流的液体更可能向下流回到胃里。另外，在个体醒着时，他们反复吞咽，无论是否有反流。每次吞咽都将任何反流的液体带回到胃里。口中的唾液腺产生唾液，唾液含有碳酸氢盐。碳酸氢盐中和食道中存留的酸。但是，在入睡的夜间，重力不起作用，吞咽停止，唾液分泌减少。因此，在夜间发生的反流更可能导致酸较长时间地存留在食道中，导致对食道更大的损伤。
主要的因素是下食道括约肌(LES)、食道裂孔疝(膈与LES之间食道的膨出)、食道收缩和胃排空。下食道括约肌(LES)的动作也许是阻止反流的最重要的因素(机制)。在GERD患者中已经发现了几种不同的LES异常。其中的两个涉及LES的功能。第一个是异常弱的LES收缩，它降低了阻止反流的能力。第二个是异常的LES松弛，称为一过性LES松弛。它们是异常的，因为不能同时进行吞咽，而且它们持续很长时间，可达几分钟。这些延长的松弛使得反流更容易发生。在GERD患者中最常见的是在饭后当胃被食物撑大时发生一过性LES松弛。一过性LES松弛也发生在没有GERD的个体中，但是较少见。无并发症的GERD的症状主要是胃灼热、反胃和恶心。一些并发症是溃疡、喉管和喉的炎症、以及食道癌。
GERD的治疗包括生活方式的改变，例如在每天的特定时间食用食物，不在临睡前进食，食用低油含量的食物，避免食用油炸食物，少食辛辣食物，等等。使用的药物包括抗酸药，如碳酸钙片剂；组胺拮抗剂，如西眯替丁(泰胃美)、雷尼替丁(善胃得)、尼扎替丁(爱希)和法莫替丁(Pepcid)；质子泵抑制剂(PPI)，如奥美拉唑(Prilosec)、兰索拉唑(Prevacid)、雷贝拉唑(Aciphex)、泮托拉唑(Protonix)、和艾美拉唑(Nexium)；促动力药，如甲氧氯普胺(Reglan)；和泡沫屏障，如氢氧化铝凝胶、三硅酸镁和藻酸盐的组合(Gaviscon)。
治疗选择包括手术。一种为防止反流而进行的手术在技术上被称为胃底折叠术，并且被称为反流手术或抗反流手术。在胃底折叠术中，将任何食道裂孔疝囊拉到膈以下，并缝合在那里。另外，食道所通过的膈上的开口紧紧围绕着食道。最后，紧靠食道进入胃的开口处的胃上部围绕下食道缠绕，形成人造下食道括约肌。
这里所述的人造括约肌可以与例如这里所列出的GERD的常规治疗方法联合使用。在优选实施方案中，将人造括约肌植入到LES之上围绕着食道，并将感应线圈置于腹壁中用于为植入体供电。患者配备电源和与植入到腹壁中的线圈类似的发送线圈。嵌入线圈中的微处理器感应吞咽、咳嗽等活动，并按照需要控制括约肌打开和关闭事件。
对于本领域技术人员显而易见的是，可以对本公开内容进行各种变化和改变，并使用等同方案，而不背离本发明的精神和范围。任何实施方案所示的元件是对特定实施方案的举例说明，可以在本公开内容中的其他实施方案上使用。
权利要求
1.一种人造括约肌，包括电活性聚合物元件和支撑件，所述电活性聚合物元件和支撑件构造为压缩放置在它们之间的体腔。
2.权利要求1的括约肌，其中所述支撑件包括一个包封装置，该包封装置包括至少一个用于身体器官的通道。
2.权利要求2的括约肌，其中所述通道基本被鞘所围绕。
3.权利要求1的括约肌，其中所述电活性聚合物元件包括离子交换聚合物金属复合材料。
4.权利要求1的括约肌，其中所述电活性聚合物元件包括一个基本平的表面。
5.权利要求1的括约肌，其中所述电活性聚合物元件包括弹簧。
6.权利要求1的括约肌，进一步包括与所述电活性聚合物元件机械连接的弹簧。
7.权利要求1的括约肌，进一步包括与所述电活性聚合物元件电连接的电源。
8.权利要求1的括约肌，其中向所述电活性聚合物元件施加电流使所述体腔解除压缩，而消除所述电流则压缩所述体腔。
9.权利要求1的括约肌，进一步包括阻止组织生长的涂层。
10.权利要求1的括约肌，进一步包括促进组织生长的涂层。
11.权利要求1的括约肌，进一步包括适合将电活性聚合物元件连接到电源的电感耦合机构。
12.一种可植入的控制装置，包括电活性聚合物致动器、外壳和电源管理装置；其中所述外壳构造为围绕一个体腔，所述电活性聚合物致动器和所述外壳构造为压缩所述体腔，所述电源管理装置适合连接到所述电活性聚合物致动器。
13.权利要求12的装置，其中所述电活性聚合物致动器是一种离子交换聚合物金属复合材料。
14.权利要求12的装置，其中所述体腔是尿道、下食道、下胃肠道或直肠。
15.权利要求12的可植入控制装置，进一步包括用于阻止组织生长的涂层。
16.权利要求12的括约肌，进一步包括用于促进组织生长的涂层。
17.权利要求12的可植入控制装置，进一步包括适合连接电活性聚合物致动器和电源管理装置的电感耦合机构。
18.一种控制内容物通过体腔的方法，包括将一个控制装置围绕体腔植入，所述装置包括电活性聚合物致动器、外壳和电源管理装置；控制所述体腔中内容物的流动，所述控制通过将置于所述电活性聚合物致动器与所述外壳之间的所述体腔压缩和解除压缩来实现。
19.权利要求18的方法，其中所述体腔中内容物流动的控制响应于来自所述体腔的经皮反馈，所述反馈与所述体腔的内容物相关。
20.权利要求18的方法，其中所述体腔是尿道、下食道、下胃肠道或直肠。
21.权利要求18的方法，其中所述控制装置用阻止组织生长的试剂围绕所述控制装置涂覆。
22.权利要求18的括约肌，进一步包括促进组织生长的涂层。
23.权利要求18的方法，其中所述控制装置由电感耦合机构控制。
24.一种使用人造括约肌治疗疾病的方法，包括将人造括约肌围绕体腔植入，所述人造括约肌包括电活性聚合物元件和支撑件；通过在处于所述支撑件和所述电活性聚合物元件之间的所述体腔上施加机械力，用人造括约肌关闭所述体腔；和通过向电活性聚合物元件传送电信号打开所述体腔。
25.权利要求24的方法，其中所述疾病是尿失禁、大便失禁或反流性疾病。
26.权利要求24的方法，其中所述人造括约肌用阻止组织生长的试剂围绕所述人造括约肌涂覆。
27.权利要求24的括约肌，进一步包括促进组织生长的涂层。
28.权利要求24的方法，其中所述人造括约肌由电感耦合机构来控制。
全文摘要
公开了一种可生物学植入的人造括约肌系统及其使用方法。这里公开的人造括约肌系统包括一个支撑件和一个电活性聚合物元件，它们都适合并且构造为能够打开和/或关闭体腔。该人造括约肌系统可用于治疗尿失禁、大便失禁和反流性疾病。植入的人造括约肌也可以向受者提供信号来排尿或排便。
文档编号A61F2/02GK101035487SQ200580033896
公开日2007年9月12日 申请日期2005年8月25日 优先权日2004年8月25日
发明者A·V·赫格德, G·Y·乔伊, W·S·布克 申请人:帕瓦德医学公司