具有高频操作的心脏辅助装置的制作方法

发明领域本发明总体上涉及循环支持装置和系统，并且更具体地，涉及心脏辅助装置，其可以经皮递送到心血管腔中，并且能够以足够高的流量泵送血液，以在心源性休克、急性心肌梗死、急性心力衰竭中或者在高风险经皮冠状动脉介入或者溶血水平降低的需要血液动力学支持的其它情况期间支持患者。

背景技术：

0、发明背景

1、对于患有心源性休克的患者或者经历高风险经皮冠状动脉介入(pci)的那些患者，可能会损害患者的心脏功能，从而可能需要使用循环辅助装置来保持通过循环系统的足够血流。尽管根据患者的个头和病况存在一些变化，但用于经历高风险pci的患者的循环辅助装置通常必须产生至少3l/min的血流，以保持足够的循环，而对于心源性休克的患者，通常认为最少5l/min是必需的。

2、最常见类型的循环辅助装置是主动脉内球囊泵(iabp)、体外膜氧合(ecmo)系统和基于叶轮的血液泵。iabp是具有可充气球囊的导管，该球囊可以放置在降主动脉中并循环地充气以移位血液。ecmo系统包括用于从静脉系统中去除脱氧血液的静脉导管、体外氧合器和泵以及用于将血液返回到动脉系统从而绕过心脏的动脉导管。叶轮泵系统具有旋转叶轮，其可以放置在心脏的腔室中或放置在主血管中，并以相对高的速度旋转，以推动血液通过循环系统。

3、虽然在增加血流和减少心脏负荷方面提供了一些益处，但是当前可用的循环辅助装置具有某些缺点。当心脏显著受损时，如在心源性休克期间，iabp可能不能充分提高流量以支持患者。ecmo系统可具有与多种导管插入术相关的较高发病率，包括出血、血栓和感染，以及与膜氧合相关的问题，包括认知缺陷和中风。另外，它们增加了通常被认为是产生相反效果的后负荷。叶轮泵系统如果以较高的速度运行以便产生较高的流量则可导致过度溶血；此外，如果叶轮泵被制作得较大以产生较高的流量，则这种装置的外形可能不合需要地大，抑制经皮递送，并增加损伤心血管结构和/或引起肢体缺血的风险。因此，当前的能够提供心源性休克患者所必需的高流量的叶轮型泵对于血管内递送来说通常太大，因此需要手术放置，并进一步产生不合需要的溶血水平。

4、因此，需要的是循环支持装置，其能够产生用于高风险pci手术的至少3l/min和至少5l/min的血流以支持心源性休克患者，其还具有紧凑的递送外形以允许经皮引入和血管内放置，在操作时具有小的尺寸以减少对心血管结构的空间需求和创伤，并最小化溶血和其它并发症。

5、背景技术

6、美国专利公开us-b-5,169,378描述了一种心室内辅助泵，其具有可膨胀的外部腔室和内部球囊，所述内部球囊可以顺序地充气和放气以产生泵送作用。

7、国际专利公开wo2008/113785公开了包括导管装置的用于循环体液的装置，所述导管装置具有用于在第一位置处接收体液的至少一个入口部分、设置在距入口部分一定距离处的用于在设置于距第一位置一定距离处的第二位置处排出体液的出口部分，以及用于在导管装置的入口部分和出口部分之间引导体液运输的泵装置。

8、国际专利公开wo2015/131879公开了用于以定向方式引导体液的导管装置。导管装置包括具有内部空间的套筒、框架和至少三个开口，其中所述套筒被配置为第一和第二开口之间的流体的导管。球囊导管的球囊可以通过套筒中的第三开口放置，并且被充气和放气以通过套筒运输体液。

技术实现思路

0、发明概述

1、本发明寻求提供心脏辅助装置，其能够容易地插入操作位置中，并且能够以有效且可靠的方式提供心脏辅助功能。

2、根据本发明，提供了心脏辅助装置、系统和方法，其产生高血液流量，同时具有低装置外形，以用于改善血管内递送能力，较少溶血并减少对心血管结构的创伤。心脏辅助装置可以包括泵送装置，所述泵送装置可定位在心血管腔中，并且包括泵送机构、入口和出口。泵送装置可以具有递送外形适合于通过外周血管插入的运输状态，并且可以在心血管腔中膨胀到在递送和操作期间使与心血管组织的接合最小化的操作状态。在操作状态下，泵送装置被配置为产生至少3l/min，并且优选至少5l/min的血流。同时，泵送装置可折叠成不超过18fr，并且在一些实施方案中，不超过14fr的递送外形。此外，在一些实施方案中，泵送装置能够在一个或多个短脉冲中或在持续时间段内产生6-10l/min或更多的血流，其可能对器官严重窘迫的心源性休克患者非常有益。

3、在优选实施方案中，泵送装置包括具有泵送腔室的可膨胀杯，并且泵送机构包括在泵送腔室内的容积移位构件。容积移位构件被配置为以显著高于患者的自然心跳的频率，优选地比自然心跳高2-10倍，并且在一些实施方案中，高达100倍的频率，在低容积状态和高容积状态之间循环移动。

4、本文所用的术语“心脏辅助装置”或“泵送装置”旨在包括用于各种心血管腔的各种类型的体内泵，包括但不限于经皮心室辅助装置(pvad’s)、经瓣膜pvad’s以及血管内和心室内球囊泵，除非如关于任何特定实施方案可能以其它方式陈述的。考虑了在心脏和动脉系统的左侧内以及在心脏和静脉系统的右侧中的用途。

5、根据本发明的容积移位构件可以包括能够以循环、重复的方式移位一定容积的流体的各种类型的机构中的任一种。在优选实施方案中，容积移位构件包括可充气球囊，其可以用流体充气到高容积状态和部分地或完全地放气到低容积状态。在其他实施方案中，可以使用活塞、波纹管、手风琴式可膨胀主体或其他类型的容积移位构件。容积移位构件将能够以本文公开的频率在低容积状态至高容积状态之间循环地移动，在所述低容积状态下，所述容积移位构件占据泵送腔室的下部，在所述高容积状态下，所述容积移位构件占据泵送腔室的基本上更大的部分，从而从泵送腔室移位血液。

6、在一些实施方案中，泵送装置包括限定泵送腔室的可膨胀杯，以及设置在泵送腔室内的泵送机构。可膨胀杯可在其壁中具有至少一个，并且优选多个流入孔，所述流入孔允许血液流入泵送腔室中。另外，与泵送腔室连通的流出喷嘴可以联结到可膨胀杯。在某些实施方案中，流入孔和流出喷嘴中的一种或两种可以包括单向阀。

7、在优选实施方案中，泵送机构包括容积移位构件，该容积移位构件可以是可充气构件，如球囊。球囊优选被配置为以基本上高于患者的自然心跳的频率循环地充气和放气。在一些实施方案中，球囊从收缩配置可充气到充气配置，并且在充气配置之外基本上是不可扩张的。可膨胀杯被配置为从运输状态下的低外形递送配置可膨胀到操作状态下的展开配置，并且优选在展开配置之外基本上是不可扩张的。

8、在优选实施方案中，可膨胀杯在操作状态下将具有小于25mm，更优选地小于18mm，并且在一些情况下3至12mm的最大直径。在一些实施方案中，在操作状态下可膨胀杯的内部容积(即泵送腔室容积)为0.3至20ml，并且容积移位构件可以以100至10,000次/分钟的频率在低容积和高容积状态之间循环地交替。在其他实施方案中，可膨胀杯在操作状态下的内部容积为1至20ml，并且容积移位构件可以以100至5000次/分钟的频率在低容积和高容积状态之间交替。在其他实施方案中，可膨胀杯在操作状态下的内部容积为5至10ml，并且容积移位构件可以以200至2000次/分钟的频率在低容积和高容积状态之间交替。

9、应当理解，本文使用的术语“次(beat)”是指容积移位构件从低容积状态移动到高容积状态并再次返回的循环，例如，球囊充气和放气的循环。因此，以例如1000次/分钟的频率操作心脏辅助装置意味着容积移位构件以1000次/分钟在低容积和高容积状态之间循环移动。这些“次”或“循环”可以与或可以不与患者心脏的自然搏动同步地定时。

10、在优选实施方案中，管状流出喷嘴联结到与泵送腔室连通的可膨胀杯，其中血液通过泵送腔室中的流出开口流入流出喷嘴中。流出喷嘴可以是细长的，以便将远离泵送腔室的血液引导到其下游的心血管位置。流出喷嘴还可以包括或构成允许血液流出泵送腔室和喷嘴的单向阀，并防止血液通过喷嘴回流到泵送腔室中。本文所用的术语“喷嘴”可以包括相对于可膨胀杯的泵送腔室具有减小的直径或收缩的管状结构，或者在一些情况下，可以指直径基本上不小于泵送腔室的导管。

11、在某些实施方案中，可膨胀杯、流出喷嘴、容积移位构件或其组合被配置为在操作期间在血液中产生文丘里效应。在一些情况下，这是由于流出喷嘴相对于泵送腔室的直径减小。在泵送腔室和流出喷嘴之间产生压力梯度，这使得血液以较高的速度流出泵送腔室，其进而通过流入孔将更多的血液引入泵送腔室中。这补充了由容积移位构件产生的流动，使得离开装置的实际流量超过仅由通过容积移位构件移位血液所实现的流量。因此，如果容积移位构件在每个循环(例如，球囊的每次充气)中以频率f操作并移位一定容积的血液vd，则血液以离开流速r流出所述流出喷嘴，其中r>f·vd。

12、在一些实施方案中，杯元件被配置用于放置在左心室(lv)中，并且流出喷嘴被配置为通过主动脉瓣延伸到主动脉中，使得血液流出杯进入主动脉腔中。流出喷嘴可以具有选择的长度，使得其近(下游)端的出口端口设置在升主动脉、主动脉弓或降主动脉中。为了避免由主动脉弓相对于左心室的角度引起的任何流量限制，流出喷嘴可以相对于可膨胀杯的纵轴以非零角度或曲线定位或预成型，以便将流出喷嘴与主动脉腔对准。优选地，流出喷嘴的配置经选择以使离开泵送腔室的血液流的扰动最小化，使湍流最小化并保持层流。流出喷嘴可以是柔性的，以便通过主动脉瓣并符合主动脉的形状，对组织的创伤最小，并将血流直接引导到下游，与主动脉的纵轴对齐。流出喷嘴的外部可以被配置为提供无创伤表面，针对所述无创伤表面，主动脉瓣小叶可至少在心脏舒张期间以及在一些情况下，也在心脏收缩期间关闭并密封。除了流出喷嘴通过主动脉瓣的通道之外，杯元件优选被配置为在操作状态下使心脏的主动脉瓣和二尖瓣不受阻碍。

13、在优选实施方案中，杯元件可包括自膨胀的弹性支撑构件。支撑构件优选包括经选择以在泵送腔室充满血液并且球囊被充气以在泵送腔室中产生增加的压力时，抵抗超过展开配置的直径膨胀的材料、几何形状和其他结构特性。这种不可扩张性允许在杯元件和心室壁之间保持间距，以使对心脏组织的创伤最小化并且还增加泵效率。另外，支撑构件可被配置为在球囊放气期间，当泵送腔室处于负压下时抵抗塌缩。同时，支撑构件应被配置为在受到足够的外力以允许血管内递送和收回时，可折叠或可卷曲成较低外形的运输状态。在优选实施方案中，支撑构件可包括弹性金属如镍-钛合金的骨架，其可以是允许在至少一个维度上从运输状态膨胀到递送状态的可膨胀的编织线、网、篮或具有开口、狭缝或单元布置的整体管的形式。

14、在被配置用于放置在左心室中的实施方案中，支撑构件优选被配置为从心室内延伸到升主动脉中的位置，以便支撑流出喷嘴。可选地，可以将与杯的支撑构件分开的喷嘴支撑构件联结到流出喷嘴以向其提供支撑。喷嘴支撑构件可以直接或间接地联结到杯支撑构件，或者其可以不附接到杯支撑构件。喷嘴支撑构件可以是管状的，以便完全围绕流出喷嘴，或者它可以是部分圆柱形的或整体扁平的，以便在主动脉腔的一侧上沿着流出喷嘴的横向侧延伸，并且可以沿着其纵轴从一个形状转变成其他形状——从整体圆周转变成部分圆柱形到整体扁平。支撑构件的近(下游)端可以被成形和配置为便于收回装置，例如具有锥形或圆形端部。喷嘴支撑构件和/或杯支撑构件可包括诸如环、旋钮或钩的收回联结件，其可联结到诸如线、圈套器、护套或导管的收回装置或者可由其捕获。可选地，一根或多根收回线可以联结到支撑构件的端部并且被配置为在整个手术中保持与其联结，使得在该手术之后，可以拉动线以将支撑构件与杯和球囊一起收起到护套或其他捕获装置中，以将其折叠成运输状态，并将其从患者取出。

15、血液不可渗透膜优选地在支撑构件的内表面和/或外表面的至少一部分上延伸。在一些实施方案中，支撑构件包埋在膜内，或者夹在内膜和外膜之间。优选地，在泵送腔室内，在高达400mmhg，更优选高达800mmhg或更高的压力下，支撑构件/膜组合在操作状态下基本上是不可扩张的。支撑构件和/或膜可包括与泵送腔室连通的至少一个流入孔以及流出喷嘴，通过所述流入孔，血液在球囊放气期间从心室流入腔室中，在球囊充气期间，通过所述流出喷嘴从腔室引导血液。流入孔可各自包括单向阀，以允许血液流入泵送腔室中并防止血液通过流入孔流出腔室，流入孔可由与膜相同的材料形成，或者可以是通过焊接、粘结、粘合剂或机械紧固件联结到膜的不同材料。流出喷嘴可以包括与膜相同的聚合物，或者不同的聚合物的聚合物管，并且其可以与膜整体地形成，或者通过焊接、胶粘或其他方式连接到膜上。

16、心脏辅助装置还可包括导管组装体，该导管组装体联结到容积移位构件和/或可膨胀杯并且被配置为操作容积移位构件，使得其在低容积状态和高容积状态之间交替。导管组装体和容积移位构件可以永久地附接到可膨胀杯上，或者可以包括单独的子系统，该子系统从杯上可拆卸下来，从而允许杯自身放置在心血管腔中，然后使用导管组装体将容积移位构件插入杯中。导管组装体将被配置为通过脉管系统从患者外部的位置延伸到泵送装置的位置，例如经由主动脉从患者腹股沟区域中的股动脉到左心室。导管组装体被配置为联结到位于患者外部的控制单元(下面描述的)。

17、在可充气球囊实施方案中，导管组装体流体地联结到可充气球囊并且具有用于将充气流体递送到球囊的充气腔。导管组装体可以被配置为优化充气流体的递送，以实现球囊的高频充气。优选地，充气腔的直径为至少1mm。在具体实施方案中，充气腔的横截面流动面积为1至20mm2，并且在一些情况下，为2至7mm2。另外，导管组装体和/或充气腔的第一部分可具有比导管组装体/充气腔的第二部分更大的直径，所述第二部分比所述第一部分更靠近可充气球囊。导管组装体也可以部分地或完全地由相对较硬的材料或材料的组合组成，和/或具有经选择以使充气腔在充气流体的压力下的膨胀、塌缩或变形最小化的壁厚，例如0.1-0.3mm。充气流体也可以由控制单元冷却，并且在一些实施方案中，导管组装体在其外部上可以具有隔热涂层，以将充气腔的温度保持在增强通过充气腔的高速流动的水平。任选地，导管组装体还可以包括导丝腔，其轴向延伸穿过导管组装体到达远端处的导丝端口，以允许导管组装体连同杯和球囊一起在导丝上可滑动地前进到心血管系统中的期望位置。导管组装体还可包括压力腔，其在远端处或远端附近具有开口，以允许在手术期间测量杯中或杯周围的血压。可选地，导管组装体可以包括压力换能器或联结在其远端处或其远端附近的用于这种压力测量的其他传感器。也可以在导管组装体上提供其他传感器，以用于感测杯中或杯周围的心血管或泵送参数。

18、本发明的心脏辅助装置在运输和操作状态下都提供了紧凑结构的独特组合，以改善递送能力，同时降低与心脏和血管的潜在的负相互作用，而保持高泵送能力。有利的是，心脏辅助装置能够以至少3l/min，优选5l/min或更大的流速泵送血液，而不引起过度溶血，使其适合用于多种心血管手术，并比已知的心脏辅助装置解决更广范围的患者病况。在具体实施方案中，通过调节容积移位构件的杯容积、频率和净容积变化以及其他参数，至少3l/min的流速对于高风险pci支持是可能的，而对于治疗心源性休克，至少5l/min，优选至少6l/min，并且在一些实施方案中，高达10l/min或更高的流量是可能的。

19、根据本发明的心脏辅助系统可以包括如本文所述的心脏辅助装置，以及与其联结的控制单元，该控制单元被配置为以高达患者自然心跳的10倍的频率，并且在一些实施方案中，高达患者自然心跳的100倍的频率，即高达1000次/分钟的频率，并且在一些情况下，高达1000-10,000次/分钟的频率来致动容积移位构件。

20、在采用可充气球囊的实施方案中，控制单元被配置为递送充气流体并调节泵送参数，以从非常紧凑的泵提供所需的高血液流速。控制单元可以被配置为在压力和温度下递送选定的充气流体，包括非常低粘度的流体，例如惰性气体如氦气，所述压力和温度经选择以允许容积移位构件，例如可充气球囊，以高达患者自然心跳的10倍的频率，并且在一些实施方案中，高达患者自然心跳的100倍的频率，即高达1000次/分钟的频率，并且在一些情况下，1000-10,000次/分钟的频率循环膨胀。

21、优选地，控制单元允许用户调节或调整容积移位构件的频率，使得用户可以为特定的患者和手术选择合适的频率，或者可以在手术期间根据患者的需要改变频率。另外，控制单元可以允许调节由容积移位构件移位的容积，即其在低容积状态、高容积状态或两者下的容积。

22、在另一个实施方案中，容积移位构件的容积变化是通过改变由容积移位构件，例如可充气球囊包围的容积的压力而产生的。这可以通过加压和减压通过导管轴的连接内腔的封闭容积来实现。

23、在使用可充气球囊作为容积移位构件的实施方案中，控制单元还可以具有经选择以使得球囊能够以这样的频率充气的总体系统配置、组件布局、流体回路设计、系统容积和占空比。在示例性实施方案中，控制单元压缩与导管组装体连接的包含充气流体的储器。在该实施方案中，储器的压缩或加压导致充气流体在导管的远端处被递送到容积移位构件。

24、包括安全隔膜的示例性实施方案包括高压源、低压源和连接到高压源、低压源和导管组装体的开关布置，并且开关布置被被布置成将高压源和低压源交替地连接到与导管组装体连接的流体储器。在具体实施方案中，控制单元被布置成在充气时间段期间将高压源连接到导管组装体，并且在放气时间段期间将低压源连接到导管组装体，其中充气时间段比放气时间段短。在优选的配置中，充气时间段和放气时间段的占空比为30％至80％。在示例性实施方案中，高压源被布置成提供相对于大气压至少300mbar的最大气动压力和小于-100mbar的抽空压力。在一些实施方案中，控制单元被配置为相对于大气压，将储器中的流体加压到至少100mmhg的最大压力和小于-50mmhg的最小压力，并且优选地至少200mmhg的最大压力和小于-200mmhg的最小压力。

25、本发明还提供了向患者提供心脏辅助的方法，其包括以下步骤：

26、将较低外形运输状态的泵送装置通过外周血管递送到心血管腔中；

27、将泵送装置的可膨胀杯在心血管腔中膨胀到操作状态，所述可膨胀杯在其内部具有泵送腔室和与所述泵送腔室连通的至少一个流入孔和至少一个流出喷嘴；以及

28、在低容积状态和高容积状态之间循环地交替设置在泵送腔室中的容积移位构件，以允许血液通过流入孔流入泵送腔室中并通过流出喷嘴将血液引导出泵送腔室；

29、其中所述容积移位构件在低容积状态和高容积状态之间以100-10,000次/分钟的频率循环交替。

30、在另一个实施方案中，用于向患者心脏提供心脏辅助的方法包括：

31、将运输状态的泵送装置通过外周血管递送到心血管腔中；

32、将泵送装置的可膨胀杯在心血管腔中膨胀到操作状态，所述可膨胀杯在其内部具有泵送腔室以及与泵送腔室连通的至少一个流入孔和至少一个流出喷嘴；以及

33、在低容积状态和高容积状态之间循环地交替设置在泵送腔室中的容积移位构件，以允许血液通过流入孔流入泵送腔室中，并通过流出喷嘴将血液引导出泵送腔室，以便产生至少5l/min的血流量；

34、其中所述可膨胀杯在操作状态下具有小于20ml的最大容积。

35、在具体实施方案中，可膨胀杯的最大容积小于10ml，且更优选地小于5ml。

36、在又一实施方案中，向患者提供心脏辅助的方法包括：

37、将运输状态的泵送装置通过外周血管递送到心血管腔中；

38、将泵送装置的可膨胀杯在心血管腔中膨胀到操作状态，所述可膨胀杯在其内部具有泵送腔室以及与泵送腔室连通的至少一个流入孔和流出喷嘴；以及

39、在低容积状态和高容积状态之间循环地交替设置在泵送腔室中的容积移位构件，以允许血液通过流入孔流入泵送腔室中，并通过流出喷嘴将血液引导出泵送腔室，以便产生至少5l/min的血流；

40、其中所述可膨胀杯在运输状态下具有小于18fr的递送外形。

41、优选地，可膨胀杯在运输状态下具有14fr或更小，并且更优选12fr或更小的递送外形。

42、在又一实施方案中，提供根据本发明的心脏辅助的方法包括：

43、将运输状态的泵送装置通过外周血管递送到心脏的左心室中，所述泵送装置在运输状态下具有不超过14fr的递送外形；

44、在左心室中将泵送装置的至少一部分膨胀到操作状态，所述泵送装置具有泵送机构、入口和出口，其中所述出口位于左心室下游的主动脉的腔中；以及

45、操作泵送机构以允许血液流入入口中并且以至少5l/min的流速将血液引导出出口。

46、在其他实施方案中，可以用较低外形的装置实现较低的流量。在一些实施方案中，泵送装置产生至少3l/min，并且泵送装置在运输状态下的递送外形不超过12fr，更优选地不超过10fr，并且理想地不超过8fr。

47、在另一个实施方案中，向患者心脏提供心脏辅助的方法包括：

48、将运输状态的泵送装置通过外周血管递送到心血管腔中；

49、将所述泵送装置的至少一部分在心血管腔中膨胀到操作状态，所述泵送装置具有泵送机构、入口和出口；以及

50、操作泵送机构，使得血液流入入口中并且以至少5l/min的流速流出出口；

51、其中所述血液中的红细胞在入口和出口之间受到小于400pa的最大剪切应力。

52、在又一实施方案中，向患者心脏提供心脏辅助的方法包括：

53、将运输状态的泵送装置通过外周血管递送到心血管腔中；

54、将泵送装置的至少一部分在心血管腔中膨胀到操作状态，所述泵送装置具有泵送机构、入口和流出喷嘴；以及

55、以频率f在低容积状态和高容积状态之间循环地移动设置在泵送腔室内的容积移位构件，其中所述容积移位构件在每个循环期间从泵送腔室移位一定容积的血液vd；并且

56、其中血液以离开流速r离开流出喷嘴，其中r>f·vd。

57、在本发明的任何方法中，泵送装置可包括根据本文所述的任何实施方案的心脏辅助装置。在优选实施方案中，容积移位构件包括可充气球囊，其通过部分或完全地循环充气和放气球囊而在低容积状态和高容积状态之间循环交替。另外，泵送装置可以是包括如本文其他地方所述的控制单元在内的心脏辅助系统的一部分。

58、根据下面结合附图的详细描述，本发明的性质和优点的其他方面将变得显而易见。