用于测量穿过管腔的流的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于测量穿过管腔的流的方法和装置
交叉引用
[0001]本申请是提交于2013年I月24日的美国临时专利申请号61/756，159 (代理人案卷号44167-703.101)的非临时申请，并且要求其权益；上述文献的全部内容通过引用而并入于此。
发明背景
[0002]1.发明领域。外周动脉疾病(PAD)是指除了供应心脏和位于大脑内的动脉之外的动脉的阻塞。病理过程之间的一个共同点是循环障碍以及由此产生的所涉及的末梢器官缺血。不受限于任何特定理论，以下病变及其作用机制据信是相关的。动脉粥样硬化是与PAD相关联的最常见病变。其为具体由动脉粥样斑块引起的动脉硬化。尚血脂、尚胆固醇、尚血压、糖尿病以及暴露于传染原或诸如来自吸烟等毒素全都是动脉粥样硬化的重要而独立的风险因素。共同机制被认为是内皮细胞损伤、平滑肌细胞增殖、炎症反应以及斑块沉积。
[0003]在动脉粥样硬化斑块中存在若干组分一一脂质、平滑肌细胞、结缔组织和炎性细胞，所述炎性细胞往往是巨噬细胞。脂质积聚是过程的核心，并使动脉粥样化区别于其他动脉病变。在晚期斑块中，可见钙化，并且可能出现糜烂区或溃疡，因而使斑块的内容物暴露于循环的促血栓细胞。在斑块破裂的情况下，脂质核的内容物被暴露于循环的体液因子，身体将所述溃疡当做损伤，因而可能铺设血小板并开始凝块形成。
[0004]缺血可能起因于多种可能的斑块行为，诸如伴有低灌注、滞流和血栓形成的管腔侵占(狭窄或变窄)；纤维帽破裂引发管腔中的血栓形成，并伴有完全闭塞；以及血栓碎片向下游循环中的栓塞。动脉粥样斑块在整个动脉树中的分布存在有趣的可预测模式，该模式有可能是与人体解剖设计相关联的持续血流动力学应力的结果。动脉粥样斑块倾向于发生在分叉处，或者发生在与重复的外部应力相关联的弯曲处。因伴随着侧向化矢量和涡流形成的流中扰动或紊流而产生的剪应力增大区容易发生动脉粥样变性。
[0005]由于PAD和肾衰竭的险恶性，在美国每年进行140万例动脉旁路手术来缓解血流不足的后果。在这些动脉旁路手术中，450，000例采用合成血管移植物。旁路手术的总数随着人口老龄化而增加。旁路手术中采用合成移植物的百分比也由于糖尿病和肥胖症的发病率上升而增加。在成功的外科手术放置之后，旁路移植物由于多种因素而存在高失效风险。易于诱发移植物失效的因素包括血管疾病的进展和凝血因子的助长。
[0006]合成移植物放置可能由于内膜增生而引起纤维化，并且是旁路移植物失效的一个主要原因。在合成移植物放置的端侧配置中，认为会发生异常剪应力条件，从而促进内膜增生的发展。内膜增生是对血管壁损伤的生理性愈合反应。当血管内皮受到损伤时，内皮细胞释放炎症介质，所述炎症介质触发向该区域的血小板聚集、纤维蛋白沉积和白细胞募集。这些细胞表达出促进平滑肌细胞从血管中层向血管内膜迀移的生长因子。平滑肌细胞以类似于瘢痕形成的过程在内膜中增殖并沉积细胞外基质。
[0007]假体材料在血管中的存在似乎会加速内膜增生的发展。在干预之后3-12个月内发生的再狭窄通常是因内膜增生造成的。内膜增生引起的狭窄往往难以治疗。不同于软动脉粥样斑块，这些狭窄很牢固并且需要长期的高膨胀压力才能用球囊扩张。这些狭窄经常复发；反复扩张导致反复的内膜损伤并且使内膜愈合反应长期存在。尽管在本领域已有显著进步，诸如药洗支架、药物涂层血管形成术球囊、全身性低剂量低分子量肝素以及全身性低剂量华法林；但内膜增生的有害影响仍未得到解决。
[0008]移植物失效导致对患者的灾难性后果，诸如组织缺血和肢体丧失。在血管患者中截肢术并不少见，其容易失败并且继而经常需要修正，从而延长患者的住院时间、延长恢复过程、降低功能恢复的可能性并且促生高抑郁率。除了治疗的财务成本和工资损失之外，在活动能力下降、潜在失业和生活质量下降方面也对患者造成显著成本。
[0009]目前，通过血管造影术或双工超声检查在外科手术放置之后对血管移植物进行监测。由于促发再狭窄的移植物失效十分普遍，因此通常定期(例如，以六个月的间隔)重复这些检验。利用灰度(B型)超声来使移植物的构造可视化。彩色多普勒超声使管腔内的血流速度(cm/s)或流率可视化。远端血管或血管移植物的严重钙化可能妨碍对流的成像。鉴于影响这些检验的各种生理因素和外界影响(即，操作者依赖性)，很难以任何准确度或精确度定量地查明手术结果。由于该技术的繁琐性，医生在第一年内将仅有两次或三次机会对血管移植物的通畅性进行表征。因此，提供改进的方法和设备用于紧随外科手术植入及在此之后定期地或持续地监测穿过合成移植物的血流将会是有利的。下文所述的示例性方法和设备将会满足这些目标中的至少一些目标。
[0010]2.【背景技术】描述。可能与测量穿过假体的流相关的参考文献包括美国专利号 8216434、8211165、8211166、8211168、6486588、7785912、5807258、7650185、7963920、8016875、5967986、7813808、6458086、5409009、5598841、5995860、6049727、6173197、7267651、6682480、6053873、5522394、7488345、7025778、7922667、5785657、7949394、7948148、4600855、5411551、5598847、7918800、5760530、4920794、8308794、7747329、7572228、7399313、7261733、7060038、6840956、6416474、6015387、5967986、5807258，以及美国专利公开号 2005/0210988、2004/0082867、2012/0058012、2011/0054333、2008/0033527^2005/0277839^2002/0183628 和 2002/0183628。
【发明内容】
[0011]本发明总体上涉及医疗系统、设备和方法，并且更具体地涉及监测穿过假体的流。更具体而言，本发明涉及监测穿过假体血管移植物的流。
[0012]在本发明的第一方面，一种用于监测流的特性的假体包括第一管状假体和第二管状假体以及传感器。所述第二管状假体具有贯穿其中延伸的管腔，并且所述第一管状假体安设在所述第二管状假体之上从而在它们之间形成囊袋。所述传感器检测流过所述第二管状假体的管腔的流体的特性，并且安设在所述囊袋中。所述传感器还与流过所述管腔的流体隔离而不与之接触。
[0013]所述假体可以是假体血管移植物，并且所述第一管状假体和第二管状假体可以是管状假体血管移植物、支架或支架移植物。所述第一管状假体或所述第二管状假体可以主要由聚对苯二甲酸乙二酯、聚酯或ePTFE形成。所述第一管状假体可以固定地附接至所述第二管状假体，或者两者可以彼此成为一体。所述两个管状假体可以彼此分立。所述两个管状假体可以烧结、缝合、钉合或以其他方式彼此耦合。
[0014]所述第一管状假体可以具有第一长度而所述第二管状假体可以具有第二长度。所述第二长度可以基本上与所述第一长度相同，或者其可以比所述第一长度更短或更长。
[0015]所述传感器可以包括压电传感器或多普勒传感器。所述传感器可以检测所述流体流的热性质、由所述流体流施加在所述第一管状假体或所述第二管状假体上的应力、应变或压力。由所述传感器感测的特性可以包括所述流体流的速度或流率或者所述管腔中的闭塞、闭塞程度、狭窄或狭窄程度。所述速度可以从感测到的特性直接或间接地确定。
[0016]所述传感器可以围绕所述第一管状假体和/或所述第二管状假体周向地安设。所述第一管状假体或所述第二管状假体可以具有纵轴，并且所述传感器可以正交于所述纵轴。所述传感器可以包括围绕所述第一管状假体和/或所述第二管状假体周向地安设的多个传感器，或者所述传感器可以包括围绕所述第一管状假体和/或所述第二管状假体周向地安设的多个分立的传感器，并且所述多个分立的传感器可以安设在共同平面中。所述传感器可以包括沿着所述第一管状假体和/或所述第二管状假体轴向地安设的多个分立的传感器。所述多个分立的传感器可以基本上平行于所述第一管状假体和/或所述第二管状假体的纵轴安设。所述传感器可以包括围绕所述第一管状假体和/或所述第二管状假体周向地安设的第一环形带和第二环形带，并且所述第一环形带可以与所述第二环形带轴向分开。所述第一环形带或第二环形带可以形成闭环，或者可以形成开环。所述传感器可以包括多个细长的传感器，并且所述多个细长的传感器可以沿着所述第一管状假体和/或所述第二管状假体轴向地定向。
[0017]所述传感器可被配置用于捕捉所述管腔中的流体流的多个特性。所述传感器可以包括安设在所述第一管状假体和/或所述第二管状假体上的多个传感器。所述多个传感器可以包括第一传感器和第二传感器。所述第一传感器可被配置用于捕捉所述管腔中的流体流的第一特性，并且所述第二传感器可被配置用于捕捉所述管腔中的流体流的第二特性。所述第一特性可以不同于所述第二特性。所述第一特性和所述第二特性可以是单一信号的部分。
[0018]第一传感器可以安设成相对于所述第一管状假体或所述第二管状假体的第一朝向，并且所述第二传感器可以安设成相对于所述第一管状假体或所述第二管状假体的第二朝向。所述第一朝向可以不同于所述第二朝向。所述多个传感器可以围绕所述第一管状假体或所述第二管状假体螺旋地安设。所述第一管状假体或所述第二管状假体可以具有纵轴，并且所述传感器可以基本上平行于所述纵轴安设，或者横向于所述纵轴安设。
[0019]传感器可以包括安设在所述第一管状假体和/或所述第二管状假体之上的多个波状细长元件。所述传感器可以具有收缩配置和扩张配置，所述收缩配置的尺寸适于递送所述传感器，而所述扩张配置适于基本上匹配所述传感器所部署在的解剖结构。在所述扩张配置中所述传感器可以形成闭合的环形带。所述传感器可以围绕所述第一管状假体或所述第二管状假体周向地安设，以在所述第一管状假体或所述第二管状假体周围形成开放的或闭合的环形带。
[0020]在本发明的另一方面，一种用于监测穿过假体的流的系统包括假体和传感器，所述假体具有贯穿其中延伸的管腔。所述管腔被配置用于穿过其中的流体流，并且所述传感器可操作地与所述假体耦合并被配置用于感测所述流体流的特性以及输出与所述流体流相关的数据。
[0021]所述系统可以进一步包括用于从所述传感器向远程位置传输数据的无线发射器。所述系统还可以包括显示设备，该显示设备可操作地与所述传感器耦合并且被配置用于显示所述输出数据。所述系统的其他元件可以包括处理器或电源。所述处理器可被配置用于处理所述输出数据，而所述电源可以向所述系统供电。所述电源可以是电池。所述传感器可以不要求为了感测所述流体流和输出与所述流体流相关的数据而向其有源地供电。所述系统可以进一步包括可操作地与所述传感器耦合的集成电路芯片。所述集成电路芯片可以具有处理器，或者其可以不包含处理器，或者其可以包括数据发射器。所述数据发射器可以使用射频、蓝牙、因特网或近场通信手段中的至少一种进行传输。
[0022]所述系统可以进一步包括用于接收所述数据的接收器。所述接收器可以是体内设备或体外设备。所述接收器可以在向显示设备传输所述数据之前处理所述数据，所述显示设备被配置用于向医生或其他看护者显示所述数据。
[0023]在本发明的又一方面，一种用于监测流的假体包括:第一管状假体，其具有贯穿其中的管腔；传感器，其耦合至所述第一管状假体；以及材料层，其安设在所述传感器之上。所述传感器被配置用于感测穿过所述管腔的流体流，并且所述材料层密封地耦合至所述第一管状假体的表面从而封装所述传感器，以使得所述传感器与流过所述管腔的流体隔离而不与之接触。
[0024]所述第一管状假体可以是假体血管移植物，并且所述流体可以是血液，而所述流体流可以是穿过所述假体的血流。所述第一管状假体可以主要由聚对苯二甲酸乙二酯、聚酯或ePTFE形成。所述第一管状假体可以是支架或支架移植物。
[0025]所述传感器可以耦合至所述第一管状假体的内表面或外表面。所述材料层可以是贴片。所述层可以烧结、粘接耦合、缝合或钉合至所述第一管状假体。
[0026]在本发明的又一方面，一种用于监测穿过假体的流的方法包括:提供假体，所述假体具有从中穿过的管腔，和耦合至所述假体的传感器；以及将所述假体耦合至患者体内的流体通道，以使得流体流过所述假体。所述方法还包括:用所述传感器感测穿过所述管腔的流体流的特性；向相对于所述患者安设在体外的接收器传输代表感测到的流体流的数据；以及输出所述数据。
[0027]所述假体可以是血管移植物、支架或支架移植物。所述流体通道可以包括血流通道。传输所述数据可以包括无线地传输所述数据。所述方法可以进一步包括:审查感测到的数据；基于感测到的数据而确定穿过所述假体的流是否充足；以及如果所述流不充足，则对所述假体进行清堵手术。所述清堵手术可以包括血管成形术、动脉粥样硬化斑块切除术或施用血栓溶解剂。
[0028]所述方法可以进一步包括指示出对所述假体进行附加诊断检验的必要性。所述数据可以包括声信号。所述方法可以进一步包括将所述假体与外部设备配对。
[0029]耦合可以包括在所述假体的近端或远端与所述流体通道之间形成吻合。耦合可以包括将所述假体定位在自体血管与另一移植物或第二自体血管之间。所述耦合可以包括将所述假体定位在自体血管的端部之间，或者将所述假体的端部耦合至自体血管或自体导管的侧部。耦合可以包括将所述假体可滑动地接合在自体血管或另一假体之上。
[0030]所述流体流可以是血流、尿流、脑脊液流或任何其他非血液流。输出所述数据可以包括将所述数据发送至床边监测器，所述床边监测器可选地耦合至因特网。所述方法还可以包括提供已启用(enabled)设备，所述已启用设备询问所述假体。所述已启用设备可以包括起搏器、可植入式设备、床边监测器、血糖仪、血压计、智能电话、智能手表或连接至因特网的设备。所述方法可以进一步包括向所述假体感应供电。
[0031]在下文与附图相关的描述中更详细地描述了这些实施方式和其他实施方式。
援引并入
[0032]本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入于此，程度如同具体地和个别地指明要通过引用而并入每一单个出版物、专利或专利申请。在通过引用而并入的参考文献包含与本申请的公开内容相冲突的公开内容的情况下，以本申请为准。
【附图说明】
[0033]在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考以下对其中利用到本发明原理的示例说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图，将会对本发明的特征和优点获得更好的理解；在附图中:
[0034]图1示出了具有两个管腔和位于所述两个管腔之间的传感器的假体。
[0035]图2示出了具有两个管腔及放置在所述两个管腔之间的传感器的假体，其中内管腔显著短于外管腔。
[0036]图3示出了具有两个管腔及放置在所述两个管腔之间的传感器的假体，其中外管腔显著短于内管腔。
[0037]图4示出了具有两个管腔的假体，其中一个传感器在所述两个管腔之间放置在内管腔上，并且一个传感器放置在外管腔的外侧。
[0038]图5示出了具有多个传感器的假体的示例，所述多个传感器周向地安设成位于内管腔的外壁上、