用于无血管半月板修复和再生的支架的制作方法

专利名称：用于无血管半月板修复和再生的支架的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于修复或再生身体组织的外科器件，特别涉及用于修复或再生关节(膝、髋、肩、颞下颌关节、脊骨、指、踝、趾等)的软组织(即关节软骨、纤维软骨、胶原结构、韧带、腱、半月板、椎盘、TMJ盘等)的外科器件，并涉及使用所述器件的外科手术方法。
背景技术：
半月板组织包括已知为纤维软骨的组织类型。纤维软骨以盘(脊骨、颞下颌关节)、半月板(膝)、盂缘(肩、髋)等的形式存在。在膝关节中，如图1所示，半月板是半月形的楔形组织，它在行走活动期间位于胫骨的顶部上并使胫骨和股骨关节连接。它起到股骨和胫骨之间的减震器作用，并将来自股骨的弯曲的髁的压缩和剪切负载分布到胫骨的相对平坦的平台上。与关节软骨相似，多数半月板是无血管和神经的。然而，如图2所示，该半月板具有三个血管分布区红区、红/白区和白区。红区指的是半月板的大致外周的三分之一区域。该区血液供给充足。可以看到白区在半月板的大致内周的三分之一区域，缺乏血液供给，还可以看到红/白区在大致中间的三分之一区域，具有有限的血液供给。
在半月板、盂缘和盘中会发生本身以撕裂(如图3所示)、缺损和退化形式出现的损害和病变。由于膝关节中的一些扭曲动作或者长期反复冲击，膝关节半月板中各种形式和程度的撕裂和缺损都可发生而且经常发生。其它关节中类似的动作会在那些关节头中存在的类似结构中导致类似的缺损和撕裂。半月板退化也会由于老化而发生，由于老化而在组织中形成软或硬的区域，即便是例如蹲坐等普通的活动也能引起半月板撕裂和缺损。
用于治疗半月板损伤的常用外科手术包括修复撕裂以及完全或部分半月板切除术。修复撕裂通常在所述撕裂是在半月板的血管区(或者红区)中的纵向垂直撕裂时进行。撕裂壁可被锉磨或者环钻以诱发流血，尤其是在撕裂刚好超出红区的边界时(即在红/白区中)。用缝合线或者其它一些修复装置稳定撕裂处，使在承载期间撕裂面的相对运动最小化或者将之消除。而且，有时用锉磨膝关节的被膜组织(即滑膜)，使这种高度血管化的组织向带有支架的关节头中流血，从而为半月板撕裂提供更好的愈合环境。存在许多通过使半月板撕裂面靠近来修复半月板撕裂的器件和外科手术。在下列美国专利中公开了所述器件和手术的例子US0,319,271、US0,300,159、US0,300,150、US0,293,901、US0,150,044、US0,152,935、US0,056,778、US5,993,475、US5,980，524、US5,702,462、US5,569,252、US5,374,268、US5,320,633、US4,873,976。其它常规半月板手术、半月板切除术涉及部分或者全部半月板的外科切除。这些手术通常在“不可修复的”或者复杂的撕裂(例如血管区外部的放射状撕裂、水平撕裂、垂直纵向撕裂)、解原纤和/或退化的情况下进行，这是因为在无血管(白)区或者有限血管(红/白)区域所发生的缺损通常都不可愈合。半月板切除术通常能使患者迅速缓解痛苦和恢复膝关节的功能，但是，没有半月板在膝关节上的长期效应可能是髁或者胫骨平台表面上的软骨磨损并且最终发展成关节炎状态，诸如骨关节炎。骨关节炎是与慢性膝关节疼痛有关的软骨退化的结果，并通常导致整个关节头的重建。由于这些原因，已经研发了半月板托架和植入物来再生或者取代在部分或者全部半月板切除术期间被切除的组织(例如，参见美国专利US6,042,610、US5,735,903、US5,681,353、US5,108,438、US5,007,934和US4,880,429)。
临床经验表明，白区和红/白区撕裂和缺损通常不能愈合，即使用标准修复技术来稳定它们。已知的不对这些类型的缺损进行治疗的选择导致撕裂和缺损的蔓延和半月板的退化以及随后的关节软骨的退化和骨关节炎的发展。然而，Dr.Steven Arnoczky在动物体上的研究[Arnoczky SP，Warren RF，Spivak JM；J Bone Joint Surg Am.1988Sep；70(8)1209-17，“Meniscal repair using an exogenous fibrin clot.An experimental study in dogs.”]和人类临床经验显示如果白区或者红/白区缺损表面与血凝块(即纤维蛋白凝块)接触的话，则这些撕裂或缺损具有更大的愈合倾向。所以，如果医生将血凝块或者纤维蛋白凝块输送并固定在撕裂或者缺损表面，则愈合的情况就可能发生。但是，由于技术上的挑战，大多数医生没有去尝试输送并固定血/纤维蛋白凝块以利于修复这些类型的撕裂。这些半月板手术通常采用关节镜技术(即，通过小的入口使用关节镜或者摄像机来观察手术部位)来进行。为了通过关节镜清楚地进行观察，医生需要用流体(即盐溶液、Ringer’s溶液等)不断地注入膝关节；但是，如果他或她试图输送血凝块并将其固定在白区或者红/白区缺损中，则通常需要断掉流体，以便在输送和固定阶段期间凝块不分解。随着流体的断开，医生面临着不能清楚地观察手术部位的技术挑战，因此，存在技术上的两难选择为了更清楚地进行观察，需要接通流体，但是为了输送并固定凝块需要断开流体。因此，在关节镜环境中的技术挑战太难而不能克服；因此，医生通常切除受伤的或者退化的白区和红/白区组织(即进行部分或者全部半月板切除术)。由于患者的预期、增加的发病率和与更大切口相关的增加的风险，在无关节镜设置(即开放状态)的情况下进行这些手术不是可行的选择。
目前正在研发组织工程托架来代替被切除的半月板组织，例如，(ReGen Biologics’Collagen Meniscal Implant or CMI and DePuy’s(Johnson&Johnson company))小肠黏膜下层半月板植入物。这些植入物被研发用来再生半月板组织；但是，它们仅仅在放置植入物并使之直接与半月板的血管(红)区接触时才有效。因此，如果缺损区域仅仅被限制在无血管区，则其之一个上面所提到的半月板植入物将不能再生该组织。对于缺损仅仅限制在无血管区的情况，则医生必须切除受伤的和/或患病的半月板部分，而且不能将缺损扩张到血管区而导致切除“完好组织”。于是，对于那些患有无血管区缺损的患者来说，目前(并且甚至是在将来，在上述组织工程托架处于它们目前的构造的条件下)唯一的选择是部分半月板切除术，而没有组织工程置换办法。对接受部分半月板切除术的患者来说不幸的是，长期的预后包括慢性膝关节疼痛、关节软骨的破裂、骨关节炎、甚至最后整个膝关节置换。
在全身也发现与膝关节半月板类似的具有无血管和血管解剖结构的其它结构，十分接近的是，这些结构的无血管部分具有非常小的愈合倾向。这些其它结构中的一些有髋关节的盂缘，肩关节的盂缘，腕的半月板状结构，椎盘，颞下颌关节的盘，患病的心肌(即由于心血管阻塞引起的血流减少)，这些是其中的少数几个。
而且，在脊柱应用中，当患者向医生展现出椎间盘凸出或突出或者撕裂时，相邻的椎骨常常是硬化的(即加厚的或者更致密的)。由于椎盘的许多养分通过椎骨终板经扩散输送，硬化的骨可能倾向于降低输送到盘的养分的量，从而加重了盘的患病状态。

发明内容
本发明涉及用于修复和再生患病或者受伤的纤维软骨和软组织(例如人的膝关节中的半月板)的器件和外科手术方法。所述器件和方法还可用于修复并再生患病或者受伤的其它纤维软骨和膝关节、髋、肩部、颞下颌关节(TMJ)、脊柱、手指、腕部、踝等的软组织。
在其一种形式中，本发明包括用于血液、血液成分和细胞从组织的血管区行进到无血管区或部分血管区的通道，以促进这些区域中的愈合和/或再生，否则这些区域将具有较低的愈合和再生能力。
本发明的一个目的在于提供一种用于血液、血液成分和/或养分以及细胞从例如膝关节半月板或者滑膜(即膝关节被膜)的血管(红)区行进到无血管(白)区或部分血管(红/白)区的通道，以促进这些区域的愈合和/或再生。
本发明还有一个目的在于提供一种生物相容性管。所述管可具有止动边缘以防止其被完全插入穿过组织。所述管易于定位在半月板组织中，这样它可提供从组织(半月板或者滑膜)的血管区到无血管(白)区或部分血管(红/白)区的通道。管壁可具有开口、穿孔、洞或者多孔结构，允许血液、养分和细胞经过管壁或者支架进入到管中。管壁外面可以是粗糙的，或者具有突起或者螺纹，这可利于将其固定到半月板组织上。所述“管”可以是具有多孔结构的圆柱体，从而使血液、养分和细胞可在器件中行进并穿过器件。
本发明的又一目的在于提供一种通道，血液、养分和细胞可经过该通道，从而促进无血管(或者部分血管)撕裂/缺损的愈合，或者在进行部分半月板切除术后除了管之外设置植入物时，促进无血管(或者部分血管)组织的再生。在部分半月板切除术的情形中，该通道可用来将血液或者纤维蛋白凝块输送到被切除的半月板的容积空间，使凝块用作托架，在所述托架中细胞可移动和繁殖，从而促进那部分半月板的再生。在这种情况下，开放式通道还可提供血管区成分到原位托架(即血液或者纤维蛋白凝块)的进口。
本发明的再一个目的在于包括可与半月板植入物连接或者成一整体或者与其非常靠近的生物相容性管的网络。该植入物还包括生物相容性材料，并可具有相互连接的多孔结构。所述管可具有止动边缘以防止其被完全插入穿过组织。半月板植入物/管器件设置在靠近无血管(白或者红/白)半月板组织处，从而使管突出到半月板组织中到达或者穿过血管组织(半月板或者滑膜)。所述管在半月板植入物中或者之上提供了从组织的血管区(半月板或者滑膜)到无血管区或者部分血管区的通道。这种半月板植入物/管器件(即与托架结合或者相连的管)提供了通路，血液、养分和细胞可穿过该通路到达半月板植入物，使得可实现无血管(或者部分血管)缺损或撕裂的愈合和再生。半月板/管器件的管部分可具有任何或者所有在管器件中单独描述的相同特征。
本发明的又一个目的在于提供用于修复受伤或者患病的纤维软骨组织(例如，膝关节半月板、肩部盂缘、髋臼唇，腕的关节盘，椎盘，颞下颌盘，等等)的方法。在定位无血管或者部分血管区中的撕裂或者退化之后，可执行两个任务中的一个。组织可从撕裂的内部切除(即进行部分半月板切除术)，或者可使用多种标准修复技术(垂直或者水平褥式缝合法，用于半月板的Mitek’s RapidLocTMMeniscal Repair Device，用于半月板的Bionx ArrowTM等)将撕裂修复。如果在植入半月板再生或者代替器件或者植入物之后进行部分半月板切除术，则可将支架放置到保留的原有的(native)半月板组织中，从而提供开放通道，血液、养分和细胞可从组织的血管区经过该通道到达植入物，从而促进愈合或再生。在部分半月板切除术之后，半月板/管器件(即结合到或者连接到托架的管)可被植入并固定到保留的原有半月板组织上，使器件的管部分突出到和/或穿过半月板和/或滑膜中的血管区。半月板/管器件的输送可采用标准技术以关节镜的方式来完成。所述固定可以仍以关节镜的方式使用标准装置和技术(缝合线，半月板修复器件，诸如DePuy Mitek’sRapidLoc，Linvatec’s Bionx Arrow等)来完成。如果将修复撕裂(而不是借助部分半月板切除术来切除组织)，则支架可使用从撕裂面外侧到达或者穿过血管区(提供通道)、或者经过两个撕裂面达到血管区(提供通道和用于撕裂的固定)的全内(inside)或者内-外(inside-out)技术通过关节镜设置，因而促进无血管或者部分血管撕裂的修复。或者，支架可使用外-内(outside-in)技术经关节镜输送。
本发明的还有一个目的在于提供一种用于将生物治疗剂[即血液、富含血小板的血浆、骨髓、干细胞、成纤维细胞、滑膜细胞、其它细胞、血管生成因子(新的血管形成生长因子，例如VEGF、IGF等)、其它生长因子、透明质酸、基因治疗剂、其它生物分子等]、药物[镇痛剂、抗凝剂、凝块、消炎药、抗感染药]和其它物质经过所述管输送到撕裂或者缺损区域的方法。在管器件定位后或者插入过程期间/之前，物质可经过管输送到撕裂/缺损区域或者输送到血管区。所述物质可增强或者促进愈合，增加血流，改善血管生成，促进管道和撕裂/缺损中凝块，输送细胞，输送生长因子，输送生物成分，等等。
本发明的又一个目的在于提供如上所述可在身体的其它关节(诸如髋、腕、肩部、踝、指、趾、脊椎、颞下颌关节，等等)中使用的器件。
本发明的再一个目的在于提供如上所述可在心肌中使用的器件。例如，如果心动脉在心肌缺乏血液和养分的位置患病和/或阻塞，可将管植入心肌中使血液从血管分布更丰富的区域输送到受损的心肌中。
本发明的还有一个目的在于包括用于将血液、血液成分和细胞从骨的血管区输送到无血管区或者部分血管区(例如关节软骨)的通道，以促进在这些区域中的愈合和/或再生，否则在这些区域中具有较低的愈合和再生能力。例如，当医生遇到患有剥脱性骨软骨炎(OCD)的患者时，典型的外科治疗是切除软骨缺损或者瓣片，然后微裂或者微钻软骨下骨以诱发流血，为骨髓成分提供通道，辅助OCD病变的愈合。除微裂或者微钻之外或者代替微裂缝或者微钻，医生可插入一个或多个可将通道保持于骨中的支架，使血液和骨髓成分以及细胞可进入OCD病变，由此改善该组织部位的愈合能力。而且，在脊柱应用中，当患者给医生展现凸出或突出或者撕裂的椎间盘时，相邻的椎骨常常是硬化的(即加厚的或者更致密的)，并会阻止养分从椎骨流到椎间盘。因此，医生可将一个或多个支架插入椎骨中，从而形成从椎骨到盘间隙的开放通道。作为替代，医生可将支架经外层被膜插入到盘的外周中，使被膜血管供应可接近椎间盘内部。这种后来的手术可使用与硬膜手术相似的技术来进行。


通过参照下列结合附图对本发明的实施方式的描述，本发明的上述和其它特征和目的以及实现它们的方式将更明显，并且本发明自身将被更好的理解，其中图1显示了正常的半月板；图2显示了正常半月板的横剖面图；图3显示半月板的横剖面图，显示在红/白区中的垂直撕裂；图4显示半月板的横剖面图，显示在带有插入的支架的红/白区中的垂直撕裂；图5显示半月板的横剖面图，显示在带有插入的支架和撕裂修复的红/白区中的垂直撕裂；图6显示半月板的横剖面图，显示在带有插入的支架作为固定器件的红/白区中的垂直撕裂；图7显示了具有垂直撕裂的半月板；图8显示了半月板，其中无血管或者部分血管区内侧的撕裂的组织被切除，即使用了部分半月板切除术；图9显示沿着图8的半月板的线9-9截取的横剖面图；图10显示图9中的半月板，其中放置了支架；图11显示图9中的半月板，其中放置了带有止动边缘的支架；图12显示沿着图8的半月板的线9-9截取的横剖面图，所述半月板带有支架和植入物或者再生器件；图13A显示了圆柱形管状的支架的透视图；图13B显示了圆柱形多孔杆状的支架的透视图；图14显示了具有止动边缘的圆柱形管状的支架的透视图；图15显示了具有外周肋的圆柱形管状的支架的透视图；图16A显示了具有外部螺线37的圆柱形管状的支架的透视图；图16B显示了具有带可变螺距的外部螺线37的圆柱形管状支架的透视图；图17显示了具有外周翼片的圆柱形管状支架的另一种实施方式的正视图；图18显示了具有外部纵向肋的圆柱形管状支架的透视图；
图19显示了图16A的支架的端视图；图20A显示了用于将支架输送到组织中的驱动器的透视图；图20B显示了其上加载有图13A的支架的驱动器的透视图；图21显示了其上加载有图17的支架的驱动器的透视图；图22显示了驱动器的透视图，其中支架已经被输送到组织中；图23显示了在支架被输送到组织中之后带具有输送针的驱动器的透视图；图24显示了具有带倒角的前端(a lead in chamfer)的图16A的支架的视图；图25显示了图24的支架的透视图，在支架的后端具有驱动器槽；图26显示了具有突出的凸台的驱动器的透视图；图27显示了处于负载状态的准备插入到组织中的图25的带槽支架和图26的槽驱动器的透视图；图28显示了膝关节横剖面的透视图，显示出一些主要结构；并且图29显示了带插管的驱动器的透视图。
在各个附图中相同的附图标记表示相同的部件。尽管这里阐明的范例以多种形式解释了本发明的实施方式，下面公开的实施方式并不是穷尽或者被推定将本发明的范围限制为所公开的精确形式。
具体实施例方式
图1显示了正常半月板的视图。半月板具有三角形横剖面，如图2所示。关节面的顶部1与股髁接触，关节面的底部4与胫骨平台接触。在图中标示了内边缘8和外缘2。外壁3限定了半月板组织的最外侧边界。
图2显示了成人身体中的正常半月板的横剖面图，显示出血管(红)区7、无血管(白)区5和部分血管(红/白)区6的大致位置。
图3显示在红/白区6中存在垂直撕裂11的半月板的横剖面图。在该图中示出了内侧撕裂面9和外侧撕裂面10。
图4显示了在红/白区6中存在垂直撕裂11的半月板的横剖面图，其中支架12经血管(红)区7插入外侧撕裂面10。在该例子中支架12的外侧开口13设置在半月板外壁3上；因此，支架外侧开口13可定位在半月板和膝关节的滑膜(或者被膜)的交接面上(参见图28术语47和52)。
图5显示了半月板的横剖面图，该半月板在红/白区6中存在垂直撕裂11，支架12经过血管(红)区7插入外侧撕裂面10。撕裂11已经使用垂直褥式缝合线14技术进行了修复。
图6显示了半月板的横剖面图，该半月板在红/白区6中存在垂直撕裂11，支架12穿过两个撕裂面(9和10)从无血管(白)区5经血管(红)区7插入。在该例子中，支架12作为从血管区7向部分血管区提供血液、养分、细胞等的通道，还作为使内侧撕裂面9和外侧撕裂面10彼此靠近的固定器件。因此，在该例子中，血液、养分、细胞等促进了生物愈合。固定器件还可以机械方式将内侧撕裂面9和外侧撕裂面10保持在一起以使愈合发生。
图7显示了半月板的视图，该半月板的无血管(白)区5或者部分血管(红/白区)区6中存在垂直撕裂11。出于定向的目的，在该图中示出半月板的内边缘8和外缘2。
图8显示了其中去除了(即进行了部分半月板切除术)位于无血管或者部分血管撕裂的内侧上的组织的半月板视图。后壁15、前壁17和外壁16限定了由部分半月板切除手术形成的缺损18。该图代表了矫形医生为患有膝关节半月板的无血管区5或者部分血管区6中的撕裂或者缺损组织的患者提供的处理标准。
图9显示了半月板的横剖面，其中该半月板的无血管或者部分血管撕裂11的内侧如图8中的线9-9所标地被切除。
图10显示了部分半月板切除后的半月板横剖面图(与图9类似)，但支架12已经被插入从无血管(白)区5或者部分血管(红/白)区6撕裂面(9和10)到达或者穿过半月板的血管(红)区7到达或者进入膝关节的滑膜。在该例子中，支架12可用于提供通道，血液可经过其流动并最终凝集，形成具有生物因子的天然衍生托架，细胞可在其中运输、居留或者成长。在其中还可使血液凝集的通道能够提供通路，来自外部区域的细胞经过该通路可发现它们到达托架的路径。这种血凝块、生物因子和细胞的结合可提供用于被切除的半月板部分再生的合适环境。
图11显示了部分半月板切除术后的半月板横剖面图，其中放置有支架12(与图10类似)，但该支架12具有防止或者阻止其向外行进的止动边缘29。
图12显示了半月板的横剖面图，其中无血管区(白区)或者部分血管区(红/白区)的撕裂的内侧被切除(部分半月板切除)。已经插入的支架12从无血管区(白区)5或者部分血管区(红/白区)6撕裂面9到达血管(红)区7。植入物或者再生器件20基于保留的半月板的面10被固定，从而使支架开口与植入物或者器件20接触。
为了定向，图28显示了膝关节横剖面的透视图，显示了一些主要结构。腓骨49和胫骨50构成下腿股骨；而股骨54是上腿骨或者上股骨。所示出的中间半月板51和侧向半月板55在横剖面中分别位于中间髁52和侧向髁46下面并位于胫骨平台55上方。中间半月板51和侧向半月板47的外壁31分别与中间滑膜(或者膝关节被膜)52和侧向滑膜(或者膝关节被膜)47接触。
在下列附图中示出了利用本发明的原理的多种支架12。图示的支架12用于植入患者作为血液和/或养分从组织的富血管区7到组织的无(5)或者较少血管区6的通道，从而促进患者身体中无(5)或者较少血管区6的修复。图示的实施方式最通常用于修复膝关节的半月板组织；但是，本发明并不受到如此限制。如这里使用的术语支架指的是包括生物相容性(可生物吸收的或者不可吸收的)材料并具有开放通道28的器件，所述通道28作为血液、养分和/或细胞从血管区7到达无血管区(5、6)的路径。开放通道不需要是通孔或者无阻碍的腔28。开放通道可由在构造成支架12(图13B)形状的生物相容性材料中存在的彼此连接的多个孔来实现。支架12用于保持组织中的孔(或者通道或者分离的组织)一段时间，从而使血液或养分可被供应到血管有限的区域以促进愈合。
如这里所使用的，生物再吸收、再吸收、可生物吸收和吸收可相互替换使用。所有这四种术语都用于指可在体内经过一段时间自然降解的材料。除非指明特定材料或者某种类型的材料，所有都用于包括天然和人造材料并且当新材料被研发出来时还包括新材料。
现参见图13A，显示的支架12包括具有外表面25、内表面26和通腔28的管。理想地，支架12长度为2cm或者更短，但也可以更长，这取决于撕裂或者缺损11与血管区7之间的距离，血液、养分和细胞将来自所述血管区7。腔28的内径或尺寸理想地为0.5到3.0mm的范围，并且可大可小，这取决于在其植入的实际组织。支架的壁厚理想地在0.1-1.0mm之间，但是可以更厚或者更薄，这根据周围组织和生物机构所产生的负载需要而定。另外，可提供穿过外表面25和内表面26的孔27。孔27的目的在于提供进口，来自血管区7的血液和养分可经进口流到支架12中，如图2-6所示。这些孔27可以是多孔性的或者是离散的孔。理想地，孔27的直径可在0.05到1.0mm的范围内，但可以或大或小，这取决于希望进入孔27和/或从孔27中离开的组织类型、希望的细胞类型、养分等。注意，孔27不必是圆的或方的或者椭圆的或任何一致的特定几何形状，而是可以是各种形状和几何学的各种小孔。在多孔性的情况下，理想的尺寸范围是10到5000微米，这种多孔性可以是直通型多孔或者相互连接的多孔。通腔28的出/入端13还提供了进口，血液、养分和细胞可通过该进口运输到血管较少的区域6或者无血管区5，如图2-6所示。这些进口27和28还提供了细胞成长的进入和离开通路。注意，图13A和14-18中显示的支架12可以没有通腔28。作为替换，支架12是看似实心的圆柱体，并且整个结构具有多孔性，如图13B所示。多孔可以是彼此连接的离散形式的孔或者相互连接的多孔。这种相同的结构可通过在将支架12插入到组织中之前或之后，将多孔圆柱体插入到图13A和14-18中所示的通腔28中来实现。注意，支架12的外层25可以是光滑的，也可以是粗糙的，以辅助支架12固定，并增加支架12与原有组织的接触表面积。粗糙外表面25在插入过程中还可作为锉刀，来增大流血的量，从而暴露组织的血管区7和/或部分血管区6中更多的血管结构。
在图13B中所示的支架12与图13A中的支架12类似，但是是多孔杆。多孔47通过机械方式(即钻、穿刺、凿等)或者通过材料方式(即相互连接的多孔的材料、冻干的浆料等)或者通过其它方式(即3-D印刷等)实现。孔的理想尺寸在10到5000微米的范围内。这种多孔允许血液、养分和细胞经过支架12从血管区到有限血管区或者无血管区输送，从而促进有限血管区或无血管区的愈合。
在图14中所示的支架12与图13A中的支架12类似，但是还具有止动边缘29，使支架12可仅仅插入组织中预定距离，如图11所示。因此，边缘29可阻止支架12进一步横穿到组织中。边缘29可以是环形、方形、矩形、梯形、椭圆形、扇形、扇形等，并需要比支架12的外表面25的尺寸更大。如图14所示的边缘29理想地比外表面25的尺寸大0.5-2.0mm，理想厚度为0.05-1.0mm。这种阻抗功能可通过从较小的外表面25的尺寸到边缘29的尺寸逐渐过渡(即，从外表面25向外边缘29倾斜)来实现。在这种情况下，理想地，倾斜过渡可沿着1-10mm的支架12的长轴的全长上发生，但也可在更短或更长的长度上发生。
图15显示具有帮助将支架12固定在组织中的外周肋36的支架12。所述组织具有与其材料特性有关的弹性，使组织在支架12插入后可在某种程度上符合支架12的外部几何形状；由此外周肋36可埋嵌在组织中，并且一旦定位就可阻止支架12的运动。组织还具有通常称做粘弹性的材料特性。因此，所述组织可随时间变化越来越符合支架的外部几何形状。多个外周肋36可以是一个或者多个肋。图15示出了四个外周肋36。各肋36之间的间隔理想地为2-10mm，但是，该间隔可大可小，取决于组织、应用和肋36的其它尺寸。理想地，外周肋36从外表面25沿径向向外延伸0.1-2.0mm；但是，它们也可延伸得更长或更短。肋36的理想轴宽在0.1-2.0mm的范围内，但是，同样地可以更宽或更窄，这取决于特定的应用。而且，在该图中显示的多个外周肋36不需要具有相同的尺寸。
图16A显示具有帮助支架12固定的外部螺线37的支架12。与图15不同，图16A中所示的支架12可转动或者旋转到组织中，这与图15中具有外周肋36的支架12推进到组织中相反。每毫米或者每英寸螺距或螺线37的数目可根据例如组织类型、其它尺寸和应用而变化。“粗”或者“细”螺距可有效地用于支架中。理想地，外部螺线37从外表面25延伸0.1-2.0mm；但是，它们可以更宽或更窄。肋13的理想轴宽在0.1-2.0mm的范围内，但是，仍然可以更宽或更窄，这取决于特定的应用。还可将可变螺距应用于支架12，如图16B所示，特别是用于图6所示的应用，其中支架12还作为固定器件将撕裂11的面(9、10)拉到一起并保持。可变螺距螺线37可用于确保撕裂11的两个面(9、10)在支架12植入后被推到一起。可变螺距可包括在支架12的一端具有较小的螺线间隔并且在相对的一端具有较大的螺线间隔。这种可变螺距可趋向于将撕裂11的两个表面(9、10)拉到一起。
图24显示出图16A中示出的类型的支架的等轴测图。注意，图24中的支架12具有带倒角的前端43的附加特征。倒角43提供了在进入组织时比如图16A或16B所示的钝端更小的阻抗；因此，采用图24中的支架12将变得更容易插入到组织中。图19显示了图16和24的支架12的横剖面40。采用具有相似横剖面的驱动器，这种非圆形的横剖面40能够用于驱动支架器件12进入组织。
在图19中，支架12的内横剖面显示为正方形或者矩形。内横剖面可以是任何非圆形的几何形状(即正方形、矩形、三角形、梯形、椭圆形、六边形、星形、带键槽的圆形等等)。驱动器45的匹配几何形状可用于将支架12扭转到组织中。图25显示了带螺线的支架的带槽41的变型。槽42与驱动器45的突出凸台44配合，如图26和27所示。
医生可在图24的支架12的倒角43的导引下，插入如图20A所示的驱动器45的锐利的尖端35。当医生旋转驱动器45时，螺线37可与组织接触并将支架12旋进组织中。在输送支架后，驱动器45可被从支架12和膝关节中拉出，从而将支架12留在组织中。
图17显示具有帮助固定到组织中的外周翼片38的支架12。翼片38和肋36之间的本质差别在于边缘的几何形状。肋36的构造等同地阻止了前和后运动，而翼片38的构造阻止与插入方向相反的运动。插入方向由箭头46表示。换言之，翼片38的几何形状构造为，使支架12插入到组织中需要的力比沿着与插入方向相反的方向除去支架12所需的力更小。翼片的几何形状构造为，使翼片38的前侧从外表面25开始并向后倾斜，从而在支架12插入组织中时翼片38向后挠曲；但是，如果将与插入力的方向相反的力施加到支架12上，则翼片38“掘”进组织中以抵抗该力，从而阻止支架12在该方向上的运动。如与图15的实施方式有关的周向肋36的解释那样，组织具有与其材料特性有关的弹性，使组织在支架插入后可在某种程度上符合支架12的外部几何形状；因此，翼片38可变成埋嵌于组织中，从而一旦定位后就可阻止支架12运动，特别是沿着与插入方向相反的方向的运动。组织还具有通常称为粘弹性的材料特性。因此，组织可随着时间的推移更符合支架的外部几何形状。所述多个外周翼片38可以是一个或多个翼片。该图示出了三个外周翼片38。翼片38之间的理想间距是2-10mm；但是，该间距可长或短，这取决于组织、应用和翼片38的其它尺寸。理想地，外周翼片38从外表面25延伸0.1-2.0mm；但是，它们也可延伸得更长或者更短。翼片38的理想轴宽可在0.1-2.0mm的范围内，但是。仍然可以是更宽或更窄，这取决于特定的应用。而且，在该图中显示的多个外周翼片38不需要具有相同的尺寸。
图18显示了帮助支架12固定的外部纵向肋39。这些纵向肋39的目的在于阻止支架12围绕支架12的长轴旋转。由于组织具有弹性，它在支架插入后会在某种程度上符合支架12的外部几何形状；因此，纵向肋39可埋嵌在组织中，从而阻止支架12旋转。组织的粘弹性可使组织随时间延长更符合支架的外部几何形状。所述多个外部纵向肋39可以是一个或多个肋。该图示出了四个外部纵向肋39。肋39之间的理想周向间距是相等间距(在图示的情形中以90度分隔开)；但是，该间距可大或小，这取决于组织、应用和肋39的其它尺寸。理想地，外部纵向肋39从外表面25延伸0.1-2.0mm；但是，它们也可延伸得更长或者更短。肋39的理想周向宽度可在0.1-2.0mm的范围内。但是，也可以是更宽或更窄，这取决于特定的应用。而且，肋39的轮廓不必首尾一致。事实上，肋39的前缘可如图18所示倾斜，使支架12的插入更容易。而且，在该图中显示的多个外部纵向肋39不需要具有相同的尺寸。
图20A显示了可用于插入支架12的驱动器45。医生可插入驱动器45的输送针33的锐利的尖端35，如图20B或图21所示该尖端之后是支架12。当医生推动驱动器45时，支架12可如图22所示行进到组织中。在支架输送后，驱动器45可被从支架12和膝关节中拉出，从而将支架12如图23所示的留在组织中。
图21显示了加载于设置成与表面40接触的输送针33上的支架12的透视图。在该位置中，支架12准备好被插入到组织中。在该图中示出的支架是图17中的支架12，但它具有带倒角的前端43的附加特征，以便容易地致动插入。前述图中的任何支架12可在该图中显示，特别是在图13、14、15和18中显示的支架12。
各种材料都可用于生产支架12。例如，支架可以由生物相容性聚合物、生物相容性胶原基质，和/或它们的任何组合来制备。其它材料，例如生物活性剂、生物衍生剂、生物相容性无机材料、细胞和生物润滑剂也可成为这些成分的部分。注意，术语生物相容性聚合物旨在包括合成聚合物和生物衍生聚合物(即胶原)。生物相容性聚合物的一些例子包括聚酯；聚-L-乳酸(PLLA)；聚羟基乙酸(PGA)；聚二氧环己酮(PDS或者PDO)；聚己内酯(polycaprilactone)(PCL)；聚乙烯醇(PVA)；聚氧化乙烯(PEO)；聚(三亚甲基碳酸酯)；在美国专利US6,333,029和US6,355,699中公开的聚合物；由酪氨酸衍生的聚合物；由壳聚糖衍生的聚合物；由胶原组织衍生的聚合物；任何其它能够或者不能生物吸收的生物相容性聚合物，或者共聚物，或者可用于构建植入物的聚合物或共聚物的混合物。另外，当开发了可以或者不可以生物吸收的新的生物相容性材料时，预期至少它们中的一些将是有用的材料，至少可使用它们来制备这些成分的一部分。而且，支架12的内表面以及孔27的内表面可构造为，将抗凝血材料涂敷或者以化学方式或者以其它方式结合到所述表面上，从而阻止血液的凝集，以促进血液流动。注意，上述材料仅仅作为例子被指出，本发明并不限于任何特定材料，除非在权利要求书中明确要求。
各种材料可用于制造图12的托架20。例如，托架20可使用生物相容性聚合物、生物相容性胶原基质，和/或它们的任何组合来制备。其它材料，例如生物活性剂、生物衍生剂、生物相容性无机材料、细胞和生物润滑剂也可成为这些成分的部分。与前一段相似，术语生物相容性聚合物旨在包括合成聚合物和生物衍生聚合物(即胶原)，上面列举的材料也可应用于托架20。托架材料可构造为实现相互连接的多个孔。这可借助各种方法，包括使用非纺织或者纺织或者针织纤维、泡沫塑料、海绵等材料来构造。再次注意，上述材料仅仅作为例子被指出，本发明并不限于任何特定材料，除非在权利要求书中明确要求。
当提及到肋(36、39)、翼片38或者螺线37时，其数量可以是一个或多个。而且，所述特征的任何组合都可包含于支架12中。
在图13-18和24-25中示出的支架用于以外科手术方式植入到组织中，用于辅助修复无血管区5或者有限血管区6的组织。图2是包括脉管系统的人的膝关节半月板组织的示意图。在外侧的三分之一边缘3中富含脉管系统(红区-7)；相反，在半月板的内侧三分之一中没有脉管系统(白区-5)，半月板的中间三分之一具有有限的脉管系统(红/白区-6)。如图3中所示，当在白区5或者红/白区6中发生撕裂或者缺损11时采用标准修复技术时发生成功修复的可能性远低于在红区7中发生的撕裂或缺损11的成功修复的可能性，这是因为在白区5或者红/白区6中缺乏血液或养分。因此，如果经过外侧撕裂面壁10插入(图4)或者如图6中所示经过外侧撕裂面10和内侧撕裂面9二者插入并持续经过半月板组织到达或者穿过红区7时，支架12可提供通道28，血液、养分和细胞可通过该通道输送到撕裂面9、10，从而促进受损的组织的愈合。血液可经过插入到红区7中的支架12的端部13和/或经过支架12的壁(25、26)中的孔27(或者多孔)进入支架12。如果支架12的外表面被构造并且支架12被定位为使其能够足够接近如图3中所示的撕裂面9和10(即，具有一致或者可变螺距的外部螺线37或者外周肋36或者翼片38等)，并如图6中所示地与那些表面固定，支架12还用作撕裂11的固定器件。
除促进无血管或者部分血管半月板撕裂愈合外，图13-18和24-25中示出的支架还可以外科手术方式植入，以在白区5或者红/白区6中进行部分半月板切除术后(图8)促进愈合，无论有还是没有放置植入物或者再生托架20。在进行部分半月板切除术后(图8)，支架12可经过外侧撕裂壁16插入，如图10中所示，并继续到达或者穿过半月板的红区7。在支架12定位后，半月板植入物或者再生器件20可采用任何合适的外科技术植入到由部分半月板切除术形成的缺损中，如图12所示。支架12然后可起到保持通道28的作用，允许血液、养分和细胞输送到半月板植入物或者再生器件20，从而促进再生。注意，支架12不仅用于提供到达血管7部分的通道28，还可用作将半月板植入物或者再生器件20与半月板的外侧撕裂壁16连接的固定器件。还要注意，可使用支架12而无须半月板植入物或者再生器件20。在这种情况下，支架可提供血液发现其到达缺损的路径并最终凝集，使血凝块可在应有的位置上输送到缺损部位。凝块然后可变成托架(或者半月板植入物或者再生器件20)。作为替代或者附加，物质可经过支架12外侧开口13注入，然后变成半月板植入物或者再生器件20。
在图13-18和24-25中示出的支架12可使用图20A所示的驱动器45以外科手术方式植入。支架12的尺寸可设置为配合于驱动器的较小直径的轴33上方，如图20B、21、22、27所示。驱动器的较大直径的轴34用作轴肩40来推动支架12进入组织。较小直径轴33的锐利尖端35可穿刺或者切割半月板组织，以允许支架12被插入到在半月板中形成的孔13中(图22和23)。当驱动器回缩时，支架12通过支架12和组织之间的摩擦被保持在组织中。这种摩擦阻力可以被增大，这取决于肋36、翼片38或者粗糙外表面25的设计。因此，支架12可提供通道28，血液、养分和细胞可通过该通道输送并停留。驱动器(图20A)可具有在较小直径轴33和大直径轴34之间的轴向致动零件，从而使支架器件12被插入到组织中后，较小直径轴33回缩，但保持抵靠支架器件12的较大直径轴34的位置，因而有效地防止支架器件12在除去小直径轴33期间回缩。注意，图20A和21的驱动器还可以是带插管的(即，具有沿着其长轴的通孔48，如图29中所示)，使其能够插在针(即引导针)上方。引导针可首先例如采用Linvatec’s(Conmed co.)Zone Specific插管或者Sharpshooter组织修复系统使用“全内”或者“内-外”关节镜外科技术插入。这些系统允许将柔性针输送到半月板或者膝关节的特定区域。在引导针就位后，图21的驱动器(带有插管)和支架12可使用“全内”或者“外-内”关节镜外科技术在引导针上方输送并进入组织，直到均处于适当位置中。还应注意，上述用于输送支架12的“全内”或者“外内”关节镜外科技术不需要使用引导针也可完成。注意，这些关节镜外科技术已在全世界由整形医生普遍使用。
除了在上面刚刚描述的推进式输送技术外，图16A或16B的带螺线36的支架12可用带输送针33的驱动器45输送，该输送针33与支架12的内部尺寸的非圆形横剖面40相匹配。使用与上述相同的“全内”或者“内-外”关节镜外科技术输送引导针并使用上述“全内”或者“外-内”关节镜外科技术输送支架12。唯一的差别在于，与推进到位相反，带螺线36的支架12可被转动或者旋转到位。因此，在初始固定形成后，带螺线36的支架12的位置可更容易被调节。
除了在膝关节中用于将血液、养分和细胞输送到在半月板的无血管区7和部分血管区6中发生的缺损中产生修复或者再生以外，在附图中描述和示出的支架12还可在全身许多具有相似的血管/无血管解剖结构的其它组织中使用。例如，它可以在髋关节的盂缘、肩关节的盂缘、腕部的半月板状结构、脊柱的盘、颞下颌的盘、患病(即，由于心血管阻塞导致的血流减少)的心肌中使用，这些是其中的少数。
它不仅可在“软组织”中使用，例如半月板、盘、盂缘、软骨等，而且还可以用于骨中。例如，在脊柱应用中，当患者向医生表现出患有凸出或者突出或者开裂的椎间盘时，相邻的椎骨通常是硬化的(即加厚的或者更致密的)。由于椎盘的许多养分通过椎终板扩散来输送，硬化的骨可趋向于降低输送到盘的养分量，从而加重了盘的患病状态；因此，如果穿过相邻的椎骨的硬化骨设置一个或多个支架12，那么血液、养分和细胞可被输送到损伤或者患病的盘，从而促进组织的修复。而且，对于由称为剥脱性骨软骨炎(OCD)的疾病引起的软骨或者软骨/骨缺损而言，典型的外科治疗是切除软骨缺损，然后对软骨下骨(即，位于关节软骨缺损下方的骨)进行微裂或者微钻，导致流血并为骨髓成分提供通道，以辅助治愈OCD病变。因此，除了或者代替微裂和微钻外，医生可将一个或多个支架12插入到软骨下骨中，以便在骨中保持一个通道，使血液、骨髓成分、养分和细胞可进入OCD病变，从而改善该组织部位的愈合能力。而且，支架12还可用于发生非连接骨折的骨应用中。例如，它可以被插入到骨中骨折点的任一侧上，使得在骨折部位处或者附近形成新的血肿(血块)，从而促进修复或者骨折的连接。
虽然在此绝大部分描述中涉及在这些应用中的单个支架12，但是多个支架12也可用于促进组织的修复。支架12之间的间距取决于待治疗的组织、损害的程度、缺损类型、原有的组织等；然而，对于在膝关节半月板的无血管区7和部分血管区6中可能发生的典型垂直撕裂而言，间距优选在5-10mm的范围内，当然也可能是更大或者更小的间距。
在将支架12植入到组织中后，它还可以起到入口的作用，通过该入口，生物治疗剂[即，血液、富含血小板的血浆、骨髓、干细胞、成纤维细胞、滑膜细胞、其它细胞、血管生成因子(新的血管形成生长因子，例如VEGF、IGF等)、其它生长因子、透明质酸、基因治疗剂、其它生物分子等]、药物[镇痛剂、抗凝剂、凝块、消炎药、抗感染药等]和其它物质输送到感兴趣的区域。所述治疗可增加或者启动愈合，增加血流，改进血管形成，诱使或阻止在导管和撕裂/缺损中凝集，输送细胞，输送生长因子，输送生物成分等。
虽然已经采用优选设计对本发明进行了描述，但是本发明还可在所公开的内容的精神和范围内进一步修改。因此本申请旨在覆盖本发明的使用其一般原理的任何变化、使用或者改变。而且，该应用旨在覆盖在本领域中公知的或者常规实践的本发明公开内容的所述偏差，这些偏差属于本发明，并落入所附权利要求书限定的范围内。
权利要求
1.一种用于无血管或部分血管组织修复和再生的外科支架，所述支架包括由生物相容性材料制成的细长构件，所述构件中具有通道，所述构件具有外表面，从而所述支架可被植入到患者体内用于从血管组织区经所述通道将血液、养分和细胞输送到具有很少或者没有脉管系统的组织区域中。
2.根据权利要求1所述的支架，其中，所述构件包括中空导管，该导管的两端开放以形成端部开口。
3.根据权利要求2所述的支架，其中，所述中空导管的壁包括多个开孔，用于使血液、养分和细胞从血管组织进入所述支架。
4.根据权利要求2所述的支架，其中，所述导管的外表面是光滑的。
5.根据权利要求2所述的支架，其中，所述导管的外表面是粗糙的。
6.根据权利要求2所述的支架，其中，所述导管的外表面包括肋。
7.根据权利要求6所述的支架，其中，所述肋围绕所述外表面。
8.根据权利要求6所述的支架，其中，所述肋包括螺线，用于使支架旋入组织中。
9.根据权利要求8所述的支架，其中，所述螺线沿螺线长度具有可变螺距。
10根据权利要求6所述的支架，其中，所述肋包括锋利的外边缘。
11.根据权利要求6所述的支架，其中，所述肋是纵向的，并且与所述导管的纵向轴线平行。
12.根据权利要求2所述的支架，其中，所述端部开孔中的一个包括至少一个非圆形开孔，用于使驱动工具接合所述开孔，以便将所述支架旋转地驱动到组织中。
13.根据权利要求11所述的支架，其中，所述端部开孔中的一个包括槽。
14.根据权利要求2所述的支架，其中，所述支架包括用于限制该支架行进到组织中的挡圈。
15.根据权利要求1所述的支架，其中，所述构件包括多孔的杆。
16.一种用于无血管或部分血管组织修复和再生的外科支架，所述支架包括由生物相容性材料制成的杆，所述杆具有多个彼此相连的开孔和多个孔中的一种形式，以形成通道，所述杆具有外表面，从而所述支架可被植入到患者体内用于从血管组织区经所述通道将血液、养分和细胞输送到具有很少或者没有脉管系统的组织区域中。
17.根据权利要求14所述的支架，其中，所述杆的外表面是光滑的。
18.根据权利要求14所述的支架，其中，所述杆的外表面是粗糙的。
19.根据权利要求14所述的支架，其中，所述杆的外表面包括肋。
20.根据权利要求17所述的支架，其中，所述肋围绕所述外表面。
21.根据权利要求17所述的支架，其中，所述肋包括螺线，用于使支架旋入组织中。
22.根据权利要求17所述的支架，其中，所述肋包括锋利的外边缘。
23.根据权利要求17所述的支架，其中，所述肋是纵向的，并与所述导管的纵向轴线平行。
24.根据权利要求14所述的支架，其中，所述杆的至少一端具有非圆形的几何形状，用于使驱动工具接合所述开孔，以便将所述支架旋转地驱动到组织中。
25.根据权利要求14所述的支架，其中，所述杆包括用于限制支架行进到组织中的挡圈。
全文摘要
一种由生物相容性材料制成的外科支架，用于植入到人体组织中，从而使血液和养分从血管组织区流到具有很少或者没有脉管系统的组织区。
文档编号A61F2/82GK1953719SQ200580013082
公开日2007年4月25日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年4月26日
发明者赫伯特·尤金·施瓦茨 申请人:生物导管公司