在医疗器械上装载药物和或聚合物的方法和装置发明专利.doc

在医疗器械上装载药物和或聚合物的方法和装置发明专利
在医疗器械上装载药物和/或聚合物的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在医疗器械上装载药物或聚合物的方法和装置，特别 地，涉及一种向药物洗脱支架装载药物的方法和装置。
背景技术
在我国，每年有成千上万的严重冠状动脉粥样硬化性心脏病必须要进行 冠状动脉内成形术(PTCA)和支架置入术。但是，在接受这类手术的病 人中，30％的人在半年内还是会面临血管变窄的问题。这些病人在做完血 管扩张手术后，由于无法正常恢复，产生很多细胞，将血管堵塞，而导致 他们须要再做多一次绕道手术或血管成形术。
近年来，医学界发明了一种能够制止细胞分裂的新方法--“药物洗脱 支架〞，其在用以扩充病人血管的支架涂上一种药物，而药物释放的抗生 素能抑制不正常细胞的生长。这样一来，血管就不会被细胞堵塞，也不会 变窄了。
通常，药物洗脱支架通过包被于金属裸支架表面的聚合物携带药物， 当支架置入血管内病变部位后，药物自聚合物涂层中通过洗脱方式有控制 地释放至心血管壁组织而发挥生物学效应。目前，关于多数现有的药物洗 脱支架，通常将活性药物和聚合物混合涂覆在裸支架部分或全部表面上。 这种含有聚合物涂层的药物支架在临床应用中可以将再狭窄发生率降低 到10％以下，但这种药物洗脱支架在植入人体后，由于药物的不断减少， 聚合物浓度相应地不断提升，可能会导致血栓的形成。
对此，现有技术提出了一种用于药物洗脱支架的纳米级孔洞释放结 构，其在药物洗脱支架上开设有多个纳米级孔洞，从而有效控制药物释放 的速率，降低药物洗脱支架在植入人体组织后引起血栓的风险。但是该结 构必须要用传统的喷涂等方法来对纳米级孔洞进行喷涂，而该方法缺陷在于 不能准确地将药物装载在所必须要的部位，尤其是关于挖有很小的载药槽或 孔的支架，传统的方法更难以准确地发现并定位槽的位置，因而无法为载 药工序提供依据。
另外，在已知的技术中，在金属裸支架表面加工出大量用不变形的可 储存药物的小孔穴，这种小孔穴称为药物储存槽，这些储存槽可以提供药 物洗脱。这样，药物不必像以往那样包被于支架表面，而是同生物降解性 的多聚物一起埋藏在储存槽内。通过这种技术可以药物的定位释放，具有 较高的准确性。这种方式不仅可以控制药物洗脱的时间，还可以控制药物 洗脱的速率。
但是，带有药物储存槽的金属裸支架是通过激光工艺腐蚀管材而成。 加工后的金属裸支架由于本身的弹性变形，以及人工拾取与放置过程，使 得药物储存槽的实际位置相对理论制定位置发生了位移。由于药物槽的尺 寸十分小，一般都在20-80微米左右，因此如果点滴装置仍然在制定位置 出进行点滴操作，会使得药物被点滴到槽外。当支架被植入人体后，形成 在槽外的药物会从支架上脱落，从而会导致血栓的形成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在医疗器械上放置药物和/或聚合物的方 法和装置，其可以依据支架槽或洞的实际位置向药物槽进行准确点滴，从 而药物和/或聚合物被滴到槽外的状况可以被避免，这样就降低了血栓形 成的风险。
为实现上述目的，本发明提供一种在医疗器械上装载药物和/或聚合 物的方法，所述医疗器械包涵一个或一个以上装载药物和/或聚合物的槽 或洞，其特征在于，包括如下步骤：
1)摄取所述医疗器械上槽或洞的图像，所述图像包涵至少一个完整 的所述槽或洞的图形；
2)对所述摄取图像进行数字图像处理，获取所述槽或洞的图形；
3)计算出所述槽或洞的图形的中心位置，并依据该中心位置确定所 述槽或洞的实际中心位置；
4)调整装载装置与所述医疗器械的相对位置，使所述装载装置的出 口对准所述槽或洞的实际中心位置；
5)打开所述装载装置的出口，对所述槽或洞进行装载。
必须要注意的是，本发明所称的“数字处理技术〞是指将图像信号转换 成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。另外，本发明所称的“槽 或洞〞包括了穿透型的槽或洞，也包括非穿透型的槽或洞。本发明优选的 是非穿透型的槽或洞。
优选地，在所述步骤2)中，将所摄取的图像转化成多个像素点的集 合，对所述像素点的集合进行数字图像处理，从而获取所述槽或洞的图形。 更优选地，在步骤2)中，当图像转化成像素点的集合后，依据每个像素 点的灰度值对像素点赋值，将符合预设值或者值域范围的像素点指定为目 标像素点或背景像素点，连通所有被指定为目标像素点或背景像素点的像 素点，形成目标像素体。特别地，可以通过对像素点进行二值法处理来对 每个像素点赋值。
在本发明的一种方式中，在步骤3)中，依据所述槽或洞的图形中各 个像素点的空间坐标，计算所述槽或洞的图形的中心像素点的空间坐标。 更优选地，在所述步骤4)中，还包括确定所述摄取的图像的几何中心的 空间坐标的步骤。
这里必须要指出的是，本发明所称的“几何中心〞是指画面两条垂直相 交线的交叉点。由于在本发明的方法中，图像的取景位置不会因为医疗器 械的移动而改变，因此当移动具有槽或洞的医疗器械装置时，只会改变图 形的中心位置空间坐标，而不会改变图像的几何中心的空间坐标。在本发 明中，所述图像几何中心的空间坐标与所述图像摄取装置的中心的空间坐 标相对应，即只有当移动所述图像摄取装置时，所述图像的几何中心的位 置才会产生变化。
优选地，所述图像几何中心的空间坐标可以通过下述方法来确定：
a)获得所述摄取的图像四个顶点处的空间坐标；
b)依据所述四个顶点的空间坐标计算出所述摄取的图象的几何中心 的空间坐标。
在本发明的另一种方式中，在步骤3)中，依据所述槽或洞的图形中 各个像素点的像素坐标，计算所述槽或洞的图形的中心像素点的像素坐 标。
优选地，在所述步骤4)中，还包括确定所述摄取的图像的几何中心 像素点的像素坐标。
优选地，在所述步骤4)中通过下述方法来确定所述摄取的图像的几 何中心的像素坐标：
a)获得所述摄取的图像四个顶点处的像素坐标；
b)依据所述四个顶点的像素坐标计算出所述摄取的图象的几何中心 的像素坐标。
或者，也可以在所述步骤4)依据所述被摄取的图像的分辨率分别获 取x方向和y方向像素点的中间值，以此来确定所述摄取的图像的几何中心 的像素坐标。
在确定了所述图像几何中心的像素坐标后，在所述步骤4)中，计算 出所述图形中心像素点的像素坐标与所述图像几何中心像素点的像素坐 标间的坐标差值，并将计算出的像素坐标差值转换成空间坐标差值。
优选地，在确定了所述槽或洞的图形中心位置的空间坐标与所述几何 中心的空间坐标的坐标差值后，在步骤4)中，依据该坐标差值，在x方向 和/或y方向移动所述具有槽或洞的医疗器械，使所述槽或洞的实际中心位 置与所述几何中心处于同一纵轴上。或者，优选地，在步骤4)中，依据 该坐标差值，在x方向和/或y方向移动所述图像摄取装置，使所述槽或洞 的实际中心位置与所述几何中心处于同一纵轴上。
优选地，本发明的方法还包括预先确定所述装载装置的出口与所述图 像摄取装置的中心的位置关系，获得所述装载装置的出口与所述图像摄取 装置的中心在x方向和/或y方向上的空间坐标差值。
优选地，在使所述槽或洞的实际中心位置与所述几何中心处于同一纵 轴上后，依据所获得的装载装置出口与图像摄取中心的空间坐标差值，在 x方向和/或y方向上移动所述医疗器械，使所述装载装置的出口与所述槽 或洞的实际中心位置位于同一纵轴上。或者，优选地，在使所述槽或洞的 实际中心位置与所述几何中心处于同一纵轴上后，依据所获得的装载装置 出口与图像摄取中心的空间坐标差值，在x方向和/或y方向上移动所述装 载装置的出口，使所述装载装置的出口与所述几何中心处于同一纵轴上。
优选地，本发明的方法还包括步骤6)，在该步骤中，将所述医疗器 械移回到步骤2)中所述医疗器械被摄取图像的位置处，接着旋转所述医 疗器械一定角度和/或平移所述医疗器械一定步距，之后再执行步骤2)到 步骤6)，以此循环操作，直到所述医疗器械上所有槽或洞都被点滴有药 物和/或聚合物为止。
优选地，所述槽或洞的宽度在0.5-200微米之间。更优选地，所述槽或 洞的宽度在20-80微米之间。
优选地，所述医疗器械是人体管腔内支架。更优选地，所述人体管腔 内支架是血管支架。
优选地，所述的药物是包括化学药物和/或生物活性物质。更优选地， 所述化学药物包括免疫抑制剂和/或抗癌药物，所述生物活性物质包括蛋 白质、多肽、DNA、RNA和/或microRNA。特别地，所述免疫抑制剂选自 雷帕霉素及其衍生物，所述抗癌药物选自紫杉醇及其衍生物。
优选地，所述聚合物是生物可降解聚合物。
优选地，所述生物可降解聚合物选自由C、H和O构成的C2-C6脂肪 族羟基羧酸的均聚物和共聚物中的一种或多种。
优选地，所述生物可降解聚合物是：
(1)D-乳酸、L-乳酸、乙醇酸或ε-己内酯的均聚物中的一种或多种； 和/或
(2)由D-乳酸、L-乳酸、乙醇酸和ε-己内酯中任意两种以上作为单体 所形成的共聚物中的一种或多种。
优选地，所述生物可降解聚合物选自聚D，L-丙交酯、聚D-丙交酯、聚 L-丙交酯、聚乙交酯、聚乙交酯-丙交酯和聚ε-己内酯中的一种或多种。
优选地，所述装载装置包括预先装有药物和/或聚合物溶液的容器。
优选地，在步骤1)中通过照相机或摄像机获取槽或洞的图像。
本发明还提供一种在医疗器械上装载药物和/或聚合物的装置，所述 医疗器械包涵一个或一个以上装载药物和/或聚合物的槽或洞，其特征在 于，所述装置包括：
医疗器械放置平台，用于放置所述医疗器械；
图像摄取装置，其位于所述放置平台上方，用于摄取所述医疗器械上 槽或洞的图像，所述图像包涵至少一个完整的所述槽或洞的图形；
图像处理单元，其与所述摄取装置相连，用于对所述摄取图像进行数 字图像处理，获取所述槽或洞的图形，并计算出所述槽或洞的图形的中心 位置，依据该中心位置确定所述槽或洞的实际中心位置；
装载装置，其预先装有药物和/或聚合物，并通过其出口对所述医疗 器械上的槽或洞进行装载。
位置调节装置，用于调整所述医疗器械与所述图像摄取装置和/或所 述装载装置之间的相对位置关系。
优选地，所述图像处理单元将所摄取的图像转化成多个像素点的集 合。更优选地，所述图像处理单元将图像转化成像素集合后，会依据每个 像素点的灰度值对像素点赋值，将符合预设值或者值域范围的像素点指定 为目标像素点或背景像素点，连通所有被指定为目标像素点或背景像素点 的像素点，形成目标像素体。特别地，所述图像处理单元通过对像素点进 行二值法处理来对每个像素点赋值。
优选地，所述图像处理单元依据所述槽或洞的图形中各个像素点的空 间坐标，计算出所述槽或洞的图形的中心像素点的空间坐标。
在本发明的一个方式中，所述图像处理单元可以用于确定所述摄取的 图像的几何中心的空间坐标。优选地，所述图像处理单元通过下述方法来 确定所述摄取的图像的几何中心的空间坐标：
a)获得所述摄取的图像四个顶点处的空间坐标；
b)依据所述四个顶点的空间坐标计算出所述摄取图象的几何中心的 空间坐标。
在本发明的另一个方式中，所述图像处理单元依据所述槽或洞的图形 中各个像素点的像素坐标，计算所述槽或洞的图形的中心像素点的像素坐 标。
优选地，所述图像处理单元还用于确定所述摄取的图像的几何中心像 素点的像素坐标。更优选地，所述图像处理单元通过下述方法来确定所述 摄取的图像的几何中心像素点的像素坐标：
a)获得所述摄取的图像四个顶点处的像素坐标；
b)依据所述四个顶点的像素坐标计算出所述摄取的图象的几何中心 像素点的像素坐标。
或者，更优选地，所述图像处理单元依据所述图像摄取装置的分辨率 分别获取x方向和y方向像素点的中间值，并以此来确定所述摄取的图像的 几何中心的像素坐标。
优选地，所述图像处理单元能够计算出所述图形中心像素点的像素坐 标与所述图像几何中心像素点的像素坐标间的坐标差值，并能将计算出的 像素坐标差值转换成空间坐标差值。
优选地，本发明的装置还包括位置校准装置，其用于校准装载装置的 出口与图像摄取装置的中心的位置差，并获得所述装载装置的出口与所述 图像摄取装置的中心在x方向和/或y方向上的空间坐标差值。
优选地，所述位置调节装置与所述医疗器械放置平台相连，带动所述 医疗器械放置平台在x-y的水平坐标面上移动。
优选地，所述位置调节装置与所述图像摄取装置相连，带动所述图像 摄取装置在x-y的水平坐标面上移动。
优选地，所述位置调节装置与所述装载装置相连，带动所述装载装置 在x-y的水平坐标面上移动。
优选地，所述图像摄取装置与所述装载装置处于同一垂面上。
优选地，所述医疗器械放置平台包括旋转平台，所述旋转平台上设置 支架轴，所述医疗器械放置在所述支架轴上。
优选地，所述的图像摄取装置是照相机或摄像机。更优选地，所述的 图像摄取装置是工业照相机或摄像机。
由于本发明通过数字图像处理技术和定位技术，对每个医疗器械装置 上的药物槽或洞都进行了准确定位，保证装载装置的出口定位在药物槽或 洞的中心的竖直上方，因此药物被滴到槽外的状况可以被避免，从而降低 了对人体产生危害的风险。
附图说明
图1是一药物洗脱支架展开示意图；
图2是本发明方法一实施例的流程图；
图3是本发明方法另一实施例的流程图；
图4是本发明方法另一实施例的流程图；
图5是本发明装载装置一实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步具体说明：
如图1所示，在药物洗脱支架1上设置有槽11，该槽11的直径在 20-80um左右。一般在槽11内装载有药物和/或聚合物。
所述的药物是包括化学药物和/或生物活性物质。
所述化学药物包括免疫抑制剂和/或抗癌药物，所述生物活性物质包 括蛋白质、多肽、DNA、RNA和/或microRNA。
所述免疫抑制剂选自雷帕霉素及其衍生物，所述抗癌药物选自紫杉醇 及其衍生物。
所述聚合物是生物可降解聚合物。所述生物可降解聚合物选自由C、 H和O构成的C2-C6脂肪族羟基羧酸的均聚物和共聚物中的一种或多种。
或者，所述生物可降解聚合物是：
(1)D-乳酸、L-乳酸、乙醇酸或ε-己内酯的均聚物中的一种或多种； 和/或
(2)由D-乳酸、L-乳酸、乙醇酸和ε-己内酯中任意两种以上作为单体 所形成的共聚物中的一种或多种。
或者，所述生物可降解聚合物选自聚D，L-丙交酯、聚D-丙交酯、聚L- 丙交酯、聚乙交酯、聚乙交酯-丙交酯和聚ε-己内酯中的一种或多种。
如图2所示，依据本发明的装载方法，首先在步骤001中，确定所述装 载装置的出口与所述图像摄取装置的中心的位置关系，获得所述装载装置 的出口与所述图像摄取装置的中心在x方向的空间坐标差值M和/或y方向 上的空间坐标差值N。
在步骤002中，摄取所述药物洗脱支架1上槽11的图像，所述图像至少 包涵一个完整的所述槽11。
之后，在步骤002中，首先将所摄取的图像转化成多个像素点的集合。 当图像转化成像素点的集合后，通过对像素点进行二值法处理，依据每个 像素点的灰度值对像素点赋值，将符合预设值或者值域范围的像素点指定 为目标像素点或背景像素点，连通所有被指定为目标像素点或背景像素点 的像素点，形成目标像素体，即所述槽11的图形。由此，所述槽11的图形 被获取。
在步骤003中，首先计算出所述目标像素体中心位置的像素点P(未示 出)，该像素点P也就是所述槽11的槽心的像素点。再得到所述像素点P后， 将所述像素点P转换成为空间坐标(A，B)。
随后，在步骤003中，确定所摄取的图像的几何中心的空间坐标(A’， B’)。该几何中心的空间坐标可以通过如下方式确定：
a)获得所述摄取的图像四个顶点处的空间坐标；
b)依据所述四个顶点的空间坐标计算出所述摄取的图像的几何中心 的空间坐标。
随后，在步骤004中，以所述图像中心位置的空间坐标(A’，B’)为基 准，在x方向和/或y方向上移动所述支架1，直到所述药物槽槽心的空间坐 标(A，B)与坐标(A’，B’)一致后停止。之后，所述支架1在x方向上朝 着所述装载装置移动M，在y方向上朝着所述装载装置移动N，从而使所述 装载装置的出口与所述槽或洞的实际中心位置位于同一纵轴上。
之后，在步骤005中，打开装载装置的出口，这样预先装载在装载装 置中的药物和/或聚合物通过其出口被点滴到所述药物洗脱支架1上的槽 11中。这样就完成了关于药物洗脱支架1上一个槽11的点滴操作。
如图3所示，如果想对一个支架1上的所述有槽11都进行准确点滴，则 在上述步骤005完成之后，再增加步骤006，即当对支架1的一个药物槽11 的点滴操作完成后，执行步骤006。在该步骤中，先将所述支架1移回到步 骤002中支架1被摄取图像的位置处，接着旋转所述支架1一定角度和/或平 移所述支架1一定步距。如图2所示，当步骤006完成后，再次执行步骤 002-005，对支架1上其余没有被点滴的槽中的一个进行点滴操作。以此类 推，进行循环操作，直到支架1上所有槽都被点滴有药物和/或聚合物为止。
由于关于药物洗脱支架1上的每个槽11都分别进行了槽心寻找和定 位，因此这种装载药物和/或聚合物的方式是做到准确点滴的。
在本发明装载方法的另一个实施例中，在步骤003中，首先还是计算 出所述目标像素体中心位置的像素点P，并获得该像素点P的像素坐标(a， b)。接着，再确定所述摄取的图像的几何中心像素点的像素坐标(a’，b’)。
在本发明的一种方式中，通过下述方法来确定所述摄取的图像的几何 中心的像素坐标：
a)获得所述摄取的图像四个顶点处的像素坐标；
b)依据所述四个顶点的像素坐标计算出所述摄取的图像的几何中心 的像素坐标。
在本发明的另一种方式中，可以依据所述被摄取的图像的分辨率分别 获取x方向和y方向像素点的中间值，以此来确定所述摄取的图像的几何中 心的像素坐标(a’，b’)。例如关于分辨率为480×640的图片，其图像几何 中心的像素坐标就是(240，320)。
待确定了所述图像几何中心像素坐标(a’，b’)后，计算出所述图形中 心像素点的像素坐标与所述图像几何中心像素点的像素坐标间的坐标差 值(a-a’，b-b’)，并将计算出的像素坐标差值转换成空间坐标差值(A-A’， B-B’)。
之后，在步骤004中，依据所述空间坐标差值(A-A’，B-B’)，在x方 向和/或y方向移动所述具有槽或洞的医疗器械，使所述槽或洞的实际中心 位置与所述几何中心处于同一纵轴上。
如图4所示，在本发明的另一个实施例中，步骤001可以在步骤004和 步骤005之间进行。在步骤004中，依据所述空间坐标差值(A-A’，B-B’)， 在x方向和/或y方向移动所述图像摄取装置，使所述几何中心与所述槽或 洞的实际中心位置处于同一纵轴上。之后，在步骤001中，再确定所述装 载装置的出口与所述图像摄取装置的中心的位置关系，获得所述装载装置 的出口与所述图像摄取装置的中心在x方向的空间坐标差值M’和/或y方向 上的空间坐标差值N’。
之后，所述支架1在x方向上朝着所述装载装置移动M’，在y方向上朝 着所述装载装置移动N’，从而使所述装载装置的出口与所述槽或洞的实际 中心位置位于同一纵轴上。
在另一实施例中，在步骤004中，也可以移动所述装载装置，使所述 装载装置出口与所述槽或洞的实际中心位置位于同一纵轴上。
图5示出了本发明装载装置的一个实施例，该向药物洗脱支架1的槽11 点滴药物的装置2包括：龙门架21、图像摄取装置23、装载装置24、旋转 平台25、医疗器械放置平台26和底座27。
如图5所示，所述龙门架21设置在所述底座27上，并垂直于所述底座 27。所述图像摄取装置23固定在所述龙门架21上，并垂直于所述龙门架21 的横梁。
所述图像摄取装置23与所述图像处理装置22(未示出)相连。所述图 像处理装置22接收所述图像摄取装置23所摄取的图像，并将经过处理的图 像数据传输给放置平台26的控制部件或者传输给外部可视部件以供操作 人员进行下一步操作。所述图像摄取装置23可以连有位置调节装置28(未 示出)，该位置调节装置依据所接受到的指令来调整所述装载装置24。
所述装载装置24也固定在所述龙门架21上，并且其也与所述龙门架21 垂直。在所述装载装置24预先装有药物和/或聚合物。
在所述底座27上设置有医疗器械放置平台26。如图5所示，所述放置 平台26由一个横向平台和一个纵向平台构成，所述纵向平台位于所述横向 平台的上方。所述放置平台26可以连有位置调节装置28(未示出)，该位 置调节装置依据所接收到的指令带动所述医疗器械放置平台26在x-y的水 平坐标面上移动。
在所述医疗器械放置平台26的上方设置有旋转平台25，该旋转平台25 垂直于所述放置平台26。如图5所示，该旋转平台是圆形的，但也可以是 其它几何形状。在所述旋转平台25上设置有支架轴29。该支架轴29的一端 与所述旋转平台25连接，并且该支架轴29以其与旋转平台25连接的端部为 支点，在所述旋转平台25上自由旋转。所述支架1设置在所示支架轴29上。
另外，在本发明的另一个实施例中，再设置有校准装置，其用于校准 装载装置24的出口241与图像摄取装置23的位置差，即可以自动获取x方向 上的间距M，y方向间距N的数值。
在本发明的另一个实施例中，所述位置调节装置28具有控制芯片，并 且所述图像处理装置22(未示出)将其结果数据传输给所述位置调节装置 28，该调节装置28的控制芯片依据所接收的数据调整调整所述放置平台 26。
本发明的技术内容及技术特点已显示如上，然而可以理解，在本发明 的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改善，但 都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是例示性的而不是限制性 的，本发明的保护范围由权利要求所确定。