JP4883433B2 - バルーンカテーテルおよびその製造方法並びにカテーテルチューブへのバルーンの装着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明はバルーンカテーテルおよびその製造方法に関する。本発明で意図するバルーンカテーテルは血管内に挿入されて留置され、バルーンを膨張させることにより血流を阻止する医療用器具である。
【０００２】
【背景技術】
最近、ガンなどの患部臓器への動脈流並びに該臓器からの静脈流をバルーンカテーテルを用いて閉塞し、該臓器の動脈および静脈血流を全身循環系から遮断し、このように患部臓器をアイソレートした状態で動脈から高濃度の抗ガン剤を当該臓器に注入し、かつ静脈（あるいは門脈）から流れ出た抗ガン剤を体外に排出し、このような高濃度の抗ガン剤の注入、吸引・回収のサイクルを長時間行うような治療法が実現され、実際の治療現場で画期的な成果を上げている。通常これは抗ガン剤灌流システムと呼ばれており、抗ガン剤が心臓を通じて全身に循環することはないため、高濃度の抗ガン剤を被ガン部に長時間暴露でき、抗ガン剤の注入、吸引をシステマティックに行うことが可能になる。
【０００３】
しかしながら、このシステムにおいては、例えば大腿動脈から直接患部臓器の動脈部までカテーテルを挿入する必要があるため、カテーテルの非膨張状態のバルーン部が動脈血管壁を損傷する可能性がある。通常、静脈血管内壁に比較し動脈血管内壁は損傷に弱いと言われている。またカテーテルチューブの径が大きくなればそれをいっそう助長することになる。すなわち、従来のバルーンカテーテルでは、そのバルーン膨張時の確実な閉塞性を主眼としているところから、非膨張時のバルーンが固く、特に局部動脈までカテーテルを挿入する過程で、バルーン部により血管内壁が往々損傷を受ける事態が生じている。また、従来使用されているシリコン系や、ポリウレタン系の合成ゴム材料では、膨張後の復元作用が弱く、カテーテルを抜く際に血管に損傷を生じさせてしまう。ラテックス系の材料は大きな膨張率を得ることができず、しかも往々血液との接触から血栓を生じさせる恐れがある。このような血栓の発生は、血管内壁に損傷を受けた場合にも発生する。
【０００４】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
従って、特にこのような抗がん剤灌流システムで用いるのに好ましいバルーンカテーテル、即ちカテーテルを所定の血管位置まで挿入位置決めする間に、閉塞状態のバルーン部が血管内壁を損傷しないような材料で形成され、しかも膨張時に確実な閉塞性を得ることができるバルーンカテーテルを提供することが本発明の課題である。しかも小径のカテーテルチューブにバルーンを装着した時に大きな閉塞容積を持つようにする事も発明の目的である。更に、本発明によれば、そのようなバルーンカテーテルを製造する製造方法が提供される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、血管内に挿入され、膨張時に該血管の血流を閉塞するバルーンを有するバルーンカテーテルにおいて、該バルーンの材料として非膨張時、血管閉塞時並びにカテーテルの引き抜きの際に特に軟質であり、スチレン系ＳＢＳ、ＳＩＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ熱可塑性エラストマー材料のうちから選択されたことを特徴とするバルーンカテーテルを提供する。好適実施例において、上記材料の引っ張り破断伸度は８００％からほぼ１０００％であり、血液との接触による血栓を生じさせない材料から選ばれる。
【０００６】
従来、バルーンカテーテルのバルーン素材として応用されるエラストマー材料としては、典型的に、ゴム系ではラテックス、シリコン樹脂、プラスチックスとしては、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、スチレン系等が用いられている。また、特に血管閉塞用の軟質バルーンの材料としては、弾性のあるラテックス、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂が一般的に使用されている。
【０００７】
これらのバルーン材料は固有の最大伸び率（引っ張り破断伸度）の力学特性を有しており、以下に代表的なバルーン材料を掲げるが、ＳＢ系での伸びの範囲は約４００から１０００％、ＳＥＢＳ系では約５００から１０００％、天然ゴムでは約３００から９００％、シリコンゴムでは約２３０から９００％、オレフィン系では３００から６００％、塩ビ系では４００から５００％、ポリウレタン系では３００から８００％、ポリエステル系では３８０から４２０％、ポリアミド系では２００から４００％の伸びの範囲を有している。従って、一般の軟質材料の伸び特性としては、１０００％がほぼ上限に近い値となっている。
【０００８】
次は、典型的な弾性バルーン材料のラテックス、ＳＥＢＳ、シリコンゴムの膨張特性を説明するものであり、この例ではバルーンとして収縮時内径６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのものが作成されて使用された。バルーンにはその膨張用として水が注入された。ラテックスでは７００％の伸び、７５ｍｌの注入容量でそれらを限界値として破損し、ＳＥＢＳでは約８３０％の伸びで約１３０ｍｌの注入容量でそれらを限界値として破損し、シリコンでは７００％の伸びで約１２０ｍｌの注入容量でそれらを限界値として破損した。このことから明らかなように、バルーンの伸びの限界値はそれぞれの素材の伸びの限界値とほぼ一致している。
【０００９】
本発明は高柔軟性、高弾性を持ち、高拡張径のバルーンカテーテルを提供するものである。特にカテーテルを血管内に挿入して、そのカテーテルに装着したバルーンを血管内の所定部位に位置決めして留置する際のバルーンの移動時に、非膨張バルーンが血管を損傷してはならず、このためバルーンは高柔軟性であることが所望される。また、治療終了後に、バルーンを膨張解除してカテーテルを人体から引き抜く必要があり、その際にバルーンはほぼ非膨張時の状態まで復帰させる必要があり、このためバルーンは高弾性であることが所望される。更にカテーテル径はそれが血管内を容易に移動され得るように血管内壁径に関して可及的に小であることが望まれる。このためこのような小径のカテーテルに装着されるバルーンは高拡張性を備え、膨張時に確実に血流を閉止できなくてはならない。更にまた、付加的な条件としてはバルーンの材質がそれに接触する血液に血栓を生じさせるようなものであってはならない。血栓はまたバルーンによる血管内壁の損傷によっても生じる可能性がある。
【００１０】
一般にバルーンは熱可塑性材料を溶融→賦形→冷却という物理変化で成形する。図７（１）〜（４）はそれぞれバルーンを押出成形、金型での溶融成形、射出成形、溶液による浸漬成形の高分子の伸び模型を示している。図中の記号は高分子鎖の持つ伸び率をバネの断面モデルとして模式的に表現したものである。
（１）は押出成形の場合である。押出方向に材料が配向した状態で流れ、固化するために、長さ方向に分子鎖が伸びる。このため、図に示すようにほぼ長さ方向のバネの伸張方向の伸び率が抑制される。
（２）は溶融させた材料を金型で成形するため、全体的に均質化した分子構造となり、一般的に方向性がなく、均等な伸びを得ることができる。
（３）の射出成形で製造したバルーンは溶融した材料がキャビティを通って金型に入るため、流れに添った高分子鎖の偏りが生じ、伸びに高度な方向性が表れる。この図に示すように、各方向のバネは伸張状態を呈しており、この方向の伸び率は抑制される。
（４）の溶液による浸漬成形はポリマーを溶剤に溶かし、金型表面に被覆し溶剤を取り除くため、更に均質な伸び特性が得られる。
【００１１】
【発明を実施するための最良の形態】
図８には本発明により高拡張径を備えたバルーンを得る一実施例が示されている。この実施例によれば所望のチューブ外径サイズに設計したカテーテルに以下に詳細に述べるようにバルーンを長さ方向に延伸した状態で装着する。その際に、最初にカテーテルバルーンの製品完成時の構造を決め、次いでバルーンの取り付け時の延伸比を決定する。Ｌ２を延伸前バルーン長、Ｌ１を延伸後バルーン長、ｄ１を延伸前バルーン内径、ｄ２を延伸前バルーン外径、ｄ３を延伸後バルーン内径、ｄ４を延伸後バルーン外径とすると、延伸比εはＬ２／Ｌ１で表され、延伸前バルーン内径ｄ１は延伸比εの逆数の平方根と延伸後のバルーン内径ｄ３の積として、また延伸前バルーン外径ｄ２は延伸比εの逆数の平方根と延伸後のバルーン外径ｄ４の積として表され得る。以上は、バルクバルーン（延伸前のバルーン）の設計式を与える。これはバルーンの設計において、最初にカテーテルのサイズ（カテーテルチューブの外径）が考慮される必要があることを考えれば、極めて効果的である。
【００１２】
図９（１）はバルーンを延伸なくカテーテルチューブに装着する通常の取り付け方法を示す。６フレンチのカテーテルチューブ（外径２ｍｍ）にバルーン外径２．８ｍｍ、バルーン内径２ｍｍ、従って肉厚０．４ｍｍの２０ｍｍ長のＳＥＢＳ系バルーンが取り付けられた実施例である。図９（２）は同一材料のバルクバルーンを延伸倍率が２００％、すなわちバルーンの元の長さを除き２倍の長さＬｌ＝６０ｍｍに延伸する場合のバルーン装着の例である。このようなバルクバルーンの設計にあっては、最初にバルーンを装着すべきカテーテルチューブの外径を決定する必要がある。この値はバルーン延伸後の内径ｄ３に実質的に等しくなることができる。次いで、バルーン取付長を設定する。この例において、その長Ｌ２は２０ｍｍである。このため、延伸比ε＝Ｌ２／Ｌ１は１／３になる。従って、前記設計式を適用して、この例の場合において、延伸前バルーン内径ｄ１は、３．４６ｍｍの計算値となる。延伸前バルーン外径は、延伸後にバルーンの肉厚が非延伸時に等しい０．４ｍｍになるものとしかつその外径が２．８ｍｍとなるものと設定すれば、４．８５ｍｍの計算値を得ることができる。
【００１３】
図１０はこのようにして設計して得たＳＥＢＳ系のバルクバルーンを延伸倍率０（非延伸すなわち２０ｍｍ）、３０（２６ｍｍに延伸）、１００（４０ｍｍに延伸）、２００（６０ｍｍに延伸）、３００（８０ｍｍに延伸）、３５０（９０ｍｍに延伸）、４００（１００ｍｍに延伸）、５００（１２０ｍｍに延伸）％の場合に応じて前記の例のカテーテルチューブ（６フレンチ）に装着して膨張時最大径（ｍｍ）およびバルーン伸び率（％）を実測した表である。
【００１４】
図１１は本発明によるバルーンがなぜこのような高拡張性の特性を呈するかの１つの可能な理論的解明を与える図を示す。図１１で上の図は延伸前のバルクバルーンの高分子鎖構造の模式図であり、鎖状の記号は高分子の断面の模式図として引張バネを示したものである。延伸することにより長さ方向の高分子鎖は図６の下の図のように伸びるが径方向つまり放射方向については伸びが加わらず、延伸後でもバルクバルーンの径方向の伸び特性は維持されていると考えられる。このため、バルクバルーンの径を、それが装着されるべきカテーテルチューブの径に関してより大きく作成し、これを延伸して取り付けると、バルクバルーンの本来の広張径付近まで拡径が可能となる。
【００１５】
以上のものはＳＥＢＳ系のバルーン素材であるが、本発明は他の素材についてもそれを適用可能である。図１２は一例としてシリコン樹脂およびラテックスバルーンについて、それぞれ延伸倍率０、１００、３００、５００％での伸び特性の実測値を示す。
【００１６】
図１３は上で述べたバルクバルーンをカテーテルチューブへ装着することを容易にするためのバルクバルーン成形例を示す。図で上の延伸前バルクバルーンは傾斜部Ｓ１およびＳ２を備えており、これら傾斜部はバルーンを延伸してカテーテル（図示せず）に装着後にカテーテルチューブと実質的に密着し、カテーテルへのバルーンの接着部を形成する。
【００１７】
また、本発明によれば、主に柔軟性および血栓の観点からスチレン系ＳＢＳ、ＳＩＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ熱可塑性エラストマー材料のうちから選択された材料の溶融液あるいは溶液に所定径の金型を複数回浸漬することによって上記バルーンを形成することを特徴とするバルーンカテーテルの製造方法が提供される。
【００１８】
図１は本発明によるバルーンカテーテルのバルーンを製造する第１の実施例を示す。図で１０は治具１２により支持されている複数の例えばステンレス製の金型である。金型１０は図２にも示すように、バルーン形成部１４を有している。１２は図示しない上昇・下降メカニズムに結合されており、複数の金型１０を同時に上昇または下降させる。金型の下降位置において、そのバルーン形成部１４は溶融液槽１６内のバルーン材料溶融液１８に浸漬される。溶融液槽１６は上コンパートメント２０および下コンパートメント２２からなるハウジング２４の下コンパートメント２２に収容されている。２６および２８はそれぞれ上および下コンパートメントに例えば窒素等のガスを供給するチューブあるいはパイプを示す。このガスは上コンパートメント２０においては上昇された金型のバルーン形成部のバルーン材料を冷却し、下コンパートメント２２においては溶融液槽１６内のバルーン材料溶融液１８の酸化防止として働く。
【００１９】
バルーン材料溶融液は次に述べるバルーン材料が１５０度から２５０度の間の選択された温度で溶融されている。このバルーン材料は熱可塑性エラストマー材料、特にスチレン系の熱可塑性エラストマーの中で、スチレン・ブタジエン・スチレン（ＳＢＳ）、スチレン・ポリイソプレン・スチレン（ＳＩＳ）、スチレン・ポリエチレン／ポリブチレン・スチレン（ＳＥＢＳ）、スチレン・ポリエチレン／プロピレン・スチレン（ＳＥＰＳ）構造を有するスチレン系熱可塑性エラストマー材料から選択される。更に、これらの材料のうち引っ張り破断伸度がほぼ８００％からほぼ１０００％のものが選ばれる。
【００２０】
これら材料は種々市販されている。特に、アロン化成のＳＢＳ系およびＳＥＢＳ系の「エラストマーＡＲ」、日本合成ゴムのＳＢＳ系の「ＪＳＲ ＴＲ」、日本合成ゴムのＳＩＳ系の「ＪＳＲ ＳＩＳ」、クラレのＳＩＳ系の「ハイブラー」、シェルのＳＥＢＳ系の「Ｋｒａｔｏｎ Ｇ」、三菱油化のＳＥＢＳ系の「ラバロン」、クラレのＳＥＰＳ系の「セプトン」は本発明のカテーテルのバルーンの上記要件を満足すると共に、この材料で製造したバルーンは血管内で血液との接触による血栓を生じさせない。
【００２１】
また、上記材料で製造したバルーンはそれ自体極めて柔らかく、非膨張時に、特に細い動脈でのカテーテルの進行時に血管内壁を損傷させることは殆どない。
【００２２】
図１において、金型１０のバルーン形成部分１４は材料溶融液１８に所定時間だけ浸漬され、その後引き上げられて乾燥され、再度浸漬されて乾燥され、このサイクルが所定数反復される。このような過程を経て、例えば、カテーテル外径５および８フレンチ（ＦＣ）（それぞれ１．６ｍｍ、２．７ｍｍ）のバルーンでは、厚みがそれぞれ、約０．１ｍｍ、約０．１４ｍｍ、また１２フレンチ（３．９ｍｍ）カテーテルでは０．３１ｍｍ厚のバルーンが形成され、これは抗がん剤灌流システムの血流閉塞用のカテーテルのバルーンとして特に好ましいと判明された。
【００２３】
図２は金型１０のバルーン形成部１４の拡大図である。複数回の浸漬、乾燥のサイクルの結果、バルーン形成部の表面に形成された長尺のバルーン材料は位置３０で切断され、それぞれ抜き外されて、１つの金型１０から複数のバルーン部が得られる。図２において、形成されたバルーン部はカテーテルと結合される両端部に比べて中央部の径がやや大きい形状をなしている。これは大きな膨張径に対処するように配慮したもので、膨張径に拘らなければ、バルーン形成部１４の外形は円筒状であってもよい。
【００２４】
図３はバルーン製造装置の第２の実施例を示す。図１の実施例と同様にそれぞれバルーン形成部１４を備えた複数の金型１０が支持装置即ち治具１２により上昇および下降可能に支持されている。その下降位置において、バルーン形成部１４は上記のスチレン系熱可塑性エラストマー材料をシンナー系、トリオール系、トルエン系あるいはベンゼン系等の有機溶剤で溶かした溶液槽３２の溶液３６内に浸漬し、所定時間の後に上昇位置まで引き上げて例えば熱風３８により乾燥させ、再度浸漬、乾燥のサイクルを行う。このようなサイクルを繰り返して例えば、上記の厚みのバルーン部が得られるようにする。
【００２５】
図４はこのようにして製造されたバルーン４０を先端付近に有するカテーテル４２を例えば大腿動脈から大動脈４１を介して肝動脈４３内の所定位置まで挿入し、その後血流閉塞のためバルーンを膨張させた状態を示している。バルーン４０はその両端部４４，４６でカテーテル（カテーテルチューブ）４２の外周に固着され、膨張時に膨張空洞４８が形成される。この目的のため、カテーテルの内部をカテーテルに沿って延びる膨張流体通路（図示せず）の膨張流体開口５０が設けられている。上記材料で形成され、上記フレンチ数のカテーテルに固着された上記厚みのバルーンはほぼ１５倍のカテーテル外径長まで膨張可能である。従って、ほぼ数倍程度の膨張外径長で用いる限りほぼ現状通りに縮小可能である。
【００２６】
通常、カテーテルを血管内に挿入する場合、シース（外筒）と内筒と必要に応じてガイドワイヤよりなるカテーテルイントロデューサが血管に挿入され、その後血管内の所定位置まで挿入されたら内筒が引き抜かれカテーテルがシース内に挿入され、ガイドワイヤの案内の下に血管内の目的部に向かって挿入される。図５はカテーテル４２をシース５０の挿入部５２から挿入する状態を示す。挿入部５２は図６にも示すようにシースの内部に空気が入らないように通常ゴム質のシール膜部材５４が取り付けられている。シール膜部材５４には裂け目５６が予め設けられており、その中心５８からカテーテル先端を通すことでシール状態を維持したままカテーテルをシース内部に挿入できるようになっている。このような構成の下では従来のバルーンカテーテルは支障なく使用することができる。しかしながら、本発明のカテーテルではそのバルーン４０が血管内壁を損傷させないように軟質で薄い材料が使用されているため、カテーテルのバルーン部がシール膜部材を通過する際にバルーン４０そのものが損傷を受ける可能性がある。それを防止するために、本発明においては、図５に示されるように、カテーテルのバルーン保護チューブ６０によって覆われている。図に示されるこの状態でカテーテルをシース内に挿入し、バルーン部がシール膜部材を通過後に保護チューブ６０はカテーテルの後方の邪魔にならない位置まで軸方向に移動されるか、あるいはバルーンの後方のカテーテル（チューブ）部分で膜部材５４によるシールが維持される状態まで移動された後に取り外される。この後者の目的のため、保護チューブ６０にはチューブの長さ方向に沿って延び、切り裂きを容易にする切れ目６２を摘んで２つに切り裂くための部分６４とが設けられている。この保護チューブの要件としては、シース内部の気密性を保持することとカテーテルに関して軸方向に後方に移動させる際にチューブそれ自体によってバルーン４０に損傷を与えないことである。
【００２７】
気密性に関して、チューブ６０の先端は図のようにバルーンのカテーテル結合部と気密状態で密接させる。保護チューブをカテーテルに関して後方に軸方向に移動させ、カテーテルのバルーン部の後方位置でカテーテルと膜部材５４とのシール係合が得られるまでにチューブ６０内部の気密性を維持する必要があり、このため例えばチューブ後部にシール膜部材５４と同様の部材（図示せず）を設けるようにしてもよい。
【００２８】
チューブをカテーテルに関して後方に移動させる際のチューブによるバルーンへの損傷の問題については、チューブ６０の先端部の形状を図のように僅かにテーパ状に絞りかつ先端開口部の大きさを選定しその開口端内面を滑らかにすることによって解決できる。この構成はシール膜部材への機密状態での挿入を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるバルーンカテーテルのバルーンの製造装置の第１の実施例の概略構成図である。
【図２】 図１の装置で使用する金型のバルーン形成部の部分側面図である。
【図３】 本発明に係わるバルーンカテーテルのバルーンの製造装置の第２の実施例の概略構成図である。
【図４】 本発明に係わるバルーンカテーテルを肝動脈に挿入し、そのバルーンを血流閉塞のために膨張させた状態を示す図である。
【図５】 本発明のバルーンカテーテルと共に用いられるバルーン保護チューブをシースおよびバルーンカテーテルとの関連で示す概略図である。
【図６】 本発明のバルーンカテーテルが挿入されるシースの挿入端を示す正面図である。
【図７】 （１）から（４）は本発明の理解を示すために使用するバルーンの押出成形、金型での溶融成形、射出成形、および溶液による浸漬の高分子の伸び模型を示す。
【図８】 本発明の高拡張径を備えたバルを得る一実施例を示す。
【図９】 （１）および（２）はそれぞれバルーンをカテーテルへ取り付ける際の従来の取り付け方法および本発明の取り付け方法を示す。
【図１０】 本発明の原理に従ったＳＥＢＳ系のバルクバルーンの延伸倍率の表である。
【図１１】 本発明の原理の理論的解明の１つを与えるモデルを示す図である。
【図１２】 本発明の原理がＳＥＢＳ系以外の材料にも適用できる実測値の表である。
【図１３】 本発明のバルクバルーンの延伸前の基本的構成を示す説明図である。
【符号の説明】
４０バルーン
４２カテーテル
６０ バルーン保護チューブ

Claims (2)

1. カテーテルチューブの挿入先端近くに、１つの、または互いに上記カテーテルチューブの軸方向に隔てられた複数のバルーンを備えたバルーンカテーテルのバルーン取り付け方法であって、
   上記カテーテルチューブの外径に実質的に等しい内径を持つ軸方向両端部分と、上記軸方向両端部分の外径よりも実質的に大きい外径を持つ中間部分とを有する、異型円筒状の上記バルーンを用意する段階と、
   上記バルーンを上記カテーテルチューブの所定位置に位置決めして固着することができる上記カテーテルチューブを用意する段階と、
   用意された上記バルーンを、上記カテーテルチューブの所定位置の外周に、上記カテーテルチューブを覆うように配置する段階と、
   上記バルーンを上記カテーテルチューブの軸方向に延伸させた状態で、上記バルーンの軸方向の両端を上記カテーテルチューブの上記所定位置を覆うように固着する段階、
   から成ることを特徴とするバルーンカテーテルのバルーン取り付け方法。
2. 請求項１に記載のバルーンカテーテルのバルーン取り付け方法において、
   上記バルーンを上記カテーテルチューブの軸方向に延伸させた状態で、上記バルーンの軸方向の両端を上記カテーテルチューブの上記所定位置を覆うように固着する段階における、上記バルーンの上記カテーテルチューブへの固着が、上記バルーンの軸方向両端部分と中間部分とがほぼ一様の円筒形状になるまで、上記バルーンを上記カテーテルチューブの軸方向に延伸させた状態で行われることを特徴とするバルーンカテーテルのバルーン取り付け方法。

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