CN101351241A - 辐射不透射性气囊微导管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有结合辐射不透射性纳米颗粒的气囊的微导管。任选地，分散在轴中的碳纳米管可以被构造成对电刺激起反应，由此在微导管上提供了可操纵远端区域。本发明还提供了制造前述微导管的方法。

Description

辐射不透射性气囊微导管及其制造方法
技术领域
本发明主要涉及用于在细脉管中进行介入性治疗法的微导管，例如支架。更加具体地，本发明涉及使用纳米技术制造的微导管。
发明背景
介入性技术已发展多年，其中导管，如支架和血管成形术被用来进行诊断和治疗过程。随着医学领域变得日益发达，对精密器械和仪器的需求也不断增长。特别地，诊断和治疗疗法的延伸受到不能进入较小的脉管，如通过血管和冠状窦远端系统所呈现的那些脉管的限制。
特别地，用于给气囊导管的气囊充气的造影剂是相对粘性的。对于较小的导管尺寸，由于使用这种造影剂通过极小充气腔给导管气囊充气会遇到高流体阻力，因而会产生困难。于是，这就需要使用极高的压力，从而会有气囊破裂的危险，或者使用气体给气囊充气，而不提供能确定气囊膨胀成功的充气事件的辐射不透射性。由于确定气囊位置对于大多数介入性治疗法是至关重要的，对于具有辐射不透射性气囊的微导管来说，有必要避免已知的设计缺点。
认识到前述缺点，Musbach等人的美国专利6,786,889中公开了一种通过增加气囊表面密度或者给气囊外部或内部表面涂布辐射不透射的墨汁以获得具有增强的辐射不透射性的气囊。该专利所描述的设计的一个缺点是随着气囊尺寸减小密度变化会变得更加不显著。此外，根据所使用的墨汁，所述气囊会出现生物相容性的问题。
此外，通过减小壁体厚度来试图减小导管轮廓会导致所述导管“可推性”损失，也就是，当从近端推动时，导管没有足够的刚度以通过导向线被向前推进。当在与使用小腔给气囊充气所需的较高压力结合时，在充气期间，减少的壁体厚度也会造成破裂的危险。
在制造小直径导管时遇到的尺寸限制也排除了某些特征的使用，例如可操纵性，其在治疗动脉瘤时对于放置颅内栓塞圈特别有用。由于控制丝或其它操作元件的存在，已知的商业上可获得的可操纵导管具有相对较大的直径，因此不适合在较小脉管中使用。因此，需要能够进入小脉管，如颅内脉管的可操纵导管。
鉴于前述，提供一种在微导管中使用的辐射不透射性气囊，从而避免用于气囊充气的液体造影剂的使用是理想的。
进一步地，提供一种可在相对低压力下充入惰性气体的具有辐射不透射性气囊的微导管，从而避免了气囊破裂的危险是理想的。
同样的，增强微导管壁体从而当使用降低的壁体厚度时能提高推动性并将破裂的危险最小化，同时仍然保持装置的纵向挠性也是理想的。
进一步地，提供一种适合在较小脉管中使用的可操纵导管，其中所述操纵装置实质上不会增加导管直径也是理想的。
发明内容
鉴于前述，本发明的目的是提供一种在微导管中使用的辐射不透射性气囊，其避免了用于气囊充气的液体造影剂的使用。
本发明的另一个目的是提供一种具有辐射不透射性气囊的微导管，其能以相对低压力充入惰性气体，从而避免了气囊破裂的危险。
本发明的另一个目的是提供具有增强壁体的微导管，从而当使用降低的壁体厚度时，其提高了可推动性并且使破裂危险最小化，同时仍然保持装置的纵向挠性。
本发明的另一个目的是提供适合在较小脉管中使用的可操纵导管，其中操纵装置实质上不会增加导管直径。
本发明的各种目的是通过提供气囊导管来实现的，其中，所述气囊是采用包含辐射不透射性纳米颗粒的材料制造的。如本说明书中使用的，纳米颗粒是具有平均直径小于约500纳米的颗粒，其可以整合和分散在聚合物基质中，而实质上不会影响聚合物的机械性能。优选地，所述纳米颗粒包括金、铂、钽、钯、钨、或者是它们的合金，其能够吸收X-射线，因此当使用荧光镜观察时，它们是可见的。
有利地，具有平均直径500纳米的颗粒实质上小于商业获得的金属颗粒，例如直径为1μm的钨粉末，其是两倍大，或者是直径为9μm的三氧化二铋，其是将近20倍大。那些较大颗粒会损害薄壁体结构的完整性，并且因此不适合提供在某些医学应用中使用的气囊辐射不透射性。
此外，本发明的导管优选地包括用碳纳米管增强的导管轴，因此允许降低壁体厚度的同时保持导管的可推动性。如本发明使用的，纳米管可以是单壁纳米管、多壁碳纳米管、纳米丝、纳米纤维或者纳米技术领域公知的类似复合物。
在可选择的实施方案中，所述碳纳米管可以排列于所述导管远端部分壁体内的层中，从而所述导管可响应电势应用而改变形状。以这种方式，无需先前已知的可操纵导管中的导线或者其它装置即可操纵所述导管。本发明的气囊导管可以相应地制成非常小的轮廓，例如，小至小于2.5French，因此适合在非常小的脉管中使用。
本文还提供了本发明导管的制造方法。优选地，获得辐射不透射性纳米颗粒并且加入到被加热至其熔点以上的聚合物中。然后搅拌混合物以均匀分散纳米颗粒。然后，根据已知的气囊成型技术来加工所述聚合物。
适合在本发明所述导管中使用的辐射不透射性纳米颗粒可通过高能颗粒撞击源材料锭而释放纳米颗粒来制造。为具体应用，随后可收集所述纳米颗粒并对其进行表征，例如通过尺寸表征。可选择地，所述纳米颗粒可以直接包埋到合适的气囊材料中。例如，气囊材料可以设置在腔室的内部。可以通过高能颗粒冲击合适的辐射不透射性源材料锭而释放可粘附或者包埋至气囊材料的纳米颗粒从而赋予气囊材料辐射不透射性。
通过在导管聚合物中混和预制的碳纳米管，然后使用已知的技术挤压形成的混合物，从而形成导管轴。此外，导管轴壁体可以以多种途径与设置来响应电刺激而改变远端部分形状的介入层共同挤压。特别地，所述导管可被形成具有至少部分的聚合物，其包括为电绝缘体分开的带相反电荷的纳米管。所述部分同心放置或者以导管的分开的两半排列形成，并且沿着电绝缘接缝连接。
使用本发明的原理，利用纳米颗粒的辐射不透射性性质，可以获得安装在导管上并放置在病人体内的气囊的精确定位。此外，用纳米管形成的导管与充满纳米颗粒的气囊结合使用可以允许极小的气囊微导管，从而其适合在颅内应用中使用。
还提供了形成本发明导管的方法。
附图简要说明
与附图结合，根据下述详细描述的考虑，本发明的上述和其它目的以及优点是显而易见的，在整个附图中，相同的参考特征涉及相同的部件，其中：
图1A和图1B分别是本发明示例性气囊导管的立体图和侧截面视图；
图2是应用在本发明导管的可选择实施方案中的气囊侧截面视图；
图3是描述形成充满辐射不透射性纳米颗粒的气囊聚合物的步骤流程图；
图4是描述形成根据本发明辐射不透射性气囊的可选择步骤的流程图；
图5是描述使用碳纳米管形成增强导管轴步骤的流程图；
图6A、6B、6C以及6D分别是本发明气囊的可选择实施方案的立体图、横截面视图、另一个横截面视图以及放大立体视图；以及
图7是描述使用根据本发明的纳米管形成图6中的可操纵微导管的步骤流程图。
发明详述
参考图1A和1B，描述了根据本发明原理构建的微导管。微导管10包括轴11、近端12、远端13、充气端口14、支管15、导向线16、流体源17、充气腔18、以及气囊19。
流体源17，优选地为加压气体，例如二氧化碳(CO2)、氦、空气或者其它流体，其可以直接接附到充气端口14，或者可选择地首先通过调节装置来控制压力、流速或者其它流体性能。流体源17通过充气腔18与气囊19流体联通。流体源17优选地包括CO2槽，其具有通过充气端口64来控制气囊19充气的调节器。
在图1B中，气囊19包括附于轴11上的柔韧构件20。充气腔18穿过轴11的壁体21，从而充气腔18远端与在轴11外表面和柔韧构件20内表面之间限定的空间联通。充气腔18的近端联结到充气端口14。
由于有纳米颗粒包埋或者置于柔韧层20中，气囊19与先前已知的气囊不同。纳米颗粒优选地以下文中描述的更具体的方式，基本均匀地设置在整个柔韧层20中。X-射线吸收纳米颗粒的存在使所述气囊在荧光镜图像技术下可见。
微导管10还包括设置在壁体21中的碳纳米管。所述纳米管提供增加的轴向强度和可推动性，因此降低了扭折、粘合或者当导管轴壁体厚度降低时遇到的相似问题发生的可能性。应该理解，微导管10，尽管在此示出的是包裹导线(over-the-wire)设计，但是能以快速交换的构造(rapid exchangeconfiguration)来制造。
在气囊20的可选择实施方案中(在图2中标以20’)，充气腔18’靠着轴11’壁体21’设置。端口22’存在于柔韧构件20’中，充气腔18’可穿过端口22’并且止于气囊19’。可选择地，充气腔18’远端可以附于柔韧构件20’上，从而其提供通过端口22’的联通。
现参考图3，描述了使纳米颗粒设置在气囊中形成气囊的优选方法。在步骤31，纳米颗粒可以从商业获得的来源来获得或者在实验室环境中制造。制造合适纳米颗粒的一种方法是在收集室中放置源材料片。所述源材料可以是金锭、铂锭、银锭、钯锭、钨锭或者本领域中已知的其它辐射不透射性材料。然后，源材料被暴露在激光或者其它能量源下从而释放源材料的纳米颗粒，所述纳米颗粒将粘附到收集室内部。一旦收集室被冷却，通过刮擦收集室内部可收集所述纳米颗粒。
接下来，在步骤32，气囊聚合物被加热至其熔点以上。合适的气囊聚合物可包括：聚酯(PET)、尼龙、聚亚安酯、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯或者其它生物相容的并适合用作气囊的聚合物。
在步骤33，所述纳米颗粒被混和至熔融气囊聚合物中，同时所述聚合物维持在其熔点之上的温度。在步骤34，所述混合物被机械搅拌以在聚合物中彻底分散纳米颗粒。使用超声波均质器可以完成这个过程，通过使用材料混合器，移动容纳有导管聚合物/纳米颗粒溶液的容器，搅拌导管聚合物/纳米颗粒溶液，或者通过使导管聚合物/纳米颗粒溶液维持在熔解温度以上一段延长的时间也可以完成这个过程。
一旦所述纳米颗粒分散达到满意程度，在步骤35，所述气囊聚合物/纳米颗粒溶液被允许冷却。最后，在步骤36，使用常规气囊成型技术来形成气囊。应该理解，在形成气囊之前，所述聚合物/纳米颗粒溶液可以任意地被制成颗粒状并重新挤压或者使用已知的技术来成型。
现参考图4，描述了制造辐射不透射性气囊的可选择方法40。在该方法中，在步骤41，收集室内部衬有气囊材料。例如，气囊材料片，如聚酯(PET)、尼龙、聚亚安酯、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯或者其它生物相容的并适合用作气囊的聚合物可以被设置在收集室内部中。
在步骤42，源材料片被放置在收集室中。所述源材料可以是金、铂、银钯、钨或者其它辐射不透射性材料。然后，将源材料暴露于能量源下从而直接将颗粒释放到气囊材料上。能量源可以包括：激光、等离子沉积或者离子束沉积。在步骤43，由于暴露在能量源下，纳米颗粒会从源材料中释放并且优选地会沉积在聚合物片上或者包埋于聚合物片内。在步骤44，所述能量源可以被停止并且所述气囊材料可被移走。在步骤45，所述气囊可通过常规气囊成型技术来形成。
图5描述了根据本发明制造图1微导管的方法50。在步骤51，碳纳米管可从商业来源来获得或者使用已知技术来制造。如本文中使用的，纳米管可以是单壁纳米管、多壁碳纳米管、纳米丝或者纳米纤维。
在步骤52，导管聚合物被加热至其熔点以上。合适的导管聚合物包括：聚酯(PET)、聚烯烃、含氟聚合物(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、聚氨酯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在步骤53，所述纳米管被混合至熔融的导管聚合物中，同时所述聚合物优选地维持在其熔点之上的温度。
在步骤54，所述纳米管被分散在聚合物中，例如通过搅拌混合物的方式。这可以使用超声波均质器完成，但也可通过使用材料混合器，移动容纳有导管聚合物/纳米管溶液的容器，搅拌导管聚合物/纳米管溶液，或者通过使导管聚合物/纳米管溶液维持在熔点之上一段延长的时间来完成。应该理解，溶剂或者其它添加剂的使用也适合于浸渍模塑或者其它方法。
在步骤55，使导管聚合物/纳米管混合物冷却至便于导管挤压的温度。在步骤56，使用已知的技术挤压导管。应该理解，在形成导管之前，聚合物/纳米管溶液任选地可以制成颗粒并重新挤压或者使用已知技术形成。
至于图6A、6B、6C以及6D，描述可操纵微导管60。微导管60具有快速交换的设计，尽管应该理解本发明的原理也等同地适用于包裹导线(over-the-wire)的设计。微导管60整合了许多快速交换导管的典型特征，例如轴61、近端62、远端63、充气端口64、支管65、导向线66、流体源67、充气腔68、气囊69以及钻石轮70。
流体源67相当于上述的流体源17，并且相应的通过充气腔68与气囊69流体联通。流体源67优选地包括CO2槽67，其具有通过充气端口64来控制气囊充气的调节器。
微导管60还包括电源71，其可置于导管系统的内部或者外部，其通过导线72提供直流电。在优选实施方案中，电源71是外置电池并且通过联接器于导线72连接。导线72优选是电绝缘的，从而允许DC电流或者电压的传输。如下文所述，导线72被联接到微导管60的带电部分，实现可操纵性。
通过将电压势施加在具有不同本征电荷的微导管60部分上，提供微导管60的可操纵性。具有正负带电部分的平面构件的挠曲性和延展性在RayH.Baughman等，Carbon Nanotube Actuators，SCIENCE，1999年5月21日，1340-1344页中有描述，其在此被完整引入本文作为参考。在图6中，微导管60的带电部分被排列为同心环，并且，在远端63被排列呈半圆柱形部分与形成腔73结合。具有相反电荷的微导管60部分在远端63彼此接触，如图6D所述，但除此之外彼此绝缘。因此，如下所述，响应电刺激的微导管60的运动基本发生在远端63附近。
更加具体地，图6B提供了沿着图6A中线B-B剖切的微导管60横截面视图，而图6C提供了沿着图6A中线C-C的横截面视图。在优选实施方案中，图6B和6C所示的横截面的转移发生在气囊69远端。图6D从观察者在方向D上的观察角度描述了带相反电荷的聚合物部分的连接处。
在图6B中，显示了带电聚合物的同心层，其中内层74包括已用带电纳米管处理过的导管聚合物。绝缘体75绕着内层74设置并且可包括其它材料聚合物的非导电涂层，所述涂层优选地是薄的，生物相容的并且是柔韧的。外层76围绕着绝缘体75，并且其包括用带有与在内层74中所使用的相反电荷的纳米管处理过的导管聚合物。腔73穿过微导管60的中心；为了清晰，省略了导向线66、充气腔68以及其它细节。
在图6C中，微导管60远端包括带电部分，其呈半圆柱形，并且能响应电刺激而发生偏转。优选地，带电聚合物仅在导管远末梢附近的相对短长度上呈半圆柱形。相反地，沿着具有图6B中同心环形横截面的导管长度不需要挠曲性或者延展性。通过绝缘体79，带正电聚合物77与带负电聚合物78分离。腔73通过微导管60的中心；为了清晰，忽略导向线66以及其它细节。
现参考图6D，带正电的聚合物77与带负电的聚合物78在连接处80联通。因此，在这个位置，电流会从电源，通过带正电聚合物77，连接处80以及带负电聚合物78。通过导线72，电源71被连接到带正电的聚合物77和带负电的聚合物78上，以使这些部分构成包括连接处80在内的电路的一部分。
优选地，气囊69设置在可操纵远端部分的附近。例如，微导管60的可操纵部分具有图6C中描述的横截面，优选地气囊69远端，其中气囊69优选地在具有图6B所示横截面的位置被接附在轴61上。这种设置降低了气囊69由于可操纵部分的运动而发生移动或者移位的可能性。然而，一些应用也可以从具有在弹性部分远端的或者沿着弹性部分延伸的气囊的导管受益，并且那些实施方案也被认为在本发明的范围内。
现参考图7，说明制造可操纵导管60的方法。在步骤91，获得带正电的的纳米管。所述纳米管可采用已知技术制造或者从商业来源获得。如RayH.Baughman等，Carbon Nanotube Actuators，Science，1999年5月21日，1340-1344页中所描述的，通过进行电荷注射，可使纳米管带电荷。通过这种方法，可以制备带正电的纳米管和带负电的纳米管。
在下面的描述中，描述了用于制造具有带正电内层和带负电外层的导管的方法。应当理解，所述方法也等同地适用于带负电内层和带正电外层的导管。
在步骤92，所述导管聚合物被加热至其熔点以上。合适的导管聚合物包括：例如聚酯(PET)、聚烯烃、含氟聚合物(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、聚氨酯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在步骤93，带正电纳米管被混和于熔融的导管聚合物中，并且所述聚合物维持在其熔点之上的温度。在步骤94，搅拌所述混合物使带正电的纳米管分散在内导管聚合物中。该步骤可采用上述设备来完成。
在步骤95，所述导管聚合物/纳米管溶液被允许冷却至便于导管挤压的温度。然后，在步骤96，使用在导管构造领域公知的技术，挤压导管内层。
一旦被挤压，在步骤97，在内导管层上应用绝缘屏障或者涂层。所述屏障可以是其它材料的聚合物非导电涂层，其优选地是薄的，生物相容的，并且是柔韧的。
在步骤98，获得带负电纳米管。在步骤99，用于外导管层的聚合物被加热至其熔点以上温度，并且在步骤100将带负电纳米管混入熔融的外导管聚合物中。在步骤101，使用上述步骤94使用的技术，搅拌混合物从而促进带负电纳米管的彻底分散。
在步骤102，所述导管聚合物/纳米管溶液被允许冷却至便于导管挤压的温度。在步骤103，所述导管外层被挤压至绝缘内层上从而形成共轴遮盖物。
最后，在步骤104，对远端部分进行成形并且接附到分层导管部分。在远端部分的一侧，所述导管聚合物已被带负电的纳米管处理过，而远端的另一侧具有被带负电的纳米管处理过的聚合物。除了在最远端的联通区域，上文所称的连接处80，这两侧是彼此绝缘的。此外，这两侧与导管的相似带电内外层电联通。
应该理解，通过将纳米管添加到导管聚合物可以形成具有增加强度和推动性的导管，而无需获得带相反电荷的纳米管。这种非可操纵导管适合于在如上文所述和如图1所示的微导管10的设计中使用，并且可以在步骤91至96中所述的相似方式形成，排除对电荷或者内/外导管部分的任何涉及。
尽管上面描述了本发明的优选示意性实施方案，但是在不背离本发明情况下可以对其进行各种变化和修改，这些对于本领域技术人员来说是显而易见的。所附权利要求书意在覆盖落入本发明的本质精神和范围内的所有变化和修改。

Claims (26)

1.导管，包括
细长轴，其具有近端和远端以及在两端之间的腔；以及
气囊，其接附到细长轴的远端附近，所述气囊包括大量辐射不透射性纳米颗粒分散在其中的聚合物。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述辐射不透射性纳米颗粒选自金、铂、银、钯、钨和钽。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长轴进一步包括具有大量碳纳米管分散在其中从而提高导管推动性的聚合物。
4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包括设置在细长轴主体内并且设置用来响应电刺激的带电纳米管。
5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括电刺激源。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述细长轴进一步包括包含带正电纳米管的第一部分和包含带负电纳米管的第二部分。
7.根据权利要求6所述的设备，其进一步包括设置在所述第一部分和所述第二部分之间的绝缘体。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一部分和所述第二部分在细长轴远端附近的结合处联通。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述的电刺激源通过导线与所述第一部分和所述第二部分联通。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述电刺激源是电池。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导管进一步包括联结在气囊和细长轴近端之间的气囊充气腔。
12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括联结到所述充气腔上的加压气体容器。
13.气囊导管，包括：
细长轴，其具有近端和远端以及在两端之间的腔；以及
具有内部的气囊，所述气囊接附到所述细长轴的远端；
其中，所述气囊包括选自聚酯、聚烯烃、含氟聚合物、聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物，以及分散在聚合物内的大量纳米颗粒。
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括具有远端和近端的充气腔；远端与所述气囊的内部流体联通，并且所述近端设置于基本在所述轴近端附近的位置处。
15.根据权利要求14所述的设备，其进一步包括设置在所述充气腔的近端的充气端口。
16.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括设置在所述轴的侧壁中的快速交换端口。
17.根据权利要求13所述的设备，其中，所述轴进一步包括设置在所述轴主体内的纳米管。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述纳米管包括带正电纳米管和带负电纳米管。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述导管响应电刺激是可操纵的。
20.一种形成导管部件的方法，包括：
提供大量纳米颗粒或者纳米管以及具有熔点的聚合物；
将所述聚合物加热至其熔点之上；
将所述大量纳米颗粒或者纳米管加入到聚合物中；
将所述大量纳米颗粒或者纳米管分散在聚合物内；
冷却所述聚合物；以及
使所述聚合物形成导管部件。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述聚合物中分散所述大量纳米颗粒或者纳米管包括搅拌所述聚合物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述聚合物中分散所述大量纳米颗粒或者纳米管包括使用超声波均质器。
23.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括在将所述大量纳米颗粒或者纳米管分散在所述聚合物中时使所述聚合物维持在其熔点之上一段时间。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述纳米颗粒是辐射不透射性的并且所述导管部件包括气囊。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，所述纳米管是碳纳米管并且所述导管部件包括导管轴。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述碳纳米管具有第一和第二电荷，并且形成所述导管部件进一步包括：
从包含具有所述第一电荷的碳纳米管的聚合物挤压内层；
将电绝缘层接附到所述内层的外部上；以及
在电绝缘层上从包含具有所述第二电荷的碳纳米管的聚合物挤压外层。
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