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Die vorliegende Erfindung betrifft
Ballons für medizinische
Katheteranwendungen, wobei ein Katheter mit einem Ballon am proximalen
Ende in einem Körperkanal
positioniert und aufgepumpt wird, um den Kanal aufzuweiten, sowie
Verfahren zur Fertigung von solchen Ballons.
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Typische Ballonkatheter weisen einen
Ballon auf, der um die Außenseite
eines hohlen Katheterrohrs oder -schaftes herum befestigt ist, wobei
der Ballon mit dem Inneren des Schaftes in Fluidströmungsbeziehung
steht. Der Schaft sorgt für
einen Fluidnachschub zum Aufpumpen des Ballons.
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Beispiele von solchen Ballonkathetern
sind Katheter zur Prostatatherapie, endoskopische TTS-Katheter zum
gastrointestinalen Gebrauch sowie PTA- und PTCA-Katheter zur Angioplastie.
Zum Beispiel kann die Koronarangioplastie das Einführen eines
PTCA-(perkutanen transluminalen Koronarangioplastie-)Katheters durch
eine Arterie eines Patienten bis zu einer arteriellen Stenose einschließen, sowie
das Injizieren eines geeigneten Fluids in den Ballon, um ihn aufzupumpen.
Durch das Aufpumpen wird die Stenose radial nach außen aufgeweitet
und gegen die Arterienwand zusammengedrückt, um die Querschnittsfläche der
Arterie zu vergrößern, so dass
die Arterie eine akzeptable Blutdurchflussmenge aufweist.
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Einige bekannte Katheterballons werden
aus nicht dehnbaren Materialien gefertigt, wie Polyethylenterephthalat
(PET) oder Nylon. Nicht dehnbare Ballons weisen die Vorteile einer
hohen Berstfestigkeit und eines vorbestimmten maximalen Durchmessers
auf. Diese Ballons können
eine Schädigung
von Geweben infolge eines übermäßigen Aufpumpens verhindern,
da sich ihr Durchmesser über
den Punkt des vollständigen
Aufpumpens hinaus nicht merklich vergrößert. Ihre Nachteile schließen jedoch
Steifigkeit und schlechte Faltbarkeit ein. Weiter können diese
Ballons nach dem Entleeren scharfe Kanten und Ecken aufweisen, die
Traumata an Körpergeweben verursachen
können,
wenn die Katheter herausgezogen werden.
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Andere bekannte Ballons werden aus
dehnbaren bzw. nachgiebigen Materialien gefertigt, wie Polyethylen
(PE) oder Ethylenvinylacetat (EVA). Der Durchmesser dieser Ballons
hängt vom
Druck des Aufpumpfluids ab. Die dehnbaren Ballons lassen sich leicht
zusammenfalten bzw. zusammenlegen und sind weicher als der nicht
dehnbare Ballon, und es ist somit weniger wahrscheinlich, dass sie
während
ihres Hindurchtretens durch den Körper Traumata verursachen.
Jedoch muss der veränderliche
Durchmesser der dehnbaren Ballons sorgfältig überwacht werden, um eine Gewebeschädigung und
ein katastrophales Versagen des Ballons während des Aufpumpens zu verhindern.
Sie können
auch die Nachteile einer geringeren Zugfestigkeit als die nicht
dehnbaren Ballons besitzen. Eine Vergrößerung der Wanddicke zum Ausgleich
der geringeren Zugfestigkeit kann zu einem unerwünscht großen Profil beim zusammengefalteten
Ballon führen.
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Die
US
4,932,956 (Reddy et al.) beschreibt eine mehrschichtige
Ballonkonstruktion gemäß dem ersten
Teil des Patentanspruchs 1. Sie enthält eine nicht dehnbare Schicht
und eine elastische äußere Schicht,
die aus einem glatten Material, wie Silikon, gefertigt ist. Die
schädigenden
Wirkungen von scharfen Kanten und Ecken, die beim Entleeren eines
nicht dehnbaren Ballons erzeugt werden, werden deshalb gemildert.
Zusätzlich
kann ein Schmiermittel, wie ein Fluorsilikonöl zwischen die Schichten eingebracht werden,
um die relative Gleitbewegung jeder Schicht in Bezug zu benachbarten
Schichten sicherzustellen. Dies verbessert das reibungslose Entleeren
des Ballons und die nachfolgende Einfachheit des Entfernens aus
einem Patienten.
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Es wäre wünschenswert, einen medizinischen
Katheterballon zu haben, der die besten Eigenschaften der dehnbaren
und nicht dehnbaren Ballons kombiniert, mit geringer Dehnbarkeit,
hoher Berstfestigkeit, kleinem zusammengefaltetem Profil, Weichheit
und Biegsamkeit. Die hier beschriebene Erfindung wurde entwickelt,
um sich dieses Bedürfnisses
anzunehmen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist ein Ballon zu Verwendung mit
einer medizinischen Kathetervorrichtung gemäß den beigefügten Patentansprüchen.
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In noch einem anderen Aspekt ist
die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Gleitschichtballons
gemäß Patentanspruch
10.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Ballonkatheters in einem aufgepumpten
Zustand gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten
Ballons entlang der Linie 2-2.
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines koextrudierten Ballonformlings bzw.
Ballonrohlings zur Fertigung eines Ballons gemäß einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine Seitenansicht des Ballonrohlings aus 3, die das Herausziehen der Stränge der
zweiten Phase veranschaulicht, so dass offene Kanäle im Ballonrohling
zurückbleiben.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils des aus dem Ballonrohling aus
den 3 und 4 gefertigten Ballons.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils eines Ballons gemäß einer
anderen alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine beispielhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ballons
verwendet einen nicht dehnbaren Ballon, bei dem die Ballonwand eine Kammer
umschließt.
Der Ballon weist zwei oder mehr konzentrische dünne Schichten eines hochfesten
medizinischen Ballonmaterials auf, wobei Maßnahmen ergriffen worden sind,
um den normalerweise auftretenden hohen Reibungskoeffizienten zu überwinden,
der zwischen den Grenzflächen
der Ballonschichten vorhanden ist. Das heißt, es ist ein ausreichend
niedriger Reibungskoeffizient zwischen den Schichten vorhanden,
damit die Schichten gegeneinander sehr gleitfähig oder schlüpfrig sind.
Die Anzahl von Schichten in der Ballonwand beträgt typischerweise 2 bis etwa
10 Schichten, vorzugsweise 3–5 Schichten,
wobei Maßnahmen
für einen
niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen benachbarten Paaren von
Schichten ergriffen wurden.
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Dieser Gleitschichtballon verformt
sich leicht, da nur wenig Kraft notwendig ist, um zu bewirken, dass
sich die Schichten gegeneinander verschieben (sich in Bezug zueinander
bewegen). Diese Verschiebe- bzw. Gleitbewegung findet hauptsächlich in Umfangsrichtung
statt und kann mit der Verschiebung der Seiten eines Taschenbuchs
gegeneinander verglichen werden, wenn das Buch zu einer Rundung gebogen
wird. Obwohl das Buch dieselbe Dicke wie ein entsprechend bemessenes
Stück Karton
besitzen kann, ist es weicher und flexibler. Selbst wenn die einzelne
Schicht steif und fest ist, fühlt
sich der hier beschriebene Gleitschichtballon in ähnlicher Weise
weich und biegsam an, und lässt
sich leicht zusammenfalten bzw. zusammenlegen. Diese Verbesserung
der Eigenschaften wird selbst bei einem Ballon mit einer größeren Gesamtdicke
als der normalerweise für
einen bestimmten medizinischen Zweck verwendeten erzielt. Die Ballonschichten
können
aus einem beliebigen hochfesten Material gefertigt werden, von dem
bekannt ist, dass es für
medizinische Ballons geeignet ist, und vorzugsweise einem nicht dehnbaren
Material. Beispiele von bevorzugten nicht dehnbaren Materialien,
die zur Fertigung des Ballons geeignet sind, sind Polyethylenterephthalat
(PET), am besten biaxial ausgerichtetes PET, Nylon, Polypropylen
(PP) und andere nicht dehnbare technische Kunststoffe, von denen
bekannt ist, dass sie für
medizinische Ballonanwendungen geeignet sind. Geeignete dehnbare
Materialien sind Polyethylen (PE), insbesondere biaxial ausgerichtetes
PE (bestrahlt), Polyvinylchlorid (PVC) und andere dehnbare Polymere, von
denen bekannt ist, dass sie für
medizinische Ballons geeignet sind.
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Der niedrige Reibungskoeffizient
zwischen Schichten kann bereitgestellt werden, indem man die Grenzflächen der
Ballonschichten mit einer reibungsarmen Substanz beschichtet, oder
auf andere Weise eine reibungsarme Substanz zwischen die Schichten einbringt.
Beispiele einer solchen reibungsarmen Substanz schließen Silikon,
Silikonöl,
Fluorkohlenwasserstoffe und andere Schmiermittel ein, von denen
bekannt ist, dass sie für
medizinische Zwecke geeignet sind. Die Weichheit, Biegsamkeit und
Faltbarkeit eines solchen Gleitschichtballons ist bedeutend größer als
diejenige eines einschichtigen Ballons mit derselben Gesamtdicke,
und sogar als diejenige eines mehrschichtigen Ballons mit derselben Gesamtdicke
ohne die reibungsarme Substanz zwischen den Schichten.
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Die sich deckenden Schichten des
hier beschriebenen Gleitschichtballons können gefertigt werden, indem
man röhrenförmige Ballonrohlinge bzw.
-formlinge getrennt (z. B. durch Extrusion) formt, die entweder
mit zunehmend größeren Durchmessern
geformt oder auf diese gestreckt bzw. gedehnt werden, und zunehmend
größere Röhren über die kleineren
Röhren
schiebt, um die einzelnen Schichten zu einem mehrschichtigen Ballonrohling
zusammenzusetzen. Falls notwendig können die größeren Röhren über die Röhren mit kleinerem Durchmesser geschrumpft
werden. Bei einer bevorzugten Alternative werden jedoch die Schichten
gleichzeitig extrudiert (koextrudiert) um den Ballonrohling zu bilden. Falls
gewünscht,
können
die innersten und/oder äußersten
Schichten eines mehrschichtigen Ballons für eine verbesserte Verschleißbeständigkeit
dicker als die Zwischenschicht (en) sein. Der Ballonrohling kann
dann durch konventionelle Mittel einer Formgebung unterzogen werden,
um den Ballon zu bilden. Bei einem beispielhaften Formgebungsprozess
wird der Rohling erwärmt
und aufgepumpt, um z. B. einen zylindrischen Ballonkörper mit
verjüngten
Teilen zwischen dem Körper
und dem proximalen und distalen Ende des Ballons zu bilden. Als
Teil eines solchen Formgebungsprozesses kann der Rohling gestreckt werden,
um das Material auszurichten und/oder um dünnere Schichten und/oder Enden
zu bilden.
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Die reibungsarme Substanz kann durch
eine von mehreren Maßnahmen
auf die Schichten aufgetragen oder auf andere Weise zwischen diese
eingebracht werden. Zum Beispiel können getrennt gefertigte Schichten
mit der reibungsarmen Substanz beschichtet werden, z. B. durch Eintauchen,
Bestreichen oder Besprühen
mit der Substanz allein oder in Lösung, bevor die Schichten zusammengesetzt
werden, um den Ballonrohling zu bilden. Alternativ können die
zusammengesetzten oder gemeinsam extrudierten Schichten des Rohlings
beschichtet werden, z. B. indem man den Rohling in einer Lösung der Substanz
einweicht oder indem man die Substanz oder ihre Lösung unter
Druck zwischen die Schichten zwingt. Ein Beispiel einer geeigneten
Lösung
einer reibungsarmen Substanz ist eine Lösung von etwa 2%– 10% Silikonöl in Freon.
Der Rohling kann dann durch konventionelle Verfahren in Form gebracht werden,
um einen medizinischen Ballon zur Verwendung mit einem Katheter
zu bilden. Vorzugsweise wird die reibungsarme Substanz vor der Formgebung aufgebracht,
um ein gegenseitiges Anhaften der Schichten während des Formgebungsprozesses
zu verhindern. Am besten wird das reibungsarme Material sowohl vor
und nach der Formgebung aufgebracht.
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Ein Katheter, der den hier beschriebenen Gleitschichtballon
verwendet, kann ähnlich
ausgebildet sein, wie eine beliebige konventionelle Ballonkatheteranordnung,
wobei der hier beschriebene neuartige Ballon den konventionellen
Ballon ersetzt. Der Katheter schließt einen Schaft ein, und das
proximale Ende des Gleitschichtballons ist typischerweise am distalen
Ende des Schafts mit dem Schaft verbunden. Die Länge des Katheters ist ausreichend,
um ihn durch den Körperhohlraum
oder die Körperhohlräume bis
in den zu behandelnden Bereich zu fädeln, wobei ein ausreichendes
Stück außerhalb
des Körpers
verbleibt, um eine Manipulation des Katheters zu ermöglichen.
Der Schaft enthält
mindestens ein inneres Lumen zum Aufpumpen des Ballons mit einem Fluid-Aufpumpmedium.
Typischerweise erstreckt sich ein Führungsdraht durch den Ballon
und kann sich in distaler Richtung aus dem Ballon erstrecken. Alternativ
kann sich ein Draht (durch ein zusätzliches Lumen) in proximaler
Richtung durch den Schaft erstrecken, um dem Schaft eine größere Steifigkeit
und Festigkeit zu verleihen.
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Der Katheter kann durch konventionelle
Mittel gefertigt werden, außer
was die Fertigung des oben beschriebenen neuartigen Gleitschichtballons und
das Verbinden des Ballons mit dem Katheter am proximalen und distalen
Ende des Ballons angeht. Die proximale Verbindung kann erzielt werden,
indem man die Schichten an den Ballonenden miteinander verklebt
und die innerste Schicht mit dem Schaft verklebt. Alternativ können die
Schichten so zugeschnitten werden, dass sie einander überlappen und
nacheinander am Schaft festgeklebt werden, oder es können nur
die äußerste und
innerste Schicht festgeklebt werden. Für diesen Verbindungsvorgang sind
eine Wärmeverschweißung bzw.- versiegelung und/oder
Kleber geeignet. Eine verbesserte Abdichtung kann erzielt werden,
indem man die innerste Schicht mit dem Schaft verklebt, eine flexible
Polymerumhüllung über den
Schaft schiebt, wobei ihr distales Ende das Ende des Ballons überlappt,
und dann die Umhüllung
sowohl mit der äußersten Schicht
und dem Schaft verklebt. Ähnliche
Verbindungsverfahren können
benutzt werden, um das proximale Ende des Ballons z. B. am Führungsdraht
zu verankern. Fakultativ können
die äußere Oberfläche des
Ballons oder der gesamte Katheter weiter mit einer konventionellen
Gleitbeschichtung überzogen werden,
zum Beispiel Silikon oder einer hydrophilen Beschichtung, um den
Hindurchtritt des Katheters durch den Körper zu erleichtern.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des Gleitschichtballons wird eine einheitliche Ballonwand gefertigt,
in der sich Bereiche der Gleitschichtwand der Länge nach zwischen "Rippen" erstrecken,
d. h. langen, schmalen Bereichen, in denen die Schichten des Ballons
durch die Dicke des Ballons hindurch miteinander verbunden sind,
wobei die verbundenen Bereiche normalerweise als Rippen oder Streifen
auf der äußeren Oberfläche der
Ballonwand sichtbar sind. Die einheitliche Natur des gerippten Gleitschichtballons
sorgt für
eine bessere Qualitätskontrolle
und vereinfacht das Verbinden der Ballonenden mit dem Katheter,
da die Schichten an den Rippen bereits aneinander befestigt sind.
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Die gerippte Konstruktion führt auch
zu einer unterschiedlichen Steifigkeit um den Umfang des Ballons
herum, was während
der Entleerung ein regelmäßiges Zusammenlegen
des Ballons in mehrere Falten begünstigt und einen kleineren
Durchmesser für
den zusammengefalteten Ballon sicherstellt. Beim Entleeren bilden
sich um den Umfang der Ballonwand herum in einem regelmäßigen Muster
mehrere Falten, während
die Ballonwand kollabiert. Das regelmäßige Faltenmuster wiederum
liefert ein kleineres kollabiertes Profil, als dies bei den Ballons
aus dem Stand der Technik üblich
ist, spezieller den steiferen nicht dehnbaren Ballons. Dieses kleinere
Profil kann den Hindurchtritt des entleerten Ballons durch die Arterien
während
des Herausziehens des Katheters erleichtern.
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Der gerippte Gleitschichtballon kann
gefertigt werden, indem man die getrennten Schichten der oben beschriebenen
mehrschichtigen Ballons entlang der Rippen thermisch verschweißt bzw.
wärmeversiegelt
oder auf andere Weise miteinander verbindet, wobei zwischen den
Rippen geschichtete Abschnitte verbleiben (vorzugsweise ist jede
thermisch verschweißte
Rippe entlang der Länge
des Ballons durchgehend). Jedoch besteht das bevorzugte Verfahren
zur Fertigung eines solchen gerippten Gleitschichtballons darin,
einen Ballonrohling mit offenen Kanälen zu extrudieren, die sich
der Länge
nach durch die Wand des Rohlings erstrecken, um Bereiche der Wand
in mehrschichtige Abschnitte zu unterteilen. Zum Beispiel wird die
Wand eines Rohlings für einen
gerippten zweischichtigen Ballon mit einem einzigen zylindrischen
Array aus einer Mehrzahl von radial angeordneten, axial verlaufenden
Kanälen
innerhalb der Dicke der Wand gefertigt. Die Kanäle sind durch Rippen getrennt,
die von den nicht mit Kanälen
versehenen Teilen der Wand gebildet werden. Nach der Formgebung
des Ballons aus dem Rohling unterteilen die Kanäle die einzige Ballonwand in
den Bereichen zwischen den Rippen tatsächlich in eine innere und äußere Wand.
Die Kanäle
und Rippen können
sich in einer geraden Linie parallel zur Ballonachse erstrecken,
oder sie können
sich in einem schraubenförmigen
Muster um die Ballonachse "herumwinden".
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Ein Ballon mit mehr als zwei Schichten
in den geschichteten Abschnitten zwischen den Rippen wird in ähnlicher
Weise gefertigt, außer
dass mindestens ein zusätzliches
Array von Kanälen
gebildet wird, wobei sich jedes Array an einer anderen radialen
Position in der Wand des Ballonrohlings befindet. Die Kanäle jedes
Arrays liegen vorzugsweise übereinander, um
mehrschichtige Abschnitte bereitzustellen, die sich eine gemeinsame
Rippe zwischen jedem Paar von benachbarten Abschnitten teilen. Die
Oberflächen,
die jeden Kanal umschließen,
sind mit der oben beschriebenen reibungsarmen Substanz beschichtet,
um einen Gleitschichtballon bereitzustellen, jedoch mit den Vorteilen
einer einheitlichen Konstruktion, wie unten beschrieben.
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Bei einem am meisten bevorzugten
Verfahren wird ein Rohling für
den gerippten Gleitschichtballon gefertigt, indem eine hohle Röhre aus
zwei oder mehr ungleichen Polymermaterialien unter Verwendung von
herkömmlichen
Extrusionstechniken koextrudiert wird. Eine getrennte oder diskrete
Phase, das heißt
eine Phase, die als Vorläufer
der Kanäle dient
(und die deren Lage und Gestalt bestimmt) wird zum Beispiel aus
Polyethylen hoher Dichte, Nylon, Polyethylen niedriger Dichte oder
Polyethylen-Copolymeren
gebildet. Eine durchgehende Phase, das heißt die Phase, die den Ballonrohling
mit der in dessen Wänden
eingeschlossenen getrennten Phase bildet, kann aus Polyethylenterephthalat
oder Polyethylen hoher oder niedriger Dichte gebildet werden. Polyethylen
hoher Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und Polyethylen-Copolymere
können
in Polyethylenterephthalat extrudiert werden. Nylon kann in einem
Polyethylen hoher oder niedriger Dichte extrudiert werden. Typischerweise
ist das Material der durchgehenden Phase härter und spröder als
das weichere, stärker
biegsame Material der getrennten Phase. Normalerweise werden die
Stränge
sämtlicher
Arrays von demselben Material der zweiten Phase gebildet. Jedoch
liegen Arrays aus unterschiedlichen Strangmaterialien sowie Stränge aus unterschiedlichen
Materialien innerhalb desselben Arrays im Umfang der Erfindung.
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Nachdem die Phasen koextrudiert worden sind,
wird die getrennte Phase aus der durchgehenden Phase herausgezogen,
wobei im Inneren der durchgehenden Phase offene Kanäle zurückbleiben, wie
oben beschrieben. Die Koextrusion zweier Polymermaterialien ist
wohlbekannt, und für
diesen Vorgang werden konventionelle Techniken verwendet. Kriterien
zur Abstimmung der beiden Polymermaterialien für die oben beschriebene Koextrusion
sind, dass sie nach der Extrusion nicht aneinander haften und dass
die getrennte Phase aus der durchgehenden Phase herausgezogen werden
kann, wobei darin Kanäle
zurückbleiben.
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Bei einem Verfahren zum Entfernen
der Stränge
aus dem koextrudierten Ballonrohling ist das Material der durchgehenden
Phase des Ballonrohlings härter
und spröder
als dasjenige der Stränge der
getrennten Phase. In die äußere Oberfläche des Rohlings
wird eine Einkerbung gekratzt, die sich in Umfangsrichtung erstreckt.
(Die Einkerbung braucht sich nicht um den gesamten Umfang der Ballonwand herum
erstrecken.) Der Rohling kann dann quer durchgebrochen werden, indem
man an der Einkerbung eine Zugbeanspruchung aufbringt (zum Beispiel,
indem man den Ballonrohling biegt) ohne die Stränge zu zerbrechen, und die
abgebrochene durchgehende Phase wird vom Rohling getrennt.
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Die Stränge der getrennten Phase können dann
aus der durchgehenden Phase herausgezogen werden, wobei ein röhrenförmiger Ballonrohling
aus z. B. Polyethylenterephthalat mit einer Mehrzahl von offenen
Kanälen
in seiner Wand gebildet wird. Die Gestalt, Anzahl und Anordnung
der Kanäle
kann verändert
werden, wie vom Operateur gewünscht,
indem man die Gestalt der Extrusionsdüse verändert. Zum Beispiel können die
oben beschriebenen Stränge
im Querschnitt rund, eiförmig,
quadratisch, rechteckig, usw. sein. Auch ist eine beliebige Anzahl
von Arrays zwischen 1 und etwa 10, vorzugsweise etwa 3- 7 über die
gesamte Dicke des Ballons hinweg möglich, wobei n-1 Arrays in
jedem geformten gerippten Gleitschichtballon n Schichten erzeugen.
In jedem Array ist eine beliebige Anzahl von Kanälen zwischen 1 und etwa 24
möglich,
vorzugsweise etwa 3 –10.
Normalerweise weisen die Rippen eine Umfangsbreite auf, die kleiner
als diejenige der Gleitschichtabschnitte ist.
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Der Ballonrohling mit den offenen
Kanälen wird
dann durch konventionelle Mittel einer Formgebung unterzogen, z.
B. durch Erwärmen
und Aufpumpen, um einen gerippten Ballon zu formen.
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Während
des Formgebungsvorgangs wird die von der inneren Oberfläche des
erwärmten
Ballons umschlossene Kammer aufgepumpt, die Kanäle in der Wand selbst werden
jedoch nicht mit Druck beaufschlagt. Somit werden die Schichten,
die von den inneren und äußeren Wänden der
Kanäle
gebildet werden, in einem stärkeren
Maß gestreckt
als die Wände,
welche die Kanäle
in jedem Array verbinden, wodurch eine Mehrzahl von geschichteten Wandabschnitten
erzeugt wird, die durch Rippen getrennt sind. Falls gewünscht, können die
innersten und/oder äußersten
Schichten dicker als jegliche vorhandenen Zwischenschichten sein,
was eine größere Zähigkeit
und Festigkeit liefert. Die Kanäle
werden mit Silikonöl
oder einer anderen reibungsarmen Substanz beschichtet, so dass die
geschichteten Abschnitte Gleitschichtabschnitte sind, die sich in
Bezug zueinander leicht verschieben, wie oben beschrieben. Dieser
gerippte bzw. mit Rippen versehene Ballon ist ein starker, weicher
medizinischer Ballon, bei dem Rippen und Gleitschichtabschnitte zwecks
verbesserter Faltbarkeit für
eine unterschiedliche Steifigkeit um den Umfang des Ballons herum sorgen.
Zusätzlich
verankern die Rippen die Schichten aneinander, wodurch für ein leichteres
Verbinden des Ballons mit dem Katheter gesorgt wird.
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Während
die Koextrusion im Allgemeinen des bevorzugte Verfahren zur Bildung
der gerippten Ballons ist, ist es unter Verwendung einer bekannten Art
von Extrusionsdüse
auch möglich,
Röhren
zu extrudieren, in denen die Kanäle
bereits ausgebildet sind. Die Dicke der Kanäle innerhalb des Rohlings ist jedoch äußerst klein,
typischerweise etwa 0,025–0,5 mm
in einem röhrenförmigen Ballonrohling
mit einer Gesamtwanddicke zwischen etwa 0,07 und 1,0 mm und einem
Außendurchmesser
zwischen etwa 0,25 und 5,0 mm. Daher kann die Extrusion mit den
gewünschten
vorgeformten Kanälen
schwieriger als die Koextrusion sein, und die Koextrusion wird im
Allgemeinen bevorzugt.
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Die Faltbarkeit und Oberflächeneigenschaften
eines beliebigen der hier beschriebenen Ballons und insbesondere
der gerippten Ballons können
verbessert werden, indem man eine die Ballonwand umgebende elastomere
oder elastische Umhüllung
vorsieht. Die Umhüllung
kann aus solchen Materialien wie Silikonkautschuk, Polyurethan-Elastomer,
Polyamid-Elastomer, Polyolefin-Elastomer,
thermoplastischen Elastomeren (z. B. einem technischen thermoplastischen
Elastomer) oder einem beliebigen Elastomer gefertigt werden, das
zur Verwendung bei medizinischen Kathetern als geeignet angesehen
wird.
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Die elastische Umhüllung weist
eine solche Größe, Dicke
und einen solchen Elastizitätsmodul auf,
dass sie eng anliegend um die Gleitschichtballonwand in ihrem vollständig entleerten
oder kollabierten Zustand herum passt, sich beim Aufpumpen des Ballons
auf seinen maximalen Durchmesser mit der Ballonwand dehnt bzw. weitet
und sich zusammenzieht, wenn der Druck im Ballon während des Entleerens
abnimmt, wobei die Gleitschichtballonwand zu einem dichten, kompakten,
allgemein zylindrischen Bündel
kollabiert. Eine typische Dicke für die elastische Umhüllung beträgt etwa
76–500 μm (0,003–0,020 Inch).
Um den Kollaps der Ballonwand weiter zu fördern, sowie um eine gleichmäßigere Dehnung
der elastischen Umhüllung
zu ermöglichen, kann
zwischen der Gleitschichtballonwand und der elastischen Umhüllung ein Überzug aus
Silikonöl oder
einer anderen reibungsarmen Substanz angeordnet werden. Die elastische
Umhüllung
und der reibungsarme Überzug
wirken mit den Gleitschichten zusammen, sowie bei dem gerippten
Ballon mit den Rippen, um den Ballon z. B. in einer schraubenförmigen Wicklung
um die Ballonachse herum wieder zusammenzufalten. Bei dem mit einer
Umhüllung
versehenen Ballon stellen die Rippen sicher, dass das Zusammenfalten
entlang von vorbestimmten Linien entlang der Länge des Ballons erfolgen wird.
Die Umhüllung
wird durch bekannte Mittel gefertigt, am Ballon angebracht und mit
dem Katheter verbunden.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die 1 und 2, schließt ein Katheter 10,
der nicht maßstabsgetreu gezeichnet
ist, einen in seinem aufgepumpten Zustand dargestellten Gleitschichtballon 11 ein,
bei dem eine Gleitschichtballonwand 12 eine Kammer 13 umschließt. Die
Ballonwand 12 schließt
eine innere Schicht 14 und eine äußere Schicht 15 ein.
Die Schichten 14 und 15 sind deckungsgleich und
sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegende Grenzflächen 16 und 17 aufweisen.
Die Oberfläche 16 und/oder
die Oberfläche 17 sind
mit Silikonöl 18 beschichtet,
und die Schicht 15 wird wärmebehandelt, um die Schicht 15 über die
aufgepumpte Schicht 14 aufzuschrumpfen, so dass zwischen
den Oberflächen 16 und 17 keine
Luftblasen eingeschlossen sind. Somit bewirkt die Silikonölbeschichtung 18, dass
sich die Schichten 14 und 15 in Bezug zueinander
verschieben, so dass der Gleitschichtballon 11 weicher
und biegsamer als Ballons aus dem Stand der Technik ist. In den 1 und 2 ist die Ballonwand 12 mit
zwei Schichten dargestellt, mit einer Silikonölbeschichtung zwischen den
beiden Schichten. Alternativ kann die Ballonwand bis zu etwa 10
Schichten aufweisen, mit Silikonöl
oder einer anderen reibungsarmen Substanz zwischen einander gegenüberliegenden
Oberflächen
der Schichten.
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Der Ballon 11 ist in 1 dargestellt, wobei sein
proximales Ende 19 an einem distalen Ende 20 eines
Schaftes 21 durch eine Muffenummantelung 22 und
Kleber (nicht dargestellt) befestigt ist. Ein distales Ende 23 des
Ballons ist in einer ähnlichen
Weise durch eine Muffenummantelung 25 an einem Draht 24 befestigt.
Die Ballonkammer 13 steht über Lumina 26 in Verbindung
mit einer Quelle (nicht dargestellt) eines Aufpumpmediums zum Aufpumpen
des Ballons 11. Bei der Ausführungsform aus 1 erstreckt sich der Draht 24 in
proximaler Richtung durch die Ballonkammer 13 und durch
ein Lumen 27 des Katheters 10.
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Das Aufpumpen der Kammer 13 bewirkt, dass
sich die Ballonwand 12 aus einer zusammengefalteten Anordnung
um den Draht 24 herum aufweitet, bis sie im Abstand davon
angeordnet ist. Diese Aufweitung bewirkt, dass das proximale und
distale Ende 19 und 23 eine allgemein konische
Gestalt annehmen und gestattet eine Zunahme des Durchmessers des
Ballons 11 und das Anpressen der Ballonwand 12 gegen
die Läsion,
der man sich annimmt.
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Ein typischer Ballondurchmesser,
wenn die Ballonkammer vollständig
aufgepumpt ist, beträgt etwa
0, –5
cm (0,04–2
Inch). Die Dicke von jeder der Schichten 14 und 15 beträgt typischerweise
etwa 2,5–100 μm (0,0001–0,004 Inch),
wobei 7,5–50 μm (0,0003–0,002 Inch)
bevorzugt werden. Das entleerte Profil des Ballons 11 beträgt typischerweise
etwa 0,76–6,4
mm (0,03–0,25
Inch).
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Die 3 und 4 veranschaulichen einen
koextrudierten Ballonrohling 30, aus dem eine alternative
Ausführungsform
des hier beschriebenen Ballons gefertigt wird. In den 3 und 4 werden gleiche Merkmale, wie diejenigen,
die in den 1 und 2 dargestellt sind, durch
dieselben Bezugsziffern angezeigt.
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In 3 weist
der Ballonrohling 30 eine Ballonwand 12a einer
durchgehenden Phase aus nicht dehnbarem Polyethylenterephthalat
-Ballonmaterial auf. Die Ballonwand 12a enthält Kanäle 31,
die mit Strängen 32 einer
getrennten Phase aus einem Polyethylen hoher Dichte gefüllt sind.
Die Kanäle 31 sind in
einem inneren und äußeren zylindrischen
Array 33 bzw. 34 um eine nicht dargestellte Achse
herum angeordnet, die dem Draht 24 ähnlich sein kann. Die Kanäle 31 teilen
sich jeweils eine gemeinsame "Verbindungs"-Wand, nämlich die
Wand 35 oder 36, mit dem nächstbenachbarten der Kanäle 31 im
Array 35 bzw. 36. Somit sind bei dieser Ausführungsform
die innerste Schicht 14a, die äußerste Schicht 15a und eine
Zwischenschicht 37 jeweils in Form von Abschnitten oder
Segmenten vorhanden, die durch Verbindungs-Wände 35 und 36 verbunden
sind.
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Nach der Koextrusion werden die Stränge 32 aus
dem Ballonrohling 30 entfernt, indem man die Stränge aus
den Kanälen 31 herauszieht,
wie in 4 dargestellt.
Eine Einkerbung oder Nut (nicht dargestellt) wird bei 38 in
die äußere Oberfläche der Ballonwand 12a der
durchgehenden Phase gekratzt, wobei sich die Einkerbung in einem
kurzen Umfangsbogen um die Ballonwand herum erstreckt. Die harte, spröde Ballonwand 12a der
durchgehenden Phase wird quer durchgebrochen, indem man den Ballonrohling
biegt, um an der Einkerbung eine Zugbeanspruchung auszuüben. Die
weichen biegsamen Stränge
bleiben während
dieses Vorgangs unzerbrochen. Die durchgebrochene durchgehende Phase 12a kann
dann in Teile 30a und 30b getrennt werden. Der
kürzere
Teil 30a wird vom längeren
Teil 30b weg gezogen, was es gestattet, aus den Kanälen 31 im kürzeren Teil 30a einen
Teil von jedem Strang 32 herauszuziehen, so dass sie sich
aus der Querschnittsfläche 39 des
längeren
Teils 30b heraus erstrecken. Die freiliegenden Teile der
Stränge 32 werden
dann ergriffen und man zieht an ihnen, wobei die Stränge 32 aus
den Kanälen 31 im
längeren
Teil 30b herausgezogen werden, um einen Ballonrohling mit
offenen Kanälen
zu bilden. Die offenen Kanäle
des Ballonrohlings werden dann z. B. mit Silikonöl beschichtet, wie oben beschrieben,
und der Ballonrohling wird durch konventionelle Mittel, z. B. Erwärmen und
Aufpumpen, einer Formgebung unterzogen, um einen mit Rippen versehenen
Ballon zu bilden, der unten ausführlicher
beschrieben wird.
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Der koextrudierte Ballonrohling aus
den 3 und 4, wie oben erwähnt, wird
aus zwei ungleichen Materialien gefertigt, nämlich der die Ballonwand bildenden
durchgehenden Phase aus härterem,
spröderem
Polyethylenterephthalat, sowie der die entfernbaren Stränge bildenden
getrennten Phase aus weicherem biegsamerem Polyethylen hoher Dichte.
Wie oben beschrieben, können
jedoch andere ungleiche Materialkombinationen verwendet werden.
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Beim Herausziehen der getrennten
Phase aus der durchgehenden Phase wird ein röhrenförmiger Ballonrohling gebildet,
der in seiner Wand eine Mehrzahl von offenen Kanälen aufweist. Für den Ballonrohling
der 3 und 4 wird die getrennte Phase so
extrudiert, dass die Kanäle
innerhalb des geformten Ballons angeordnet sind, um zwei zylindrische
Arrays zu bilden, wie in 5 dargestellt.
Die Form und Anordnung der Kanäle
kann verändert
werden, wie vom Operateur gewünscht,
indem man die Konstruktion der Extrusionsdüse verändert.
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5 zeigt
im Querschnitt einen Teil eines gerippten Ballons 30c.
In 5 werden gleiche Merkmale,
wie diejenigen, die in den 1–4 dargestellt sind, von denselben
Bezugsziffern angezeigt. Der Ballon 30c wird aus dem Teil 30b des
koextrudierten Ballonrohlings aus 4 (nach
dem Herausziehen der Stränge 32 aus
den Kanälen 31)
durch Erwärmung
und Aufpumpen des Teils 30b des Ballonrohlings in einer
konventionellen Weise gefertigt, um einen Ballon zu bilden, der
eine ähnliche
Gestalt wie der Ballon 11 aus 1 aufweist. (Der in 5 dargestellte Querschnitt stammt von
einer ähnlichen Stelle
auf dem Ballon, wie der Querschnitt 2-2 aus 1) Während
des Formgebungsvorgangs werden Schichten 14a, 37 und 15a der
Ballonwand 12a (3)
in einem stärkeren
Maß gestreckt
als die Verbindungswände 35 und 36 (3), wobei eine Mehrzahl
von geschichteten Wandabschnitten 40 (der geformten Ballonwand 12b)
erzeugt wird, die durch Rippen 41 getrennt sind. Jeder
geschichtete Abschnitt 40 besteht aus einer innersten dünnen Ballonwandschicht 14b,
einer äußersten
dünnen
Ballonwandschicht 15b und einer dazwischenliegenden dünnen Ballonwandschicht 37a.
Bei der in 5 dargestellten
Ausführungsform
ist die dazwischenliegende Schicht 37a dünner als
jede der Schichten 14b und 15b. Die Schichten 14b und 37a und
die Schichten 37a und 15b sind durch Kanäle 31 getrennt,
die mit Silikonöl 42 beschichtet
worden sind, so dass die Abschnitte 40 Gleitschichtabschnitte
sind, die sich in Bezug zueinander leicht verschieben, wie oben
beschrieben. Somit ist der Ballon 30c ein starker, weicher,
mit Rippen versehener medizinischer Ballon, bei dem zwecks verbesserter
Faltbarkeit die Rippen 41 und Gleitschichtabschnitte 40 für eine unterschiedliche
Steifigkeit um den Umfang des Ballons herum sorgen. Zudem verankern
die Rippen 41 die Schichten aneinander, was für ein einfacheres
Verbinden des Ballons mit dem Katheter sorgt.
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6 veranschaulicht
im Querschnitt einen Teil einer noch anderen Ausführungsform
des hier beschriebenen Ballons. In 6 werden
gleiche Merkmale, wie diejenigen, die in den 1–5 dargestellt sind, durch
dieselben Bezugsziffern angezeigt.
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Der mit Rippen versehene Ballon 50 aus 6 schließt eine nicht dehnbare Ballonwand 12c ein,
bestehend aus Gleitschichtabschnitten 40a, die durch Rippen 41 getrennt
sind. Die Abschnitte 40a enthalten Kanäle 31, die in einem
einzigen zylindrischen Array 33a angeordnet sind. Die Kanäle 31 trennen
eine innere Schicht 14c und eine äußere Schicht 15c und
sind mit Silikonöl 42 beschichtet,
wie oben beschrieben. Die Ballonwand 12c ist von einer elastomeren
Umhüllung
oder elastischen Umhüllung 51 umgeben,
die aus Silikonkautschuk gefertigt ist. Die elastische Umhüllung 51 ist
von einer solchen Größe, Dicke
und einem solchen Elastizitätsmodul, dass
sie eng anliegend um die Gleitschichtballonwand 12c in
ihrem vollständig
entleerten oder kollabierten Zustand herum passt, sich beim Aufpumpen des
Ballons 50 auf seinen maximalen Durchmesser mit der Ballonwand 12c weitet
oder dehnt, und sich zusammenzieht, wenn der Druck im Ballon 50 während des
Entleertns verringert wird, wobei die Gleitschichtballonwand 12c zu
einem dichten, kompakten, allgemein zylindrischen Bündel kollabiert.
Um den Kollaps der Ballonwand 12c weiter zu fördern und
eine gleichmäßigere Dehnung
der elastischen Umhüllung 51 zu
ermöglichen,
ist zwischen der Umhüllung 51 und
der Ballonwand 12c eine Beschichtung 52 aus Silikonöl oder einer
anderen reibungsarmen Substanz angeordnet. Die elastische Umhüllung 51 und
die Silikonölbeschichtung 52 wirken
mit den Gleitschichtabschnitten 40a und den Rippen 41 zusammen,
um den Ballon 50 wieder in einer schraubenförmigen Wicklung
um seine Achse zusammenzufalten.
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Die Ballonwand 12c wird
durch ein Verfahren gefertigt, das zu demjenigen ähnlich ist,
welches oben für
die Ballonwand 12b beschrieben wurde. Die elastische Umhüllung 51 kann
auf die Ballonwand 12c aufgebracht werden, indem man zum
Beispiel die röhrenförmige elastische
Umhüllung 51 durch
bekannte Mittel, z. B. Extrusion, vorfertigt und dann die Umhüllung 51 durch
Eintauchen in z. B. Freon anschwellen lässt. Die vorgefertigte Ballonwand 12c kann
dann in die erweiterte Umhüllung
eingeführt
und das Freon verdampft werden, um die Umhüllung 51 um die Ballonwand 12c herum
aufzuschrumpfen.
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Die elastische Umhüllung 51 ist
in 6 dargestellt, wie
sie eine mit Rippen versehene, nicht dehnbare Ballonwand umgibt,
die ein einziges Array von Kanälen
aufweist, welche mit einer reibungsarmen Substanz gefüllt sind.
Jedoch kann eine ähnliche
elastische Umhüllung
als Teil einer beliebigen dehnbaren oder nicht dehnbaren Ausführungsform eines
Gleitschichtballons gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden. Die elastische Umhüllung aus 6 ist als Silikonkautschuk beschrieben. Andere
geeignete Materialien für
die Umhüllung
sind Polyurethan-Elastomer, Polyamid-Elastomer, Polyolefin-Elastomer, thermoplastische
Elastomere (z. B. ein technisches thermoplastisches Elastomer) oder ein
beliebiges Elastomer, das zur Verwendung in medizinischen Kathetern
als geeignet angesehen wird, wie oben beschrieben.
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Die hier beschriebenen Gleitschichtballons und
die daraus hergestellten Katheter weisen gegenüber denjenigen aus dem Stand
der Technik viele Vorteile auf. Zum Beispiel können die Ballons kleine zusammengefaltete
Profile, hohe Berstdrücke
und wahlweise eine geringe Dehnbarkeit mit einer verbesserten Faltbarkeit,
Biegsamkeit und Weichheit sowie einer hohen Zugfestigkeit kombinieren.
Insbesondere weist der mit Rippen versehene Gleitschichtballon die
Vorteile einer Fertigung durch einfache, kommerziell durchführbare Techniken,
einer weiter verbesserten Faltbarkeit und eines einfacheren Verbindens
auf, ohne Weichheit und Biegsamkeit merklich zu opfern. Auch das Hinzufügen der
hier beschriebenen elastischen Umhüllung verbessert die Faltbarkeit
noch weiter und minimiert das zusammengefaltete Profil, während sie
scharfe Faltkanten beseitigt und dem Ballon eine beträchtliche
zusätzliche
Verschleißbeständigkeit
verleiht.