DE69836316T2

DE69836316T2 - Verfahren zur herstellung von expandierten polytetrafluoroethylenprodukten

Info

Publication number: DE69836316T2
Application number: DE69836316T
Authority: DE
Inventors: Tarun J. Chandler EDWIN; Scott Mesa Arizona RANDALL
Original assignee: Bard Peripheral Vascular Inc
Current assignee: Bard Peripheral Vascular Inc
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2018-02-03
Also published as: EP0956189A1; JP2001510408A; EP2298537A2; EP2298537A3; DE69836316D1; ATE344128T1; EP1741544A2; US6203735B1; AU721661B2; WO1998033638A1; EP1741544B1; EP0956189B1; AU6650298A; CA2274694A1; JP4255136B2; EP1741544A3

Description

Bezug zu Parallelanmeldungen
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die parallele, gemeinsam zugeschriebene Internationale PCT-Anmeldung PCT/US 96/02 715, eingereicht am 28. Februar 1996, mit der Bezeichnung "Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer geflanschten Ende-zu-Seite-Anastomose".
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Verfahren zur Herstellung geformter dreidimensionaler Erzeugnisse aus mikroporösem expandierten Polytetrafluorethylen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Formen dreidimensionaler Erzeugnisse durch Umformen eines rohrförmigen expandierten Polytetrafluorethylenkörpers in eine gewünschte dreidimensionale Konformation. Die vorliegende Erfindung beinhaltet, dass man eine longitudinal expandierte Polytetrafluorethylen (ePTFE)-Röhre expandiert, um eine radial expandierte PTFE (rePTFE)-Röhre zu bilden, wobei die rePTFE-Röhre auf den Umkreis eines Formungsdorns aufgesetzt, die Anordnung auf eine Temperatur unterhalb der Kristall-Schmelzpunkttemperatur oder der Sintertemperatur von Polytetrafluorethylen zur radialen Schrumpfung des Durchmessers der rePTFE-Röhre unter innigem Kontakt mit dem Formungsdorn und dann auf eine Temperatur oberhalb der Kristall-Schmelzpunkttemperatur des Polytetrafluorethylens erwärmt werden, um die Mikrostruktur des geformten Polytetrafluorethylenkörpers amorph zu umschließen.
US-A-4 957 669 offenbart die Formung einer PTFE-Gefäßröhre auf einem Dorn. Der vorliegende Anspruch 1 trägt dieser früheren Offenbarung Rechnung.
Die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten dreidimensionalen mikroporösen expandierten Polytetrafluorethylenformprodukte eignen sich besonders gut zur Verwendung als medizinische Implantate sowie als Venen- oder Arterienprothesen entweder als Venen- oder Arterienersatzteile, als endovaskuläre Linierer, arteriovenöse Weichen oder als venöse Zugangsplantate. Als Arterien- oder Venenprothesen sind geformte mikroporöse expandierte Polytetrafluorethylen-Plantate hergestellt worden, die einen geflanschten Manschettenabschnitt an einem verlängerten Röhrenabschnitt aufweisen. Die Manschettenprothesen eignen sich ganz besonders gut für Ende-zu-Seite-Anastomosen wie diejenigen, die in femoro-poplitealen Bypassverfahren benötigt werden, wobei der geflanschte Manschettenabschnitt um eine offene Arteriotomie genäht wird, um die Ende-zu-Seite-Anastomose zu bilden. Als endovaskuläre Linierer können die expandierten Polytetrafluorethylenformprodukte so konfiguriert sein, dass sie eine Verjüngung entlang ihrer Längsachse mit einem proximalen Ende mit entweder einem größeren oder einem kleineren Innendurchmesser als dem distalen Ende aufweisen, oder dass sie eine Stufenverjüngung aufweisen, worin eine abgeschrägte Übergangszone zwischen zwei unterschiedlichen Innendurchmesserabschnitten vorliegen, oder die Produkte können so konfiguriert sein, dass sie einen Zwischenabschnitt mit größerem Durchmesser als deren proximale oder distale Enden aufweisen, oder sie können in zwei- oder dreigabeligen Plantaten konfiguriert sein, worin jedes ihrer Beine aus angepassten Anhangsabschnitten eines rohrförmigen Basis-Plantatelements gebildet ist.
Stand der Technik
Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von ePTFE-Erzeugnissen sind in typischer Weise auf die Fabrikation von Folien, Rohren, Stäben oder Filamenten eingeschränkt. Verfahren zur Herstellung komplexer Konformationsformen aus ePTFE sind im Stand der Technik unbekannt. Der Stand der Technik ist bezüglich der darin enthaltenen technischen Lehren auf Verfahren zur Herstellung wärmeschrumpfbarer Röhren aus entweder Fluorethylen-Copolymeren (FEP) oder aus nicht-expandiertem Polytetrafluorethylen (nPTFE) eingeschränkt. Allerdings sind die Anwendungen von FEP- und nPTFE-Wärmeschrumpfrohren auf Rohrprofile eingeschränkt geblieben. Herkömmliche Verfahrenstechniken sind beispielsweise von Jr. Ely et al. in US 3 196 194 von 1965 beschrieben, worin eine FEP-Fluorkohlenstoff-wärmeschrumpfbare Röhre offenbart ist, die zuerst auf 33 bis 100 % ihres anfänglichen Innendurchmessers expandiert wird und dann entsprechend um einen Faktor von 33 bis 100 % des Durchmessers bei 250 bis 400°F (ca. 125 bis 200°C) in der Wärme schrumpfbar ist. Dieses Patent vermittelt die technische Lehre, dass die Expansion der FEP-Fluorkohlenstoff-Röhre durch Einleitung eines positiven Glasdrucks in die lichte Öffnung eines am Ende verschlossenen Rohrs aus dem FEP-Fluorkohlenstoff bewerkstelligt werden kann. Jr. Seiler et al. offenbaren in US 4 647 416 vom 03. März 1987 ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Rohr und ein Verfahren zu dessen Herstellung durch Erzeugung radialer Kerben in der äußeren Oberfläche einer ungesinterten PTFE-Röhre und entweder longitudinale Streckung der Röhre zur Auftrennung der Kerblinien in diskrete Rippen oder durch Erwärmen der Röhre auf Sintertemperaturen, um das PTFE zwischen den Kerblinien schrumpfen zu lassen, um die Kerblinien beim Sinterverfahren zu Rippen zu differenzieren.
Tu et al. offenbarten gemäß drei Literaturstellen Verfahren zur Herstellung von mit ePTFE-Elastomeren imprägnierten Materialien, die radial und/oder longitudinal fügbar sind. In US 4 816 339 vom 28. März 1989 ist ein rohrförmiges Gefäß-Plantatmaterial aus einer Schicht aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE), laminiert mit einer ePTFE-Elastomer-Schicht, und ein Verfahren zur Herstellung desselben durch Vorformen, Längsexpandieren, Sintern und Radialexpandieren des Plantats mit der Elastomermatrix offenbart, um die Radialexpansion und Fügbarkeit des entstandenen Plantats zu ermöglichen, worauf die Außenoberfläche mit einer weiteren Schicht des Elastomermaterials umwickelt oder wiederbehandelt wird. Dieses Patent lehrt ausdrücklich, dass Standard-ePTFE-Plantate einer Radialdilatation nicht standhalten, es sei denn, sie sind umwickelt, und falls sie umwickelt sind, sind sie nicht-fügbar. Durch Zugabe des Elastomer werden die PTFE-Knoten und -Fibrillen verkapselt und das Elastomer dringt in das mikroporöse Netzwerk des ePTFE-Materials ein. Die US 5 061 276 von Tu et al. vom 29. Oktober 1991 ähnelt dem '339-Patent, wobei aber darin ein Plantat offenbart ist, das zur Gänze aus einer PTFE-Elastomerlösungsmischung hergestellt ist und Innenoberflächenabstände von 25 μm und Außenoberflächen-Zwischenknotenabstände von ca. 90 μm aufweisen. In US 5 071 609 vom 10. Dezember 1991 von Tu et al. ist ein Plantat offenbart, das durch Pastenextrusion einer PTFE-Elastomermischung und anschließender Expansion und Kontraktion des endgefertigten Produkts entweder in der Longitudinal- oder Radialrichtung hergestellt ist. Dieses Patent lehrt, dass die Einbringung des Elastomer notwendig ist, um die Extrahierbarkeit und Kontrahierbarkeit, d.h. die Fügbarkeit entweder in der Radial- oder Longitudinalachse des Plantats, zu bewerkstelligen.
In US 4 830 062 vom 16. Mai 1989 von Yamamoto et al. ist die Radialexpansion von Tetrafluorethylen-Tuben zur Verleihung von Porosität im Rohr sowie die sich ergebende Wärmeschrumpfbarkeit des radial expandierten Tetrafluorethylen-Tubus offenbart. In diesem Patent sind weder die radiale Expandierbarkeit von longitudinal expandiertem PTFE noch die wärmeschrumpfbare Natur des radial expandierten PTFE offenbart.
Interessanterweise ist in US 4 957 669 vom 18. September 1990 von Primm ein Verfahren zur Radialexpansion eines abgeschrägt gerippten Plantats, das gemäß den technischen Lehren der US 4 647 416 von Jr. Seiler et al. durch Montage des gerippten Plantats auf einen Ultraschall-Trichter einer allgemein stumpfkonisch abgeschrägten Form hergestellt ist, offenbart, wobei die Enden gespannt und die Röhre mit Ultraschall unter Streckung der Röhre über die abgeschrägte Form des Ultraschall-Trichters erhitzt werden. Allerdings beruht dieses Verfahren auf einer Ultraschall-Erhitzung des ePTFE-Materials, wodurch dessen Bearbeitbarkeit gesteigert wird, und auf der Einwirkung der Ultraschall-Energie, wodurch das erhitzte Material zwangsweise in die regelmäßige abgeschrägte stumpfkonische Form überführt wird. Durch dieses Verfahren wird das PTFE-Material durch Anwendung von Hitze und Ultraschall-Energie als Bewegungskraft zur Expansion radial expandiert. Weil durch das Verfahren das ePTFE-Material unter zwangsweiser Überführung in die Konformation mit der abgeschrägten Form des Ultraschall-Trichters erhitzt wird, wird die ePTFE-Mikrostruktur beeinträchtigt. Außerdem sind wegen der unbedingten Anwendung des Ultraschall-Trichters die Konformationsformen, die gebildet werden können, auf einfache regelmäßige Formen eingeschränkt, die vom Ultraschall-Trichter ohne Beeinträchtigung der Integrität des ePTFE-Materials ganz leicht wieder abgenommen werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die technischen Merkmale, die, in Kombination, die vorliegende Erfindung definieren, sind im unten angegebenen Anspruch 1 dargelegt.
Die Fertigung unregelmäßig geformter konformationell komplexer, medizinischer Endoprothesen aus biokompatiblen Prothesematerialien, wie aus ePTFE, ist schwierig gewesen. Bisher haben sich die einschlägigen Fachleute zur Herstellung von Endoprothesen mit der Eignung zur Anwendung als Venen- oder Arterienplantate, -weichen oder dgl. auf eine Anpassung der Prothese mit im Wesentlichen rohrförmiger Struktur beschränkt. Der Chirurg blieb daran gebunden, die rohrförmige Struktur an die besondere Anwendung, z.B. an eine Ende-zu-Seite-Anastomose eines distalen Bypass-Plantats zur Behandlung peripherer arterieller okklusiver Krankheiten, wie durch Anbringung einer Venen-Manschette anzupassen, wobei z.B. eine Miller- oder Taylor-Manschette hergestellt wird, um eine Fehlanpassung zwischen dem synthetischen Biomaterial und dem nativen arteriellen Gewebe zu minimieren. Wie bereits in der parallelen PCT/US 96/02 715 vom 28. Februar 1996 mit der Bezeichnung "Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer geflanschten Ende-zu-Seite-Anastomose" in Erwägung gezogen, ist nun ein neues Verfahren zur Fertigung eines ePTFE-Flansch-Plantats mit tubulärem Körper und geflanschtem Endabschnitt, der aus der Längsachse des Plantats abgewinkelt verschoben wird, wobei ein ePTFE-Tubus durch Radialexpansion eines Teilstücks des ePTFE-Rohrs in einer Formgebungsform so geformt wird, dass die Außenoberfläche des ePTFE-Rohrs in Kontakt mit der Formgebungsformoberfläche vorliegt. Durch die vorliegende Erfindung wird ein alternativer Lösungsansatz zur Bildung komplexer Konformationen für Endoprothesen aus ePTFE angegeben und zur Verfügung gestellt, wobei ein ePTFE-Rohr radial auf einen Durchmesser expandiert wird, der relativ größer als der nicht-expandierte Durchmesser des ePTFE-Rohrs ist, das radial expandierte ePTFE-Rohr um einen Formungsdorn herum angeordnet und dann erhitzt wird, um das radial expandierte ePTFE-Rohr radial um den Formungsdorn zusammenzuziehen, um es dadurch zur Außenkonfiguration des Formungsdorns auszubilden. Hoch gespannte Bereiche oder hoch gedrehte Bereiche können eine Außenumhüllung zur Gewährleistung einer engen Konformation mit dem Formungsdorn erforderlich machen. Im Erfindungsverfahren zur Herstellung von ePTFE-Endoprothesen liegt das geformte ePTFE-Material mit seiner Innenoberfläche in innigem Kontakt mit dem Formungsdorn vor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Fließdiagramm des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung geformter dreidimensionaler Erzeugnisse aus mikroporösem expandierten Polytetrafluorethylen.
2 ist eine Darstellung, worin die Vorrichtung zur Radialexpansion von ePTFE mit einem darin gezeigten radial expandierten ePTFE-Tubus veranschaulicht ist.
3 ist eine Darstellung, worin gemäß der vorliegenden Erfindung ein Formungsdorn zur Formung von rePTFE mit einem um diesen herum angeordneten rePTFE-Tubus veranschaulicht ist.
4 ist eine Darstellung, worin die Anordnung von rePTFE um einen Formungsdorn herum veranschaulicht ist.
5 ist eine Darstellung, worin die Anordnung von zusammengezogenem rePTFE um einen Formungsdorn herum veranschaulicht ist.
6A ist ein Seitenaufriss einer zweiten Ausgestaltung eines Formungsdorns.
6B ist eine Draufsicht der zweiten Ausgestaltung eines Formungsdorns.
7 ist ein Vorderaufriss eines Erhitzungsofenzusammenbaus mit einem Formungsdorn und mit rePTFE, das daran im Erhitzungsofen angeordnet ist.
8 ist ein Endaufriss der 7.
9 ist eine Perspektivansicht eines ePTFE-Rohrelements mit seitlichen Verzweigungen, hergestellt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine teilweise freigeschnittene Perspektivansicht eines endoluminalen Stentplantats, hergestellt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Perspektivansicht eines Prothese-Aortabogens, hergestellt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
12A ist eine Perspektivansicht eines zweigabeligen Protheseplantats, hergestellt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
12B ist eine Perspektivansicht eines Formungsdorns zur Herstellung des in 12A dargestellten zweigabeligen Prothese-Plantats.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird nun detaillierter unter Bezug auf die beigefügten 1 bis 8 beschrieben, in denen gleiche Merkmale mit gleichen Bezugsziffern beziffert sind. Das Erfindungsverfahren 10 ist in 1 mit seinen hauptsächlichen Verfahrensstufen dargestellt. Ein PTFE-Harz 12, vorzugsweise ein Harz mit hohem Molekulargewicht wie das unter der Handelsmarke CD 123 (ICI Chemical Company) verkaufte, wird mit einem Extrusionshilfsschmiermittel 14, vorzugsweise mit einem Mineralöllösungsmittel, wie dem unter der Handelsmarke ISOPAR M (Exxon Chemical Co.) verkauften, vermischt. Es ist bevorzugt, dass das Schmiermittel in einer Menge von 15 bis 30 und vorzugsweise von 18 bis 25 Gew.-% des PTFE-Harzes vorhanden ist. Der Gewichtsprozentsatz des Schmiermittels zum PTFE-Harz wird als "Schmiermittelniveau" oder "Schmierniveau" bezeichnet. Die Mischung aus dem PTFE-Harz und dem Schmiermittel wird dann zu einem Extrusionsblock in Stufe 16 vorgeformt. Der Extrusionsblock wird dann in einem Ramextruder extrudiert, um tubuläre Extrudate in Stufe 18 zu bilden. Die tubulären Extrudate werden dann in Stufe 20 getrocknet, um zumindest die wesentliche Menge des im Extrudat vorhandenen Schmiermittels zu verdampfen, worauf die Extrudate in Stufe 22 longitudinal expandiert werden. Durch die Longitudinalexpansion der getrockneten tubulären Extrudate wird die Knoten- und Fibrillen-Mikrostruktur verliehen, die für ePTFE charakteristisch ist, wie dies gemäß der technischen Lehre in USsen 3 953 566, 4 187 390 und 4 482 516 beschrieben ist, die durch Bezugnahme auf deren technische Lehre für Herstellverfahren von ePTFE-Rohren und Filmen hierin ausdrücklich aufgenommen werden. Die getrockneten tubulären Extrudate werden dann in einen Sinterofen unter Unterdrückung einer Verkürzung der Enden in Längsrichtung gegeben und zumindest teilweise gesintert.
Wie hierin verwendet, soll sich der Betriff "gesintert" auf das Verhältnis des relativen amorphen Gehalts von in der Wärme behandeltem ePTFE gemäß Messung mit Differenzialrasterkalorimetrie beziehen, wobei der amorphe Gehalt mindestens 10 % beträgt. Die Differenzialrasterkalorimetrie ist ein thermoanalytisches Verfahren, mit dem die Temperaturdifferenz zwischen einer Probe und einem Bezugsmaterial unter gleichzeitiger Erwärmung der beiden durch Messung der zusätzlichen Wärmemenge gemessen wird, die benötigt wird, um die Probe und das Bezugsmaterial bei einem Null-Temperaturdifferenzial zu halten. Ein Temperaturdifferenzsignal wird erzeugt, wenn ein ΔT zwischen der Proben und der Bezugsprobe auftritt. Das Temperaturdifferenzsignal wird in einen Signalverstärker eingegeben, der seinerseits wiederum ein getrenntes Heizgerät antreibt, das die zusätzliche Wärme gleich dem ΔT-Wert liefert. Die zugeführte Wärme wird dann mit DSC in Millikalorien pro s gemessen. wenn die Probe eine Temperatur erreicht, bei der ein endothermer Prozess, wie ein Fest-Fest-Übergang, z.B. eine Phasenänderung aus der kristallinen in eine amorphe Struktur, abläuft, wird die Probe nicht so schnell erwärmt wie die Bezugsprobe, und es tritt eine Temperaturdifferenz auf. Wenn dagegen die Probe eine Temperatur erreicht, bei der ein exothermer Prozess, z.B. eine Kristallisation, abläuft, steigt die Temperatur der Probe gegenüber derjenigen der Bezugsprobe an, und es tritt wiederum eine Temperaturdifferenz auf. Nach dem Einsetzen jedes Temperaturdifferenzials erreicht die Basislinie erneut den Nullzustand nach der Beendigung des Vorganges, und anschließende exotherme oder endotherme Abläufe können beim Erwärmen der Probe und der Bezugsprobe erneut beobachtet werden.
Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe "teilweise gesintert" oder "halb-gesintert" bedeuten, dass das PTFE-Material einen kristallinen Umwandlungswert von ca. 0,10 bis 0,85 und vorzugsweise von 0,20 bis 0,75 aufweist. Der Kristallumwandlungswert wird mit der folgenden Gleichung berechnet:
worin ΔH₁ die Schmelzwärme des ungesinterten PTFE gemäß Messung mit Differenzialrasterkalorimetrie ("DSC"), ΔH₂ die Schmelzwärme des vollständig gesinterten PTFE gemäß Messung mit DSC und ΔH₃ die Schmelzwärme des halb-gesinterten PTFE gemäß Messung mit DSC sind, worin ein ungesinterter PTFE- Partikel einen Kristallumwandlungswert von 0 und vollständig gesinterter PTFE-Gegenstand einen Kristallumwandlungswert von 1 aufweisen und das ePTFE-Produkt unter physiologischen Umgebungsbedingungen dimensionsstabil ist.
Was nun die 2 bis 5 betrifft, sind verschiedene Ausrüstungsgegenstände dargestellt, die im Verfahren 10 zum Einsatz gelangen. Ein röhrenförmiges ePTFE-Element 48, das zumindest teilweise gesintert worden ist, wird um einen Dilatationskatheter 44 mit einem daran angebrachten Glasballon 46 koaxial angeordnet. Der Dilatationskatheter 44, der Blasballon 46 und das röhrenförmige ePTFE-Element 48 werden in eine Einspannkammer 42 eingebracht. Gemäß der besten Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung weist die Einspannkammer 42 im Allgemeinen eine rohrförmige Konfiguration mit einer kreisförmigen Querschnittsform und einen Innendurchmesser auf, der um ca. 200 bis 400 % größer als der Außendurchmesser des röhrenförmigen ePTFE-Elements 48 ist. Die Einspannkammer 42 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Material hergestellt, das ganz sicher einem radial ausgeübten Druck, der den Berstdruck des Blasballons 46 übersteigt, standzuhalten vermag. Es ist herausgefunden worden, dass sich ein Kunststoff, der unter der Handelsmarke LEXAN von DuPont de Nemours am Markt ist, besonders gut für die vorliegenden Anwendungszwecke wegen seiner Festigkeit und Transparenz eignet.
Das röhrenförmige ePTFE-Element 48, der Blasballon 46 und der Dilatationskatheter 44 werden so in die Einspannkammer 42 eingebracht, dass die Einspannkammer 42 konzentrisch um das röhrenförmige ePTFE-Element 48 vorliegt. Ein positiver Druck wird durch den Dilatationskatheter 44 auf den Blasballon 46 ausgeübt, um eine Radialkraft gegen die lichte Oberfläche des röhrenförmigen ePTFE-Elements anzuwenden. Im Stand der Technik ist bekannt, radiopake Kochsalzlösung, Ringer's Lösung oder destilliertes Wasser einzusetzen, die über eine von Hand oder mechanisch betätigte Spritze durch den Dilatationskatheter 44 in den Blasballon 46 als Druckquelle gepumpt werden. Das zumindest teilweise gesinterte röhrenförmige ePTFE-Element 48 wird unter dem Einfluss des radial nach außen gerichteten Fluiddrucks, der durch den Blasballon 46 ausgeübt wird, radial expandiert, bis es in innigem Kontakt mit der Innenoberfläche 43 der Einspannkammer 42 steht und damit übereinstimmt. Die Fachleute werden erkennen, dass verschiedene Konfigurationen der Innenoberfläche 43 der Einspannkammer 42 zur Ausbildung einer radial expandierten Form des röhrenförmigen ePTFE-Elements 48 zur Anwendung gelangen können. Beispiele derartiger alternativer Dimensionskonfigurationen für die Einspannkammer 42 schließen regelmäßige Formen wie eine stumpfkonische, gestufte oder abgestufte Form oder unregelmäßige Formen wie eine Glocken- oder Trichterform, ein. Des Weiteren kann die Innenoberfläche 43 der Einspannkammer 42 eine Oberflächenkonfiguration aufweisen, die Muster oder Unterbrechungen, wie Wellungen, Rück- oder Vorsprünge, einschließt, die ein Muster oder Unterbrechungen auf die Außenoberfläche des röhrenförmigen ePTFE-Elements 48 bei der radialen Expansion im innigen Kontakt mit der Innenoberfläche 43 der Einspannkammer 42 prägen.
Ein Formungsdorn 50, wie derjenige, der zur Herstellung des erfindungsgemäßen geflanschten Plantats zur Ende-zu-Seite-Anastomose verwendet worden ist, offenbart in der parallelen PCT/US 96/02 715 vom 28. Februar 1996 mit der Bezeichnung "Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer geflanschten Ende-zu-Seite-Anastomose", ist in 3 dargestellt. Der Formungsdorn 50 schließt einen im Allgemeinen zylindrischen Körperabschnitt 52 und einen radial auslaufenden Endabschnitt 56 ein. Zur Bildung des geflanschten Plantats zur Ende-zu-Seite-Anastomose weist der radial geschwungene Endabschnitt 56 eine Glockenform auf und ist aus der Längsachse 51 des Formungsdorns 50 abgewinkelt. Zur Bildung des geflanschten Plantats zur Ende-zur-Seite-Anastomose weist der radial geschwungene Endabschnitt 56 vorzugsweise einen Zehen- Abschnitt 58 auf, der aus der Längsachse 51 des Formungsdorns 50 um einen Winkel δ abgewinkelt verläuft, der um mehr als 90° und weniger als 180° aus der Längsachse 51 des Formungsdorns 50 versetzt ist. Der radial geschwungene Endabschnitt 56 weist vorzugsweise einen Fersen-Abschnitt 60 auf, der aus der Längsachse des Formungsdorns 50 um einen Winkel θ abgewinkelt verläuft, der um weniger als 90° und mehr als 0° aus der Längsachse 51 des Formungsdorns 50 versetzt ist. Die Winkel δ und θ werden zwischen der Längsachse 51 und einer Linie 55 gemessen, die sich von der Außenoberfläche des Zehen-Abschnitts 58 durch die Längsachse 51 zum Fersen-Abschnitt 60 erstreckt.
In 4 ist der Einsatz des Formungsdorns 50, der konzentrisch innerhalb des radial expandierten ePTFE 48 vorliegt und mindestens ein Teilstück des zylindrischen Körperabschnitts 52 bedeckt, und der gesamte radial geschwungene Endabschnitt 56, einschließlich des Zehen-Abschnitts 56 und des Fersen-Abschnitts 60 des Formungsdorns, dargestellt. Sobald das ePTFE-Element 48 um den Formungsdorn angeordnet ist, wird der Zusammenbau in einen Erhitzungsofen bei einer Temperatur unterhalb des zweiten Kristallschmelzpunkts des ePTFE-Elements 48 eingebracht und so lange erwärmt, bis das ePTFE-Röhrenelement 48 radial um den Formungsdorn 50 zusammengezogen ist und mit diesem übereinstimmt, wie dargestellt in 5. Abhängig von der Konfiguration des Formungselements 50, entsteht, insbesondere wenn der geschwungene Endabschnitt 56 einen Fersenbereich 60 mit einem Winkel θ aufweist, der weniger als oder gleich 45° beträgt, eine Außenumhüllung aus einem Polytetrafluorethylen-Band, z.B. aus einem PTFE- oder TEFLON-Band, das schraubenartig um den Formungsdorn 50, insbesondere um den geschwungenen Endabschnitt 56, gewickelt und um diesen gespannt ist, um das ePTFE-Element 48 auf die Geometrie des geschwungenen Endabschnitts 56 abzugrenzen.
In 6A und 6B ist eine alternative Ausgestaltung eines Formungsdorns 70 dargestellt, welcher einen verlängerten Schaft 72 aufweist, der entlang der Längsachse des Formungsdorns 70 verläuft und diese definiert. Der verlängerte Schaft 72 weist einen Querschnittsdurchmesser auf, der dem Durchmesser eines nicht geschwungenen Abschnitts eines gewünschten ePTFE-Endprodukts entspricht. Ein im Allgemeinen zylindrischer Formungskörper 74 liegt an einem Punkt entlang der Längsachse des verlängerten Schafts 72 vor und weist einen Durchmesser auf, der größer als der verlängerte Schaft 72 ist und dem gewünschten Enddurchmesser des Endprodukts entspricht. Der zylindrische Formungskörper 74 weist einen abgeschrägten Endabschnitt 76 auf, der unter einem Winkel δ zur Längsachse des Formungsdorns 70 verläuft. Der Winkel δ kann jede gewünschte Abwinkelung aus der Längsachse mit Werten von größer 0° bis kleiner 90°, aber vorzugsweise von 25° bis 45° einnehmen und aufweisen. Wie beim Dornungsdorn 50 ist es bevorzugt, den Formungsdorn 70 auch aus einem Material, das mit ePTFE kompatibel ist und sich zur Herstellung implantierbarer medizinischer Vorrichtungen eignet, z.B. aus Edelstahl herzustellen.
In 7 und 8 ist eine Erhitzungsvorrichtung 80 zur Induzierung einer Radialkontraktion des ePTFE-Elements 42 in innigem Kontakt mit der Konfiguration des Formungsdorns 70 und ganz besonders des verlängerten Schafts 72 und des zylindrischen Formungskörpers 74 dargestellt. Die Erhitzungsvorrichtung besteht im Allgemeinen aus einem Muschelschalenofen 82 mit elektrischem Induktionserwärmungselement und Keramikisolierung und mit Öffnungen an jedem gegenüberliegenden seitlichen Ende, um den verlängerten Schaft 72 seitlich durch den Muschelschalenofen 82 laufen zu lassen, während der zylindrische Formungskörper 74 und ein Teilstück des ePTFE-Elements 42 den Erwärmungselementen im Muschelschalenofen 82 ausgesetzt werden. Verklammerungselemente 85 und 86 sind vorzugsweise an jedem gegenüberliegenden seitlichen Ende des Muschelschalenofens 82 angeordnet, um die Abschnitte des verlängerten Schafts 72 zu sichern, die aus dem Muschelschalenofen 82 herausragen.
Gemäß der besten Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Stufe zur Radialexpansion des ePTFE-Rohrelements 26 bei einer Temperatur von annähernd der menschlichen Körpertemperatur, d.h. von ca. 35 bis 45°C, durchgeführt wird. Dies kann durch Radialexpansion in erwärmter Luft oder in einem erwärmten Wasserbad bewerkstelligt werden. Desgleichen ist es bevorzugt, dass die Wärmeschrumpfstufe 32 bei einer Temperatur über dem ersten Kristallschmelzpunkt von PTFE, aber unter dem zweiten Kristallschmelzpunkt von PTFE und vorzugsweise von 327 bis 340°C durchgeführt und das ePTFE-Rohrelement und der Formungsdorn über eine Verweilzeit von 5 bis 10 min im Erhitzungsofen und vorzugsweise ca. 8 min lang erhitzt wird. Außerdem ist es vor der Erhitzung des ePTFE-Rohrelements während der Wärmeschrumpfstufe 32 erwünscht, das ePTFE-Rohrelement um den geschwungenen oder abgeschrägten Endabschnitt des Formungsdorns 50 fest zu wickeln, das ePTFE-Rohrelement, das auf dem verlängerten Schaft des Formungsdorns vorliegt, lose auf diesen zu wickeln und dann die ePTFE-Rohrelementabschnitte zu verklammern, die aus dem Ofen herausragen, um sie vor einer Längskontraktion beim Erhitzen zu bewahren.
Es sollte klar sein, dass eine große Vielzahl tubulärer ePTFE-Artikel mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Durch Abänderung der dreidimensionalen Konformation des Formungsdorns und Zufügung von Nachbehandlungsstufen, wie eines Trimmverfahrens, zur Erstellung einer endgültigen Konfiguration des Erzeugnisses kann die vorliegende Erfindung angepasst werden, um eine breite Vielzahl tubulärer medizinischer Prothesevorrichtungen zu erzeugen.
Beispiele solcher weiterer tubulärer medizinischer Prothesevorrichtungen sind in 9, 11 und 12 in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Kurz gesagt, zeigt 9 ein verzweigtes Gefäßplantat 100, das aus einem ePTFE-Rohrkörper 102 besteht und viele kleinere Verzweigungsleitungsansatzpunkte 103 und 104 aufweist, die seitlich aus dem tubulären Körper 102 herausragen. Die Verzweigungsleitungsansätze 103 und 104 sind um den Umkreis des tubulären Körpers 102 an Positionen angeordnet, die sich anatomisch an die entsprechenden Verzweigungsleitungen eines Patienten anpassen lassen. Beispielsweise kann, bei Ausgestaltung des tubulären ePTFE-Körpers 102 als arterielles Implantat in die absteigende Aorta, eine Vielzahl von Verzweigungsleitungswegansatzpunkten 103 und 104 angeordnet werden, um der anatomischen Position der Nierenarterien eines Patienten zu entsprechen, und die endogenen Nierenarterien können durch Anastomose an die Verzweigungsleitungsansatzpunkte 103 und 104 angeschlossen werden, die aus dem tubulären Körper herausragen.
In 10 ist eine endoluminale Stent-Plantatvorrichtung dargestellt, die ein endoluminaler Stent, wie ein PALMAZ-Stent (Johnson & Johnson Interventional Systems, Inc. Warren, New Jersey), ein GIANTURCO-Stent (Cook Medical Corp., Indianapolis, Indiana) oder ein WALLSTENT (Schneider, USA) ist, oder es werden ein NITINOL-Stent aus dem Formungsdorn substituiert und das radial expandierte tubuläre ePTFE-Element 112 radial um den Stent 114 zusammengezogen. In 10 ist kein Flansch dargestellt, wie er gemäß der Erfindung hierin beansprucht ist.
In 11 ist ein Prothese-Aortabogen 120 aus einer ePTFE-Aortaprothese 122 mit einer lichten Zentralöffnung 123 und mehreren verzweigten arteriellen Prothesegliedmaßen 124, 126 dargestellt, die aus dem Kamm einer Aortabogenprothese 122 herausragen. Die ePTFE-Aortaprothese ist gemäß dem oben beschriebenen Erfindungsverfahren gestaltet, mit der Ausnahme, dass der Formungsdorn in einer C-Form konfiguriert ist und viele Vorsprünge aufweist, die sich aus einer Position entlang der Länge des Formungsdorns erheben, welche die verzweigten arteriellen Prothesegliedmaßen 124, 126 bilden, wenn das radial expandierte ePTFE radial um den Formungsdorn zusammengezogen wird.
Schließlich kann ein in 12A dargestelltes zweigabeliges Plantat 130 gemäß dem oben beschriebenen Erfindungsverfahren gebildet werden. Wie bei jeder herkömmlichen zweigabeligen Plantatprothese für die femorale Verzweigung der absteigenden Aorta, kann das erfindungsgemäße zweigabelige Plantat 130 aus einem Y-förmigen tubulären Element mit einem Hauptkörperteil 132 und einer lichten Hauptöffnung 131 bestehen, die sich zum proximalen Ende des Hauptkörperteils 132 öffnet. Das Hauptkörperteilstück 132 gabelt sich an seinem distalen Ende in die beiden zweigabeligen tubulären Elemente 134, 136, die beide jeweils eine angebaute zweigabelige lichte Öffnung 135, 136 darin aufweisen. Die zweigabeligen lichten Öffnungen 135, 137 stehen in Verbindung mit der lichten Hauptöffnung 131, um einen Fluidfluss, wie von Blut, durch die lichte Hauptöffnung 131 und in und durch die zweigabeligen lichten Öffnungen 135, 137 zu leiten und laufen zu lassen. Es sollte ganz klar sein, dass das zweigabelige Plantat 130 nicht auf die beiden zweigabeligen lichten Öffnungen 135, 137 eingeschränkt ist, sondern mehr als zwei Gabelungen einschließen kann, um einer verzweigten anatomischen Struktur mit mehr als zwei Gabelungen zu entsprechen.
Ein zweigabeliges Plantat 130 kann gemäß der vorliegenden Erfindung unter Anwendung eines Formungsdorns 140 und eines Kragenelements 144 hergestellt werden, wie dies in 12B dargestellt ist. Ein teilgesintertes tubuläres ePTFE-Element 142 wird wie oben beschrieben radial expandiert. Ein Y-förmiger Formungsdorn aus einem zylindrischen Hauptkörperteilstück 146 und zwei gegabelten Beinabschnitten 148, 149, die aus dem einen Ende des zylindrischen Hauptkörperteilstücks 146 herausragen, sind aus der Längsachse des Formungselements abgewinkelt. Es ist bevorzugt, dass mindestens einer der zweigabeligen Beinabschnitte 148, 149 entfernbar an das zylindrische Hauptkörperteilstück 146 gekoppelt ist, wie gestrichelt dargestellt durch eine Kopplung 150, um die Entfernung des Formungsdorn aus dem endgültig hergestellten zweigabeligen Plantat 130 zu erleichtern.
Das tubuläre radial expandierte ePTFE-Element 142 wird konzentrisch um den Y-geformten Formungsdorn angeordnet, wie oben beschrieben. Ein Kragenelement 144 besteht aus einem Paar von im Allgemeinen dreieckigen Kopfelementen 145, 147, die miteinander ko-planar sind und übereinander angeordnet werden können. Ein Griffelement 151 ragt aus beiden Kopfelementen 145, 147 hervor und bildet eine Verbindung am Ende gegenüber den dreieckigen Kopfelementen 147, 149 (nicht dargestellt), welche es für das Kragenelement 144 ermöglichen, in einer Zungen- oder Pinzetten-artigen Weise zu funktionieren. Es ist bevorzugt, dass entweder das Griffelement 151 oder die dreieckigen Kopfelemente 145, 147 Mittel zum Anlegen eines positiven Drucks zwischen den dreieckigen Kopfelementen 147, 149 so aufweisen, dass die gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der dreieckigen Kopfelemente 147, 149 in Stand gesetzt werden, in innigen Kontakt miteinander oder mit einer ebenen Oberfläche gelangen, die zwischen den im Allgemeinen dreieckigen Kopfelementen 147, 149 angeordnet vorliegen.
Das Kragenelement 144 wird über einem gewebten Abschnitt von radial expandiertem ePTFE angeordnet, der gegenüber der Zweigabelung des Formungsdorns 148 liegt, und das ePTFE, das nicht zwischen den zweigabeligen Beinelementen 148, 149 vorliegt, verzweigt sich zwischen und in innigem Kontakt mit den gegenüberliegenden dreieckigen Kopfelementen 145, 147. Ein positiver Druck wird an die dreieckigen Kopfelemente 145, 147 angelegt, um die benachbarten ePTFE-Oberflächen in innigen Kontakt miteinander unter Druck gelangen zu lassen.
Die gesamte Anordnung wird dann auf eine Temperatur unter dem zweiten Kristallschmelzpunkt von PTFE erwärmt, damit sich das ePTFE radial zusammenzieht und die Formgestalt des Formungsdorns 140 annimmt. Es sollte klar sein, dass durch den Einsatz des ePTFE, das gegenüber dem Raum zwischen den zweigabeligen Beinelementen 148, 149 liegt, die im Allgemeinen tubulären Beinabschnitte 155, 157 im ePTFE gebildet werden.
Die gesamte Anordnung, einschließlich ePTFE 142, Formungsdorn 140 und Kragenelement 144, wird dann mit einem PTFE-Band umwickelt, um das zusammengezogene ePTFE auf dem Formungsdorn und das Kragenelement 144 in seiner Position in Beziehung zum Formungsdorn 140 zu sichern. Die umwickelte Anordnung wird dann in den Sinterofen gegeben, um das ePTFE zu sintern. Nach Entnahme aus dem Sinterofen lässt man die Anordnung abkühlen. Das PTFE-Band wird von der Anordnung abgenommen, und zumindest einer der zweigabeligen Beinabschnitte 148, 149 werden vom Hauptkörperteilstück 146 des Formungsdorns entkoppelt und das Kragenelement 144 aus dem gesinterten ePTFE-Formplantat 142 herausgenommen. Das gesinterte ePTFE-Formplantat 142 wird vom Formungsdorn 140 entfernt und das ePTFE-Gewebe, das sich aus dem Raum zwischen den tubulären Beinabschnitten 155, 157 des ePTFE-Plantats erstreckt, wird weggetrimmt, um einen Saum zurückzulassen, der durch überlappende und verbundene Abschnitte des tubulären ePTFE-Elements 142 gebildet ist.

Claims

Verfahren zum Formen expandierter Polytetrafluorethylenröhren in einen geformten, dreidimensionalen Gegenstand, umfassend die Schritte: (a) Extrudieren einer Beimischung von Polytetrafluorethylenharz und Schmiermittel in ein röhrenförmiges Extrudat; (b) Trocknen von zumindest einer großen Fraktion des Schmiermittels aus dem röhrenförmigen Extrudat heraus; (c) Längsexpandieren des röhrenförmigen Extrudats, um eine Polytetrafluorethylenmikrostruktur aufzubringen, die eine Mehrzahl von Verbindungen aufweist, die durch Fasern miteinander verbunden sind; (d) zumindest teilweises Sintern des längs expandierten, röhrenförmigen Extrudats, um eine dimensionale Stabilität auf das röhrenförmige Extrudat aufzubringen, die größer ist als die des ungesinterten röhrenförmigen Extrudats; (e) radiales Expandieren des zumindest einen teilweise gesinterten röhrenförmigen Extrudats auf einen Durchmesser, der größer ist als der des röhrenförmigen Extrudats; (f) Eingreifen des radial expandierten, zumindest teilweise gesinterten röhrenförmigen Extrudats seinem Umfang nach um einen Formungsdorn, wobei der Formungsdorn eine dreidimensionale Ausformung aufweist; und (g) Aufheizen des Formungsdorns und des zumindest teilweise gesinterten, röhrenförmigen Extrudats, wodurch das teilweise gesinterte, röhrenförmige Extrudat in engen Kontakt auf dem Formungsdorn zusammenschrumpft, wodurch das teilweise gesinterte, röhrenförmige Extrudat über dem Formungsdorn geformt wird, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (h) der Formungsdorn einen Abschnitt umfasst, der so ausgeformt ist, dass er einen Flansch in dem Artikel, der geformt wird, erzeugt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Austrocknens und zumindest teilweisen Sinterns des röhrenförmigen Extrudats weiterhin den Schritt des vollständigen Sinterns des röhrenförmigen Extrudats umfasst, so dass das Extrudat einen kristallinen Umwandlungswert von 1 aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des zumindest teilweisen Sinterns des röhrenförmigen Extrudats weiterhin den Schritt des Aufheizens des röhrenförmigen Extrudats für eine Zeitperiode auf eine Temperatur oberhalb des kristallinen Schmelzpunktes von PTFE aufweist, um das röhrenförmige Extrudat teilweise zu sintern, so dass es einen kristallinen Umwandlungswert zwischen 0,10 und 0,85 aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend den Schritt des vollständigen Sinterns des halbgesinterten röhrenförmigen Extrudats nach dem Schritt des Schrumpfens des röhrenförmigen Extrudats in engen Kontakt mit dem Formungsdorn.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufheizens weiterhin den Schritt umfasst, den Formungsdorn und das zumindest teilweise gesinterten röhrenförmigen Extrudats einer Temperatur unterhalb des kristallinen Schmelzpunkts des Polytetrafluorethylens und oberhalb einer Umgebungstemperatur auszusetzen, bei der der Schritt des radialen Expandierens durchgeführt wurde.