EP4489806A1 - Laserapplizierte markierungen für verbesserte sonografische und radiologische bildgebung von medizinischen vorrichtungen - Google Patents

Laserapplizierte markierungen für verbesserte sonografische und radiologische bildgebung von medizinischen vorrichtungen

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Publication number
EP4489806A1
EP4489806A1 EP23710968.1A EP23710968A EP4489806A1 EP 4489806 A1 EP4489806 A1 EP 4489806A1 EP 23710968 A EP23710968 A EP 23710968A EP 4489806 A1 EP4489806 A1 EP 4489806A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
markings
laser
catheter
particles
Prior art date
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Pending
Application number
EP23710968.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Janine Bauer
Holger Gunkel
Stefan Reinemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Original Assignee
Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV filed Critical Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Publication of EP4489806A1 publication Critical patent/EP4489806A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L29/00—Materials for catheters, medical tubing, cannulae, or endoscopes or for coating catheters
    • A61L29/08—Materials for coatings
    • A61L29/085—Macromolecular materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L29/00—Materials for catheters, medical tubing, cannulae, or endoscopes or for coating catheters
    • A61L29/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. lubricating compositions
    • A61L29/18—Materials at least partially X-ray or laser opaque
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/08—Materials for coatings
    • A61L31/10—Macromolecular materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/18—Materials at least partially X-ray or laser opaque

Definitions

  • the invention relates to a method for producing medical devices with markings that are visible to imaging methods. It also relates to medical devices that can be produced using the process.
  • radiological and sonographic techniques are primarily used.
  • the present invention relates to catheters.
  • Catheters are commonly used for drainage, irrigation, application of diagnostic or therapeutic medications, biopsy or establishing passage within hollow organs, and various other procedures.
  • Such catheters predominantly have a base body made of a polymeric material.
  • the invention includes a method for producing visibility-enhancing markers, which can be applied to a wide variety of materials with very high geometric variability and can be used for both radiological and sonographic applications.
  • the catheter material is filled as a whole or in strips with radiopaque substances such as barium sulfate. Radio-opaque markers are often used to identify individual areas of a catheter, e.g. the distal end.
  • the markers in the form of a coating, a band or an inlay.
  • rings made of solid radiopaque metal are attached to the catheter tube. Since the solid metal band is relatively inflexible compared to the catheter shaft material, local stiffening and undesirable discontinuities occur on the catheter. Bending and/or torsional stress can cause the material composite to fail and thus the marker to be lost.
  • metallic markers are relatively expensive to produce and difficult to securely attach to an underlying device.
  • such markers are prepared by mixing a polymer resin with a powdered, radiographically dense material such as elemental tungsten and then extruding the composition. Due to the process and the high density differences between the metal and the polymer, only small volumes of the metal can be incorporated into the compound. In order to achieve sufficient X-ray contrast, excessive wall thicknesses are required. When attaching the markers to the instrument, protrusions arise and the profile is changed in an undesirable way. In many cases, external dimensional restrictions prevent the use of devices with such markings.
  • Closed pore structures with defined cell geometry and high homogeneity can be implemented as syntactic foams by embedding hollow spheres.
  • full-surface paint coatings with cavities are known, which are produced by incorporating hollow microspheres made of vinylidene chloride, which in turn can be filled with gas such as isobutane.
  • Catheters are also known which are characterized by a multi-layer structure which is produced by extrusion.
  • the echogenic properties can be improved by modifying individual layers.
  • EP 1 462 056 relates to a catheter which consists of at least two layers, of which the outer has a higher layer thickness than the inner and gas bubbles are dispersed in the outer layer. Layers produced in this way have the disadvantage that they are present over the entire length of the extruded part and thus also in areas where they are rather undesirable. It is not possible to produce pattern-shaped markings to better distinguish between the body's own structures and process-related noise in the ultrasound image.
  • the physical properties shafts of the device are influenced to a large extent. For example, the property of transparency, which is often important for catheters, is lost.
  • US 2014/0221828 A1 discloses medical devices with checkerboard-like echogenic patterns that are created by casting or printing a metal film or by gas-filled plastic structures.
  • the laser treatment recommended for plastic structuring has the disadvantage that ablation and bubble formation create depressions and elevations on the surface. It is known that the material changes caused by laser beams are particularly effective in the area close to the surface and decrease with increasing layer depth. No solution is shown as to how the effect of the laser beam can be limited to the interior of the catheter wall and the formation of surface irregularities can be avoided.
  • the instruments should retain their transparency and only be provided with visible markings in the areas that are of interest for detectability and possible subsequent manipulation.
  • the design of the markings in the form of graphics, scales and patterns is intended to improve the detection of displacements, twists, bends, shrinkage or expansion of the device as well as the identification of functional areas.
  • the invention essentially provides that the novel markings are produced by a polyurethane coating in which a particle film with functional properties is embedded at a high density.
  • the markings are removed by subsequently rinsing off the non-irradiated coating material.
  • the markings can be made in any geometric shape.
  • the selection of the particles depends on the desired functionality. For example, hollow glass microspheres are used for sonographic applications and spherical tantalum particles are used for X-ray visibility.
  • Polyurethane systems are preferably used for the coatings.
  • Polyurethanes are formed by polyaddition of bi- or higher-functional alkanols and isocyanates. They are widely available and can be applied very efficiently to a wide variety of substrates, such as metals, textiles, ceramics and heat-sensitive plastics. The marking of medical devices that are made of plastic is preferred.
  • Coating systems with a modular structure are available on the market, which enable a high degree of flexibility in formulation design and application properties. In many cases, polyurethanes also ensure good biocompatibility, meaning that they can be used for medical purposes.
  • Solvent-based systems or aqueous dispersions and emulsions are used. Water-based compositions offer improved biocompatibility and stability and are more environmentally friendly. By avoiding organic solvents, there is often better compatibility with the substrate.
  • the catalysts known in polyurethane chemistry can be used to accelerate the polymerization reaction. In general, the amount of catalyst required is very small, on the order of 100 ppm or less. The synthesis without a catalyst is preferred.
  • the use of so-called baking systems, which only react chemically and harden with increased heat input, is particularly advantageous.
  • the temperature is in the range between 100 and 200 °C.
  • the time required for sufficient crosslinking is between 2 and 100 minutes and can be shortened by using higher temperatures.
  • the polyurethane layers are applied to well-cleaned and possibly activated substrates using conventional methods Processes such as printing, spraying, squeegeeing and dipping. Through targeted dilution or the use of thickeners, layer thicknesses in the range from 500 nm to a few 100 ⁇ m can be achieved, with 5 to 50 ⁇ m being preferred in the context of the present invention.
  • such a coating can also be selected from the group of sol-gel systems, acrylates, melamine, polyester.
  • the stickiness of the coating compound immediately after application is used to adhere functional particles.
  • the coated part is sprayed with particles or dipped into a resting or fluidized powder so that particles are deposited as a film on the coating.
  • a film is defined here as a single layer of particles covering almost the entire area, the average height of which is only slightly higher than the average size of the particles.
  • the resulting coating structure is then dried and hardened by laser-induced heat input.
  • a computer-controlled optical system can be used to quickly deflect laser pulses with the desired power Act specifically on the areas that need to be warmed.
  • the introduction of heat is precisely defined thermally and geometrically.
  • the resulting marking can be formed in one piece, or can have several components that can be connected to one another. With the help of rotating devices, all-round markings are also possible.
  • inexpensive diode-pumped solid-state lasers and fiber lasers in the wavelength range of 1064 nm (NIR), which are also used in a similar way for marking and labeling, are preferably used .
  • the shape of the marking is programmed using labeling software.
  • an excimer laser e.g. B.
  • other conventional laser types that have a wavelength in a range of high absorption of the absorber materials used, such as. B. CO 2 and other dye lasers, the desired results can be achieved.
  • the power of the laser used and the setting of various laser parameters depend on the respective application and can be easily determined by an expert in individual cases.
  • the laser energy is absorbed in the substrate, so that the coating material is heated indirectly.
  • unfilled catheter plastics such as TPU, PVC and silicone as well as the polyurethane coating itself are laser transmissive at wavelengths of near ultraviolet to near infrared light, ie they show no interaction with the laser radiation.
  • metallic particles which are actually applied to the coating for the purpose of X-ray contrast, can also cause very good laser absorption and thus heat input into the coating.
  • the adhering metallic particles it is possible to harden the polyurethane reaction mixture by laser treatment, even on laser-transparent, heat-sensitive materials, without additional laser additives.
  • the special heat transport from the solid particle into the polyurethane layer results in a very strong bonding of the particles at the points of contact. In order to ensure the necessary reaction time, the laser beam is guided several times over the area to be treated.
  • the markings are actually removed by rinsing off the non-irradiated and therefore non-crosslinked coating material.
  • the selection of the rinsing liquid depends on the applied coating system and the substrate. For aqueous composites, water is preferred for rinsing. If organic solvents are necessary, a dissolving effect on the substrate and the cross-linked coating must be excluded.
  • Suitable solvents can be ketones such as acetone, butanone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclic or aromatic hydrocarbons such as xylene, toluene, cyclohexane or esters such as butyl acetate, ethyl acetate, methoxypropyl acetate or mixtures of the substances mentioned.
  • a further layer of polyurethane can be applied, which is cured conventionally or by laser treatment. In this way, insulation is also achieved which prevents unwanted electrical prevent chemical processes in the blood or other body fluids between the metal particles and the instrument. Furthermore, it has proven to be advantageous to subject the medical device with the applied markings to a temperature treatment in a heating cabinet, which ensures complete reaction of the polyurethane varnish and complete evaporation of the solvent.
  • the required functionality of the markings according to the invention is guaranteed by the embedded particles.
  • the radiopaque powder materials that are suitable for imaging in X-ray diagnostics include metallurgical materials with high atomic numbers such as platinum, tantalum, iridium, tungsten, rhenium, gold and alloys of these metals.
  • Metal compounds such as tungsten carbide, tungsten boride, barium sulfate, bismuth chloride oxide can also be used to produce markings on metallic devices.
  • the shape of the particles is not crucial, but should preferably be spherical. Suitable particle sizes are in the range from 1 to 50 ⁇ m, diameters of 5 - 10 ⁇ m are particularly preferred. Smaller particles create a thinner coating that has less of an impact on the properties of the medical device.
  • the size information refers to the equivalent spherical diameter, i.e. the diameter that a sphere with the same volume as the particle has.
  • the particles are embedded in a very high proportion of the total volume of the coating.
  • the functional volume fraction can be 40 - 75% and is preferably realized in the range of 50 to 70%.
  • hollow micro bodies can be incorporated into the marking composite in accordance with the state of the art. Glass and ceramic hollow spheres as well as polymer microspheres are particularly suitable.
  • expandable microspheres are used.
  • the particles are microscopic spheres with a thermoplastic outer skin and a filling of a condensed gas that expand when heated.
  • polymer elastic microbubbles can enable better ultrasound visibility. Not only do they offer a drastically different acoustic impedance than human tissue, but they also act as resonators for ultrasonic waves, thus increasing the backscatter effect.
  • Echogenic microparticles with a diameter between 1 and 50 ⁇ m are preferably used.
  • markings can be created on metallic and non-metallic devices, which enable improved image representation using both radiological and sonographic diagnostic methods.
  • the investigations on the examples listed show that, despite the bifunctional effect of the markings, high-quality image quality with perfect contrasts and a high level of detail can be achieved with both methods.
  • the markings are characterized by high smudge and scratch resistance and are stable during subsequent sterilization processes.
  • the claimed method is therefore particularly suitable for marking catheters, where there are currently only a few technical solutions available to improve detectability.
  • the preferred pattern-shaped design of the markings enables easy differentiation of the body's own structures and allows displacements, bends or twists to be easily recognized. There is also the possibility of scaling particularly interesting areas using patterns and highlighting them for subsequent manipulation of the catheter.
  • a medical device according to the present invention is therefore preferably selected from the group consisting of catheters, needles, stents, cannulas, tracheotomes, endoscopes, dilators, tubes, introducers, markers, stylets, snares, angioplasty devices, fiducials, trocars and forceps.
  • Example 2 is a photograph of a catheter equipped with markings according to Example 1,
  • Example 4 shows an X-ray image of a catheter produced according to Example 1.
  • Fig. 1 the basic structure of a catheter 01 provided with markings 03, 04 is shown in various views.
  • the catheter is designed, for example, with 3 ring-shaped markings 03, which are arranged on the circumference with different widths, and with 3 markings, which connect the rings as longitudinally arranged webs 04.
  • the markings lie on the catheter wall 02 and are characterized by a structure in which a film of dense metal particles 07 is embedded between two polyurethane layers 05, 06.
  • the spaces between the parts none are not completely filled with polymer, so that air-containing cavities 08 are present here.
  • the cavities are closed to the outside by the cover layer 06.
  • the X-ray opaque spherical metal particles 07 have an average size of 10 ⁇ m and take up 50 - 70% of the volume of the marking.
  • the total thickness of the coating is approximately 15 ⁇ m, which is only slightly larger than the diameter of the individual particles.
  • Fig. 2 The markings shown in Fig. 2 were made on a TPU catheter with an outer diameter of 3 mm and have the structure corresponding to Fig. 1.
  • Markings produced according to the invention stand out from the black background and from the untreated areas of the instruments in the X-ray (FIG. 3) and ultrasound images (FIG. 4) with very high brightness contrasts and good contour sharpness.
  • Elastollan® 1180 A10 FC is a TPU from BASF that has a Shore A hardness of 80, a strength of 45 MPa and an elongation at break of 650%.
  • Desmophen® T1777 is a polyol component for the production of polyurethane stoving enamels with blocked aliphatic polyisocyanates from Covestro.
  • Desmodur® BL 3475 is a diethylmalonate-blocked, aliphatic polyisocyanate based on isophorone diisocyanate (IPDI) and hexamethylene diisocyanate (HDI) from Covestro.
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • Bayhytherm® 3246 is a water-thinnable, aliphatic, self-crosslinking stoving urethane resin from Covestro.
  • the ultrasound visibility examinations were carried out in B-mode with a Mindray DP-50 ultrasound diagnostic device and a linear transducer at an acoustic frequency of 8 MHz.
  • the various devices were positioned at a 45° position to the direction of sound both in a water bath and in an ultrasound phantom with tissue-like properties.
  • the grayscale spectra (histograms) of the individual areas of the ultrasound image were averaged using image processing software and compared with each other, with 100% black corresponding to a value of 0 and 100% white corresponding to a value of 255.
  • the X-ray imaging was examined using an intraoral X-ray system from Trophy-Radiologie GmbH with digital sensor technology. An aluminum strip with graduated thicknesses of 1, 2, 3 and 4 mm was included in the measurement as a comparison standard. The exposure setting of the X-ray machine was chosen so that the 4 levels were imaged with high contrast differences. (70 kV, 10 mA, 0.5 seconds, sensor size 18 x 24 cm). example 1
  • This example describes the production of a marking according to the invention on a catheter.
  • a catheter with an outer diameter of 3 mm and a layer thickness of 0.5 mm is produced using a tube extrusion system.
  • the hose material is a TPU of type Elastollan® 1180 A10 FC.
  • a coating mass is prepared by adding it to a beaker and mixing the following ingredients. Desmophen® T1777: 34.8%
  • the catheter is closed at one end with a stopper, immersed in the coating solution and then pulled out very slowly at a speed of 1 mm/s. The excess solution is allowed to drip off and the coated tube is dried for 2 minutes at room temperature.
  • Tantalum powder with an average particle size of 8 ⁇ m is whirled up in a fluid basin using compressed air.
  • the catheter is immersed in the fluidized bed while rotating and remains there until sufficient particles adhere to the sticky coating.
  • the tube is irradiated with a pulsed 10 watt Yb fiber laser from FOBA.
  • laser parameters laser power: 20%, travel speed: 10 mm/s, pulse frequency: 20 kHz
  • a temperature increase is caused at the irradiated areas 03, 04, which leads to crosslinking and hardening of the coating.
  • the movement of the laser beam to form the contour and fill the surfaces is repeated several times so that the local temperature measurement increase is maintained over a period of 20 minutes.
  • the circumferential ring markings 03 were programmed as rectangles using the laser marking software and realized by axially rotating the tube during the laser treatment.
  • the webs 04 were created on the stationary tube by repeated lasering after each 120o rotation of the tube. After the laser treatment has been completed, the coated part of the catheter is dipped into 1-methoxy-2-propyl acetate and the uncured coating material is rinsed off by agitation.
  • FIG. 3a show the ultrasound images of the catheter 01 immersed in water at a 45° position to the transmitted ultrasound.
  • the image of the marked catheter in an X-ray image can be seen in Fig. 4.
  • a standard aluminum plate with thicknesses of 1, 2, 3 and 4 mm was included with the recording.
  • the marking has very good radiopacity, which almost corresponds to a 2 mm thick aluminum plate.
  • This example describes the production of a marking according to the invention on a 22G disposable cannula (outer diameter: 0.7 mm) made of stainless chrome-nickel steel.
  • the coating composition is prepared from the following components.
  • the particles used are hollow glass microspheres of the type 3MTM Glass Bubbles K37 with an average particle size of 40 ⁇ m.
  • the marking is made in the form of 3 circumferential rings with a width of 3 mm.
  • the sonographic examinations were carried out on a commercial ultrasound phantom made of tissue-mimicking material.
  • Fig. 3b shows an ultrasound image of the 0.7 mm thin needle at an ultrasound frequency of 8 MHz at a depth of 1 to 2 cm.
  • the following table provides an overview of the average brightness values of the various image areas in the ultrasound image calculated from a gray value histogram (Fig. 3b).
  • the markings are characterized by very good ultrasound visibility.

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Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung sichtbarkeitsverstärkender Marker, welche mit sehr hoher geometrischer Variabilität auf verschiedenste Materialien aufgebracht werden können und sowohl für radiologische als auch für sonografische Anwendungen zum Einsatz kommen können. Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass die neuartigen Markierungen durch eine Polyurethanbeschichtung hergestellt werden, in der mit hoher Belegungsdichte ein Partikelfilm mit funktionellen Eigenschaften eingebettet ist. Durch den Einsatz eines Lasers werden nur gezielte ortsselektive Bereiche der Beschichtung getrocknet und chemisch vernetzt. Das Freistellen der Markierungen wird durch anschließendes Abspülen unbestrahlter Beschichtungsmasse realisiert. Die Markierungen können so in jeglicher geometrischer Form ausgeführt werden.

Description

Laserapplizierte Markierungen für verbesserte sonografische und radiologische Bildgebung von medizinischen Vorrichtungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von me- dizinischen Vorrichtungen mit Markierungen, die für bildge- bende Verfahren sichtbar sind. Sie betrifft daneben nach dem Verfahren herstellbare medizinische Vorrichtungen.
Die In-vitro - Sichtbarkeit von medizinischen Instrumenten und Implantaten für therapeutische und diagnostische Zwecke mittels Ultraschall- (US) und Röntgenverfahren ist von hoher klinischer Relevanz.
Für eine optimale Platzierung nahe dem gewünschten Wirkort und zur Vermeidung von Komplikationen sollten medizinische Vorrichtungen in ihrer Gesamtheit während der Anlage bis zur Kontrolle der finalen Lage gut darstellbar sein.
Um interne Patientenstrukturen und / oder Objekte innerhalb eines Patienten zu visualisieren, werden vorwiegend radiolo- gische und sonographische Techniken verwendet.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Katheter. Ka- theter werden üblicherweise zur Drainage, zur Spülung, Appli- kation von diagnostischen oder therapeutischen Medikamenten, zur Biopsie oder zur Herstellung der Passage innerhalb von Hohlorganen und zu verschiedenen anderen Prozeduren verwen- det. Derartige Katheter weisen vorwiegend einen Grundkörper aus einem polymeren Werkstoff auf.
Da die eingesetzten Kunststoffmaterialien eine sehr schlechte Ultraschall- (Echogenität) und Röntgensichtbarkeit (Röntgen- kontrast) aufweisen, erweist sich die Platzierung und Lage- kontrolle eines invasiven Katheters allerdings als schwierig. Zurzeit auf dem Markt verfügbare Katheter sind durch Ultra- schall nur in Tiefen weniger Millimeter unter der Hautober- fläche sicher zu visualisieren.
Die Differenz der Materialkonstanten (akustische Impedanz und Röntgenabsorbtion) zwischen Körpergewebe einerseits und Ka- theter andererseits und die geometrischen Maße des Katheters sind limitierende Faktoren der Identifikation.
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung Sicht- barkeitsverstärkender Marker, welche mit sehr hoher geometri- scher Variabilität auf vielfältige Materialien aufgebracht werden können und sowohl für radiologische als auch für sono- grafische Anwendungen zum Einsatz kommen können.
Um die Position eines Katheters innerhalb eines Patienten in seiner ganzen Länge mit der Röntgendiagnostik zu erkennen, wird das Kathetermaterial als Ganzes oder streifenförmig mit röntgendichten Substanzen wie Bariumsulfat gefüllt. Zur Iden- tifizierung einzelner Bereiche eines Katheters, z.B. des dis- talen Endes, werden häufig radioopake Marker angewandt.
Es ist bekannt, die Marker in Form einer Beschichtung, eines Bandes oder eines Inlays auszuführen. Beispielsweise werden Ringe aus festem röntgendichtem Metall auf dem Katheter- schlauch befestigt. Da das feste Metallband im Vergleich zu dem Katheterschaftmaterial relativ unflexibel ist, entstehen lokale Versteifungen und unerwünschte Diskontinuitäten am Ka- theter. Bei Biege- und oder Torsionsbeanspruchung kann es zum Versagen des Werkstoffverbundes und damit zum Verlust des Markers kommen. Darüber hinaus sind metallische Marker rela- tiv teuer in der Herstellung und schwierig an einer darunter liegenden Vorrichtung sicher zu befestigen.
Viele der mit der Verwendung metallischer Marker verbundenen Probleme werden überwunden, indem der starre Edelmetall- schlauch durch ein Polymer ersetzt wird, das mit einem geeig- neten röntgendichten Material gefüllt oder dotiert ist.
Wie im US 6540 721 und WO 2005/030284 beschrieben, werden solche Marker hergestellt, indem ein Polymerharz mit einem pulverförmigen, radiographisch dichten Material wie elementa- rem Wolfram gemischt und dann die Zusammensetzung extrudiert wird. Verfahrensbedingt und aufgrund der hohen Dichteunter- schiede des Metalls zum Polymer können nur geringe Volumenan- teile des Metalls in den Compound eingebracht werden. Um aus- reichenden Röntgenkontrast zu erzielen, sind deshalb übermä- ßig starke Wanddicken erforderlich. Beim Anbringen der Marker am Instrument entstehen Vorsprünge und das Profil wird in un- erwünschter Weise verändert. In vielen Fällen wird durch ex- terne Maßbeschränkungen der Einsatz von Vorrichtungen mit derartigen Markierungen verhindert.
Gleiches gilt für die Methode der Anmeldung DE 10020 739 und WO 2021/029348, bei der durch aufgewickelte kontrastreiche Schläuche oder Drähte die Lage und die Verformung eines chi- rurgischen Instruments besser identifiziert werden kann. Der Gestaltungsspielraum an geometrischen Röntgenbildmustern, die mit diesen Verfahren erzeugt werden können, ist auch hier noch sehr eingeschränkt.
Für ultraschallsichtbare Instrumente und Markierungen müssen andere Verfahren zum Einsatz kommen. Die Lösungsansätze beru- hen vorrangig auf dem Prinzip, dass gasförmige Substanzen ei- nen enormen Schallimpedanzunterschied zu Feststoffen und ebenso zu menschlichem Gewebe aufweisen. Unter Ausnutzung des hohen Impedanzsprungs an der Grenzfläche Gas/FestStoff werden in vielen Fällen Substrate oder Beschichtungen vorgeschlagen, die beispielsweise Gastaschen, Hohlräume, Poren, gashaltige Kanäle oder mikroskopische Oberflächenstrukturen zum Halten oberflächiger Lufteinschlüsse aufweisen. WO 98/18387 offenbart medizinische Instrumente, wie Nadeln, von denen ein Teil der Oberfläche mit einem Material wie Epo- xidharz bedeckt ist, das mit reaktiven Substanzen als Bläs- chenerzeugungsmittel gefüllt ist. Beim Kontakt mit einer Flüssigkeit, der beim Einführen in ein Gewebe erfolgen kann, reagieren die Substanzen, wie Natriumhydrogencarbonat und Zitronensäure unter Gasfreisetzung und bilden eine Vielzahl von beweglichen Bläschen. Offenporige Strukturen bewirken raue Oberflächen und können nur kurzzeitig den gewünschten Kontrast bewirken, da sich die Gasblasen allmählich auflösen und die Oberfläche mit Flüssigkeit benetzt wird.
Geschlossene Porenstrukturen mit definierter Zellgeometrie und hoher Homogenität können als syntaktische Schäume durch Einbetten von Hohlkugeln ausgeführt werden. Aus der DE 20 2009 001 974 U1 sind vollflächige Lackbeschichtungen mit Hohlräumen bekannt, die durch Einlagern von Mikrohohlkugeln aus Vinylidenchlorid, die ihrerseits mit Gas wie Isobutan ge- füllt sein können, hergestellt werden.
Ferner sind Katheter bekannt, die durch einen Mehrschichtauf- bau gekennzeichnet sind, welcher durch Extrusion hergestellt wird. Durch Modifizierung einzelner Schichten können die echogenen Eigenschaften verbessert werden. Die EP 1 462 056 bezieht sich auf einen Katheter, der zumindest aus zwei Schichten besteht, von denen die äußere eine höhere Schicht- stärke aufweist als die innere und in die äußere Schicht Gas- bläschen dispergiert sind. Derartig erzeugte Schichten haben den Nachteil, dass sie auf der gesamten Länge des extrudier- ten Teils vorliegen und somit auch in Bereichen, in denen sie eher unerwünscht sind. Die Herstellung von musterförmigen Markierungen zur besseren Unterscheidung von körpereigenen Strukturen und von verfahrensbedingtem Rauschen des Ultra- schallbildes ist nicht möglich. Die physikalischen Eigen- schäften der Vorrichtung werden im hohen Maße beeinflusst. So geht beispielsweise die für Katheter oftmals wichtige Eigen- schaft der Transparenz verloren.
Die in EP 3738 543 vorgeschlagene Lösung der mehrschichtigen Ausführung eines Katheters und der laserinduzierten Schäumung eines zu markierenden Bereichs bietet weitreichende Möglich- keiten der graphischen Gestaltung echogener Markierungen, ist aber auf speziell ausgeführte Katheterschäfte angewiesen, die mehrschichtig extrudiert und mit Laserabsorbern gefüllt sind. Die Ausstattung herkömmlicher Katheterschläuche mit derarti- gen echogenen Markierungen ist nicht möglich.
In US 2014/0221828 A1 werden medizinische Vorrichtungen mit schachbrettartigen echogenen Mustern offenbart, die durch Gießen oder Drucken eines Metallfilms oder durch gasgefüllte Kunststoffstrukturen erzeugt werden. Die für die Kunst- stoffstrukturierung empfohlene Laserbehandlung hat in der dargestellten Form den Nachteil, dass durch Ablation und Bla- senbildung Vertiefungen und Erhebungen an der Oberfläche ent- stehen. Es ist bekannt, dass die durch Laserstrahlen hervor- gerufenen Materialveränderungen insbesondere im oberflächen- nahen Bereich wirksam werden und mit zunehmender Schichttiefe abnehmen. Es wird keine Lösung aufgezeigt, wie die Wirkung des Laserstrahls auf das Innere der Katheterwand beschränkt werden kann und die Ausbildung von Oberflächenunebenheiten vermieden wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, sichtbarkeitsverstärkende Mar- kierungen auf medizinischen Vorrichtungen, insbesondere Ka- thetern zu schaffen, die sowohl bei radiologischer als auch sonografischer Bildgebung zum Einsatz kommen können und mit sehr hoher geometrischer Variabilität präzise und einfach an jeglichen gewünschten Stellen platziert werden können. Die Instrumente sollen ihre Transparenz behalten und nur in den Bereichen mit sichtbaren Markierungen versehen werden, die für die Detektierbarkeit und eventuelle nachträgliche Ma- nipulation von Interesse sind. Durch die Gestaltung der Mar- kierungen in Form von Grafiken, Skalierungen und Mustern soll das Erkennen von Verlagerungen, Verdrehungen, Knicken, Schrumpfen oder Ausdehnen der Einrichtung sowie die Identifi- kation funktioneller Bereiche verbessert werden.
Ferner soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches die einfache und wirtschaftliche Herstellung der Markierungen auf medizinischen Vorrichtungen ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass die neuartigen Markierungen durch eine Polyurethan- beschichtung hergestellt werden, in der mit hoher Belegungs- dichte ein Partikelfilm mit funktionellen Eigenschaften ein- gebettet ist.
Durch den Einsatz eines Lasers werden nur gezielte ortsselek- tive Bereiche der Beschichtung getrocknet und chemisch ver- netzt. Das Freistellen der Markierungen wird durch anschlie- ßendes Abspülen nicht bestrahlter Beschichtungsmasse reali- siert. Die Markierungen können so in jeglicher geometrischer Form ausgeführt werden.
Die Auswahl der Partikel erfolgt in Abhängigkeit der ge- wünschten Funktionalität. Für sonografische Anwendungen wer- den beispielsweise Mikroglashohlkugeln und für Röntgensicht- barkeit sphärische Tantalpartikel eingesetzt.
Durch die Applikation einer zusätzlichen partikelfreien Schicht als Überzug (5) können optimale Partikelhaftung und Oberflächenglätte erzielt werden. Für die Beschichtungen werden vorzugsweise Polyurethansysteme eingesetzt. Polyurethane werden durch Polyaddition von bi- oder höherfunktionellen Alkanolen und Isocyanaten gebildet. Sie sind vielseitig verfügbar und können sehr effizient auf vielerlei Substraten, wie Metallen, Textilien, Keramiken und wärmeempfindlichen Kunststoffen aufgebracht werden. Bevorzugt ist die Markierung von medizinischen Geräten, die aus Kunst- stoff gefertigt sind. Am Markt stehen dazu Beschichtungssys- teme mit modularem Aufbau zur Verfügung, die eine hohe Flexi- bilität in der Rezepturgestaltung und den Anwendungseigen- schaften ermöglichen. In vielen Fällen gewährleisten Po- lyurethane auch eine gute Biokompatibilität, so dass der Ein- satz für medizinische Zwecke möglich ist.
Zur Anwendung kommen lösemittelhaltige Systeme oder wässrige Dispersionen und Emulsionen. Auf Wasser basierende Zusammen- setzungen bieten eine verbesserte Biokompatibilität und -stabilität und sie sind umweltfreundlicher. Durch den Verzicht auf organische Lösungsmittel besteht oftmals auch eine bessere Verträglichkeit zum Substrat. Zur Beschleunigung der Polymerisationsreaktion können die in der Polyurethanche- mie bekannten Katalysatoren eingesetzt werden. Im Allgemeinen ist die Menge des benötigten Katalysators sehr gering und liegt in der Größenordnung von 100 oder weniger ppm. Bevor- zugt ist die Synthese ohne Katalysator.
Besonders begünstigt ist die Verwendung von sogenannten Ein- brennsystemen, die nur unter erhöhter Wärmezufuhr chemisch reagieren und aushärten. Die Temperatur liegt dabei im Be- reich zwischen 100 und 200 °C. Die notwendige Zeit für eine ausreichende Vernetzung liegt im Bereich zwischen 2 und 100 min und kann durch höhere Temperaturen verkürzt werden.
Die Applikation der Polyurethanschichten erfolgt auf gut ge- reinigten und evtl. aktivierten Substraten durch herkömmliche Verfahren wie Drucken, Sprühen, Rakeln und Tauchen. Durch ge- zielte Verdünnung oder den Einsatz von Verdickern können Schichtdicken im Bereich von 500 nm bis zu einigen 100 μm er- reicht werden, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung 5 bis 50 μm bevorzugt sind.
Alternativ sind auch andere bekannte Beschichtungen geeignet, die durch Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlen getrocknet und ge- härtet werden können und für den medizinischen Einsatz bio- kompatibles, nicht toxisches, hypoallergenes und stabiles Verhalten aufweisen.
Eine solche Beschichtung kann gemäß der Erfindung auch aus der Gruppe von Sol-Gel Systemen, Acrylaten, Melamin, Polyes- ter ausgewählt werden.
Die Klebrigkeit der Beschichtungsmasse direkt nach dem Auf- trägen wird ausgenutzt, um funktionelle Partikel anzuhaften. Das beschichtete Teil wird dazu mit Partikeln besprüht oder in ein ruhendes bzw. fluidisiertes Pulver getaucht, so dass sich Partikel als Film auf der Beschichtung anlagern. Als Film wird hier eine nahezu flächendeckende Einzelschicht an Partikeln definiert, dessen durchschnittliche Höhe nur unwe- sentlich über der mittleren Größe der Partikel liegt.
Vorzugsweise wird dazu ein Wirbelbecken genutzt, bei dem von unten durch kleinste Öffnungen Luft zugeführt wird, die das Pulver aufwirbeln und dadurch frei zirkulieren lassen. Für eine geringe Schichtdicke mit hoher Belegungsdichte der Par- tikel auf der Polyurethanschicht erweisen sich hierbei feine- re und sphärische Geometrien als vorteilhaft.
Der so entstandene Beschichtungsaufbau wird anschließend durch laserinduzierten Wärmeeintrag getrocknet und ausgehär- tet. Durch ein computergesteuertes optisches System können schnell ablenkbare Laserpulse mit der gewünschten Leistung gezielt an den Stellen einwirken, die erwärmt werden sollen. Die Wärmeeinleitung ist thermisch und geometrisch exakt defi- niert. Durch die programmierte Bewegung des Laserstrahls kön- nen sowohl bildgebende Bereiche mit relativ großer Ausdehnung als auch kleinflächige Beschriftungen, Muster, Markierungen und ähnliches mit hoher Präzision ausgehärtet werden. Die entstehende Markierung kann dabei einstückig ausgebildet sein, oder aber mehrere Bestandteile aufweisen, die miteinan- der verbunden sein können. Mit Hilfe von Dreheinrichtungen sind auch umlaufende Markierungen möglich.
Für diesen Zweck, insbesondere auch für den Einsatz auf Vor- richtungen aus Kunststoff, werden vorzugsweise kostengünstige diodengepumpte Festkörperlaser sowie Faserlaser im Wellenlän- genbereich von 1064 nm (NIR) eingesetzt, wie sie in ähnlicher Weise auch für das Markieren und Beschriften verwendet wer- den. Die Form der Markierung wird mit Hilfe einer Beschrif- tungssoftware programmiert.
Ferner ist auch die Verwendung eines Excimerlasers, z. B. über eine Maskentechnik möglich. Jedoch können auch mit ande- ren herkömmlichen Lasertypen, die eine Wellenlänge in einem Bereich hoher Absorption der verwendeten Absorbermaterialien aufweisen, wie z. B. CO2- und anderer Farbstoff-Laser, die gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Die Leistung der ver- wendeten Laser und die Einstellung verschiedener Laserparame- ter hängen von der jeweiligen Anwendung ab und können im Ein- zelfall vom Fachmann ohne Weiteres ermittelt werden.
Die Absorption der Laserenergie erfolgt bei metallischen Ein- richtungen im Substrat, so dass die Beschichtungsmasse indi- rekt aufgeheizt wird. Ungefüllte Katheterkunststoffe wie TPU, PVC und Silikon wie auch die Polyurethanbeschichtung selber sind allerdings bei Wellenlängen des nahen ultravioletten bis nahen infraroten Lichtes lasertransmissiv, d.h. sie zeigen keine Wechselwirkung mit der Laserstrahlung. Es hat sich ge- zeigt, dass metallische Partikel, die eigentlich zum Zweck des Röntgenkontrastes auf die Beschichtung aufgebracht wer- den, auch eine sehr gute Laserabsorption und damit einen Wär- meeintrag in die Beschichtung bewirken können. Mit Hilfe der anhaftenden metallischen Partikel gelingt es, das Po- lyurethanreaktionsgemisch ohne zusätzliche beigefügte Laser- additive auch auf lasertransparenten wärmeempfindlichen Mate- rialien durch Laserbehandlung auszuhärten. Durch den speziel- len Wärmetransport vom festen Partikel in die Polyurethan- schicht wird an den Berührungsstellen eine sehr starke Anbin- dung der Partikel erzielt. Um die notwendige Reaktionszeit zu gewährleisten, wird der Laserstrahl mehrfach über die zu be- handelnde Fläche geführt.
Das eigentliche Freistellen der Markierungen erfolgt durch Abspülen der nichtbestrahlten und damit nicht vernetzten Be- schichtungsmasse. Die Auswahl der Spülflüssigkeit erfolgt in Abhängigkeit des aufgebrachten Beschichtungssystems und des Substrats. Bei wässrigen Kompositen wird bevorzugt Wasser zum Spülen eingesetzt. Sind organische Lösemittel notwendig, muss eine Lösewirkung auf das Substrat und der vernetzten Be- schichtung ausgeschlossen werden. Geeignete Lösungsmittel können Ketone, wie z.B. Aceton, Butanon, Methylethylketon, Methylisobutylketon, cyclische oder aromatische Kohlenwasser- stoffe, wie z.B. Xylol, Toluol, Cyclohexan oder Ester, wie z.B. Butylacetat, Ethylacetat, Methoxypropylacetat oder Mi- schungen der genannten Substanzen sein.
Um die Sicherheit der Partikelhaftung weiter zu erhöhen und die Oberflächenrauigkeit zu reduzieren, kann eine weitere Schicht aus Polyurethan aufgebracht werden, die konventionell oder durch Laserbehandlung ausgehärtet wird. Auf diese Weise wird auch eine Isolierung erzielt, die unerwünschte elektro- chemische Prozesse im Blut oder anderen Körperflüssigkeiten zwischen den Metallpartikeln und dem Instrument verhindern. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die medizini- sche Vorrichtung mit den aufgebrachten Markierungen einer Temperaturbehandlung im Wärmeschrank zu unterziehen, bei der ein vollständiges Ausreagieren des Polyurethanlacks und rest- loses Verdampfen des Lösungsmittels sichergestellt wird.
Die benötigte Funktionalität der erfindungsgemäßen Markierun- gen wird durch die eingebetteten Partikel gewährleistet. Zu den röntgenopaken Pulvermaterialien, die für die bildliche Darstellung bei der Röntgendiagnostik geeignet sind, zählen metallurgische Werkstoffe mit hoher Ordnungszahl wie Platin, Tantal, Iridium, Wolfram, Rhenium, Gold und Legierungen die- ser Metalle. Für die Herstellung von Markierungen auf metal- lischen Einrichtungen können auch Metallverbindungen wie Wolframcarbid, Wolframborid, Bariumsulfat, Wismutchloridoxid verwendet werden.
Die Gestalt der Teilchen ist nicht entscheidend, sollte je- doch vorzugsweise kugelförmig sein. Geeignete Teilchengrößen liegen im Bereich von 1 bis 50 μm, insbesondere bevorzugt sind Durchmesser von 5 - 10 μm. Kleinere Partikel erzeugen eine dünnere Beschichtung, die die Eigenschaften des Medizin- produkts weniger beeinträchtigen. Bei nicht kugelförmigen Partikeln beziehen sich die Größenangaben auf den Äquivalent- Kugeldurchmesser, d.h. den Durchmesser den eine Kugel mit gleichem Volumen wie das Partikel hat.
Einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist, dass die Partikel mit sehr hohem Anteil am Gesamt- volumen der Beschichtung eingebettet sind. Der funktionelle Volumenanteil kann 40 - 75 % betragen und wird vorzugsweise im Bereich von 50 bis 70 % realisiert. Für die Funktion der Ultraschallsichtbarkeit können entspre- chend des Stands der Technik Mikrohohlkörper in das Markie- rungskomposit eingelagert werden. Geeignet sind insbesondere Glas- und keramische Hohlkugeln sowie polymere Mikrosphären.
Alternativ werden expandierbare Mikrosphären verwendet. Die Partikel sind mikroskopisch kleine Kugeln mit thermoplasti- scher Außenhaut und einer Füllung aus einem kondensierten Gas, die sich beim Erhitzen ausdehnen. Neben dem Einsatz be- reits expandierter Hohlkugeln besteht die Möglichkeit nicht- expandierte Typen im Rahmen der Laserbehandlung auszudehnen. Der Anteil des funktionellen Volumens an der Beschichtung kann so noch weiter erhöht werden.
Gegenüber starren Hohlkugeln können polymere elastische Mik- robläschen eine bessere Ultraschallsichtbarkeit ermöglichen. Sie bieten nicht nur eine drastisch andere akustische Impe- danz als menschliches Gewebe, sondern wirken zudem als Re- sonatoren für Ultraschallwellen und erhöhen so den Rück- streueffekt.
Vorzugsweise werden echogene Mikropartikel mit einem Durch- messer zwischen 1 und 50 μm verwendet.
Aufgrund der sehr geringen Laserabsorption der Mikrohohlkör- per ist allerdings deren Verwendung im Rahmen des erfindungs- gemäßen Verfahrens auf Einrichtungen mit metallischen Werk- stoffen beschränkt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auch ein Beschichtungsaufbau mit eingebetteten Metall- partikeln ein sehr gutes echogenes Verhalten erzeugt. Es ist davon auszugehen, dass verfahrensbedingt im Beschichtungskom- posit Hohlräume entstehen, die auch durch die final aufge- brachte Deckschicht nicht vollständig mit Polymer ausgefüllt werden. Die zweite Polyurethanschicht führt zu einem ge- schlossenporigen Aufbau, so dass die Hohlräume auch bei Kon- takt mit Körper- und anderen Flüssigkeiten erhalten bleiben. Die Gaseinschlüsse in den Beschichtungen bewirken eine starke Reflektion der Schallwellen, so dass diese im Ultraschallbild deutlich heller gegenüber den umgebenden Substanzen abgebil- det werden.
Mittels dieser Methode können Markierungen auf metallischen und nichtmetallischen Einrichtungen geschaffen werden, die sowohl mit radiologischen als auch mit sonografischen Diagno- severfahren eine verbesserte Bilddarstellung ermöglichen. Die Untersuchungen an den aufgeführten Beispielen zeigen, dass trotz der bifunktionellen Wirkung der Markierungen, eine hochwertige Bildqualität mit perfekten Kontrasten und hoher Detailtreue mit beiden Verfahren erzielt werden. Die Markie- rungen zeichnen sich durch eine hohe Wisch- und Kratzfestig- keit aus und sind stabil bei nachträglichen Sterilisations- prozessen.
Das beanspruchte Verfahren ist somit insbesondere für die Markierung von Kathetern geeignet, wo bisher nur wenige tech- nische Lösungen zur Verbesserung der Detektierbarkeit zur Verfügung stehen. Die bevorzugte musterförmige Ausbildung der Markierungen ermöglicht eine einfache Unterscheidung von kör- pereigenen Strukturen und erlaubt das leichte Erkennen von Verlagerungen, Knicken oder Verdrehungen. Ferner bietet sich die Möglichkeit, durch Muster besonders interessante Bereiche zu skalieren und für nachträgliche Manipulation des Katheters hervorzuheben.
Das Verfahren kann neben der Verwendung an Kathetern auch an weiteren medizinischen Vorrichtungen, die in einen tierischen oder menschlichen Körper eingeführt oder implantiert werden, umgesetzt werden. Eine medizinische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kathethern, Nadeln, Stents, Kanülen, Tracheotomen, Endoskopen, Dilatatoren, Röhrchen, Einführern, Markern, Stiletten, Schlingen, Angioplastievorrichtungen, Passermarken, Trokaren und Pinzetten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels erläutert. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich unmittelbar aus den Ansprüchen.
Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Darstellung von gemäß Beispiel 1 hergestellten Markierungen auf einem Katheter,
Fig. 2 eine Fotografie eines gemäß Beispiel 1 mit Markie- rungen ausgerüsteten Katheters,
Fig. 3 Ultraschallbilder der gemäß der Beispiele 1 und 2 hergestellten Markierungen
(a) auf einem Katheter und in Wasser gemessen
(b) auf einer Kanüle und an einem Ultraschall-Phantom gemes- sen
Fig. 4 ein Röntgenbild eines gemäß Beispiel 1 hergestell- ten Katheters.
In Fig. 1 ist in verschiedenen Ansichten der prinzipielle Aufbau eines mit Markierungen 03, 04 versehenen Katheters 01 dargestellt. Der Katheter ist beispielhaft mit 3 ringförmigen Markierungen 03, die am Umfang mit verschiedener Breite ange- ordnet sind sowie mit 3 Markierungen, die als längsangeordne- te Stege 04 die Ringe verbinden, ausgeführt.
Die Markierungen liegen auf der Katheterwand 02 auf und sind durch einen Aufbau gekennzeichnet, bei dem zwischen zwei Po- lyurethanschichten 05, 06 ein Film aus dichtliegenden Metall- partikeln 07 eingebettet ist. Die Räume zwischen den Parti- kein sind dabei nicht vollständig mit Polymer gefüllt, so dass hier lufthaltige Hohlräume 08 vorliegen. Die Hohlräume sind nach außen hin durch die Deckschicht 06 geschlossen. Die röntgenopaken sphärischen Metallpartikel 07 haben eine mitt- lere Größe von 10 μm und nehmen einen Anteil von 50 - 70 % des Volumens der Markierung ein. Die Gesamtdicke der Be- schichtung liegt mit ca. 15 μm nur wenig über dem Durchmesser der einzelnen Partikel.
Die in Fig. 2 dargestellte Markierungen wurden auf einem TPU- Katheter mit einem Außendurchmesser von 3 mm hergestellt und haben den Aufbau entsprechend Fig. 1.
Erfindungsgemäß hergestellte Markierungen heben sich im Rönt- gen- (Fig. 3) und Ultraschallbild (Fig. 4) mit sehr hohen Helligkeitskontrasten und guter Konturenschärfe vom schwarzen Hintergrund und von den unbehandelten Bereichen der Instru- mente ab.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Illustration der Er- findung. Darin sind Prozente als Gewichtsprozente zu verste- hen, soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang ersichtlich.
Verwendete Materialien
Soweit nicht anders erwähnt wurden alle Materialien von CSC JÄKLECHEMIE GmbH & Co. KG bezogen.
Elastollan® 1180 A10 FC ist ein TPU der Firma BASF, welches eine Shore A-Härte von 80, eine Festigkeit von 45 MPa und ei- ne Reißdehnung von 650 % aufweist.
Desmophen® T1777 ist eine Polyolkomponente zur Herstellung von Polyurethan-Einbrennlacken mit blockierten aliphatischen Polyisocyanaten von der Firma Covestro. Desmodur® BL 3475 ist ein Diethylmalonat-blockiertes, alipha- tisches Polyisocyanat auf Basis Isophorondiisocyanat (IPDI) und Hexamethylendiisocyanat (HDI)von der Firma Covestro.
Bayhytherm® 3246 ist ein wasserverdünnbares, aliphatisches, selbstvernetzendes Einbrennurethanharz der Firma Covestro.
Methoden
Die Untersuchungen der Ultraschallsichtbarkeit erfolgten im B-Mode mit einem Ultraschalldiagnosegerät DP-50 von Mindray und einem Linearschallkopf bei einer Schallfrequenz von 8 MHz. Für die Ultraschallaufnahmen wurden die verschiedenen Vorrichtungen in einer 45°-Lage zur Schallrichtung sowohl in einem Wasserbad als auch in einem Ultraschallphantom mit ge- webeähnlichen Eigenschaften positioniert. Zur Bewertung des Kontrastes der Markierung gegenüber unmarkierten Bereichen wurden mittels einer Bildbearbeitungssoftware die Graustufen- spektren (Histogramme) der einzelnen Bereiche des Ultra- schallbildes gemittelt und miteinander verglichen, wobei 100 % Schwarz einem Wert von 0 und 100 % Weiß einem Wert von 255 entspricht.
Die Röntgenbildgebung wurde mit einem intraoralen Röntgensys- tem der Firma Trophy-Radiologie GmbH mit digitaler Sensor- technologie untersucht. Als Vergleichsstandard wurde der Mes- sung ein Aluminiumstreifen mit abgestuften Dicken von 1, 2, 3 und 4 mm beigelegt. Die Belichtungseinstellung des Röntgenge- rätes wurde so gewählt, dass die 4 Stufen mit hohen Kontrast- unterschieden abgebildet wurden. (70 kV, 10 mA, 0,5 Sekunden, Sensorgrösse 18 x 24 cm). Beispiel 1
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer erfindungs- gemäßen Markierung auf einem Katheter.
Mittels einer Schlauchextrusionsanlage wird ein Katheter mit einem Außendurchmesser von 3 mm und einer Schichtdicke von 0,5 mm hergestellt. Das Schlauchmaterial ist ein TPU vom Typ Elastollan® 1180 A10 FC.
Durch Eingeben in ein Becherglas und Mischen nachfolgender Inhaltsstoffe wird eine Beschichtungsmasse präpariert. Desmophen® T1777: 34,8 %
Desmodur® BL 3475: 27,9 %
1-Methoxy-2-propyl-acetat: 37,2 %.
Der Katheter wird an einem Ende mit einem Stopfen verschlos- sen, in die Beschichtungslösung eingetaucht und dann sehr langsam mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s herausgezogen. Die überschüssige Lösung kann abtropfen und der überzogene Schlauch wird 2 Minuten bei Raumtemperatur getrocknet.
In einem Fluidbecken wird Tantalpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 8 μm durch Druckluft aufgewirbelt. Der Ka- theter wird unter Drehen in das Wirbelbett getaucht und ver- bleibt dort bis ausreichend Partikel an der klebrigen Be- schichtung haften. Nach einer weiteren Trocknungszeit von 10 Minuten wird der Schlauch mit einem gepulsten 10 Watt Yb- Faserlaser der Firma FOBA bestrahlt. Durch Wahl geeigneter Laserparameter (Laserleistung: 20 %, Verfahrgeschwindigkeit: 10 mm/s, Pulsfrequenz: 20 kHz) wird an den bestrahlten Stel- len 03, 04 eine Temperaturerhöhung bewirkt, die zum Vernetzen und Aushärten der Beschichtung führt. Die Bewegung des Laser- strahls zur Ausbildung der Kontur und zum Füllen der Flächen wird mehrfach wiederholt, so dass die örtliche Temperaturer- höhung über einen Zeitraum von 20 min aufrechterhalten bleibt.
Die umlaufenden Ringmarkierungen 03 wurden als Rechtecke mit der Laserbeschriftungssoftware programmiert und durch axiale Drehung des Schlauches während der Laserbehandlung reali- siert. Die Stege 04 wurden am ruhenden Schlauch durch wieder- holtes Lasern nach jeweils 120 º-Drehung des Schlauches er- zeugt. Nach Abschluss der Laserbehandlung wird der beschich- tete Teil des Katheters in 1-Methoxy-2-propylacetat getaucht und durch Bewegung die nichtausgehärtete Beschichtungsmasse abgespült.
Nach einer Trocknungszeit von 10 min wird zur Ausbildung der Deckschicht die Prozedur der Tauchbeschichtung, der Laserbe- handlung und des Spülens wiederholt. Das Aufbringen von Par- tikeln entfällt in diesem Schritt. Es entsteht eine Markie- rung, wie sie im Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 3a zeigen die Ultraschallaufnahmen des im Wasser einge- tauchten Katheters 01 bei einer 45°- Lage zum gesendeten Ult- raschall. Die Abbildung des markierten Katheters in einem Röntgenbild ist in Fig. 4 ersichtlich. Um einen Vergleich zur gängigen Praxis zu ermöglichen, wurde bei der Aufnahme ein Standard (Aluminiumplatte mit der Dickenabstufung von 1, 2, 3 und 4 mm) beigelegt.
Die nachfolgenden Tabellen geben eine Übersicht über die aus einem Grauwert-Histogramm ermittelten mittleren Helligkeits- werte der verschiedenen Bildbereiche.
Sowohl die subjektive visuelle Betrachtung als auch die digi- tale Analyse der Bilder belegen die hohe Funktionalität der bildgebenden Markierungen. Die Markierung weist eine sehr gu- te Röntgenopazität auf, die annähernd einer 2 mm starken Alu- miniumplatte entspricht.
Beispiel 2
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer erfindungs- gemäßen Markierung auf einer 22G Einwegkanüle (Außendurchmes- ser: 0,7 mm) aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl.
Im Unterschied zum Beispiel 1 wird die Beschichtungsmasse aus nachfolgenden Komponenten präpariert.
Bayhytherm® 3246: 90 %
Destilliertes Wasser: 10 %.
Als Partikel werden Mikroglashohlkugeln vom Typ 3M™ Glass Bubbles K37 mit einer mittleren Partikelgröße von 40 μm ein- gesetzt. Die Markierung wird in Form 3 umlaufender Ringe mit einer Breite von 3 mm ausgebildet. Die sonografischen Untersuchungen wurden an einem kommerziel- len Ultraschallphantom aus Gewebe nachahmendem Material vor- genommen. Fig. 3b zeigt ein Ultraschallbild der 0,7 mm dünnen Nadel bei einer Ultraschallfrequenz von 8 MHz in einer Tiefe von 1 bis 2 cm.
Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die aus ei- nem Grauwert-Histogramm errechneten mittleren Helligkeitswer- te der verschiedenen Bildbereiche im Ultraschallbild (Fig. 3b).
Trotz des geringen Durchmessers der Nadeln zeichnen sich die Markierungen durch eine sehr gute Ultraschallsichtbarkeit aus.
Bezugszeichenliste:
01 - Katheter
02 - Katheterwand
03 - Ring-Markierung
04 - Stegmarkierung
05 - PU-Grundschicht
06 - PU-Deckschicht
07 - Partikelfilm

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Vorrich- tung mit Markierungen, die für bildgebende Verfahren sichtbar sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a.Aufträgen einer dünnen Schicht eines flüssigen ther- misch härtbaren Polyurethansystems auf die mit Mar- kierungen zu versehende Vorrichtung; b.Anhaften eines Filmes aus Mikrohohlkugeln oder Me- tallpartikeln auf der in Schritt a) aufgetragenen Po- lyurethanbeschichtung; c.Aushärtung der Beschichtungsmasse an definierten Stellen mittels eines Lasers in Form von Mustern, so dass nur ein Teil der Beschichtungsmasse aushärtet; d.Abspülen nicht vernetzter Beschichtungsmasse mit ei- nem geeigneten Lösungsmittel; und e.Aufbringen und Aushärten einer Deckschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel 1 bis 50 μm, bevorzugt 1 bis 10 μm, groß sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Metallpartikel eine Dichte größer 4 g/cm3 haben und überwiegend aus Metallen mit einer Ordnungs- zahl größer 21 bestehen, wobei Platin, Tantal, Iridium, Wolfram, Rhenium, Gold und Legierungen dieser Metalle bevorzugt werden, aber auch Metallverbindungen wie Wolframcarbid, Wolframborid, Bariumsulfat, Wismutchlo- ridoxid geeignet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlkugeln eine Partikelgröße von 10 bis 80 μm, bevorzugt 30 bis 50 μm, besitzen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlkugeln in Form von Glas- und keramischen Hohlkugeln sowie polymeren Mikrosphären eingesetzt wer- den.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil an Partikeln in der Beschichtung 40 bis 75 %, vorzugsweise 50 bis 70 %, beträgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen in Form von Zeichen, Formen, Grafiken, Skalierungen oder Mustern aufgebracht werden können.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilm durch Eintauchen in ein Wirbelbecken mit fluidisierendem Pul- ver oder Besprühen oder Rakeln aufgetragen wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Be- schichtung durch Bestrahlung mit Laserlicht, dessen Wellenlänge im nahen UV- und/oder sichtbaren und/oder nahen IR-Bereich liegt, erfolgt.
10. Medizinische Vorrichtung mit Markierung für bildgebende Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9 hergestellt ist.
11.Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass es sich dabei um Kathether, Nadeln, Stents, Kanülen, Tracheotome, Endoskope, Dilatatoren, Röhrchen, Einführer, Marker, Stiletten, Schlingen, An- gioplastievorrichtungen, Trokare oder Pinzetten han- delt.
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