JP2006051353A

JP2006051353A - 高強度、高可撓性、制御されたリコイル型のステントのための半径方向設計

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Publication number: JP2006051353A
Application number: JP2005225763A
Authority: JP
Inventors: Robert Burgermeister; ロバート・バーガーメイスター; Randy-David Burce Grishaber; ランディ−デイビッド・バース・グリシャバー
Original assignee: Cordis Corp
Current assignee: Cordis Corp
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2006-02-23
Also published as: EP1623683A3; CA2514366A1; EP1623683A2; US20060030928A1

Abstract

【課題】高強度高可撓性で制御リコイル型のステントの半径方向設計を提供する。
【解決手段】生体適合性金属材料を管腔内ステントを含む多種多様な植え込み型医用器具の状態に形作ることができる。管腔内ステントは、半径方向ストラット部材（１０６）及びこれらと交互に位置した半径方向弧状部材（１０８）として形成された複数のフープコンポーネント（１０２）を有する。生体適合性金属材料は、特徴的な組成を有すると共に現在入手できるステントよりも広い範囲の加重条件に耐えることができるステントの製作を可能にするデザインイン特性を有する。微細構造を生体適合性材料にデザインインすることにより、種々の加重条件に適合可能な広範な幾何学的形状をもつステントの設計が容易になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、植え込み型医用器具に用いられる新規な幾何学的形状に関し、特に、高強度、高可撓性、高拡張性、高疲労強度、及び制御されたリコイル度（反跳度）をもたらす合金から製造され又は製作された新規なステント設計に関する。

現在製造されている血管内ステントは、臨床上適切なin-vivo 装填条件下において器具の所望の機械的挙動に見合ったステントを形成する材料の微細構造的性質の十分な誂え又は個別的調整具合を適度に提供するわけではない。血管内器具は、好ましくは或る特定の性質を示すことが必要であり、かかる性質としては、血管をその意図した管腔直径に再構築するのを助ける慢性的な（常時働く）外向きの力により血管の開存性を維持すること、展開又は配備時における過度の半径方向リコイル（反跳）を阻止すること、十分な耐疲労性を示すこと、意図した拡張直径の全範囲にわたり適当な被覆性をもたらすのに十分な延性を示すことが挙げられる。

したがって、器具設計者に特別仕様に合わせて器具を設計する機会を与える血管内ステントを製造する前駆材料及びこれらの関連製造方法を開発することが要望されている。

本発明は、従来利用できる材料を概述したような特定の血管内治療用途に適用する場合の問題を解決する。本発明は又、従来作られているステントの幾何学的形状と関連した欠点を解決する。

本発明は、一観点によれば、管腔内ステントに関する。管腔内ステントは、連続した一連の実質的に円周方向に差し向けられた半径方向ストラット部材及びこれら半径方向ストラット部材と交互に位置した半径方向弧状部材として形成された複数のフープコンポーネントを有し、一半径方向ストラット部材の中点から半径方向弧状部材を通ってその隣りの半径方向ストラット部材の対応の中点までの連続経路が、単一ループを構成し、一連の互いに連結された単一ループが、単一のフープコンポーネントを構成し、円周方向に隣接した単一ループの数は、交差プロフィールを実質的に最小限に抑えるような幾何学的形状になっており、単一ループの総数は、各半径方向ストラット部材及び弧状部材の重心軸線に沿って測定して、フープコンポーネントの全経路長さを定める。管腔内ステントは、連続した一連の実質的に長手方向に差し向けられた可撓性ストラット部材及びこれら可撓性ストラット部材と交互に位置した可撓性弧状部材として形成された１以上の可撓性コネクタを更に有し、１以上の可撓性コネクタは、隣り合うフープコンポーネントを互いに連結して管腔側表面及び非管腔側表面を備えた実質的に管状の構造体を形成し、肉厚は、実質的に管状の構造体の管腔側表面と非管腔側表面との間の半径方向距離として定められ、単一ループコンポーネントは、拡張状態における円周長さと全経路長さの比が約０．２５以上であるフープコンポーネントの状態に構成され、単一ループコンポーネントは、少なくとも半径方向弧状部材に約３２ミクロン以下の結晶粒度を備えた微細構造を有すると共に肉厚を横切って測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を有するよう処理された金属材料で作られている。

本発明は、別の観点によれば、管腔内ステントに関する。管腔内ステントは、所定の経路長さを定める１以上の支持構造体を有し、血管の管腔周囲長さと経路長さの比は、約０．２５以上であり、１以上の支持構造体は、約３２ミクロン以下の結晶粒度を備えた微細構造を有すると共に肉厚を横切って測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を有するよう処理された金属材料で作られている。

本発明の植え込み型医用器具の生体適合性材料は、現在利用されている材料と比べ多くの利点を提供する。本発明の生体適合性材料は、磁気共鳴画像化法に対して適合性があり、他の金属材料と比較して脆性が低く、延性及び靱性が高く、しかも耐久性が高い。かかる生体適合性材料は又、現在利用可能な金属材料の所望の又は有益な性質を維持し、かかる性質としては、強度及び可撓性（又は柔軟性）が挙げられる。

本発明の植え込み型医用器具の生体適合性材料は、多くの医療用途に利用でき、かかる用途としては、血管開存器具、例えば血管ステント、胆道内ステント、尿管ステント、血管閉塞器具、例えば心房中隔咬合器、心室中隔咬合器、卵円孔開存咬合器及び整形外科用器械、例えば固定器械が挙げられる。

本発明の生体適合性材料は、製造が簡単且つ安価である。生体適合性材料を多種多様な構造体又は器具の状態に形成できる。生体適合性合金は、様々な度合いの強度及び延性が得られるよう熱機械的に処理可能であり、かかる熱機械的処理としては、冷間加工や熱処理が挙げられる。本発明の生体適合性材料は、１以上の二次相が起こるのを早めるよう時効硬化されたものであるのがよい。

本発明の管腔内ステントは、意図したユーザに拡張状態の内径の関数として高強度の制御されたリコイル型器具を提供するような壁又は肉厚寸法を有する別々の等軸結晶粒の数を最適化するよう特別に構成されたものであるのがよい。

本発明の生体適合性材料は、特徴的な組成を有すると共に現在入手できるステントよりも広い範囲の加重条件に耐えることができるステントの製作を可能にするデザインイン（あらかじめ設計に盛り込まれている）特性を有する。より詳細には、微細構造を生体適合性材料にデザインインすることにより、種々の加重条件に適合可能な広範な幾何学的形状をもつステントの設計が容易になる。

本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面に示すような本発
明の好ましい実施形態についての以下のより具体的な説明から明らかになろう。

多種多様な植え込み型医用器具の製造にあたり、生体適合性固溶体強化合金、例えば鉄系合金、コバルト系合金及びチタン系合金並びに耐熱金属及び耐熱材を主成分とする合金を用いることができる。本発明の植え込み型医用器具用の生体適合性合金は、現在利用されている医用合金と比べて多くの利点を奏する。利点としては、現在利用されている材料及び製造方法の欠点が無く、設計者により意図されたように十分に働くために下に位置する微細構造を設計できることが挙げられる。

参考までに、植え込み型の生体適合性器具の材料として広く用いられている従来のステンレス鋼合金、例えば３１６Ｌ（即ち、UNS S31603）は、クロム（Ｃｒ）を約１６〜１８重量％、ニッケル（Ｎｉ）を約１０〜１４重量％、モリブデン（Ｍｏ）を約２〜３重量％、マンガン（Ｍｎ）を最高２重量％まで、珪素（Ｓｉ）を最高１重量％まで、そして鉄（Ｆｅ）を組成の残部（約６５重量％）として含む。

加うるに、これ又植え込み型の生体適合性器具の材料として広く用いられている従来のコバルト系合金、例えばＬ６０５（即ち、UNS R30605）は、クロム（Ｃｒ）を約１９〜２１重量％、タングステン（Ｗ）を約１４〜１６重量％、ニッケル（Ｎｉ）を約９〜１１重量％、鉄（Ｆｅ）を最高３重量％まで、マンガン（Ｍｎ）を最高２重量％まで、珪素（Ｓｉ）を最高１重量％まで、コバルト（Ｃｏ）を組成の残部（約４９重量％）して含む。

一般に、添加物としての元素、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、珪素（Ｓｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）が、望ましい性能属性を高め又は実現可能にするために必要に応じて鉄系合金及び（又は）コバルト系合金に添加され、かかる望ましい性能上の属性としては、臨床的に適切な使用条件の範囲内での強度、加工性及び耐腐食性が挙げられる。

例示の一実施形態によれば、コバルト系合金は、ほぼ０から冶金学的にほぼ取るに足りないほどの微量レベルの鉄元素（Ｆｅ）及び珪素元素（Ｓｉ）、鉄元素のみ、又は珪素元素のみを含むのがよい。例えば、コバルト系合金は、クロムを約１０重量パーセント〜約３０重量パーセント、タングステンを約５重量パーセント〜約２０重量パーセント、ニッケルを約５重量パーセント〜約２０重量パーセント、マンガンを約０重量パーセント〜約５重量パーセント、炭素を約０重量パーセント〜約１重量パーセント、鉄を０．１２重量パーセント以下、珪素を０．１２重量パーセント以下、燐を０．０４重量パーセント以下、硫黄を０．０３重量パーセント以下、残部コバルトを含む。変形例として、コバルト系合金は、クロムを約１０重量パーセント〜約３０重量パーセント、タングステンを約５重量パーセント〜約２０重量パーセント、ニッケルを約５重量パーセント〜約２０重量パーセント、マンガンを約０重量パーセント〜約５重量パーセント、炭素を約０重量パーセント〜約１重量パーセント、鉄を０．１２重量パーセント以下、珪素を０．４２重量パーセント以下、燐を０．０４重量パーセント以下、硫黄を０．０３重量パーセント以下、残部コバルトを含むものであってもよい。更に別の変形組成では、コバルト系合金は、クロムを約１０重量パーセント〜約３０重量パーセント、タングステンを約５重量パーセント〜約２０重量パーセント、ニッケルを約５重量パーセント〜約２０重量パーセント、マンガンを約０重量パーセント〜約５重量パーセント、炭素を約０重量パーセント〜約１重量パーセント、鉄を３重量パーセント以下、珪素を０．１２重量パーセント以下、燐を０．０４重量パーセント以下、硫黄を０．０３重量パーセント以下、残部コバルトを含む者であってもよい。

注目すべき重要なこととして、本発明に従って多種多様な合金及び特別仕様の金属を用いることができ、かかる特別仕様の金属としては、鉄系合金、コバルト系合金、耐火材を主成分とする合金、耐熱金属及びチタン系合金が挙げられる。しかしながら、説明を簡単にするために、以下の詳細な説明においてはコバルト系合金の詳細な説明を利用する。

例示の実施形態は、最初に機械的均一化（即ち、混合）を行い、次に未加工状態（即ち、前駆的）形態への締め固めを行うことにより上述したような所要の元素原料から処理されたものであるのがよい。必要ならば、適当な製造促進剤、例えば炭化水素を主成分とする潤滑剤及び（又は）溶剤（例えば、鉱物油、機械油、ケロシン、イソプロパノール及び関連アルコール）を用いて完全な機械的均一化が確実に得られるようにするのがよい。加うるに、他の処理工程、例えば混合物の超音波撹拌を行い、次に冷間締め固めを行って不必要な製造促進剤を除去し、未加工状態中の空所又はボイドスペースを減少させるのがよい。未加工状態の形態が不必要に汚染されないようにするために、先の処理及び（又は）システム構築に起因する処理機器（例えば、混合容器材料、移送容器等）内に存在し又はこれに付着した不純物を十分に減少させるようにすることが好ましい。これは、成分要素の追加前に界面活性剤を主成分とする洗浄剤を用いて混合容器を適度にクリーニングしてゆるく付着している汚染要因物を除去することにより達成できる。

所望の組成のインゴットの状態への未加工状態形態の最初の溶融は、真空誘導溶融（ＶＩＭ）によって達成され、かかる方法では、初期形態を耐火性坩堝内で主要な成分要素の溶融点よりも高い温度に誘導加熱し、次に真空環境（例えば、典型的には１０^-4ｍｍＨｇ以下）内で補助金型内に注ぎ込む。真空法は、大気中における汚染が著しく最小限に抑えられるようにする。溶融プールの固化の際、インゴットバーは、典型的には性状がセラミック（例えば、炭化物、酸化物又は窒化物）である限定可能な閾値の二次相不純物を含む実質的に単一の相である（即ち、組成的に均一である）。これら不純物は典型的には、前駆物質としての元素原料に付きものである。

真空アーク還元（ＶＡＲ）と呼ばれる二次溶融法を利用して二次相不純物の濃度を従来許容されている微量不純物レベル（即ち、＜１，５００ｐｐｍ）まで一段と減少させる。大気中における汚染を最小限に抑えるようにするこのやり方を実質的に具体化するインゴットを形成する他の方法は、当業者により実施可能である。加うるに、最初のＶＡＲ工程を行った後に繰り返しＶＡＲ処理を行ってインゴット形態の固溶体合金を一段と均一化するのがよい。当初のインゴット構成から、均一化された合金を種々の工業的に受け入れられた方法例えば、インゴットピーリング、研削、切断、鍛造、プレス成形加工、熱間圧延及び（又は）冷間仕上げ加工工程により製品サイズ及び形態に一段と変形して所望の原料形態の状態に一段と変形できる棒材（バーストック）を作る。

この例示の実施形態では、最終的にインターベンション器具に適した所望の小径で薄肉の管を生じさせる熱機械的処理を開始させるために必要な当初の原料製品形態は、所定長さの適当に寸法決めされた丸棒（例えば、直径が１インチ（２．５４ｃｍ）の丸棒素材）である。非常に小さな管形態への当初の棒材の変形を容易にするために、製品の長さにわたって延びる初期の隙間穴を棒材に設ける必要がある。これら管中空体（例えば、厚肉管）を棒材の「ガンドリリング（gun drilling）」（即ち、深さと直径の比が高い穴開け）により形成することができる。管中空体を丸い棒材から形成する他の工業的に適切な方法は、管製造の当業者により利用できる。

連続機械的冷間仕上げ作業、例えば以下の内部支持型（即ち、内径ＩＤ）法のうち任意のものを用いる圧縮外径（ＯＤ）の高精度に成形され（即ち、切断され）、円周方向に完全なダイヤモンドダイスによる引抜きを行い、かかる方法としては、例えば硬質マンドレル（即ち、心引き）とも呼ばれる比較的長い移動ＩＤマンドレル）、浮動プラグ（即ち、ＯＤ圧縮ダイスの領域内で「浮動」する比較的短いＩＤマンドレル）及び固定プラグ（即ち、ＩＤマンドレルが比較的短い加工物を処理する引抜き装置に対して「固定」される）引抜き工程が挙げられるが、これら従来成形方法には必ずしも限定されない。これら方法工程は、初期管中空体の外径（ＯＤ）及びこれに対応した肉厚を完成品の所望の寸法形状に減少させるようになっている。

必要な場合、管空引き（即ち、それほど管の肉厚を減少させないで加工物のＯＤの減少を行うこと）は、内部支持体を用いないで（即ち、ＩＤマンドレルを用いないで）圧縮ダイスによる加工物の引抜きによって達成される。従来、管空引きは典型的には、完成品の所望の寸法上の属性を達成するための最終又はほぼ最終の機械加工工程として利用されている。

実際問題として重要ではないが、特定の組成の調合物が、初期の原料形態からの完成品の所望の寸法形状への１回の減少に耐える場合、工程内熱処理は必要ではないであろう。完成品の意図した機械的性質を達成することが必要な場合、最終熱処理工程を利用する。

従来、本発明の全ての金属合金では、完成品の所望の寸法形状を得るには初期の原料形態からの小刻みな寸法の減少が必要である。この加工上の制約は、構造的な破損（例えば、歪み誘起破断、割れ、大規模なボイド生成等）無く、１回の加工工程当たりの限りある度合いの誘起機械的損傷に耐える材料の能力に起因している。

上述の冷間仕上げ工程のうちの任意の工程の実施中、誘起された機械的損傷（即ち、冷間加工）を補償するため、周期的な熱処理を利用して応力除去（即ち、工程、例えば冷間加工の結果としての有害な内部残留応力の最小化）を行い、それにより次の減少に先立って加工物の加工性（即ち、測定可能なほどの破損を生じさせないで追加の機械的損傷に耐える能力）を向上させる。これら熱処理は代表的には、比較的不活性の環境、例えば不活性ガス炉（例えば、窒素、アルゴン等）、酸素純化水素炉、従来型真空炉内で通常以下のプロセス条件下、大気内で行われるが、必ずしもこれらには限定されない。真空炉を利用する場合、代表的にはｍｍＨｇ又はトルの単位で測定される（この場合、１ｍｍＨｇは、１単位トルに等しい）真空のレベル（即ち、部分真空）は、過剰且つ有害な高温酸化プロセスが熱処理中機能的に働かないようにするのに十分でなければならない。このプロセスは通常、１０^-4ｍｍＨｇ（０．０００１トル）以下（即ち、これよりも大きさが小さい）の真空条件下で達成される。

応力を除去する熱処理温度は代表的には、熱処理装置の適度に寸法決めされた等温領域内で従来の融点の８２％〜８６％（即ち、工業的に受け入れられた液体温度、０．８２〜０．８６同相温度）の間で一定に保たれる。熱処理を受ける加工物は、加工物が熱平衡状態に達するようにするのに適した限られた期間の間且つ応力除去及び（又は）プロセスアニーリングの反応速度論的挙動（即ち、時間依存性の材料プロセス）が必要に応じて適度に達成されるようにするのにその十分な時間が経過する間、等温処理領域内に保持される。加工物が処理工程内に保たれる限られた時間の長さは、加工物をプロセスチャンバ内に運び込み、次に熱処理の完了時に加工物を除去する方法で決まる。代表的には、このプロセスは、従来型のコンベヤベルト装置又は他の適当な機械的補助装置の使用により達成されるが、これには限定されない。前者の場合、コンベヤベルトの速度及び等温領域内での必要に応じた適当な有限滞留時間は、所定温度での十分な時間を利用してプロセスが意図したように完了するようにするよう制御される。

完成品の所望の機械的属性を達成するのに必要な場合、０．８２〜０．８６同相温度の典型的な範囲内に含まれない熱処理温度及び対応の有限処理時間を意図的に利用するのがよい。種々の時効硬化（即ち、従来の融点に対し、処理中の金属合金に全体的な化学組成の変化を引き起こさない程々に高い温度で性質の変化を引き起こす方法）加工工程を０．８２〜０．８６同相温度よりも実質的に低い温度で上述した方法と一致した仕方で必要に応じて実施するのがよい。本発明のコバルト系合金の場合、約０．２９同相温度と上述の応力除去温度範囲との間（これらを含む）でこれらの処理温度を変化させるのがよい。熱処理を受ける加工物は、加工物が熱平衡状態に達するようにするのに適した限られた期間の間且つ時効硬化の反応速度論的挙動（即ち、時間依存性の材料プロセス）が処理設備からの取出しに先立って必要に応じて適度に達成されるようにするのにその十分な時間が経過する間、等温処理領域内に保持される。

本発明のコバルト系合金に関し、場合によっては、二次相セラミック組成物、例えば炭化物、窒化物及び（又は）酸化物の形成は、時効硬化熱処理により引き起こされ又は促進されることになる。これら二次相組成物は代表的には、本発明のコバルト系合金の場合、多結晶合金全体を構成する各結晶粒（即ち、結晶体）から成る構造的結晶面の熱力学的に好ましい領域に沿って析出する炭化物であるが、これには限られない。これら二次相炭化物は、結晶間境界部に沿い且つ各結晶構造（即ち、結晶間）内に存在する場合がある。本発明のコバルト系合金の場合、大抵の環境の下では、存在すると化学量論的に期待される主な二次相炭化物は、Ｍ₆Ｃであり、この場合Ｍは典型的には、コバルト（Ｃｏ）である。存在する場合、金属間Ｍ₆Ｃ相は代表的には、本発明の多結晶合金内の各結晶粒から成る構造的結晶面の熱力学的に好ましい領域に沿って粒間的に存在することが見込まれる。実際問題として一般的ではないが、これと均等な材料現象は、単結晶（即ち、単結晶粒）合金について生じる場合がある。

加うるに、時効硬化熱処理の結果として、別のよく知られている二次相炭化物も又、引き起こされ又は促進できる。この相は、存在している場合、Ｍ₂₃Ｃ₆であると化学量論的に予想され、この場合、Ｍは代表的にはクロム（Ｃｒ）であるが、これ又、一般に特にコバルト系合金においてはコバルト（Ｃｏ）であると観察されている。存在する場合、金属間Ｍ₂₃Ｃ₆相は、一般に、本発明の多結晶合金内の粒間境界部（即ち、結晶粒界）に沿って存在すると予想される。金属間Ｍ₆Ｃ相について上述したように、金属間Ｍ₂₃Ｃ₆相の均等な存在は、実際問題としては一般的ではないが、単結晶（即ち、単結晶粒）合金について生じる場合がある。

粒間Ｍ₂₃Ｃ₆相の場合、この二次相は、合金マトリックスと構造的及び組成的に適合性がある仕方で形成された場合、及びマトリックスの本来的な強度を正しくバランスさせるような程度まで結晶粒界を強化する上で最も重要であると従来考えられている。微細構造レベルで材料強度のこの等価レベルを誘起することにより、管状完成品の機械的性質全体を所望のレベルに合わせて一段と最適化することができる。

応力除去及び時効硬化関連熱処理工程に加えて、加工物の溶体化（即ち、１以上の合金成分を熱力学的に固溶体中へ導入するのに十分に高い温度及び長い処理時間−完全焼なましとも呼ばれている「単独相」）を利用するのがよい。本発明のコバルト系合金の場合、代表的な溶体化温度を約０．８８〜０．９０同相温度（これらを含む）相互間で変化させるのがよい。熱処理を受ける加工物は、加工物が熱平衡状態に達するようにするのに適した限られた期間の間且つ溶体化の反応速度論的挙動（即ち、時間依存性の材料プロセス）が処理設備からの取出しに先立って必要に応じて適度に達成されるようにするのにその十分な時間が経過する間、等温処理領域内に保持される。

機械的冷間仕上げ作業、応力除去、時効硬化及び溶体化から成るのがよいが、必ずしもこれらを含まない熱機械的処理工程の順番の且つ選択的に順番付けされた組合せは、別々の且つ測定可能な微細構造的属性の結果として、広い範囲の測定可能な機械的性質を引き起こしてこれらを実現するのがよい。この材料の現象は、図１において観察でき、図１は、本発明に従って測定可能な機械的性質、例えば降伏強さ及び延性（延び率という単位で表される）に対する熱機械処理（ＴＭＰ）、例えば冷間加工及び工程内熱処理の影響を示すグラフ図である。この例では、熱機械的（ＴＭＰ）グループの（１）〜（５）は、冷間仕上げ、応力除去、時効硬化の様々な組合せ（必ずしもこのような順序ではない）を受けた。一般に、各ＴＭＰグループに施された主要な等温時効硬化熱処理は、グループ（１）については約０．７４〜０．７８同相温度、グループ（２）については約０．７６〜０．８０同相温度、グループ（３）については約０．７８〜０．８２同相温度、グループ（４）については約０．８０〜０．８４同相温度、グループ（５）については約０．８２〜０．８４同相温度で様々であった。熱処理を受ける各加工物は、加工物が熱平衡状態に達するようにするのに適した限られた期間の間且つ時効硬化の反応速度論的挙動適度に達成されるようにするのにその十分な時間が経過する間、等温処理領域内に保持される。

さらに、繰り返し疲労特性に対する熱機械的処理（ＴＭＰ）の影響は、本発明のコバルト系合金については図２に記載されている。図２の実験は、上述のＴＭＰグループ（２）及び（４）について熱機械的処理の関数としての疲労強度（即ち、耐久限度）に対する影響を示している。この特定の例で利用されたＴＭＰグループ（２）はこの図から、ＴＭＰグループ（４）の方法と比較して疲労強度（即ち、耐久限度、即ち材料が恐らく無限の数の応力サイクルに耐えることができる上限としての最大応力）の顕著な増大を示している。

全ての意図した処理がいったん完了すると、管状製品を多くの植え込み型医用器具の状態に形成することができ、かかる医用器具としては、血管内ステント、フィルタ、閉塞器具、シャント及び塞栓性コイルが挙げられる。本発明によれば、管状製品は、ステントの状態に形作られる。ステントの好ましい材料特性としては、強度、疲労強度及び十分な延性が挙げられる。

強度は、原料の本来的な機械的属性である。先の熱機械的処理の結果として、結果としての強度属性を主として原料から成る下に位置する微細構造に割り当てることができる。材料構造、この場合結晶粒度と測定可能な強度、この場合降伏強さとの間の因果関係は、伝統的なホール−ペッチ（Hall-Petch）の関係式によって説明され、この場合、強度は次式で与えられる結晶粒度の二乗に反比例する。

上式において、σ_yは、ＭＰａで測定した降伏強さ、Ｇ．Ｓ．は、平均結晶粒直径としてミリメートルで測定された結晶粒度である。強度属性は特に、in-vivo加重条件下において血管の開存性を維持する血管内器具の性能に特に悪影響を及ぼす。

バルーン拡張型器具のリコイル度（即ち、展開又は配備用カテーテルバルーンのデフレーションによる初期の送り出しの際の弾性的「スプリングバック」）と強度、この場合、降伏強さとの間の因果関係は、主として結晶粒度により影響を受ける。上述したように、結晶粒度の漸減の結果として、上記において示したように降伏強さが高くなる。したがって、測定可能な器具のリコイル度は、材料の結晶粒度に反比例する。

疲労抵抗、この場合耐久限度又は材料が恐らくは無限回数の応力サイクルに耐えることができる上限としての最大応力と強度、この場合降伏強さとの間の因果関係は、主として結晶粒度によって影響を受ける。疲労抵抗も又、非本質的な要因、例えば既存の材料欠陥、例えば安定状態の亀裂及び加工中の傷によって影響を受け、所与の荷重が加えられた場合、疲労抵抗に影響を及ぼす主要な本来的要因は、材料強度である。上述したように、結晶粒度の漸減の結果として、上述したように降伏強さが大きくなる。したがって、耐久限度（即ち、疲労抵抗）は、材料の結晶粒度に反比例する。

延性、この場合、材料が観察できるほどの材料の破断（即ち、延び率）を生じないで引張延びに耐えることができる能力と強度との因果関係は、結晶粒度によって著しく影響を受ける。典型的には、延性は、結晶粒度に対して直接的な関係があることを示唆する強度に反比例する。

上述の例示の実施形態によれば、微細構造的属性、この場合結晶粒度は、平均直径が約３２ミクロン以下であるよう構成されるのがよい。測定可能な機械的属性の全てが意図したステント内で均一且つ等方性であるようにするためには、粒度の等軸分布が好ましい。意図したステントの構造的性質が好ましい仕方で構成されるようにするために、最少約２個の構造的に有限な粒子間要素（即ち、結晶粒）から最高約１０個の構造的に有限な粒子間要素は、ステントの所与の領域内に存在する必要がある。特に、結晶粒の数は、ステントの非管腔側表面と管腔側表面との距離（即ち、肉厚）として測定できる。これら微細構造的特徴をステントの全体にわたって加減することができるが、以下に詳細に説明するように、これら微細構造的特徴を備えたステントの変形可能な領域を構成すると特に有利である。

図３を参照すると、本発明の例示のステント１００の部分的に平らにした図が示されている。例示のステント１００は、複数の可撓性コネクタ１０４によって相互に連結された複数のフープコンポーネント１０２を有している。フープコンポーネント１０２は、連続した一連の実質的に円周方向に差し向けられた半径方向ストラット部材１０６とこれらと交互に位置した半径方向弧状部材１０８として形成されている。平らにした図で示されているが、フープコンポーネント１０２は本質的に、実質的に管状のステント構造を形成するよう可撓性コネクタ１０４によって互いに連結された本質的にリング状の部材である。半径方向ストラット部材１０６とこれらと交互に位置する半径方向弧状部材１０８の組合せは、実質的に正弦波パターンを形成する。フープコンポーネント１０２を多くの設計上の特徴を備えて設計し、これらフープコンポーネントは多くの形態を取ることができるが、例示の実施形態では、半径方向ストラット部材１０６は、これらの中央領域１１０が幅が広くなっている。この設計上の特徴を多くの目的に利用することができ、かかる目的としては、薬剤投与のための表面積の増大が挙げられる。

可撓性コネクタ１０４は、連続した一連の実質的に長手方向に差し向けられた可撓性ストラット部材１１２及びこれらと交互に位置する可撓性弧状部材１１４から形成されている。可撓性コネクタ１０４は、上述したように、隣り合うフープコンポーネント１０２を互いに連結する。この例示の実施形態では、可撓性コネクタ１０４は、実質的にＮ字形のものであり、一端部は、フープコンポーネントの半径方向弧状部材に連結され、他端部は、隣りのフープコンポーネントの半径方向弧状部材に連結されている。フープコンポーネント１０２の場合と同様、可撓性コネクタ１０４は、多くの設計上の特徴及び多くの形態を有するのがよい。例示の実施形態では、可撓性コネクタ１０４の端部は、ステントの圧着の際嵌合が容易になるよう隣り合うフープコンポーネントの半径方向弧状部材の互いに異なる部分に連結される。興味を引く注目すべきこととして、この例示の形態では、隣り合うフープコンポーネントの半径方向円弧は、僅かに位相外れであり、１つおきのフープコンポーネントの半径方向円弧は、実質的に位相が合っている。加うるに、各フープコンポーネントのどの半径方向円弧も隣りのフープコンポーネントの全ての半径方向円弧に連結される必要はないことに注目することが重要である。

ステント１００の実質的に管状の構造は、実質的に管状の器官、例えば動脈の開存性を維持する支承構造となる。ステント１００は、管腔側表面及び非管腔側表面を有する。２つの表面相互間の距離は、上記において詳細に説明したように肉厚を定める。ステント１００は、運搬のための非拡張直径及びこれが運搬された器官の通常の直径にほぼ等しい拡張直径を有する。管状器官、例えば動脈の直径は様々な場合があるので、互いに異なる組をなす非拡張及び拡張直径を備えた互いに異なるサイズのステントを本発明の精神から逸脱することなく設計できる。本明細書において説明するように、ステント１００は、多くの金属材料から形成でき、かかる金属材料としては、コバルト系合金、鉄系合金、チタン系合金、耐火材を主成分とする合金及び耐熱金属が挙げられる。

上述した例示のステントでは、多くの例を利用して等軸粒度と肉厚の関係を説明することができる。第１の例では、肉厚は、拡張状態の内径が約２．５ミリメートル以下のステントの場合、約０．０００５インチ〜約０．００６インチ（約０．０１２７ミリメートル〜約０．１５２４ミリメートル）の範囲で様々であってよい。したがって、例示の実施形態においては壁の厚さを横切って実質的に１０個以下の別々の結晶粒である最大数の等軸結晶粒の場合、等軸結晶粒度は、実質的に１．２５ミクロン以上であることが必要である。この寸法上の属性は、単純に最小有効肉厚を有効等軸結晶粒の最大数で単に割り算することにより達成できる。別の例では、拡張状態の内径が約２．５ミリメートル〜約５．０ミリメートルのステントの場合、約０．００２インチ〜約０．００８インチ（約０．０５０８ミリメートル〜約０．２０３２ミリメートル）の範囲で様々であってよい。したがって、例示の実施形態においては壁の厚さを横切って実質的に１０個以下の別々の結晶粒である最大数の等軸結晶粒の場合、等軸の結晶粒度は、実質的に５．０ミクロン以上であることが必要である。更に別の例では、肉厚は、拡張状態の内径が約５．０ミリメートル〜約１２．０ミリメートルのステントの場合、約０．００４インチ〜約０．０１２インチ（約０．１０１６ミリメートル〜約０．３０４８ミリメートル）の範囲で様々であってよい。したがって、例示の実施形態においては壁の厚さを横切って実質的に１０個以下の別々の結晶粒である最大数の等軸結晶粒の場合、等軸の結晶粒度は、実質的に１０．０ミクロン以上であることが必要である。更に別の例では、肉厚は、拡張状態の内径が約１２．０ミリメートル〜約５０．０ミリメートルのステントの場合、約０．００６インチ〜約０．０２５インチ（約０．１５２４ミリメートル〜約０．６３５ミリメートル）の範囲で様々であってよい。したがって、したがって、例示の実施形態においては壁の厚さを横切って実質的に１０個以下の別々の結晶粒である最大数の等軸結晶粒の場合、等軸の結晶粒度は、実質的に１５．０ミクロン以上であることが必要である。上記計算を行う際、寸法単位の厳密な一致を維持することが重要である。

本発明の別の特徴によれば、図３に示す例示のステント１００の種々の要素を、幾何学的形状、材料、加重効果の相互の関係を説明するために利用できる用語で更に定義できる。図４を参照すると、単一のフープコンポーネント１０２がこれを平らにした図で示されている。上述したように、フープコンポーネント１０２は、一連の実質的に円周方向に差し向けられた半径方向ストラット部材１０６及びこれらと交互に位置する半径方向弧状部材１０８として形成されている。しかしながら、フープコンポーネント１０２は又、多くの相互に連結されたループ２００として構成でき、この場合、単一のループは、図４の線２０２で示すように点Ａと点Ｂとの間の要素である。換言すると、各単一ループは、２つの半径方向ストラット部材の一部と半径方向弧状部材全体とから成っている。定式的に言えば、単一ループの直線長さ又は経路長さＬ_Lは次式で与えられる。

〔数２〕
Ｌ_L＝ＲＳ_L＋ＲＡ_L （２）
上式において、ＲＳ_Lは、ストラット部材の長さであり、ＲＡ_Lは、その中心線について測定して弧状部材の直線長さである。フープ１０２を多くの相互連結ループとして構成できると仮定すれば、フープの直線長さ又は経路長さの全長Ｈ_Lは、次式で与えられる。

〔数３〕
Ｈ_L＝ΣＬ_L （３）
方程式（２）及び方程式（３）の表現から、幾何学的形状、材料及び加重効果の相互の関係を説明し又は定める多くの比を定めることができる。具体的に説明すると、以下に詳細に説明するような種々の加重条件に耐えることができる種々の幾何学的形状を持つステントを製作する手段を提供するのは、特徴的な材料組成及び固有の特性、即ち微細構造である。例えば、ステントは、各半径方向ストラット部材が拡張時に永久塑性変形を実質的に示さないよう構成され、各半径方向弧状部材が拡張時に実質的に全て永久塑性変形を生じるよう構成されるような設計のものであるのがよい。別法として、ステントは、各半径方向弧状部材が拡張時に永久塑性変形を実質的に示さないよう構成され、各半径方向ストラット部材が拡張時に実質的に全て永久塑性変形を生じるよう構成されるような設計のものであってもよい。これら２つの例は２つの極端な例であるが、本発明はこれら極端な例の間に位置するどの例にも利用できることに注目することが重要である。

重要な材質は、上記において詳細に説明したような微細構造に関する。具体的に説明すると、ステントは、結晶粒度が約３２ミクロン以下の微細構造を有し、ステントの肉厚全体にわたって測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を含むよう処理された金属材料から作られる。以下に記載する比は、ステントの所望の特性を説明するのに役立つ。

拡張効率比Ｈ_effは、次式で与えられる。

〔数４〕
Ｈ_eff＝Ｃ／Ｈ_L （４）
上式において、Ｃは、完全拡張状態のフープ（又はステント）の円周長さ、Ｈ_Lは、方程式（３）に記載されているようなフープの全経路長さである。金属材料及びその関連の固有の性質に起因して、達成できる方程式（４）の比は、次式で与えられる。

〔数５〕
Ｈ_eff＝Ｃ／Ｈ_L＞０．２５（５）
換言すると、完全拡張状態のフープの円周長さとその全経路長さの比は、０．２５よりも大きい。明らかなこととして、この比が達成可能な最大値は、経路長さが拡張状態のフープの円周長さよりも大きくなることはないので、１である。しかしながら、重要なのはこの０．２５という拡張効率比である。任意のステント設計において、血管内に設けられる構造用金属の量を最小限に抑えると共に全体的な製作の複雑さを軽減することが望ましい。０．２５よりも大きい拡張効率比は、これら新材料の利用により達成できる。完全拡張状態フープの円周長さはステントが配置される血管の呼称管腔円周長さに実質的に一致すべきであることに注目することが重要である。加うるに、血管の管腔が実質的に円形でなければ、円周長さＣに代えて周囲長さを用いることができる。

ループ効率比Ｌ_effは、次式で与えられる。

〔数６〕
Ｌ_eff＝Ｌ_L／ＲＡ_L （６）
上式において、Ｌ_Lは、方程式（２）により与えられた単一ループの直線長さ又は経路長さであり、ＲＡ_Lは、弧状部材の直線長さ又は経路長さである。厳格な寸法上の完全性を維持した上で代数の基本的な代入則を利用すると、方程式（６）は次のように書き変えることができる。

〔数７〕
Ｌ_eff＝（ＲＳ_L＋ＲＡ_L）／ＲＡ_L （７）
方程式（７）から容易に理解できるように、ループ効率比は、１よりも小さいことは決してない。しかしながら、材料特性に鑑みて、弧状部材の直線長さ又は経路長さ及びストラット部材の直線長さ又は経路長さを操作して最終の製品の所望の特性を達成することができる。例えば、歪が主として半径方向弧状部材内に生じる条件下においては、拡張直径が一定の場合、半径方向ストラット部材の長さを増大させると（変位制御現象）、半径方向弧状部材全体にわたって積算される復元不能な塑性歪の大きさが減少する。これと同様に、歪が主として半径方向ストラット部材内に生じる条件下においては、一定の拡張直径が一定の場合、半径方向ストラット部材の長さを増大させると（変位制御現象）、半径方向ストラット部材全体にわたって積算される復元不能な塑性歪の大きさが減少する。加うるに、歪が主として半径方向弧状部材内に生じる条件下においては、拡張直径が一定の場合、半径方向弧状部材の経路長さを増大させると（変位制御現象）、半径方向弧状部材全体にわたって積算される復元不能な塑性歪の大きさが減少する。これらの例は、極端な例を表しているので、本発明はこれら極端な例の間に位置するどの例にも利用できることに注目することが重要である。

したがって、材料が大きな加重に耐えることができるので、上記比を利用した種々の設計を達成できる。

各単一ループを構成する半径方向ストラット部材又は半径方向弧状部材及び構造体のフープの対称性に関しては仮定が行われていないということに注目することが重要である。さらに、これらの原理は、長手方向軸線に沿って互いに連結されるが、必ずしも半径方向軸線に沿っては互いに連結されないループ、例えば螺旋構造の状態に構成されたループにも当てはまる。単一ループを単一の弧状部材を備えた状態で示したが、単一ループは、ゼロ個の半径方向弧状部材、たった１つの半径方向弧状部材（図３及び図４に示す）及び（又は）多数個の半径方向弧状部材を有すると共にゼロ個の半径方向ストラット部材、たった１つの半径方向ストラット部材及び（又は）多数個の半径方向ストラット部材（図３及び図４に示す）を有してもよいことは当業者には明らかである。

最も実用的で好ましい実施形態であると考えられる形態を開示したが、当業者であれば、図示して説明した特定の設計及び方法の変形例を本発明の精神及び範囲から逸脱することなく想到して使用できることは明らかである。本発明は、開示した特定の構成には限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属する全ての改造と一致するよう実施できる。

本発明の具体的な実施態様は、次の通りである。
（１）管腔内ステントであって、
連続した一連の実質的に円周方向に差し向けられた半径方向ストラット部材及びこれら半径方向ストラット部材と交互に位置した半径方向弧状部材として形成された複数のフープコンポーネントを有し、一半径方向ストラット部材の中点から半径方向弧状部材を通ってその隣りの半径方向ストラット部材の対応の中点までの連続経路が、単一ループを構成し、一連の互いに連結された単一ループが、単一のフープコンポーネントを構成し、円周方向に隣接した単一ループの数は、交差プロフィールを実質的に最小限に抑えるような幾何学的形状になっており、単一ループの総数は、各前記半径方向ストラット部材及び前記弧状部材の重心軸線に沿って測定して、前記フープコンポーネントの全経路長さを定め、
連続した一連の実質的に長手方向に差し向けられた可撓性ストラット部材及びこれら可撓性ストラット部材と交互に位置した可撓性弧状部材として形成された１以上の可撓性コネクタを有し、前記１以上の可撓性コネクタは、隣り合うフープコンポーネントを互いに連結して管腔側表面及び非管腔側表面を備えた実質的に管状の構造体を形成し、肉厚は、前記実質的に管状の構造体の前記管腔側表面と前記非管腔側表面との間の半径方向距離として定められ、前記単一ループコンポーネントは、拡張状態における円周長さと全経路長さの比が約０．２５以上であるフープコンポーネントの状態に構成され、前記単一ループコンポーネントは、少なくとも前記半径方向弧状部材に約３２ミクロン以下の結晶粒度を備えた微細構造を有すると共に前記肉厚を横切って測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を有するよう処理された金属材料で作られている、管腔内ステント。
（２）前記実施態様１記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向ストラット部材は、拡張時に永久塑性変形を実質的に生じないように構成されている、管腔内ステント。
（３）前記実施態様２記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向弧状部材は、拡張時に実質的に全て永久塑性変形を生じるよう構成されている、管腔内ステント。
（４）前記実施態様３記載の管腔内ステントにおいて、ループの長さと任意の単一ループ内の前記半径方向弧状部材の長さの比は、１以上である、管腔内ステント。
（５）前記実施態様１記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向弧状部材は、拡張時に永久塑性変形を実質的に生じないように構成されている、管腔内ステント。

（６）前記実施態様５記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向ストラット部材は、拡張時に実質的に全て永久塑性変形を生じるよう構成されている、管腔内ステント。
（７）前記実施態様６記載の管腔内ステントにおいて、ループの長さと任意の単一ループ内の前記半径方向弧状部材の長さの比は、１以上である、管腔内ステント。
（８）前記実施態様１記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向弧状部材及び各前記半径方向ストラット部材は、拡張時に永久塑性変形を生じるよう構成されている、管腔内ステント。
（９）前記実施態様８記載の管腔内ステントにおいて、ループの長さと任意の単一ループ内の前記半径方向弧状部材の長さの比は、１以上である、管腔内ステント。
（１０）血管内に配置可能であって、所定の経路長さを定める１以上の支持構造体を有する管腔内ステントであって、血管の管腔周囲長さと経路長さの比は、約０．２５以上であり、前記１以上の支持構造体は、約３２ミクロン以下の結晶粒度を備えた微細構造を有すると共に前記肉厚を横切って測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を有するよう処理された金属材料で作られている、管腔内ステント。

本発明のコバルト−クロム合金の熱機械的処理の関数として重要な機械的性質の変化のグラフ図である。本発明のコバルト−クロム合金についての熱機械的処理の関数としての耐久性限度のチャートのグラフ図である。本発明に従って生体適合性合金から製作された例示のステントを平らにして示す略図である。本発明に従って生体適合性合金から製作された例示のステントのフープを平らにして示す詳細図である。

符号の説明

１００ステント
１０２フープコンポーネント
１０４コネクタ
１０６半径方向ストラット部材
１０８半径方向弧状部材
１１０中央領域
１１２ストラット部材
２００ループ

Claims

管腔内ステントであって、
連続した一連の実質的に円周方向に差し向けられた半径方向ストラット部材及びこれら半径方向ストラット部材と交互に位置した半径方向弧状部材として形成された複数のフープコンポーネントを有し、一半径方向ストラット部材の中点から半径方向弧状部材を通ってその隣りの半径方向ストラット部材の対応の中点までの連続経路が、単一ループを構成し、一連の互いに連結された単一ループが、単一のフープコンポーネントを構成し、円周方向に隣接した単一ループの数は、交差プロフィールを実質的に最小限に抑えるような幾何学的形状になっており、単一ループの総数は、各前記半径方向ストラット部材及び前記弧状部材の重心軸線に沿って測定して、前記フープコンポーネントの全経路長さを定め、
連続した一連の実質的に長手方向に差し向けられた可撓性ストラット部材及びこれら可撓性ストラット部材と交互に位置した可撓性弧状部材として形成された１以上の可撓性コネクタを有し、前記１以上の可撓性コネクタは、隣り合うフープコンポーネントを互いに連結して管腔側表面及び非管腔側表面を備えた実質的に管状の構造体を形成し、肉厚は、前記実質的に管状の構造体の前記管腔側表面と前記非管腔側表面との間の半径方向距離として定められ、前記単一ループコンポーネントは、拡張状態における円周長さと全経路長さの比が約０．２５以上であるフープコンポーネントの状態に構成され、前記単一ループコンポーネントは、少なくとも前記半径方向弧状部材に約３２ミクロン以下の結晶粒度を備えた微細構造を有すると共に前記肉厚を横切って測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を有するよう処理された金属材料で作られている、管腔内ステント。
請求項１記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向ストラット部材は、拡張時に永久塑性変形を実質的に生じないように構成されている、管腔内ステント。
請求項２記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向弧状部材は、拡張時に実質的に全て永久塑性変形を生じるよう構成されている、管腔内ステント。
請求項３記載の管腔内ステントにおいて、ループの長さと任意の単一ループ内の前記半径方向弧状部材の長さの比は、１以上である、管腔内ステント。
請求項１記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向弧状部材は、拡張時に永久塑性変形を実質的に生じないように構成されている、管腔内ステント。
請求項５記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向ストラット部材は、拡張時に実質的に全て永久塑性変形を生じるよう構成されている、管腔内ステント。
請求項６記載の管腔内ステントにおいて、ループの長さと任意の単一ループ内の前記半径方向弧状部材の長さの比は、１以上である、管腔内ステント。
請求項１記載の管腔内ステントにおいて、各前記半径方向弧状部材及び各前記半径方向ストラット部材は、拡張時に永久塑性変形を生じるよう構成されている、管腔内ステント。
請求項８記載の管腔内ステントにおいて、ループの長さと任意の単一ループ内の前記半径方向弧状部材の長さの比は、１以上である、管腔内ステント。
血管内に配置可能であって、所定の経路長さを定める１以上の支持構造体を有する管腔内ステントであって、血管の管腔周囲長さと経路長さの比は、約０．２５以上であり、前記１以上の支持構造体は、約３２ミクロン以下の結晶粒度を備えた微細構造を有すると共に前記肉厚を横切って測定して約２〜約１０の実質的に等軸結晶粒を有するよう処理された金属材料で作られている、管腔内ステント。