JP2006181140A - ガイドワイヤーおよびカテーテル - Google Patents

Abstract

【課題】超弾性材の特徴を維持しながら、比較的高い剛性を有するガイドワイヤーおよびカテーテルを提供。
【解決手段】ガイドワイヤーのコア２０にあっては少なくともコア基部２１の断面組織の表層、カテーテル３０にあっては表層３１において、Ｔｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に炭化物を分散させる。さらに、断面組織における表層部分の炭化物層の深さを１μｍ以上とする。さらに、ガイドワイヤーは、コア先端部２２の少なくとも一部には断面組織中の炭化物を基部の表層部分の炭化物量より少なく又は無くし、コア基部に比べて柔軟性を持たせたものとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、放射線科、循環器科などの医療分野において,経皮的血管形成術(PTCA)に代表されるX線透視下での医療技術に用いられるＴｉ−Ｎｉ合金製のガイドワイヤーおよびカテーテルに関するものである。

ガイドワイヤーは、経皮的血管形成術などのカテーテル治療技術において、カテーテルの先導役として用いられるもので、大腿部或いは手首動脈の穿刺口から挿入され、目的部位まで血管を選択しつつ送られるものである。
素材に関する要求物性は特許文献１に詳しく述べられているが、トルク伝達性（分岐血管での手元ねじりによるＧ／Ｗ先端部の方向制御）、耐キンク性（分岐血管をジグザグに進入した後の形状復元性）、突きだし性（手元突き出しを容易に先端部に伝える剛性）、先端柔軟性(導入時血管を傷つけない柔らかさ)、Ｘ線造影性（分岐血管の選択時、レントゲンでワイヤー先端部が観察できるX線不透過性）などが挙げられる。
現状、ガイドワイヤーのコア材はステンレス(SUS)線およびTi-Ni合金超弾性線が主として使われている。

Ti-Ni合金をはじめとした形状記憶合金は、マルテンサイト変態の逆変態に付随して顕著な形状記憶を示すことがよく知られている。また、逆変態後の母相での強変形によって誘起される応力誘起マルテンサイト変態に伴い、良好な超弾性を示すこともよく知られている。その超弾性は数多くの形状記憶合金の中でも特にTi-Ni合金およびTi-Ni-X合金(X=V,Cr,Co,Nb等)に顕著に現れる。Ti-Ni合金の形状記憶効果は特許文献２に、超弾性は特許文献３にそれぞれ示されている。Ti-Ni合金超弾性材を用いたガイドワイヤーは特許文献４等に提案され、その機能性の高さから広く実用化されている。また、カテーテルは造影剤注入などにおける耐圧性を必要とし、金属メッシュを組み込んだ樹脂チューブ或いはステンレス製チューブなどが使われている。しかし、カテーテルの操作性は、前述のガイドワイヤーと同様であることが望ましく、Ti-Ni合金超弾性材応用の提案が特許文献５などに記載されている。
特公平3-015914号公報 米国特許第.3,174,851号明細書 特開昭58-161753号公報 特開昭61-106173号公報 特開昭63-223138号公報

しかしながら、特許文献４のものは、剛性が不足するために、耐キンク性、突き出し性、トルク伝達性が悪いという問題があった。さらに特許文献５のガイドワイヤが入るパイプ状のカテーテルにも同様の欠点がある。

本発明の課題は前述した問題点に鑑みて、超弾性材の特徴を維持しながら、比較的高い剛性を有するカテーテル用ガイドワイヤーを提供することである。
本発明のもうひとつの課題は、超弾性材の特徴を維持しながら、比較的高い剛性を有するカテーテルを提供することである。

本発明においては、コアの基部の断面組織における表層部分においてＴｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に深さ１μｍ以上の炭化物層が形成されていることを特徴とするガイドワイヤーを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、コアの基部の断面組織における表層部分においてＴｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に深さ１μｍ以上の剛性の高い炭化物層を形成させることにより、その体積割合に応じて、材料全体の剛性率が高くなる。さらに内部は超弾性材のままなので、柔軟性が損なわれることもない。また、炭化物層の厚みを１μｍ以上としたのは、炭化物層厚みが１μｍ未満では剛性の向上効果が得られないからである。

さらにガイドワイヤーの先端部は血管を傷つけないために通常、基部より細くされ、さらに柔軟性を要求される。そこで、請求項２に記載の発明においては、コア先端部の少なくとも一部には断面組織中に炭化物層が前記基部の表層部分の炭化物量より少ないか又は無く、コア基部に比べて柔軟性を持たせたガイドワイヤーとした。即ち、先端部に近いほど、すなわち外径寸法の小さい部分ほど炭化物が少ないのでより柔軟性を増し、手元の剛性と先端部の柔軟性をいっそう効果的に両立させたガイドワイヤーが得られる。なお、かかるガイドワイヤーは、予め基部のコアに相当する径の長尺材の表面を表面から浸炭したものをガイドワイヤーとしての形状寸法に仕上げることにより得られる。この場合、先端部に近いほど、すなわち外径寸法の小さい部分ほど浸炭後の炭化物分散領域が除去されるので、より柔軟性を増し、手元の剛性と先端部の柔軟性をいっそう効果的に両立させたガイドワイヤーが得られる。

また、請求項３に記載の発明においては、断面組織における表層部分においてＴｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に深さ１μｍ以上の炭化物層が形成されていることを特徴とするカテーテルを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、ガイドワイヤーと同様に、断面組織の外側表層部分においてＴｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に深さ１μｍ以上の炭化物層が形成されるとしたので、剛性の高い炭化物層を形成させることにより、その体積割合に応じて、材料全体の剛性率が高くなる。さらに内側は超弾性材のままなので、柔軟性が損なわれることもない。また、炭化物層の厚みを１μｍ以上としたのは、炭化物層厚みが１μｍ未満では剛性の向上効果が得られないからである。

本発明においては、ガイドワイヤー、又はカテーテルに対して、表層に剛性の高い炭化物層を形成させることにより、その体積割合に応じて、材料全体の剛性率が高くなる。さらに内部は超弾性材なので、柔軟性を確保したので比較的高い剛性を有し、かつ柔軟性を有するという効果を奏する。さらに、請求項２に記載の発明においては、手元の剛性と先端部の柔軟性をいっそう効果的に両立させたガイドワイヤーとしたので、より使いやすいガイドワイヤーとなる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示すガイドワイヤーの模式図、図２はカテーテルの模式図である。図１に示すように、本発明のガイドワイヤーの金属コア２０は、比較的剛性の高い基部２１と比較的柔軟な先端部２２とを有してなる。また、基部２１は表層部分に浸炭処理を施した合金であり、内部より表層部分の炭素含有量が多い。先端部２２の断面においてはその表層および内部ともに基部より炭素含有量は少ないので、基部２１よりも柔軟性がある。図２に示すように、カテーテルにおいては全長にわたって外側に浸炭処理が施されている。しかし、この例で示すカテーテルの炭化物は、浸炭処理によって行っており、浸炭処理はパイプ材の外側から浸炭させるので外径側に炭化物層が形成されるが、内径側表層部に炭化物層が形成されることは無い。

次に、本発明の実施例について述べる。図３は（ａ）は本実施例のガイドワイヤー（ｂ）は浸炭していない（無処理品）従来のガイドワイヤーの断面腐食組織の顕微鏡写真である。図３（ａ）に示すように、本実施例ガイドワイヤーは、径０．３５ｍｍのＴｉ−Ｎｉ合金超弾性線の外側に浸炭層を形成させたものであり、図３において外周部に形成されている層が炭化物層であり、層の厚みは２μｍとなっている。

比較例は図３（ｂ）に示すように、径０．３５ｍｍのＴｉ−Ｎｉ合金超弾性線であり、ヤング率が２３ＧＰａである。これに対して本発明の実施例においては２５〜３０ＧＰａであり、表層に分布する炭化物層が有効に作用していることがわかる。

次に、本発明Ｔｉ−Ｎｉ合金線を得る方法について説明する。本発明Ｔｉ−Ｎｉ合金線を得るには、線径０．５ｍｍのＴｉ−Ｎｉ合金線に浸炭した後、超弾性化処理を施せば得られる。しかし、不純物の混入、表面組織の安定性、均一さ等の点から浸炭方法としては真空浸炭によるのが好ましい。さらに、得られる線材の品質を一定なものとするためには、コイル状にして処理するバッチ処理では浸炭ムラの発生が懸念され、連続真空浸炭により浸炭するのが好ましい。そこで、本出願人が出願した特願２００３−２７１０３８の金属線、金属帯もしくは金属パイプの連続真空浸炭方法及び装置に記載の方法及び装置を用いた例について説明する。

図４は本発明の実施の形態で述べたガイドワイヤー用Ｔｉ−Ｎｉ合金線を製造するための連続真空浸炭装置の説明図である。図４に示すように、連続真空浸炭炉は、細長い真空容器９と、同容器内にその長手方向に沿って配置した複数（図示例では３つ）の炉心管１，１１，１２と、所定径に線引き完了したＴｉ−Ｎｉ合金線７を、これら炉心管から成る炉心部に通す繰り出し巻き取り機構（１３，１４）とを有する。

各炉心管１，１１または１２は、両端を開いた細長い形状で、浸炭ガス導入管２と、キャリアガス導入管３と、一対の排気管４を備えている。さらに、各炉心管には、その長手方向に沿って電気ヒータ１０が設けられている。これら導入管２，３と排気管４は、真空容器９を貫いて炉心管に接続していて、真空容器外から浸炭ガスとキャリアガスを炉心管へ導入し、真空容器外へ排出するようになっている。

排気管４は、炉心管の長手方向に関して浸炭ガス導入管２の両側に配置され、これら排気管の間の炉心管内は、浸炭ガスが占める浸炭部５となる。キャリアガス導入管３は、鋼線７の移動方向に関して、導入管２と排気管４の下流側に配置され、この下流側の炉心管内はキャリアガスの充満する拡散部６となる。なお、図４では、炉心管１のみに参照符号２から６および１０を付しているが、炉心管１１，１２も同様な構造である。

真空容器９は、真空排気弁（図示なし）を設けた排気管８を有し、容器内を排気可能である。繰り出し巻き取り機構は、真空容器内で炉心管１，１１，１２の両側に配置した繰り出し側ボビン１３と、巻き取り側ボビン１４とを含む。これらボビン１３，１４は回転駆動され、ボビン１３に巻いたオーステナイト系ステンレス鋼線７を繰り出し、炉心管１，１１，１２を通してボビン１４に巻き取る。なお、繰り出し巻き取り機構は真空容器の外に設置しても良い。この場合、差動排気機構を設けて、Ｔｉ−Ｎｉ合金線７の移動に伴って大気が真空容器内へ侵入しないようにすることが望ましい。

この連続真空浸炭炉は、本発明の実施例のガイドワイヤー用Ｔｉ−Ｎｉ合金線の製造にあたって、次のように運転した。先ず、Ｔｉ−Ｎｉ合金線（以下単に「合金線」という）７を、繰り出し側ボビン１３から炉心管１，１１，１２に通して、巻き取り側ボビン１４に接続する。次いで、排気管８から真空容器９全体を十分に排気する。真空容器内が１０Ｐａ以下の所定の真空度になると、ヒータ１０に電流を流して、炉心管１，１１，１２を９５０〜１０００℃に加熱する。

その後、浸炭ガス導入管２およびキャリアガス導入管３から、エチレンなどの浸炭源ガスおよび窒素またはアルゴンなどのキャリアガスを炉心管１，１１，１２内へ導入する。同時に、排気管８の真空排気弁を調節して、真空容器９内の真空を制御することにより、炉心管１，１１，１２内部の圧力を５ｋＰａ以下、好ましくは１〜３ｋＰａまで復圧する。かかる雰囲気調整の後に、繰り出し巻き取り機構を作動し、合金線７を炉心管１，１１，１２を通過させて、ボビン１４に巻き取る。この際のボビン巻取り速度は、加熱ゾーンとの兼ね合いで、浸炭＋拡散時間として30分となるようにした。必要量の合金線が得られたら、炉を冷却し、真空容器を真空破壊し、ボビンごと合金線７を炉から取り出す。こうして、浸炭した合金線の素線が得られる。

浸炭源ガスは、９５０〜１０００℃に加熱された各炉心管に、導入管２と排気管４から連続的に導入および排気されることによって、真空浸炭可能な、圧力および組成ガスの一定な浸炭雰囲気として機能する。この雰囲気は、そこを通過する合金線７を浸炭させる。浸炭された合金線７は、続いて、各炉心管の加熱された拡散部６を通る。この拡散部には浸炭源となるガスが無く、合金線７の表面から浸炭された炭素が合金断面内部に拡散する。このようにして、前述した図３に示すようなガイドワイヤー用合金線の素線が得られる。

こうして得られた合金線の素線に超弾性化処理を行う。超弾性化処理は、従来公知の処理によって行えばよい。例えば、冷間伸線により３０〜５０％の累積減面率となるように加工を施したのち、４００℃の連続大気炉にて１分間の加熱処理を施すことにより行われる。

尚、カテーテル用ステンレス管も、上記素線の代わりにパイプを同様な方法と装置・条件にて浸炭することにより得られる。ただし、パイプの浸炭は１本の線を浸炭する場合と同様外径表面から浸炭されるので、内径側からは浸炭されない。

また、本発明においてはＴｉ−Ｎｉ合金について述べたが、他の超弾性合金に応用可能なことはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示すガイドワイヤーの模式図である。 本発明の実施の形態を示すカテーテルの模式図である。 （ａ）は本実施例のガイドワイヤー（ｂ）は浸炭していない（無処理品）従来のガイドワイヤーの断面腐食組織の顕微鏡写真である。 本発明の実施の形態で述べたガイドワイヤー用Ｔｉ−Ｎｉ合金線を製造するための連続真空浸炭装置の説明図である。

符号の説明

２０ ガイドワイヤーのコア
２１ 基部
２２ 先端部
３０ カテーテル
３１ 表層（部分）

Claims (3)

1. コアの基部の断面組織における表層部分においてＴｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に深さ１μｍ以上の炭化物層が形成されていることを特徴とするガイドワイヤー。
2. コア先端部の少なくとも一部には断面組織中に炭化物層が前記基部の表層部分の炭化物量より少ないか又は無く、コア基部に比べて柔軟性を持たせたことを特徴とする請求項１記載のガイドワイヤー。
3. 断面組織の表層部分においてＴｉ−Ｎｉ合金でなる基地中に深さ１μｍ以上の炭化物層が形成されていることを特徴とするカテーテル。