JP2007098163A - 体内挿入可能かつ膨張可能な処理デバイスを作製するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きなフープ強度を有し、かつ、より小さくより曲がりくねった動脈血管における閉塞の処置に対してより良好な操作性を有する膨張バルーンの作製方法を提供すること。
【解決手段】 体内挿入可能かつ膨張可能な処理デバイスを作製するための方法では、ポリマー材料を除去移動させることにより、２軸配向された膨張バルーンのバルーン壁の選択箇所における薄肉化をもたらすために、バルーンの外表面に沿った選択箇所において、バルーン（２０、９８）に、エキシマレーザービーム（４８、６８、８８）を導入するようにしている。
【選択図】図５

Description

本発明は、経皮経管動脈形成術（ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ ａｎｇｉｏｐｌａｓｔｒｙ、ＰＴＡ）や経皮経管冠状動脈形成術（ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ ｃｏｒｏｎａｒｙａｎｇｉｏｐｌａｓｔｒｙ、ＰＴＣＡ）のような応用において使用される膨張バルーン付カテーテルに関するものである。さらに詳細には、血管系におけるより細くより曲がりくねった通路に対してうまく適用するための、上記のようなカテーテルおよび膨張バルーンの改良に関するものである。

膨張バルーン付カテーテルは、血管におけるプラク（ｐｌａｑｕｅ）および他の閉塞箇所の処置に対して利用されることで、周知である。典型的には、カテーテルは、処置部位にまで膨張バルーンを搬送するために使用される。処置部位においては、バルーンに対して圧力流体が適用され、障害に抗してバルーンが膨らまされる。

通常、膨張バルーンは、カテーテルの先端部領域に取り付けられ、カテーテルを包囲している。膨張バルーンが膨らまされたときには、バルーンの本体部すなわち中央部は、カテーテルの外径よりも実質的に大きな直径となる。バルーンの基端シャフトおよび先端シャフト、すなわちバルーンのステムは、カテーテルの外径と実質的に同じ直径を有している。基端テーパ部および先端テーパ部、すなわち基端コーンおよび先端コーンは、中央部を、それぞれ、基端シャフトおよび先端シャフトに連結している。各コーンは、中央部を向く側に向けて拡径している。バルーンとカテーテルとの間の溶融接着剤は、圧力流体を導入することによるバルーンの膨張を容易とするために、流体密封シールを形成している。

生体組織に対する適合性に加えて、膨張バルーンの設計製作において考慮される主要な属性は、強度および柔軟性である。フープ強度、すなわち破壊圧力が大きいほど、膨張時のバルーンの偶発的な破裂のリスクが低減される。

柔軟性とは、弾性というよりは、異なる形状への成形可能性を意味している。特に、カテーテルにより搬送される際に、膨張バルーンは、吸気されて平坦にされ、通常、カテーテルの先端領域周辺の周縁部に被覆される。膨張バルーンの壁が薄くかつ柔軟であることにより、搬送時のカテーテルとバルーンとの合計外径を最小化するような緊密な被覆を容易に行うことができる。さらに、膨張バルーンの壁が柔軟であることにより、カテーテルの先端領域において”通過可能性”を高めている。すなわち、血管通路の曲率に応じた曲がりやすさを高めている。

ポリウレタンテレフタレート（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）製の強くかつ柔軟な膨張バルーンを形成する一方法は、米国特許Ｎｏ．Ｒｅ．３３，５６１（Ｌｅｖｙ氏による）に開示されている。管状ＰＥＴは、まず、２次転移温度以上に加熱される。そして、管の軸配向方向に最初の長さの少なくとも３倍の長さに延伸される。軸方向に延伸された管は、その後、円筒状外形を維持したまま、管の最初の直径の少なくとも３倍の直径に径方向に広げられる。これにより、上記本体部、シャフト、コーンが形成される。得られたバルーンは、２００ｐｓｉよりも大きな破裂圧力を有している。

このようなバルーンは、通常、コーンに沿った壁厚さに勾配を有している。特に、より大径の膨張バルーン（膨張時において約３．０〜４．０ｍｍの直径）は、本体部に沿った壁厚さが０．０００４〜０．０００８インチ（０．０１０〜０．０２０ｍｍ）の範囲とされる傾向がある。本体部近傍において、コーンは、ほぼ同一の壁厚さを有している。しかしながら、壁厚さは、本体部から離れる方向に、シャフト近傍における壁厚さが０．００１〜０．００２５インチ（０．０２５〜０．０６３ｍｍ）の範囲にまで膨張する。より小径の膨張バルーン（１．５〜２．５ｍｍ）は、コーン壁における同じ膨張を示す。すなわち、本体部近傍の０．０００８〜０．００１５インチ（０．０２〜０．０４ｍｍ）から、シャフトまたはステム近傍の０．０００８〜０．００１５インチ（０．０２〜０．０４ｍｍ）へと変化する。

ステム近傍における大きな壁厚さは、バルーンのフープ強度には寄与しない。フープ強度は、バルーンの中央部に沿った壁厚さにより決定される。ステム近傍におけるより厚い壁厚さは、バルーンおよびカテーテルの操作性を低減させる。膨張バルーンを緊密に被覆することができず、これは、搬送外形が大きくなってしまうことを意味し、小径の血管における閉塞を処置するに際してのカテーテルおよびバルーンの性能を制限する。

米国特許第４，９６３，１３３号（Ｎｏｄｄｉｎ氏による）には、ＰＥＴ製膨張バルーンの代替可能な形成方法が開示されている。この方法においては、管状ＰＥＴは、長さ方向における両端部において局所的に加熱され、延伸される。これにより、２つの”くびれ”部が形成される。これらくびれ部は、最終的には、バルーンの完成品の両端部となる。くびれ付き管に対しては、軸方向延伸と、ガスによる径方向膨張とが、同時になされる。管端部をくびれさせる角度が、テーパ壁（すなわちコーン）に沿った最終壁厚さにわたっての制御性を与えるとされている。その結果、壁厚は、本体部に沿った壁厚と等しいか、あるいは、それ以下となる。しかしながら、この方法であると、約８気圧にすぎないような比較的小さな破裂圧力しか得られないと言われている。

したがって、本発明の目的は、かなり大きなフープ強度を有し、かつ、より小さくより曲がりくねった動脈血管における閉塞の処置に対してより良好な操作性を有する膨張バルーンの作製方法を提供することである。

また別の目的は、結晶化、脆化、あるいは材料の他の熱劣化をもたらすことなく、カテーテルの搬送性および操作性を高めるために、バルーン付カテーテルおよび膨張バルーンから材料を選択的に除去するための方法を提供することである。

上記目的および他の目的を達成するために、体内挿入可能かつ膨張可能なデバイスは、次のような方法で、すなわちポリマー材料を除去移動させて、これにより、２軸配向された膨張バルーンのバルーン壁の選択箇所における壁厚さを減少させるために、バルーンの外表面に沿った選択箇所において、バルーンに、エキシマレーザービームを導入することにより、作製される。

体内挿入可能かつ膨張可能なデバイスの作製は、また、エキシマレーザービームの導入の前準備として、以下のことを行う、すなわち、ａ）ポリマーチューブを軸方向に配向させるために、チューブを２次転移温度にまで加熱しつつ、チューブの長さを実質的に増加させるよう、チューブの長さを軸方向に延伸し；
ｂ）チューブを径方向に配向させて、もって、公称直径および公称壁厚さを有する中央部分、基端および先端取付部分、および、中央作動部分と基端および先端取付部分のそれぞれとの間に位置する基端および先端テーパ部分を有する、２軸配向バルーンを形成するために、チューブを２次転移温度以上に維持しつつ、チューブの長さ方向の少なくとも一部に沿って直径を実質的に増加させるよう、チューブを径方向に膨らませ；
ｃ）２軸配向バルーンを、２次転移温度以下に冷却する；ことができる。

蒸発材料除去は、テーパ部分に沿った膨張バルーン壁を、薄肉化する。この場合、テーパ部分に沿った壁厚さを、中央作動部分に沿った公称壁厚さとほぼ同じになるまで、薄肉化することが好ましい。これに代えて、テーパ部分は、公称壁厚さよりも大きな壁厚さとすることができる。ただしこの場合、厚さ勾配は、実質的に低減される。いずれにしても、薄肉化を行うことで、取付部分近傍におけるフレキシブルさが増大してバルーンの操作性が向上される。同時に、搬送外形が小さくなることにより、より緊密な被覆が可能となる。

除去は、好ましくは、１９３ｎｍの波長のエキシマレーザービームにより達成される。他の波長（例えば、２４８ｎｍ、３０８ｎｍ）においても満足な結果が得られるけれども、１９３ｎｍの波長が、ＰＥＴ製膨張バルーンの除去に際しては、熱効果を最小化できることにより、最も適している。表面でのパワーレベルは、約１００〜８００ｍＪ／ｃｍ² の範囲が好ましく、約１６０ｍＪ／ｃｍ² がより好ましい。エキシマレーザービームは、約１０〜５０パルス／秒の範囲の繰り返しレートでパルス化され、各パルスは、約１０〜１５ｎｓの範囲のパルス幅を有している。

エキシマレーザーのエネルギーによる蒸発を制御するために、操作可能な範囲内において、パワー強度（ｆｌｕｅｎｃｅ）、パルス繰り返しレート、パルス幅、およびもちろんパルスの総数を、選択的に変化させることができる。バルーンおよびカテーテルをなすポリマー材料は、大きな吸収率を有している。これにより、エネルギー侵入および材料除去の深さが制限される。例えば、ＰＥＴバルーン材料は、主に選択されたパワー強度に応じて、１ミクロンあるいはこれよりも１桁小さな程度で、極薄層を除去することができる。パワーを大きくするほど、より厚い材料が除去される。ただし、同時に、熱効果が増大する傾向がある。パルス幅およびパルス周波数は、材料の除去量を増大させるために、増大することができる。この場合においても、熱効果が増大する傾向がある。

いずれにしても、例えば約０．０１ｍｍだけカテーテルバルーン壁を薄肉化するという程度に関する限りにおいては、１ミクロンあるいはこれよりも１桁小さな程度の増分により、精度よく制御された材料除去が可能である。

エキシマレーザーに対するポリマー材料の露出は、光−化学的機構および光−熱的機構を有しているものと信じられている。光−化学的機構においては、結合の解裂および分子の分解が引き起こされ、よって、瞬時的な圧力上昇が起こり、熱ダメージのほとんどないあるいは全くない状態で、材料放出が行われる。光−熱効果が、分子振動エネルギーの結果である。光−熱効果は、エネルギー波長を最小化することによって（すなわち、１９３ｎｍを選択することによって）、また、パワー密度を最小化することによって、最小化することができる。結果として、材料は、本質的に、いかなる実質的な結晶化、脆化、あるいは、残されたポリマー材料の他の望ましくない転化をももたらすことなく、除去される。さらに、処理の結果として、ポリマー材料のぬれ特性が、望ましいように変化する。つまり、表面が、疎水的（ｔｈｒｏｍｂｏｇｅｎｉｃ）ではなく、より親水的となる。

膨張バルーンの傾斜部分から材料を除去するに際しては、いくつかの方法がある。バルーンは、心棒に支持され、傾斜部分を円錐台形状とするよう膨らまされる。そして、バルーンのコーン角度に対して垂直に配向されたエキシマレーザービームにより、心棒およびバルーンを回転しつつ、蒸発が進められる。これに代えて、バルーンを静止させて、エキシマレーザービームを、ミラーおよび他の光学系を利用して”回転”させても良い。

他の代替可能な方法においては、カテーテルとの結合に先立って、真空引きしたバルーンを、平坦な状態で、プレート上に配置する。そして、エキシマレーザービームを、コーンにわたって移動させる。必要に応じて、シャフトの移動を併用する。片面の除去整形後には、バルーンは、ひっくり返され、反対面が除去整形される。

また、他の形態であっても、例えば、カテーテルの先端が膨張バルーンの先端コーンを超えて突出する形態であっても、除去を行うことができる。選択的な除去により、先細り形状の先端部を得ることができる。これにより、血管通路の先鋭曲がり部を通り抜け得るという意味において、搬送性を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、選択的なエキシマレーザー蒸発によって、カテーテルおよび膨張バルーンから、ポリマー材料が除去される。これにより、膨張バルーンの被覆外形を小さくすることができ、また、バルーンおよびカテーテルのフレキシブルさを増大させることができる。よって、バルーンおよびカテーテルを、動脈通路内のあるいは他の体内キャビティ内の曲率に、順応させることができる。改良は、膨張バルーンのフープ強度も破裂圧力も何ら低減させることなく、得られている。

上記の利点あるいは他の利点をより詳細に説明するために、下記説明および図面が参照される。
図１は、バルーン付カテーテルの先端領域を示す側面図である。

図２および図３は、カテーテルの膨張バルーンの製造を概略的に示す図である。
図４は、膨張バルーンの先端部を拡大して示す断面図である。
図５は、膨張バルーンの作製装置を概略的に示す図である。

図６は、図４と同様の断面図であって、膨張バルーンから材料を除去するための装置の使用方法を示している。
図７は、図４と同様の断面図であって、エキシマレーザーによる除去整形後の膨張バルーンを示している。

図８は、代替可能なレーザー除去装置を概略的に示す図である。
図９および図１０は、他の代替可能なレーザー除去装置を概略的に示す図である。
図１１および右１２は、膨張バルーンにおいて除去により形成された溝を示す図である。

図１３は、図５に示す装置の使用方法を示す図であって、カテーテルの先端から材料を除去するためのレーザービーム適用角度の調整後の様子を示している。
図１４は、除去後のカテーテル先端部を示す図である。

図１５は、代替可能な、除去後のカテーテル先端部を示す図である。
図面を参照すると、図１には、バルーン付カテーテル１６の先端領域が示されている。バルーン付カテーテルは、長尺かつ柔軟なカテーテルチューブ１８を備えている。カテーテルチューブは、生体適合性のあるポリマー材料、好ましくは、Ｈｙｔｒｅｌの商標名で市販されているようなポリエステルから構成されている。他の適切な材料としては、ポリオレフィン、ポリアミド、熱プラスチックポリウレタン、および、これら材料の共重合体がある。膨張バルーン２０は、先端領域に沿って、カテーテルチューブ１８を包囲している。膨張バルーンは、完全に膨らまされた状態、すなわち膨張された状態が示されている。この場合、バルーンは、加圧流体により膨らまされている。流体は、バルーン内部とカテーテルチューブ１８の基端部との双方に連通したバルーン膨張用管腔２２を通して、バルーン内部へと供給される。

完全に膨らんだときには、膨張バルーン２０は、本体部すなわち中央部分２４を有している。中央部分２４は、本質的に径方向に膨らんだ円筒体であり、カテーテルチューブと同じ中心軸を有している。中央部分２４に沿って、膨張バルーンは、カテーテルチューブ１８の直径よりも大きな直径を有している。例えば、カテーテルチューブの外径は、約０．０４インチ（１ｍｍ）とすることができる。中央作動部分２４に沿ったバルーンの直径は、典型的には、３．０〜４．０ｍｍの範囲である。あるいは、より小径の血管系における障害の処置に対しては、１．５〜２．５ｍｍの範囲である。中央部分の両端部には、基端テーパ領域すなわちコーン２６、および、先端テーパ領域すなわちコーン２８が存在する。基端コーンは、中央部分から遠ざかるにつれて、環状基端取付部すなわちステム３０に向けて、縮径している。ステム３０の内径は、カテーテルチューブの外径と実質的に等しい。これにより、ステム３０の内表面とカテーテルチューブ１８の外表面とが互いに接触状態に直面しつつ延在する環状境界領域が得られている。

同様に、先端コーン２８は、中央部分から先端側にいくにつれて、先端取付部すなわちステム３２に向けて、縮径している。先端ステム３２の内径は、ステム３２の領域におけるカテーテルの外径と実質的に等しい。しばしば、先端ステム３２の直径は、基端ステム３０の内径よりも小さい。というのは、カテーテルチューブ１８は、典型的には、基端ステム近傍よりも先端ステム近傍の方がより狭いからである。

膨張バルーン２０は、ポリマー材料から構成されており、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から構成されている。他の好適な材料としては、ポリエチレンやポリイミドがある。バルーン２０は、真空引きされかつカテーテルチューブにより周囲を被覆された搬送形態を可能としかつ容易に行うために十分に柔軟である。これにより、カテーテルおよびバルーンの横方向形状が小さくなり、より小径の血管通路内における膨張バルーンの搬送が可能とされる。

さらに、内部空間を通して供給される加圧流体を受けて、バルーン２０は、図１に示すような膨張配置を容易にとることができる。ＰＥＴあるいは他のバルーン材は、柔軟であるものの比較的膨張しにくいことにより、バルーン２０は、破裂が起こるような破裂圧力（使用時に適用される圧力よりもずっと大きい）以内の程度に増大されたバルーン内の流体圧力により、図１に示す配置に維持される傾向がある。

図２および図３は、膨張バルーン２０の作製を概略的に示している。まず最初に、所定長さのＰＥＴチューブ３４が、図示矢印で示すように軸方向張力を受ける。この際、ＰＥＴチューブ３４は、２次転移温度（約９０℃）以上の温度に加熱される。チューブ３４を初期長さの少なくとも３倍にまで延伸して、チューブを軸方向に配向するために、十分な力が印加される。その後、軸方向に延伸されたチューブは、膨張バルーン形状を画成するための内部構造を有する型３６内において径方向に膨らまされる。膨張は、チューブの一端を閉塞し、その後、チューブ内部に加圧したガス（例えば、窒素）を供給することにより達成される。ＰＥＴチューブは、径方向膨張の結果として２軸に（ｂｉａｘｉａｌｌｙ）配向されるようになる。膨張バルーンの作製に関するこの方法に関する詳細な情報に関しては、米国再発行特許第３３，５６１号（Ｌｅｖｙ氏による）を参照することができる。この再発行特許は、参考にためここに組み込まれる。

上記のようにして作製された膨張バルーン２０は、図４に一部（先端部）が図示されている。膨張バルーンの基端部が、同様の形状および壁厚さ特性を有していることは理解されるであろう。中央部分２４に沿っては、膨張バルーンは、０．０００４〜０．０００８インチ（０．０１〜０．０２ｍｍ）の範囲とされた壁厚さｔ₁ を有している。テーパ部分２８に沿っては、壁厚さは勾配を有している。さらに詳細には、壁厚さは、中央部分近傍においては実質的にはｔ₁に等しく、そして、先端ステム３２に隣接する部分における０．００１〜０．００２５インチ（０．０２５〜０．０６２ｍｍ）の範囲の厚さにまでしだいに増大する。

膨張バルーン２０のフープ強度は、次の公式により決定される。
σ＝ｐｄ／２ｔ
ここで、σはフープ強度、ｐは圧力、ｄは膨張バルーンの直径、ｔは壁厚さである。最大直径ｄは、中央部分２４に沿うものである。したがって、フープ強度は、中央部分に沿った壁厚さｔ₁により決定される。テーパ部分２８に沿った過剰の壁厚さは、バルーンのフープ強度には、一切寄与しない。

しかも、過剰の厚さ、特にテーパ部分２８およびステム３２の連接部分近傍に位置する過剰の厚さは、いくつかの理由で損失の原因である。まず第１に、過剰の壁厚さは、連接部分におけるおよび連接部分近傍における硬さを増加させてしまう。結果として、バルーン付カテーテル１６は、フレキシブルさが小さくなり、湾曲した血管通路を通っての操作が困難となる。第２に、壁厚さが増大している分だけ、バルーンの外形が大きくなってしまう。さらに、増大した硬さのために、および、連接部分における壁厚さのために、バルーン２０は、上記のような搬送形態において、平坦化すること、および、カテーテルの周囲を覆うことが、より困難である。結果として、被覆した状態でのバルーンの外形は、必要以上に大きなものとなり、小径の血管通路へのアクセスを著しく制限する。

図５は、バルーン付カテーテル１６からポリマー材料を選択的に除去することにより、膨張バルーンの領域における外形および硬さを低減させ、これにより、より小径のかつより曲がりくねった体内通路における操作性および有効性を向上させるための装置３８を示している。

装置３８は、長尺のステンレス鋼製の心棒４０を備えている。心棒の外径は、心棒へのバルーンのスライド取付を可能とするよう、膨張バルーンのステム３０、３２の径とほぼ等しいものとされている。心棒４０は、長さ方向軸回りに心棒を回転操作し得るジグ４２に対して、取外し可能に固定されている。心棒４０は、反対側端部が、回転に際して安定的に、ガイド４４に支持されている。エキシマレーザー４６（ＡｒＦ）が、心棒４０の近傍に支持されている。エキシマレーザー４６は、エキシマレーザービーム４８を生成する。エキシマレーザービーム４８は、ビーム４８をテーパ部分２８に沿って膨張バルーンの外表面５２上に焦点合わせするための収束レンズを有する光学アセンブリ５０により成形される。マスク５４が、処理のために選択された領域をより先鋭に形成するために、レーザーとバルーン表面５２との間に介装されている。心棒４０には、膨張バルーン２０を膨張させるための管（図示せず）が設けられている。その結果、バルーンは、心棒に取り付けられたときに、円錐台形状を有するテーパ部分２６、２８とともに、膨張形状とされる。エキシマレーザービーム４８は、テーパ部分２８に沿った膨張バルーンの外表面に垂直であることが好ましい。

膨張バルーンは、心棒４０とともに回転する。レーザー、ビーム調整光学系、および、マスクは、全体的に、図において矢印で示すように、軸方向にかつ径方向に移動可能であり、かつ、とりわけテーパ部分２８の形状に平行に移動可能である。よって、ビーム４８は、テーパ部分に沿ったバルーンの外表面に関して、任意に選択された領域に対して衝撃を引き起こすことができる。

実際には、膨張バルーン２０は、エキシマレーザービーム４８のパルスにタイミングを合わせて、ステップ状に回転することができる。図６に示すように、ポリマー材料は、中央部分２４近傍のテーパ部分を起点としてステム３２に向けて、徐々に除去することができる。図において、ＰＥＴの一部は、レーザー除去により、テーパ部分２８から既に除去されている。場所５６における破線は、元々のテーパ部分の外形を示している。除去されるべき材料は、他の材料とともに破線５８で示されている。破線５８は、以降の処理において望まれているテーパ部分２２の外形を示している。すなわち、破線５８は、中央部分に沿った厚さｔ₁に等しい実質的に一様な壁厚さを示している。このような程度の材料除去が望ましいものの、実質的に壁厚さ勾配を低減させるような材料除去であれば、どのような程度の材料除去であっても有効であることは、理解することができる。

ポリマー材料のエキシマレーザー除去は、ポリマー材料に、好ましくは外表面に焦点合わせされたあるいはほぼ焦点合わせされたビーム４８の直径にほぼ等しい深さのチャネルを形成する。バルーン２０の回転およびレーザーアセンブリの並進移動は、連続的とすることも、ステップ的とすることもできる。どちらの場合においても、これらは、材料の除去が意図された領域を完全にカバーすることを保証するために、一斉に移動される。この領域は、連続的な掃引により、すなわち、近接したまたは緊密な螺旋パターンによりカバーされる。これに代えて、この領域を、一連の隣接するリングによってカバーすることもできる。

最終的に一様な厚さを得るためには、あるいは、実質的に厚さ勾配を低減するためには、ステム３２に向かう方向に次第に深くなる深さにまで材料が除去されなければならないことは、図６により明らかである。除去量の増大化は、望ましくない熱効果をもたらし得るようなパルス幅またはパルスエネルギーの増加（すなわちパワー（ｆｌｕｅｎｃｅ）の増加）によって行うよりも、ステム近傍の表面に印加される増分数（ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｅｐｉｓｏｄｅｓ、すなわち個々のパルスの数）を増加させることにより行うことの方が好ましい。制限の範囲内において、与えられた環状移動時におけるすなわちバルーンの一回転時における材料除去は、パルス周波数を増加させることにより、増大させることができる。しかしながら、約５０Ｈｚを超える周波数からの熱効果のために、バルーンの環状軌跡の数を増加させることが、熱効果をもたらすことなく余剰材料を除去する方法としては最も効果的な方法である。

エキシマレーザー除去は、時に蒸発型光分解法（ａｂｌａｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）とも称され、光−化学的機構および光−熱的機構を有しているものと信じられている。光−化学的機構においては、エキシマレーザーのエネルギーを受けたポリマー材料の分子の分解が引き起こされるように、化学結合が破壊される。照射領域から材料を放出する傾向のある高度に局在化した急激な圧力上昇が、結果として引き起こされる。放出された材料は、加熱される。同時に、放出された材料は、放出されることにより、処理領域から急激に熱を取り去る。したがって、処理領域における温度上昇は、極度に小さく、熱効果は、ほとんどあるいは全くない。パワーレベルが大きくなると、すなわち、パルス幅が長くなりパルス周波数が多くなると、ポリマー分子の振動を引き起こすような光−熱効果が、より顕著になってくる。実際の操作パラメータは、ポリマー材料に応じて、また、材料除去の性質に応じて、変更することができる。この際、熱効果を最小化することが、重要である。熱の過剰集中は、ポリマー材料を脆くするような結晶化または局所的な溶融を、引き起こすこととなる。いずれの場合においても、カテーテルのフレキシブルさおよび操作性が、うまくもたらされることはない。

これに対して、短い波長（好ましくは１９３ｎｍ）、短いパルス幅、長いパルス周波数、および、小さなパワーレベルを選択することにより、分解は、主に光−化学的となり、カテーテルバルーン壁の薄肉化は、バルーンおよびカテーテルのフレキシブルさを材料的に低減させない。

無用の熱効果をもたらすことなく除去するという制限の範囲内において、いくつかの要因により、ポリマー材料の除去速度を制御することができる。例えば、ＰＥＴに関しては、パワーレベルの好適な範囲は、１００〜８００ｍＪ／ｃｍ²である。より一層好ましい範囲は、約１６０〜７５０ｍＪ／ｃｍ²である。ただし、熱効果を最小化するためには、この範囲の下側の方が好ましい。

好適なパルス幅は、１０〜１５ｎｓであり、パルス周波数は、約１０〜５０パルス／秒である。さらに好ましくは、１０〜４０パルス／秒である。この場合にも、熱効果を最小化するためには、範囲のうちの下側の方が好ましい。

好ましい波長が１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザー）であると、説明した。しかしながら、特定のポリマーの吸収特性においては、他の波長、例えば、２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザー）あるいは３０８ｎｍ（ＸｅＣｌレーザー）の方が好ましいことがある。好ましい範囲は、約１９０〜３１０ｎｍである。

除去した材料の移動をさらに確実に行うために、また、熱効果の阻止をさらに確実に行うために、流れまたはガス流（例えば、窒素）を、膨張バルーンを横切って、特に除去サイトおよび除去サイト周辺において、導入することができる。望ましい流れは、符号６０で示すような加圧窒素源により、生成することができる。流れが窒素源６０を出ると、窒素は、急速に圧力が減少し、かつ冷却される。その際、窒素は、主には対流により除去領域を冷却し、同時に、加熱された除去材料を運び去る。

図７には、図６に示す膨張バルーン２０の一部を示している。ここで、バルーン２０は、エキシマレーザーによる除去整形後であって、すべての望ましくない材料が除去された状態にある。テーパ部分２８に沿った膨張バルーン壁６２の厚さｔ₂は、実質的には一様であり、好ましくは、約１０％以内、多くとも約２５％の変動量である。そして、実質的に、中央部分２４に沿った壁の厚さｔ₁に等しい（例えば、約２５％以内であり、より好ましくは約１０％以内である）。

バルーン２０の先端部だけが詳細に図示されてきたけれども、実質的に同様のレーザー除去が、基端側テーパ部分２６に沿って行われている。両テーパ部分に沿ったバルーン壁の厚さは、実質的には減少しており、特にステム近傍において減少している。結果として、バルーン２０は、真空引きされたときにずっと平坦となり、カテーテルチューブ１８回りをずっと緊密に被覆することができる。よって、より小さな搬送形態を呈することができる。バルーンの操作性およびフレキシブルさは、テーパ部分に沿った硬さが実質的に減少していることから、向上している。これら改良は、事実上、結晶化、脆性化、あるいは他のモルフォロジーにおける望ましくない変化が起こっていないことにより、得られている。実際、ＰＥＴおよび他の多くのポリマー材料において、エキシマレーザー処理による望ましい結果は、ぬれ特性における変化である。これにより、バルーンは、処理領域において、より親水的である。これにより、凝固（ｃｌｏｔｔｉｎｇ）を引き起こしたり助長したりする傾向が、低減される。

図８は、バルーン２０のエキシマレーザー除去整形のための代替装置６４を示している。固定されたエキシマレーザー源６６は、１９３ｎｍという好ましい波長のビーム６８を生成する。ビーム６８は、拡大レンズ７０およびコリメーティングレンズ７２を通して導かれる。平行化されたビームは、一連の平面反射器７４、７６、７８により振られ、その後、ビームの焦点を膨張バルーンの外表面５２近傍に配置するための収束用レンズ８０を通る。

膨張バルーン２０は、長尺の静止シャフト８２に支持されており、静止状態のままとされる。必要とされる相対移動は、ビーム６８の回転により得られる。特に、平面反射器７４〜７８を、シャフト８２と同軸回りに回転させることによるビーム６８の回転により得られる。さらに、反射器７８とレンズ８０とからなるサブアセンブリは、テーパ部分２８に沿ってビームを径方向および軸方向に変位させるために、回転可能とされている。

図９および図１０は、さらに他の代替可能な、エキシマレーザー除去整形装置８３を示している。この装置８３は、レーザー源８４、レーザービーム８８を成形し焦点合わせするための光学アセンブリ８６、および、膨張バルーン２０を真空引きされた平坦な状態に支持するための可動プレート９０を備えている。ステップモータ９２、９３が、プレート９０を、水平な２つの直交方向ｘおよびｙ方向（図１０）に、すなわち平坦なバルーンの主平面に平行に、移動させ得るよう設けられている。プレート９０の組み合わされた動きは、一連の引き続く、テーパ部分２６、２８の直交するビーム８８の掃引の効果を作り出す。厚さ勾配を実質的に低減させるあるいは除去するために、掃引数が、ステムに近づく方向に増加される。露出された上面からすべての過剰材料が除去されたときには、膨張バルーン２０は、プロセスを完成させるよう反対側面からの材料除去を行うために、ひっくり返される。必要であれば、符号９４で示すような冷却用の加圧窒素源を、使用することができる。代替例としては、必要な相対移動を、膨張バルーンを移動させることによってよりも、レーザー源および光学系を移動させて、もってビームを移動させることにより、得ることができる。装置８３を使用することの主な利点は、材料除去に際して、膨張バルーン２０を膨らませる必要がないことである。

エキシマレーザー除去は、好ましくはテーパ部分に沿った壁を一様な厚さに低減するけれども、バルーン付カテーテルの実質的な性能向上に関する限りは、そこまでする必要はない。図１１および図１２に示すように、各テーパ部分に沿ったバルーン壁９７においてチャネルまたは溝９６の配列を形成するように、材料を選択的に除去することができる。チャネルは、図示のように一様な幅とすることができる。あるいは、中央部分２４に向けて広がるような形状とすることもできる。いずれにしても、各チャネル９６の深さは、ステムを向く方向に向けて増大する。チャネル９６は、特にステム近傍において、テーパ部分に沿ったバルーンの外形および硬さを低減する。よって、バルーンの外形を低減する。これにより、搬送に際してのバルーンのより緊密な被覆が可能となり、カテーテルの操作性が向上する。

図１３は、回転可能な心棒４０に支持された膨張バルーン９８およびカテーテル１００を備えた、装置３８を示している。エキシマレーザービーム４８は、カテーテルのうちの、膨張バルーンのステム１０４を超えて延在する先端領域１０２に、導入されている。ビームは、垂直ではなく、むしろ、心棒回転軸に対して鋭角をなすように先端に導入されている。また、ビーム４８は、外表面に対して、先鋭には、焦点合わせされてはいない。その結果、先端領域１０２の表面に沿ってパワーの勾配ができ、この場合、先端側にいくほど、パワーレベルが増大する。結果的に、エキシマレーザーパルスは、先端側においてより深くポリマー材料の除去を行う傾向を有する。結局、図１４に示すような、先端領域における先細り形状が得られる。

除去時のバルーンの静止が要望される場合には、同じ結果を得るために、装置６４を調整することができる。図１５に示すように、この技術は、カテーテルチューブ１０６がバルーンステム１０８を超えて先端側に突出しないようなタイプのカテーテルについて、膨張バルーンの材料除去を行うに際して適用することができる。いずれにしても、先端形状および先端における硬さが緩和され、カテーテルの操作性が向上する。

よって、本発明においては、制御されたエキシマレーザー除去整形は、膨張バルーンおよびカテーテルの壁を、選択的に薄肉化させる。本発明においては、壁厚さにおける望ましくない勾配を除去することによりあるいは実質的に低減させることにより、望ましい高い破裂圧力をもたらし得る方法によって、膨張バルーンの作製を行うことができる。その結果、特にバルーンステム近傍におけるテーパ部分に沿った過剰の壁厚さをもたらすことなく、望ましい破裂圧力を備えた、膨張バルーンが得られる。図示していないものの共突出型の（ｃｏ−ｅｘｔｒｕｄｅ）あるいは多層型のバルーンを、この方法によって、作製あるいは処理することができる。上記説明は、膨張バルーンおよびカテーテルを特徴としているけれども、本発明を、他のバルーンおよびカテーテルに対して、例えば、プロテーゼを延出させるために膨張可能なバルーンに対して、より詳細には、変形可能なステントを広げるためのバルーンに対して、適用し得ることに注意されるべきである。血管通路以外の体内通路内において使用するためのカテーテル用バルーンについても、本発明により作製されあるいは処理されたときには、同様に、性能が向上する。適切に薄肉化された壁を有するバルーンおよびカテーテルは、小さな搬送形態を与えるためのより緊密なバルーン被覆を可能とし、小さなかつ曲がりくねった血管通路内における操作性を向上させるよう、より大きなフレキシブルさを示す。

バルーン付カテーテルの先端領域を示す側面図である。 カテーテルの膨張バルーンの製造を概略的に示す図である。 カテーテルの膨張バルーンの製造を概略的に示す図である。 膨張バルーンの先端部を拡大して示す断面図である。 膨張バルーンの作製装置を概略的に示す図である。 図４と同様の断面図であって、膨張バルーンから材料を除去するための装置の使用方法を示している。 図４と同様の断面図であって、エキシマレーザーによる除去整形後の膨張バルーンを示している。 代替可能なレーザー除去装置を概略的に示す図である。 他の代替可能なレーザー除去装置を概略的に示す図である。 図９と同じレーザー除去装置を概略的に示す図である。 膨張バルーンにおいて除去により形成された溝を示す図である。 図１１と同じ溝を示す図である。 図５に示す装置の使用方法を示す図であって、カテーテルの先端から材料を除去するためのレーザービーム適用角度の調整後の様子を示している。 除去後のカテーテル先端部を示す図である。 代替可能な、除去後のカテーテル先端部を示す図である。

符号の説明

１８…カテーテル、２０…膨張バルーン、２２…バルーン膨張用管腔、２４…中央部分（作動領域）、２６…基端側テーパ部分（テーパ領域）、２８…先端側テーパ部分（テーパ領域）、３０…基端ステム（取付領域）、３２…先端ステム（取付領域）、３４…ポリマーチューブ、４０…心棒、４６…エキシマレーザー
４８…エキシマレーザービーム、５４…マスク、６６…エキシマレーザー、６８…エキシマレーザービーム、８２…心棒、８４…エキシマレーザー、８８…エキシマレーザービーム、９６…チャネル、９８…膨張バルーン、１００…カテーテル。

Claims (23)

1. 体内挿入可能かつ膨張可能な処理デバイスを作製するための方法であって、ポリマー材料を除去移動させて、これにより、２軸配向された膨張バルーンのバルーン壁の選択箇所における薄肉化をもたらすために、前記バルーンの外表面に沿った前記選択箇所において、前記バルーン（２０、９８）に、エキシマレーザービーム（４８、６８、８８）を導入することを特徴とする作製方法。
2. 前記エキシマレーザービームの前記導入を行うに先立って、以下のことを行う、すなわち、
   ポリマーチューブ（３４）を軸方向に配向させるために、前記チューブを２次転移温度にまで加熱しつつ、前記チューブの長さを実質的に増加させるよう、前記チューブの長さを軸方向に延伸し；
   前記チューブを径方向に配向させて、もって、公称直径および公称壁厚さを有する中央部分（２４）、基端および先端取付部分（３０、３２）、および、前記中央作動部分と前記基端および先端取付部分のそれぞれとの間に位置する基端および先端テーパ部分（２６、２８）を有する、２軸配向バルーンを形成するために、前記チューブを２次転移温度以上に維持しつつ、前記チューブの長さ方向の少なくとも一部に沿って直径を実質的に増加させるよう、前記チューブを径方向に膨らませ；
   前記２軸配向バルーンを、２次転移温度以下に冷却する；
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記テーパ部分の各々は、前記中央部分からこれに関連する前記取付部分を向く方向に増加する壁厚さの勾配を有しており、前記選択箇所は、前記テーパ部分を含有し、
   前記バルーン壁の前記薄肉化により、前記勾配を低減させることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記薄肉化は、前記勾配を実質的に除去することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記選択箇所は、前記テーパ部分の部分を含有し、前記ポリマー材料の前記除去は、各テーパ部分において、チャネル（９６）の配列を形成することを特徴とする請求項２記載の方法。
6. 前記エキシマレーザービームの波長は、約１９３ｎｍとされていることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記エキシマレーザービームの前記導入は、前記バルーンの前記表面において、約１００〜８００ｍＪ／ｃｍ²の範囲のパワーレベルで行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記エキシマレーザービームの前記導入は、約１０〜５０パルス／秒の範囲の繰り返しレートで、ビームをパルス化して行われていることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記繰り返しレートが、約１０パルス／秒であることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記パルスは、約１０〜１５ｎｓの範囲のパルス幅を有していることを特徴とする請求項８記載の方法。
11. さらに、前記バルーンの表面に前記エキシマレーザービームを導入する時には、前記２軸配向バルーンを、対流により冷却することを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 前記エキシマレーザービームの前記導入は、前記ビームを、前記選択箇所における前記表面に対して、実質的に垂直な向きに配向させて行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 前記エキシマレーザービームの前記導入は、前記選択箇所における前記表面にわたってパワー密度に勾配をもたせるよう、前記ビームを、前記選択箇所における前記表面に対して、鋭角の角度に配向させて行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
14. ポリマーバルーン膨張用カテーテル（１８、１００、１０６）と、該カテーテルの先端領域に対して流体密封的に結合された膨張バルーン（２０、９８）とを具備する体内挿入可能デバイスを、選択的に整形するための方法であって、
    前記膨張バルーンは、該バルーンが膨らまされたときに公称壁厚さおよび公称直径を有する中央部分（２４）、前記カテーテルに結合された基端および先端取付部分（３０、３２）、および、前記中央作動部分と前記基端および先端取付部分のそれぞれとの間に位置する基端および先端テーパ部分（２６、２８）を備えているとともに、前記テーパ部分の各々は、前記中央部分からこれに関連する前記取付部分を向く方向に増大するような壁厚さの勾配を有しており、
    前記デバイスを選択的に整形するための前記方法においては、少なくとも前記取付部分の基端側の前記テーパ部分を含有する選択箇所において、前記デバイスからポリマー材料を除去移動させるために、約１００〜８００ｍＪ／ｃｍ²の範囲のパワー密度でもって、前記デバイスの外表面を照射するよう、前記デバイスに、エキシマレーザービーム（４８、６８、８８）を導入することを特徴とする方法。
15. 前記ポリマー材料は、前記テーパ部分に沿った壁厚さの前記勾配を低減させ得るようにして除去移動されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 前記テーパ部分の各々は、前記ポリマー材料の除去後において、実質的に一様な壁厚さを有していることを特徴とする請求項１４記載の方法。
17. 前記ポリマー材料の除去により、前記テーパ部分の各々において、複数の溝が形成されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
18. 前記エキシマレーザービームの前記導入は、約１０〜５０パルス／秒の範囲の周波数で、前記レーザービームをパルス化して行われていることを特徴とする請求項１４記載の方法。
19. 前記エキシマレーザービームは、約１９０〜３１０ｎｍの範囲の波長を生成することを特徴とする請求項１４記載の方法。
20. 前記エキシマレーザービームは、パルス化されており、
    各パルスは、約１０〜１５ｎｓの範囲のパルス幅を有していることを特徴とする請求項１４記載の方法。
21. さらに、前記選択箇所における前記外表面上へのビーム衝撃の範囲を制限するために、前記エキシマレーザービームの導入時には、該エキシマレーザービームのソース（４６、６６、８４）と前記選択箇所との間に、マスク（５４）を介装することを特徴とする請求項１４記載の方法。
22. 前記エキシマレーザービームの導入に際しては、
    前記膨張バルーンを、膨張状態で、長さ方向に長尺の心棒（４０、８２）に支持し、
    前記膨張バルーンおよび前記エキシマレーザービームを、前記心棒の軸と実質的に同じ軸回りに、互いに相対的に回転移動させ、
    前記膨張バルーンおよび前記ビームを、前記軸に関して、長さ方向にかつ径方向に、互いに相対的に並進移動させる、
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
23. 前記エキシマレーザービームの導入に際しては、
    前記膨張バルーンを真空引きして、実質的に平坦な状態に、前記バルーンを維持し、
    実質的に平坦な状態とされた前記膨張バルーンの主平面に対して実質的に垂直に、前記エキシマレーザービームを配向させ、
    前記ビームおよび前記膨張バルーンを、互いに垂直な関係を維持しつつ、前記主平面に対して平行に、互いに相対的に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。

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