JP2014506148A - 外科用器具 - Google Patents

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Abstract

超音波作動可能な外科用ブレード(10)は、金属ブレード(14)と、ブレードと一体化された弾性の生体適合性高分子コーティング(16)と、を含む。金属ブレードは、通常、チタン又はチタン合金からなる。高分子コーティングは、フルオロポリマー樹脂を含み、かつ50D〜60Dのショア硬度と、約20EC.〜約200EC.の範囲内の温度において少なくとも約250パーセントの破断点伸びとを有する。場合により、コーティング中に酸化アルミニウム粉末を分散させることができる。

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2010年12月10日付で出願された米国特許仮出願第61/421,767号の優先利益を主張する。
(発明の分野)
本発明は、超音波外科用器具に関する。
メス等の超音波器具は、組織の切断及び凝固に使用される。超音波作動可能なブレードが設けられている外科用メスの場合、ブレードは、通常、チタンから形成され、約55,000ヘルツ(Hz)〜約56,000Hzの範囲内の周波数、及び約70〜80マイクロメートルの変位で振動される。ブレードの作動温度は、約10EC.〜約425EC.の範囲内であり得る。使用中、組織はブレードに粘着する傾向がある。また組織の炭化、特に比較的高い作動温度での組織の炭化にも遭遇する。
超音波外科用器具を使用しているときの組織の粘着及び炭化を最小限にすることが望ましい。本発明は、これらの要求を満たすものである。
組織に対する粘着を実質的に最小限にし、切開部の側部における焼痂形成を低減する、超音波作動可能なブレードを提供する。
これらの特徴は、超音波作動可能なブレードの作業表面と一体化された弾性の生体適合性コーティングにより達成される。コーティングは、最低−22EC.から最高60EC.の温度及び推移、並びに450EC.までの作動温度に耐える。本発明を具体化する被覆ブレードは、エチレンオキシド滅菌、並びにe−ビーム及びγ滅菌に耐える。
本発明を具体化する外科用メスは、前述したコーティングを支持する金属基材を有する超音波作動可能なブレードを含み、前記コーティングは、基材と一体化され、したがってブレードと一体化されている。コーティングは、約0.0013〜約0.0064cm(約0.0005〜約0.0025インチ)の厚さを有し、約50D〜約60Dの範囲内のショア硬度値と、約20EC〜約200ECの範囲内の温度において少なくとも約250パーセントの破断点伸びとを有し、フルオロポリマー樹脂、好ましくはフッ素化エチレンプロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドの融合アマルガムである樹脂から構成される。コーティングは更に、コーティング中に分散された酸化アルミニウム粉末を含んでもよい。
コーティングは、約0.00038〜0.00064mm(約15〜約25マイクロインチ)の範囲内の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する表面を有するブレードにスプレーコーティングすることにより、超音波作動可能なブレードに適用されてもよい。スプレーコーティングのために、前述したコーティングの高分子構成成分を非水性溶媒に溶解して、酸化アルミニウム粉末が懸濁された又はされていない、約1000センチポアズ〜約1500センチポアズの範囲内の粘度を有するスプレー可能な組成物を提供する。酸化アルミニウムが存在しない場合、スプレー可能な組成物の粘度は、好ましくは約1000〜約1200センチポアズである。酸化アルミニウムがスプレー可能な組成物中に存在する場合、スプレー可能な組成物の粘度は、好ましくは約1200〜約1400センチポアズである。イソプロピルアルコール等の非水性溶媒を使用して、粘度を調整してもよい。スプレー可能な組成物は、最終的なコーティングの所望の厚さの約2倍の厚さまで基材上に堆積され、周囲温度で乾燥され、次いで少なくとも約150EC.の温度で約20分間乾燥される。乾燥後、乾燥されたコーティングを330EC.〜約360EC.、好ましくは約345EC.で約10〜約45分間、好ましくは約15分間加熱して、アマルガムを形成する。
本発明の新規特徴は、特に添付の特許請求の範囲に記載される。しかしながら、組織及び操作方法に関して、本発明自体は、添付図面とともに、以下の説明を参照することにより最良に理解され得る。
弾性の生体適合性コーティングが被覆されている超音波作動可能なブレードが提供された、本発明を具体化する外科用メスの部分斜視図。
図1を参照すると、外科用メス10には超音波作動可能なブレード又は超音波エンドエフェクタ14が結合された超音波伝達導波管12が設けられている。弾性の生体適合性コーティング16は、ブレード14を覆い、通常、チタン又はチタン合金で形成されたブレード14と一体化されている。被覆ブレードは、約50D〜約60Dの範囲内のショア硬度(ASTM D2240)値を有する。
コーティング16は、約0.00038〜約0.00064mm(約15〜約25マイクロインチ)の範囲内の、好ましくは約0.00051mm(約20マイクロインチ)の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有するブレード14の表面上を覆い、この二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値は、約0.00041〜約0.00046mm(約16〜約18マイクロインチ)の算術平均表面粗さと同等である。必要であれば、ブレード14の表面は、スプレーコーティングに先だって、圧縮空気と、酸化アルミニウム、重炭酸ナトリウム、炭化ケイ素、破砕ガラス等の研磨粉末とを使用したマイクロ吹付け加工により粗くされてもよく、又は、スプレーコーティングに先だって、任意の他の都合のよい方法でブレード表面に所望の粗さ特性を付与してもよい。
研磨粉末がブレード表面を粗くするのに使用される場合、研磨粉末は、好ましくは約30〜約75マイクロメートルの範囲内の、より好ましくは約50マイクロメートルの粒径を有してもよい。
マイクロ吹付け加工後、スプレーコーティングに先だって、かように処理した表面上の遊離材料を高圧水スプレーにより、又は任意の他の都合のよい方法で除去してもよい。
スプレー可能なコーティング組成物用の溶媒には、ナフサ、メチルイソブチルアルコール、n−ブチルアルコール、メチルピロリドン、及びこれらの混合物等の非水性溶媒が挙げられる。周囲温度で乾燥することにより溶媒が被覆ブレードから容易に除去できるように、周囲温度で比較的高い蒸気圧を有する非水性溶媒が選択される。
本コーティングの重要な物理的特性は、破断点伸びである。本コーティングは、約20EC.〜約200EC.の範囲の温度にわたって、少なくとも250パーセントの破断点伸びを有し、好ましくは前記の温度範囲で約280パーセント〜約350パーセントの伸長を有する。この伸長により、超音波振動に付された際、接着されたコーティングがブレードと共に、同時に撓むことが可能となる。
本発明を具体化するコーティングの典型的な物理的特性を、下記の表Iに示す。
Figure 2014506148
本発明を実施する際の使用に好適なフルオロポリマー樹脂には、テフロン(登録商標)PTFE等のポリテトラフルオロエチレン樹脂、テフロン(登録商標)FEP等のフッ素化エチレンプロピレンコポリマー樹脂、及びテフロン(登録商標)PFA等のポリフルオロアルコキシ樹脂が挙げられる。フッ素化エチレンプロピレン樹脂、メラミン樹脂、及びポリアミドイミドポリマーを含有するテフロン(登録商標)Sフルオロポリマー樹脂No.959−203が本発明の目的に特に好ましい。この特定の樹脂は、メチルイソブチルケトン、ホルムアルデヒド、n−ブチルアルコール、メチルピロリドン及びVM&P Naphthaを含む非水性溶媒混合物中の溶液として、E.I.DuPont de Nemours Co.,Fluoroproducts,Wilmington,DE 19890から市販されている。フッ素化エチレンプロピレン(FEP)とポリアミドイミドは、好ましくは約2:3のそれぞれの容積比にてフルオロポリマー中に存在する。加熱後、高分子構成成分は、アマルガムを形成する。
弾性コーティング中の酸化アルミニウム粉末は、任意である。フルオロポリマー樹脂中の酸化アルミニウム粉末は、コーティング厚さが約0.0020cm(約0.0008インチ)を超える場合、望ましい。酸化アルミニウム粉末は、コーティング全体に実質的に均一に分散されてもよく、又は、コーティング中の酸化アルミニウム粉末の濃度は、その厚さに沿って変動してもよく、比較的高い粉末濃度は、ブレードの表面により近い。
弾性コーティング中に存在する酸化アルミニウム粒子はまた、酸化アルミニウム粉末を殆ど又は全く含まない上部コーティング層の接着を増大させるように機能する固定点を提供する。
本発明を具体化する弾性コーティングは、2つ以上の層から構成されてもよく、チタンブレードの表面と連続するコーティング層は、コーティングの中間層又は上部層と比較して高い濃度の酸化アルミニウムを有する。このように、所望であれば、最終的なアマルガム形成に先だって、多数回のスプレー及び乾燥サイクルによって、酸化アルミニウム粉末の濃度勾配を弾性コーティング中に提供することができる。
好ましい一実施形態は、酸化アルミニウム粉末を含む基部層と、酸化アルミニウム粉末を含まない、基部層上の上部相とを有する弾性コーティングが提供された超音波作動可能なブレードを含む。
FEPとポリアミドイミドとの相対的な量を変更して、コーティングの特性を調整してもよい。所望であれば、FEPの相対的な量を増大させることにより、潤滑性の向上が提供される一方、FEPの量を低下させることにより、ブレードに対するコーティングの接着が向上される。
酸化アルミニウム粉末は、約0.5マイクロメートル〜約5マイクロメートルの範囲内の、好ましくは約1マイクロメートルの平均粒径を有してもよい。
コーティング組成物中に存在する酸化アルミニウム粉末の量は、好ましくは、スプレー可能な組成物の固体の約0.1〜約5重量パーセントの範囲内にある。
実質的に均一に分散されたアルミニウム粉末を有するスプレー可能な組成物は、約1200センチポアズ〜約1400センチポアズの範囲内の粘度を有する。スプレーコーティングプロセス中、ブレードは、所望の最終的なコーティング厚さの約2倍の厚さを有する層を被覆される。次いで、この層を周囲温度で約15分間風乾して、幾分かの溶媒を除去した後、少なくとも150EC.の温度で少なくとも約20分間乾燥して、残りの溶媒を除去する。これらのプロセス工程は、所望であれば反復されて、比較的厚いコーティングを提供し、又は最終的なコーティング中での酸化アルミニウムの分布を調整してもよい。アマルガムを形成するために、乾燥したコーティングを約330EC.〜約360EC.、好ましくは約345EC.で約10〜約45分間、好ましくは約15分間の間、加熱する。約330EC.を下回る加熱温度は、アマルガム化にとって低すぎる。約360EC.を上回る加熱温度は、望ましくない脆性のコーティングを生じる。
所望であれば、耐摩耗性の向上、伝熱の調節、導電率の調節等を達成するために、微粒子材料をコーティング中に導入してもよい。例えば、イットリウム粉末をスプレー可能な組成物に添加して、最終的なコーティングの耐摩耗性を向上させ、また断熱を向上させることができる。同様に、タングステン粉末をスプレー可能な組成物に添加して、伝熱を向上させることができる。
本発明を以下の実施例により説明する。
実施例1:被覆された超音波作動可能なブレードの製造
チタンから形成された従来の超音波作動可能なブレードを、約10マイクロメートルの平均粒径を有する酸化アルミニウムを用いて約0.48〜0.55MPa(約70〜80psig)の空気圧でマイクロブラストして、約0.00051mm(約20マイクロインチ)のRMS表面粗さを得る。次いで、ブレードを高圧水スプレーにより約1.72MPa(約250psig)の水圧で濯ぐ。
酸化アルミニウム粉末(1マイクロメートル平均粒径;約3重量パーセント)を撹拌しながらフルオロポリマー樹脂(DuPont No.906−203)に添加して、実質的に均一に分散された酸化アルミニウム粉末と、約1400センチポアズの粘度とを有する組成物を生成することにより、スプレー可能なコーティング組成物を調製する。次いで、このスプレー可能な組成物を、自動スプレーガン(Spraying Systems Type 1/8VAU−SS及びB1/8VAU−SS Variable Spray Autojet Automatic Air Atomizing針、サイズ0.086cm(0.0340”))を用いて、ブレードに適用する。およそのノズルサイズは、0.087cm(0.0342”)であり、およそのエアキャップサイズは、0.318cm(0.125”)である。コーティング組成物を0.21MPa(30psig)で霧化し、約0.02MPa(2.7psig)で適用する。ファンパターンを約0.22MPa(32psig)に調整する。
スプレーコーティング中、ブレードを約395回転/分(RPM)の速度にてスプレーパターン内で回転させる。
厚さ約0.0127cm(0.005”)の層がブレード上に堆積するまで、スプレー適用を継続する。次いで、ブレードを約15分間風乾し、その後、約150EC.で約20分間加熱して、残りの溶媒を除去する。その後、乾燥コーティングを345EC.で約15分間加熱し、周囲温度に冷却する。
前述した方法で生成された被覆ブレードは、ブレードの両側に、厚さ約0.00318cm(0.00125”)のコーティングを有する。コーティングは、55Dのショア硬度を有する。使用中、被覆ブレードは、有意に低い組織粘着及び焼痂蓄積を有する。
前述した考察及び実施例は例示であり、限定するものと解釈するべきではない。本発明の趣旨及び範囲内で更なる他の変形が可能であり、それらは容易に当業者に提示されるであろう。
〔実施の態様〕
(1) 超音波作動可能なブレードと、前記ブレードと一体化され、かつブレード−コーティング界面を画定する弾性の生体適合性高分子コーティングとを含む外科用メスであって、
前記コーティングが、約0.00127〜約0.00635cm(約0.0005インチ〜約0.0025インチ)の範囲内の厚さと、約50D〜約60Dの範囲内のショア硬度値と、約20EC.〜約200EC.の範囲内の温度において少なくとも約250パーセントの破断点伸びとを有し、かつフルオロポリマー樹脂を含む、外科用メス。
(2) 前記コーティングが、前記コーティング中に分散された酸化アルミニウム粉末を含む、実施態様1に記載の外科用メス。
(3) 前記酸化アルミニウム粉末が、前記コーティングの重量に基づいて、約0.1重量パーセント〜約5重量パーセントの範囲内の量で存在する、実施態様1に記載の外科用メス。
(4) 前記酸化アルミニウム粉末が、約0.5〜約5マイクロメートルの範囲内の平均粒径を有する、実施態様1に記載の外科用メス。
(5) 前記酸化アルミニウム粉末が、約1マイクロメートルの平均粒径を有する、実施態様1に記載の外科用メス。
(6) 前記ブレードがチタンを含み、前記ブレード−コーティング界面において約0.00038〜約0.00064mm(約15〜約25マイクロインチ)の範囲内の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する、実施態様1に記載の外科用メス。
(7) 前記ブレードがチタンを含み、前記ブレード−コーティング界面において約0.00051mm(約20マイクロインチ)の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する、実施態様1に記載の外科用メス。
(8) 前記ブレードがチタンを含み、前記ブレードの表面の前記表面粗さの算術平均が、約0.00041〜約0.00046mm(約16〜約18マイクロインチ)の範囲内にある、実施態様1に記載の外科用メス。
(9) 前記フルオロポリマー樹脂が、フッ素化エチレン−プロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドを含有し、前記フッ素化エチレン−プロピレンと前記ポリアミドイミドが、約2:3のそれぞれの容積比にて前記コーティング中に存在する、実施態様1に記載の外科用メス。
(10) 前記ブレードが、約55Dのショア硬度値を有する、実施態様1に記載の外科用メス。
(11) 前記酸化アルミニウム粉末が、前記コーティング中に実質的に均一に分布されている、実施態様2に記載の外科用メス。
(12) 前記コーティング中の前記酸化アルミニウム粉末の濃度が、前記ブレード−コーティング界面の付近で比較的高くなる、実施態様2に記載の外科用メス。
(13) 前記フルオロポリマー樹脂が、フッ素化エチレンプロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドの融合アマルガムである、実施態様1に記載の外科用メス。
(14) 前記フルオロポリマー樹脂が、フッ素化エチレンプロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドの融合アマルガムであり、かつ酸化アルミニウム粉末を含む、実施態様1に記載の外科用メス。
(15) 前記酸化アルミニウム粉末が、前記アマルガム中に実質的に均一に分布されている、実施態様14に記載の外科用メス。
(16) 前記酸化アルミニウム粉末が、前記ブレード−コーティング界面において比較的高い濃度で存在する、実施態様14に記載の外科用メス。
(17) 超音波作動可能な外科用ブレードに、弾性の生体適合性高分子コーティングを適用する方法であって、
フルオロポリマーの非水性溶媒中の溶液を酸化アルミニウム粉末と混合して、前記溶液中の前記酸化アルミニウム粉末の実質的に均一な分散物を獲得し、約1000センチポアズ〜約1400センチポアズの範囲内の粘度を有する懸濁液を提供する工程と、
約0.00038〜約0.00064mm(約15〜約25マイクロインチ)の範囲内の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する前記ブレードに前記懸濁液をスプレーコーティングして、少なくとも約0.013cm(約0.005インチ)の厚さを有する実質的に均一な堆積物を前記ブレード上に提供する工程と、
周囲温度にて蒸発させることにより前記堆積物から前記溶媒を除去した後、前記堆積物を約150EC.の温度で少なくとも約20分間加熱して、前記ブレード上に乾燥した堆積物を生成する工程と、
その後、前記乾燥した堆積物を約330EC.〜約360EC.で約10〜約45分間加熱する工程と、を含む、方法。
(18) 前記スプレーコーティング工程に先だって、前記ブレードが、約50マイクロメートルの平均粒径を有する酸化アルミニウム粉末を用いて約0.48MPa(約70ポンド/平方インチ)ゲージでマイクロブラストされる、実施態様17に記載の方法。

Claims (18)

  1. 超音波作動可能なブレードと、前記ブレードと一体化され、かつブレード−コーティング界面を画定する弾性の生体適合性高分子コーティングとを含む外科用メスであって、
    前記コーティングが、約0.00127〜約0.00635cm(約0.0005インチ〜約0.0025インチ)の範囲内の厚さと、約50D〜約60Dの範囲内のショア硬度値と、約20EC.〜約200EC.の範囲内の温度において少なくとも約250パーセントの破断点伸びとを有し、かつフルオロポリマー樹脂を含む、外科用メス。
  2. 前記コーティングが、前記コーティング中に分散された酸化アルミニウム粉末を含む、請求項1に記載の外科用メス。
  3. 前記酸化アルミニウム粉末が、前記コーティングの重量に基づいて、約0.1重量パーセント〜約5重量パーセントの範囲内の量で存在する、請求項1に記載の外科用メス。
  4. 前記酸化アルミニウム粉末が、約0.5〜約5マイクロメートルの範囲内の平均粒径を有する、請求項1に記載の外科用メス。
  5. 前記酸化アルミニウム粉末が、約1マイクロメートルの平均粒径を有する、請求項1に記載の外科用メス。
  6. 前記ブレードがチタンを含み、前記ブレード−コーティング界面において約0.00038〜約0.00064mm(約15〜約25マイクロインチ)の範囲内の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する、請求項1に記載の外科用メス。
  7. 前記ブレードがチタンを含み、前記ブレード−コーティング界面において約0.00051mm(約20マイクロインチ)の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する、請求項1に記載の外科用メス。
  8. 前記ブレードがチタンを含み、前記ブレードの表面の前記表面粗さの算術平均が、約0.00041〜約0.00046mm(約16〜約18マイクロインチ)の範囲内にある、請求項1に記載の外科用メス。
  9. 前記フルオロポリマー樹脂が、フッ素化エチレン−プロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドを含有し、前記フッ素化エチレン−プロピレンと前記ポリアミドイミドが、約2:3のそれぞれの容積比にて前記コーティング中に存在する、請求項1に記載の外科用メス。
  10. 前記ブレードが、約55Dのショア硬度値を有する、請求項1に記載の外科用メス。
  11. 前記酸化アルミニウム粉末が、前記コーティング中に実質的に均一に分布されている、請求項2に記載の外科用メス。
  12. 前記コーティング中の前記酸化アルミニウム粉末の濃度が、前記ブレード−コーティング界面の付近で比較的高くなる、請求項2に記載の外科用メス。
  13. 前記フルオロポリマー樹脂が、フッ素化エチレンプロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドの融合アマルガムである、請求項1に記載の外科用メス。
  14. 前記フルオロポリマー樹脂が、フッ素化エチレンプロピレン、メラミン樹脂及びポリアミドイミドの融合アマルガムであり、かつ酸化アルミニウム粉末を含む、請求項1に記載の外科用メス。
  15. 前記酸化アルミニウム粉末が、前記アマルガム中に実質的に均一に分布されている、請求項14に記載の外科用メス。
  16. 前記酸化アルミニウム粉末が、前記ブレード−コーティング界面において比較的高い濃度で存在する、請求項14に記載の外科用メス。
  17. 超音波作動可能な外科用ブレードに、弾性の生体適合性高分子コーティングを適用する方法であって、
    フルオロポリマーの非水性溶媒中の溶液を酸化アルミニウム粉末と混合して、前記溶液中の前記酸化アルミニウム粉末の実質的に均一な分散物を獲得し、約1000センチポアズ〜約1400センチポアズの範囲内の粘度を有する懸濁液を提供する工程と、
    約0.00038〜約0.00064mm(約15〜約25マイクロインチ)の範囲内の二乗平均平方根(RMS)表面粗さ値を有する前記ブレードに前記懸濁液をスプレーコーティングして、少なくとも約0.013cm(約0.005インチ)の厚さを有する実質的に均一な堆積物を前記ブレード上に提供する工程と、
    周囲温度にて蒸発させることにより前記堆積物から前記溶媒を除去した後、前記堆積物を約150EC.の温度で少なくとも約20分間加熱して、前記ブレード上に乾燥した堆積物を生成する工程と、
    その後、前記乾燥した堆積物を約330EC.〜約360EC.で約10〜約45分間加熱する工程と、を含む、方法。
  18. 前記スプレーコーティング工程に先だって、前記ブレードが、約50マイクロメートルの平均粒径を有する酸化アルミニウム粉末を用いて約0.48MPa(約70ポンド/平方インチ)ゲージでマイクロブラストされる、請求項17に記載の方法。
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