JP2021058717A - ワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法を提供する。【解決手段】フックノード又はクロスノードが存在する半径断面をノード半径断面と定義し、頂角にフックノードが配置される原形n角形を定義するとき、前記原形n角形は前記ノード半径断面に内接し、(a)前記原形n角形を選択する段階を含み、(b)前記ノード半径断面の中心を基準にそれぞれの前記ノード半径断面は、隣り合う前記ノード半径断面に対して所定の回転方向に所定の回転角だけ回転させる段階、(c)前記ノード半径断面のうち、特定ノード半径断面を省略する段階、及び(d)2個以上の前記原形n角形、2個以上の前記所定の回転方向、2個以上の前記所定の回転角、又は2個以上の前記特定ノード半径断面を組み合わせる段階、で構成された群から少なくとも一つを含む、ワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。【選択図】図43

Description

本発明は、圧搾後ステント径を算出する方法、ワイヤー編みステントの製造方法、及びその多変形性構造パターニング方法に関し、特に、数式1で定義される最外郭境界線半径を有し、フック(hook)及びクロス(cross)の組合せで構成されるワイヤー編みステント(wire−mesh stent)、ワイヤー編みステントの製造方法、及びワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法に関する。
人体内腔(lumen)を保持する目的で体内に挿入される円筒形の医療器具であるステント(stent)(図1)は、適用される人体器官によって区別してもよいが、より広義的な分類として、材料の種類や形状によって、大きく、プラスチックステント、チューブステント、ワイヤーステントに区別してもよい(図2)。
特に、ステントは、最小侵襲(minimal invasive)医療概念に基づく仲裁的医療手術(interventional medical operation)現場に適用される医療機器であることから、ステント単独では直接に適用できず、必ず目的部位にまでステントを移送(移動)する伝達機構(delivery device)と共に使用しなければならない(図3)。そのため、ステント自体の性能に加えて、伝達機構に装着しやすい装着性を考慮したステント構造が非常に重要である。
特に、伝達機構は人体内に挿入されて人体内腔を通るべき特性の上、患者の痛みの最小化と医療陣の施術の便宜のために、より細い(thin)、すなわち直径(diameter)がより小さいものが要求されており、伝達機構への装着性を考慮したステント構造の開発は、将来、ステント分野、特にワイヤーステント分野では主眼点の一つになるであろう。
ステントの挿入機構への装着性は、ステントの装着方式を理解すればより分かりやすい。現在一般的に使用されている方式は、ステントを圧搾して伝達機構内に押し入れる(押し込み式)(push type)、又は逆に引っ張る(引っ張り式)(pull type)ことによって装着(loading)している(図4)。
したがって、容易に装着するには、ステントを半径方向に圧搾(圧縮)したとき、圧搾体積(compressed volume)が小さいほど、直径のより小さい(細い)伝達機構に装着可能になる。
これはステントの技術的性能要素であり、圧縮率(compression rate)と定義できる。すなわち、ステントがどれだけ多く圧縮(圧搾)されるかを意味するので、圧縮率が高いほどより小さい(細い)伝達機構への装着が可能であるといえよう。
直径が小さい伝達機構の装着性と関連付けられる圧縮率を考慮するためには、ワイヤーステントを編む際に発生する形状的構造を微視的に分析し、基本的に十分に安定した圧搾構造(compressed structure)を有し得るようにアプローチすることが必要である。
また、その他適用されるステントの特性によって、要求される性能をカスタマイズ(customizing)できる様々な構造変形性を有するステント構造の形成又は構造パ
ターニング方法が必要であり、本技術の考案に取り組んだ。
一方、従来技術は以下の問題点があった。第1に、特定の1つの構造と該構造を編む(製造する)方法について記述(説明)している。第2に、編む(製造する)方法の主要な特徴に対する技術的な説明無しに、編む順序(製造方法)を中心に記述(説明)している。第3に、製造方法の説明が非常に理解し難く、変形構造(パターン)に対する応用可能性が非常に制限的である。第4に、巨視的観点(macroscopic point of view)でステント自体だけのある特定の機能の具現に偏重しており、ステントが装着されて目的部位にまで移動させてくれる伝達機構と関連した装着性(loadability,loading accessibility)を検討するための微視的観点(microscopic point of view)での分析的アプローチに乏しい。
一方、ワイヤー編みステントの構造形成は、微視的に見れば、レーザー加工などで単一層パターンを形成するチューブ型ステントとは違い、複合層構造のパターンを有する。
チューブ型ステント構造の核心は、ストラット(strut)とセル(cell)の形態及び配置にある。ストラットは、構造をなす骨組み/軸(frame)の役割を担い、ストラットの連結形態によってセルの状態(開又は閉)(open or closed)が決定される構造を有する(図5)。
また、ストラットとセルで構成されるチューブ型ステントの構造は、円筒形チューブの断面がステントを構成する基本層(厚さ)となり、全てのパターンが単一断面上で様々なストラットとセルからなるので、単一層(single layer)を持つステントといえる(図6)。
しかし、ワイヤー編みステントは、ワイヤーを互いに交差又は折り曲げて特定構造(形状又はパターン)を形成するので、フックとクロスという単純で基本的な構造単位が構成される。フックは、2本のワイヤーが互いに交差して編まれる際に形成される構造的形態であり、クロスはワイヤーが互いに交差して通る際に形成される構造的形態である(図7)。
このようなワイヤー編みの構造的形態によって、ワイヤー編みステントは、単一層ではなく複合層(multi layer)を有する構造といえる。複合層が形成されることから、伝達機構に円滑に装着するためには微視的観点で構造を調べてみる必要がある。
フックとクロスという基本的な形態は非常に単純であるが、フックとクロスの様々な配置形態によって様々な機械的性能を有するワイヤー編みステントの構造(パターン)が形成される。
ワイヤー編みステントは、手作業(manual labor)又は機械作業(machinery work)で編んで特定構造(形状)が形成される。機械作業の場合、折り曲げなどの作業が難しいため、織る形態で編み、クロスだけで構成されたステント構造が形成される。このような形態のステントの代表に、ウォール(wall)ステント(U.S.Pat.No.4,655,771)がある(図8)。
手作業によってフックだけで構成されたステント構造もあるが、その代表は図9の通りである(韓国特許第267019号)。
フックとクロスという基本的な形態は非常に単純であるが、フックとクロスの様々な配
置形態によって様々な機械的性能を有するワイヤー編みステントの構造(パターン)が形成される。
したがって、ワイヤー編みステント構造の核心は、フックとクロスの配置形態(deployed pattern of hook and cross;以下、“構造パターン(structure pattern)”という。)にあるといえ、構造パターンによってステントの性能は異なる。
簡単に上記2つのステントを説明すると、クロスだけで構成されたステントは、製造の容易性と伝達機構への装着性は良いが、短縮性(shortening)、軸力(axial force)及び移動防止(anti−migration)性能(特性)は乏しいという特性を有する。
参考として、短縮性は、元来直径の大きいステントを圧搾(圧縮)して直径の小さい伝達機構に装着した時、ステントの元来の長さよりも長くなって装着されるため、手術が施される医療現場で目的部位に正確に装着することが困難であるので、短縮性は小さいほうが有利である。
また、軸力は、ステントの軸方向に伸びる(stretch out to axial)力を意味し、軸力が大きいとステントが直線状を(straight)維持しようとする傾向が強い。消化器管に装着した時に腸器官(intestine)を強制的に直線状に伸ばして痛みをもたらすので、軸力は小さいほど有利である。
そして、移動防止性能は、腸運動によって、装着されたステントが装着された目的部位外に移動することを防止する性能をいう。移動防止性能は高いほど有利であろう。
フックだけで構成されたステントは、短縮性、軸力及び移動防止性能では、クロスだけで構成されたステントと比べて優れるが、フックによる体積増加と、特に提示された製造方法の問題点から発生するねじれ線(twisted line)の生成(図10)によって更なる体積増加が発生するので、伝達機構への装着性において大きな問題点がある。そのため、クロススだけで構成されたステントよりも大きい口径(直径)の伝達機構を使用しなければならないが、大きくなった口径による柔軟性の低下により、人体内に投入(挿入)する時や腸管内を移動させる時に曲げにくく、患者と施術者の双方にとって問題である。
他にも、食道、大腸などの腸管の長期間の連動運動によるステントの疲労破壊現象も、クロス構造に比べて脆弱であるという短所がある。
上記の例から分かるように、フック又はクロスだけで構成されたステントは、ワイヤー編みステントの極端な長短所を有するので、上記のような単一構造だけで構成するよりは、基本的に安定した伝達機構装着性を確保できる、フックとクロスの適正な組合せをした形態が、ワイヤー編みステント構造ではより有効であるといえよう。
また、食道上部(upper esophagus)、食道下部(lower esophagus)、十二指腸(duodenum)、胆道(biliary)、肝胆道(hephatobiliary)、すい臓(pancreas)、上行結腸(ascending colon)、横行結腸(transverse colon)、下行結腸(descending colon)、S結腸(sigmoid colon)、直腸(rectum)などの器官は、各器官固有の腸構造、機能及び運動特性を有するので、各器官に適したステント構造を形成するには、構造変形性が制限された単一構造ではなく様々
な変形が適用可能なワイヤー編みステントの構造パターニング方法が必要であろう。
本明細書全体を通じて、多数の論文及び特許文献が参照され、その引用を示している。引用された論文及び特許文献の開示内容はその全体が本明細書に組み入まれ、本発明の属する技術分野におけるレベル及び本発明の内容がより明確に説明されよう。
米国特許第4,655,771号公報 韓国特許第267019号公報
本発明者らは、ステント自体の性能と共に、伝達機構に容易に装着され得る装着性を考慮したステントの構造を形成する方法を開発しようと努力した。その結果、ステントシステムの主要な構成要素であるステント(stent)と伝達機構(delivery device)を分離するのではなく統合する観点で、特に、現実的に必要とされる、伝達機構に適用可能な装着性(loadability)を確保するために、ワイヤー編みステントの基本構造形態を微視的分析及び定量化して圧縮率(又は圧縮比)(compression ratio;rcomp)で定義されたワイヤー編みステント(wire−mesh stent)を製造し、その具現方法(製造方法)の説明及び理解を容易化する記号表記式(symbolic expression)を用いてワイヤー編みステント構造パターンの説明と構造変形が容易に可能となる方法を開発し、ワイヤー編みステントの機能、性能及び具現方法(製造方法)を多角化できるワイヤー編みステントの基本要素であるフック(hook)とクロス(cross)に対する様々な技術的な具現形態を開発し、且つ特定の単一のステント構造ではなく、要求される特定性能を具現するために様々な応用構造変更が可能な多変形性構造パターン形成方法を開発し、本発明の完成に至った。
したがって、本発明の目的は、数式1で定義される最外郭境界線半径を有し、フック及びクロスの組合せで構成されるワイヤー編みステントを提供することにある。
本発明の他の目的は、上述した本発明のワイヤー編みステントの製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、上述した本発明のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法を提供することにある。
本発明の他の目的及び利点は、下記の発明の詳細な説明、特許請求の範囲及び図面からさらに明らかになるであろう。
本発明の一態様によれば、本発明は、次の数式1で定義される圧縮率(又は圧縮比)(compression retio;rcomp)を有し、フック及びクロスの組合せで構成されるワイヤー編みステントを提供する。
Figure 2021058717
前記数式1において、Dstentは圧搾前ステント直径(diameter of stent before compression)を表し、Dobは圧搾後ステント直径(diameter of stent after compression)を表し、Dob=2Robであり、Robは最外郭境界線半径(radius of outmost boundary)を表す。
本発明の一具現例(一実施形態)によれば、前記最外郭境界線半径Robは、次の数式2で定義される。
Figure 2021058717
前記数式2において、Rtbは、最外郭境界線内接円半径を表し、下記の数式3で定義され、Nxoは、最外郭境界線に接する仮想フックノード個数(number of virtual hook node tangential on the outmost boundary)を表し、下記の数式4で定義される。
Figure 2021058717
Figure 2021058717
前記数式4において、Whookは、フックノード名目幅(nominal width of hook node)を表し、下記の数式4−1で定義される。
hook=Φ×SFwh
本発明の他の具現例によれば、前記数式4−1において、Φはワイヤー直径(diameter of wire)を表し、SFwhはフックノード幅尺度因子(width scale factor of hook node)を表し、3.3の値を有し、前記数式4において、Rtbは、最外郭境界線内接円半径を表し、次の数式5で定義され、前記最外郭境界線に接する仮想フックノード個数Nxoは、次の数式6の境界条件を満たす丸め近接整数(round to the nearest integer)である。
Figure 2021058717
Figure 2021058717
前記数式5において、Ribは最内郭境界線半径を表し、Hhookはフックノード名目高さ(nominal height of hook node)を表す。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記数式4において、前記最外郭境界線に接する仮想フックノード個数Nxoは(Rob−Rth)<<Hhookの場合、次の数式7の境界条件を満たす整数(integer)である。
Figure 2021058717
本発明のさらに他の具現例によれば、前記数式4において、前記最内郭境界線半径Ribは、次の数式8で定義され、フックノード名目高さHhookは、次の数式9で定義される。
Figure 2021058717
Figure 2021058717
前記数式8において、Nxiは、最内郭境界線に接する仮想フックノード個数を表し、前記数式9において、SFhhは、フックノード高さ尺度因子(height scale factor of hook node)を表し、3の値を有する。
より好ましくは、前記最内郭境界線に接する仮想フックノード個数Nxiは、次の数式10の境界条件を満たす最大丸め近接整数(the largest round to the nearest integer)である。
Figure 2021058717
さらに好ましくは、Wavgは、ステント断面当たりノード平均名目幅(average nominal width of node per section of stent)を表し、次の数式11で定義され、Nは、ステント断面当たり総ノード個数(total number of node per section of stent)を表し、数式12で定義され、Nは、ステント断面当たりフックノード個数(number of hook node per section)を表す。
Figure 2021058717
Figure 2021058717
前記数式12において、Nはステント断面当たりクロスノード個数を表す。
さらに好ましくは、Wtotalは、ステント断面当たりノードの総名目幅の和(sum total of nominal width of all node per section of stent)を表し、次の数式13で定義される。
Figure 2021058717
前記数式13において、Wcrossは、クロスノード名目幅(nominal width of cross node)を表し、数式14で定義され、SFwcは、クロスノード幅尺度因子(width scale factor of cross node)を表し、2の値を有する。
Figure 2021058717
本発明のさらに他の具現例によれば、前記数式1で定義される圧縮率を満たすフックの個数は、ステントの半径断面(radial section)当たり3〜8の整数個である。
本発明の他の具現例によれば、前記ステントは、金属、合成高分子及び天然高分子で構成された群から選ばれる材質からなる。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記金属は、ニッケル−チタン形状記憶合金(Ni−Ti shape memory alloy)、マルテンサイトニッケル−チタン形状記憶合金(martensitic Ni−Ti shape memory alloy)、ステンレス鋼(stainless steel)、タンタル(tantalum)、タングステン(W,tungsten)、金(Au,gold)、白金(platinum)、銀(Ag,silver)、ニッケル(nickel)、チタン(Ti,titanium)、クロム(Cr,chrome)、コバルト−クロム合金(Co−Cr,cobalt chrome alloy)、白金−クロム合金(Pt−Cr,platinum−chrome alloy)、白金−イリジウム合金(Pt−Ir,platinum−iridium alloy)及びマグネシウム合金(magnesium alloy)で構成された群から選ばれる。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記合成高分子は、分解性(degradable)、非分解性(non−degradable)高分子又はその組合せである。
より好ましくは、前記分解性高分子は、ポリ乳酸(poly(lactic acid))及びその共重合体(copolymers)、ポリグリコール酸(poly(glycolic acid))及びその共重合体、ポリヒドロキシブチレート(poly(hydroxy butyrate))、ポリe−カプロラクトン(poly(e−caprolactone))及びその共重合体、ポリアルキレンコハク酸(poly(alkylene succinates))、ポリ無水物(polyanhydrides)及びポリオルトエステル(poly(ortho esters))で構成された群から選ばれる。
より好ましくは、前記非分解性高分子は、ポリアミド(polyamides: nylons)、ポリシアノアクリレート(poly(cyano acrylates))、ポリホスファゼン(polyphosphazenes)、熱可塑性ポリウレタン(thermoplastic polyurethanes)、低密度ポリエチレン(polyethylene,low density)、ポリビニルアルコール(poly(vinyl alcohol))、ポリエチレンオキシド(poly(ethylene
oxide))、ポリヒドロキシメタクリレート(poly(hydroxyethyl methacrylate))、ポリメチルメタクリレート(poly(methyl methacrylate))、ポリテトラフルオロエチレン(poly(tetrafluoroethylene)、PTFE)、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane)、ポリエチレンオキシドプロピレンオキシドブロック重合体(poly(ethylene oxide−b−propylene oxide))、ポリビニルメチルエーテル(poly(vinyl methyl ether))、ポリN−アルキルアクリルアミド(poly(N−alkyl acrylamide))、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate)及びポリプロピレン(polypropylene)で構成された群から選ばれる。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記天然高分子は、コラーゲン(collagen)、アルブミン(albumin)、シルク蛋白質(silk protein)、ポリリシン(poly(L−lysine))、ポリグルタミン酸(poly(L−glutamic acid))、ポリアスパラギン酸(poly(aspartic acid))、ポリサッカライド(polysaccharides)及びその誘導体、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose)、硫酸セルロース (cellulose sulphate)、アガロース(agarose)、アルジネート(alginate)、カラギーナン(carrageenan)、ヒアルロン酸(hyaluronic acid)、ヘパリン(heparin)、グリコサミノグリカン(glycosaminoglycan)、デキストラン(dextran)及びその誘導体、並びにキトサン(chitosan)及びその誘導体で構成された群から選ばれる。
本発明の他の態様によれば、本発明は、次の段階を含むワイヤー編みステントの製造方法を提供する:(a)図35に表示されるように、水平ノード線及び垂直ノード線で交差形成された複数(多数)のノード(node)が(i,j)の座標値で表記された展開行列(planar matrix)を確認する段階;(b)図44に表示されるように、砂時計型移動及び放射型移動方式の中からワイヤー編み移動方式を選択する段階;(c)水平ノード線個数、垂直ノード線個数、ノード位置情報、ノード形状情報及び展開線情報を確認して開始ノード位置(S#(i,j))を選択する段階;(d)前記段階(c)の開始ノード位置(S#(i,j))から一つの基本移動方向(D.mv;basic direction of movement)を選択する段階;(e)前記段階(d)の基本移動方向(D.mv)に沿って隣接ノード(neighbor node)に移動する段階;、及び(f)前記段階(e)の隣接ノードで一つの基本移動方向(D.mv)を選択し、開始ノード位置(S#(i,j))を終結ノード位置(E#(i,j))として選択してワイヤー編みを終了する段階。
本発明の一具現例によれば、前記段階(d)の基本移動方向は、前記段階(b)の砂時計型移動方式を選択する場合、水平左(H,horizontal to left)、水平右(H,horizontal to right)、対角左上(DLU,diagonal to left up)、対角左下(DLD,diagonal to left down)、対角右上(DRU,diagonal to right up)及び対角右下(DRD,diagonal to right down)で構成される群から選ばれる。
本発明の他の具現例によれば、前記段階(d)の基本移動方向は、前記段階(b)の放射型移動方式を選択する場合、水平左(H,horizontal to left)、水平右(H,horizontal to right)、対角左上(DLU,diagonal to left up)、対角左下(DLD,diagonal to left down)、対角右上(DRU,diagonal to right up)、対角右下(DRD,diagonal to right down)、垂直上(V,vertical to up)及び垂直下(V,vertical to down)で構成された群から選ばれる。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記方法は、段階(e)後に、(e−1)前記段階(e)の隣接ノードから他の隣接ノードに、前記段階(d)の基本移動方向(D.mv)に沿って移動する過程を反復する段階をさらに含む。
本発明の他の具現例によれば、前記段階(e)の隣接ノードのノード形状は、表1、図45〜図51、及び図53で構成されたフック及びクロスから選択されるノードである。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記方法は、前記段階(f)後に、(g)製造表記式で表現し、展開網を確認する段階をさらに含む。
本発明の他の具現例によれば、前記方法は、図64Aのフローチャート(flow chart)にしたがって実施される。
本発明のさらに他の態様によれば、本発明は、次の段階を含むワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング(multi−alterable structural patterning)方法を提供する:(a)原形n角形(primitive n−gon)選択、回転角θrot選択、回転方向選択、辺(side)及び断層(section layer)当たりクロス個数選択、原形断層(primitive section layer)個数選択、省略(スキップ)(skip)をするか否かの選択、及び循環形態(loop type)選択で構成された選択群から少なくとも一つの選択をするパターニング政策(patterning policy)段階;(b)前記段階(a)の選択によって設計因子(変数値)を設定し、前記設計因子、圧縮率、対称性(symmetry)及び円形性(circularity)を確認する因子設計(parameter design)段階;(c)原形ノードパターン指数を決定し、原形展開行列式を構成し、バランス(両分)ノード線を設定し、技術的フック及びクロスを選択し、連結ノードパターンを構成し、展開行列を構成するパターニング構成(patterning configuration)段階;、及び(d)編み移動方式を選択し、製造表記式を構成し、原形展開網を構成する製造表現(fabrication expression)段階。
本発明の一具現例によれば、前記段階(a)の原形n角形は、正(regular)多角形又は非正(irregular)多角形であり、前記nは3〜8の整数のうち少なくとも一つの整数である。
本発明の他の具現例によれば、前記段階(a)の回転角θrotは、次の数式15で定義される範囲にあり、回転方向は時計回り方向(clockwise,cw、正方向)又は反時計回り方向(counterclockwise,ccw、逆方向)である。
0≦θrot<360゜
前記数式15において、原形n角形が正多角形である場合、θrotは、‖360/頂角(n)の個数‖の整数倍の回転角は除外される。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記段階(a)の原形断層個数は、回転角(θrot)が0゜である場合、選択した原形n角形(primitive n−gon)の数より大きいか等しい整数であり、回転角(θrot)>0゜の場合には、分割角数(number of angle division,Nang)よりは小さいか等しく、選択した原形n角形の数より大きいか等しい整数であり、前記分割角数は、次の数式16を満たす整数である。
ang=‖360°/rot
本発明の他の具現例によれば、前記段階(a)の省略をするか否かの選択は、飛ばし省略(missing skip)及び押し出し省略(pushing skip)から選択し、飛ばし省略の場合、省略前後の原形断層の個数と同一であるが、押し出し省略の場合、次の数式を満たす断層の個数を有する。
lay.after=Nlay.before+Nskip.push
前記数式17において、Nlay.afterは省略後の円形断層の個数、Nlay.beforeは省略前の原形断層の個数、Nskip.pushは押し出した断層の個数をそれぞれ表す。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記段階(a)の循環形態(loop type)は、開循環形態(open loop type)又は閉循環形態(close loop type)である。
本発明の他の具現例によれば、前記方法は、前記段階(a)後に、(a−1)組合せ(combination)を行うか否かの選択、又は突発(outburst)を行うか否かの選択を行う段階をさらに含む。
より好ましくは、前記段階(a−1)の組合せは、要素組合せ(parameter combination、因子組合せ)又はパターン組合せ(pattern combination)である。
より好ましくは、前記要素組合せは、回転角、回転方向、原形n角形及びクロスで構成された群から少なくとも一つを選択して組み合わせる。
より好ましくは、前記パターン組合せは、正パターン組合せ又は逆パターン組合せである。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記段階(b)の圧縮率は、次の数式1で定義される。
Figure 2021058717
前記数式1において、Dstentは、圧搾前ステント直径(diameter of stent before compression)を表し、Dobは、圧搾後ステント直径(diameter of stent after compression)を表し、Dob=2Robであり、Robは、最外郭境界線半径を表す。
本発明のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法において、圧縮率に関する内容は、上述した本発明のワイヤー編みステントに関する内容と重なるので、反復記載による明細書の過度な複雑性を避けるために、その記載を省略する。
本発明の他の具現例によれば、前記段階(b)の対称性(Qsymm)値は、次の数式18で定義される。
symm=1−(CVN.h.horiz+CVN.h.vert+CV△.h.horiz)/3
ここで、CVN.h.horiz=(SD/MV)N.h.horiz(数式19)であり、CVN.h.vert=(SD/MV)N.h.vert(数式20)であり、CV△.h.horiz=(SD/MV)△.h.horiz=Σ(CV△.h.horiz.i−thi,i=1to N.lay/Nlay(数式21)であり、△.h.horiz=NH−H.vert(数式22)である。CVは変動係数(coefficient of variation)であり、SDは標準偏差(standard deviation)であり、MVは平均値(mean value)であり、N.h.horizは水平ノード線当たりフック数(no.of hooks for horizontal node line)であり、N.h.vertは垂直ノード線当たりフック数(no.of hooks for vertical node line)であり、△.h.horizは水平ノード線当たりフック間の間隔(distance between neighbor hooks for horizontal node line)であり、△.h.horiz.i−thは垂直ノード線当たりフック間の間隔(distance between neighbor hooks per i−th horizontal node line)であり、N.lay(又はNlay)は省略ノード線(skip node line)を除外した4個以上の原形断層の個数(no.of primitive section layer applied)であり、NH−H.vertは水平ノード線当たりフック間垂直ノード線の個数(no.of vertical node line between neighbor hooks per horizontal node line)であり、垂直ノード線全体がヌルノード(null node)で構成された垂直ノード線は、変動計算から除外し、基準になる対称性Qsymm値は、0.5以上である。
対称性Qsymm値は、高いほど好ましく、最も好ましくは1である。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記数式22のNH−H.vertは、下記の数式23で定義される。
H−H.vert=θH−H/θdiv
ここで、θH−H=NH−H.vert×θdiv=NH−H.vert×Wn.line(数式24)であり、θH−Hは隣り合うフックとフックとの間の夾角(contained angle between neighbor hooks)を表し、θdivはノード間の分割角度(angle division)を表し、Wn.lineはノード線幅(node line width)を表す。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記段階(b)の円形性(Qcirc)は、次の数式25で定義される。
circ=Qcirc.simple×(1−CVavg
ここで、Qcirc.simple=n×sin(180゜/n)/π(数式26)であり、CVavg=(CV△h.radial+CVN.h.vert)/2(数式27)であり、CV.h.radial=(SD/MV)△.h.radial(数式28)であり、CVN.h.vert=(SD/MV)N.h.vert(数式29)であり、n=N.h.radial(又はNh.radial)(数式30)である。Qcirc.simpleは正n角形を仮定した単純円形性(simple circularity)を表し、CVavgは平均変動係数(average coefficient of variation)を表し、CVは変動係数(coefficient of variation)であり、SDは標準偏差(standard deviation)であり、MVは平均値(mean value)であり、nは正n角形の辺の数(no.of sides of regular n−gon(=total no.of hooks on the axial view))であり、N.h.radialは軸方向基準のフック数の和(total no.of hooks on the axial view)であり、△.h.radialは軸方向基準のフック間の間隔(perpendicular distance of neighbor hooks on the axial view)であり、N.h.vertは垂直ノード線当たりフック数(no.of hooks for vertical node line)であり、垂直ノード線全体がヌルノードで構成された垂直ノード線は、変動計算から除外し、基準となる円形性Qcirc値は、0.4以上である。円形性Qcirc値は、高いほど好ましいか、最も好ましくは1である。
本発明の他の具現例によれば、前記段階(c)の原形ノードパターン指数は、1以上の整数であり、より好ましくは1〜60の整数である。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記段階(c)の技術的フック及びクロスは、表1、図45〜図51、及び図53に示されたフック及びクロスから少なくとも一つが選択される。
本発明の他の具現例によれば、前記段階(d)の編み移動方式は、図44の砂時計型移動(sandglass type movement,6−way)又は放射型移動(radial movement,8−way)である。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記ワイヤー編みステントの多変形性構造は、図84C、図85C、図88C〜図91C、図92D、図93C、図94C、及び図95Dで構成された群から選ばれる構造を有する。
本発明の特徴及び利点を要約すれば以下の通りである。
(a)本発明は、数式1で定義される圧縮率(又は圧縮比)(rcomp)を有し、フック及びクロスの組合せで構成されるワイヤー編みステント及びその製造方法、並びにその多変形性構造パターニング方法を提供する。
(b)本発明は、ステントシステムの主要な構成要素であるステントと伝達機構を分離するのではなく統合する観点で、特に現実的に必要な事項である伝達機構に適用される際の装着性をまず考慮した。
(c)また、本発明は、実現可能な装着性を確保するために、ワイヤー編みステントの基本構造形態を微視的に分析及び定量化した。
(d)そして、本発明は、具現方法(製造方法)の説明及び理解がしやすい記号表記式を用いてワイヤー編みステント構造パターンの説明と構造変形を容易にした。
(e)一方、ワイヤー編みステントの機能、性能及び具現方法(製造方法)を多角化できるワイヤー編みステントの基本要素であるフックとクロスに対する様々な技術的な具現形態を開発した。
(f)そして、本発明は、特定の単一のステント構造ではなく、要求される特定性能を具現するために様々な応用構造の変更が可能な多変形性構造パターンを形成した。
人体内腔(lumen)を保持する目的で体内に挿入される円筒形医療器具であるステント(stent)を示す。 材料の種類や形状が相違するプラスチックステント、チューブステント、ワイヤーステントを示す。 目的部位にまでステントを移送(移動)する伝達機構(delivery device)を示す。 ステントの装着方式、すなわちステントを圧搾して伝達機構に押し入れる(押し込み式)(push type)又は逆に引っ張る(引っ張り式)(pull type)ことによって装着(loading)する過程を示す。 ストラット(strut)とセル(cell)の形態及び配置に基づくチューブ型ステントの構造を示す。 単一層(single layer)を有するチューブ型ステントを示す。 ワイヤー編みステントのフック(hook)とクロス(cross)を示す。 クロスだけで構成されたステントであるウォール(wall)ステント(U.S.Pat.No.4,655,771)を示す。 手作業によってフックだけで構成されたステント構造(韓国特許第267019号)を示す。 フックだけで構成されたステントに生成されたねじれ線(twisted line)を示す。 フック、クロス及びねじれ線を全て有するステントを3Dスキャニングしたイメージを示す。 3方向(上面−top、側面−side、断面−section)視におけるステントのフック、クロス及びねじれ線モデルを示す。 フック及びクロスに形成されたねじれ線を示す。 ステントの半径方向断面を基準に13個のフックだけで構成されたModel A、及び6個のフックと7個のクロスとが互いに一定の角で交差構成されたModel Bを示す断面図を示す。 図14のModel A及びBに対する相互干渉がない圧縮モデリングを概略的に示す。 フック−クロスノードモデルにおけるモデル的干渉(model interference)及び物理的干渉(physical interference)を示す。 本発明で述べたフック−クロスノードモデルを用いて圧縮率評価の重要な因子であるRob(radius of outmost boundary)の決定を示す。 正n角形の内接円半径(inradius)を求めることを示す。 フックノードの名目幅Whookを導入して同長の辺を有する正n角形を形成させ、フックノードの個数NxiからRibを求めることを示す。 xiに対する境界(範囲)条件を設定することを示す。 最外郭境界線半径Robを求めるに当たり、Robの外心(circumcenter)はRibの内心(incenter)に等しいことを示す。 外接円に接する長さがWhookであるフックノードが形成する辺の個数Nxoから外接円の半径Robを求めることを示す。 フックノードの外接円(circumcircle)の他に内接円(incircle)も存在することを示す。 フック−クロスノードモデルにおけるねじれ線を示す。 図24のねじれ線に対するモデリングを示す。 圧縮率比較評価のために適用したねじれ線ノードモデルであるMODEL AとMODEL Bを示す。 胴体(body)と頭(head)に区分されたステントの構成を示す。 ラッパ型(flare type)、亜鈴型(dumbbell type)、壷型(jar type)の形状を有するステントの頭を示す。 ステントの断面を示す。 フック、クロス、又はフックとクロスの組合せで構成されるステントの断面を示す。 単一断面ではなく複数の断面が連続的に重畳(superposition)する場合のノードの位置などを示す。 ステントの構造パターンを広く(widely)、一目瞭然に(clearly)、体系的(systematically)に把握するための平面図である。 円筒形(cylindrical type)を有するステントの上面図(top view)を示す。 ステントの平面図上の構造パターンと関連して円筒形を展開した展開図(planar figure)の形態で示す結果である。 ステントの展開図又は展開網を、展開格子(展開格子板)(planar grid)、そして行列座標表現(行列座標式)(matrix coordinate expression)で表現した結果である。 12個の展開行列を使用して編む方法を説明し、最終的に重畳された単一構造パターン結果を示す(大韓民国出願番号第10−2008−0076586号)。 フックだけで構成されたMODEL A構造とフックとクロスの組合せで構成されたMODEL B構造に対して、本発明で考案した記号表記式(symbolic expression)で表現した展開行列式(planar matrix formula)を示す。 本発明の実施例に係る原形展開行列式(primitive planar matrix formula)を示す。 ノードパターン要素(element of node pattern)で構成された原形ノードパターン(primitive node pattern)を示す。 原形展開行列式の開循環型(開放循環型)(open loop type)と閉循環型(閉鎖循環型)(close loop type)を示す。 原形展開行列式における閉循環型表記を示す。 ステントの胴体部分と頭部分を連結する部位のノードパターン要素、すなわち連結ノードパターン(interface node pattern)を示す。 ワイヤー編みステントを構成する構造パターンを概略的に示す。 ワイヤー編みステントの製造方法(編み方法)と関連して、本発明の実施例に係る砂時計型移動(sandglass type movement,6−way)及び放射型移動(radial movement,8−way)を示す。 本発明の技術的フックの一形態である水平フック(horizontal hook)を示す。 本発明の技術的フックの一形態である垂直フック(vertical hook)を示す。 本発明の技術的フックの一形態である水平開放フック(horizontal open hook)を示す。 本発明の技術的フックの一形態である垂直開放フック(vertical open hook)を示す。 本発明の技術的フックの一形態である水平半フック(horizontal half hook)を示す。 本発明の技術的フックの一形態である垂直半フック(vertical half hook)を示す。 技術的フックの更なる形態を示す。 3本のワイヤーを使用して構造パターンが完成される製造方法(編み方法)に対する製造表記式(fabrication expression)の定型形式(formatted type)を示す。 クロスノードに対して半クロス(half cross)を適用する場合、特定クロスノードを通る方向に沿う表記を示す。 フックだけで構成されたMODEL A及びフックとクロスの組合せで構成されたMODEL Bの構造パターンの原形展開行列式を示す。 MODEL Aの上側連結ノードパターン及び下側連結ノードパターンを示す。 図55の連結ノードパターンとし、フック中心で始点から終点まで順次に表示した、ねじれ線のない製造表記式を示す。 図56の製造表記式の順序に従ってワイヤー編みが完了した展開網(planar mesh)を示す。 MODEL Bの上側連結ノードパターン及び下側連結ノードパターンを含む展開行列を示す。 図55の連結ノードパターンにし、フック中心で始点から終点まで順次に表示した、ねじれ線のない製造表記式を示す。 図59の製造表記式の順序に従ってワイヤー編みが完了した展開網(planar mesh)を示す。 MODEL Bに対して原形ノードパターン指数(exponent of primitive node pattern)値nが2である場合の原形展開行列式及び展開行列を示す。 図61による製造表記式を示す。 図61及び図62によるワイヤー編みが完了した展開網を示す。 本発明の実施例に係る製造(編み)方法に対する製造表記式を体系的に決定するためのフローチャート(flow chart)を示す。 本発明の実施例に係る製造(編み)方法に対する製造表記式を体系的に決定するためのフローチャートを示す。 本発明の実施例に係る製造(編み)方法に対する製造表記式を体系的に決定するためのフローチャートを示す。 ワイヤー編みステントの半径断面(radial section)、すなわち水平ノード線(horizontal node line)当たり、適正のフックの個数が3〜8個であるという分析結果による、三角形(triangle)から八角形(octagon)までの基本原形(primitive shape)を示す。 軸方向から見たステントの半径方向断面を示す。 軸(axis)を基準に立体的な等角投影図(isometric view)形式でノード半径断面(node radial section)を順次に整列した結果を示す。 ノード半径断面に内接(inscribed)する三角形を各ノード半径断面に配置した場合を示す。 図67に他の原形n角形を適用して、原形n角角形の頂角にフックノードを配置した結果を示す。 図68及び図69の順次整列されたノード半径断面に対する等角投影図を軸方向から見た結果を示す。 多変形性の第二の概念である‘回転(rotation)’を適用して原形正三角形(primitive regular triangle)の頂角に位置するフックノードの位相(phase)を示す。 ‘回転’及び‘断層(section layer)’の概念を組み合わせて、対称性(symmetry)及び円形性(circularity)状態を比較した結果を示す。 回転角(θrot)が90°である場合、各‘断層’で累積される回転角0°、90°、180°、270°、360°(=0°)の中で180°になる‘断層’を飛ばし(missing)及び押出し(pushing)‘省略’した結果を示す。 図73を原形展開行列式で表現した結果を示す。 2個の組合せ、すなわちk=2の場合に、一番目の‘省略’は累積回転角(θaccu)が180°、二番目の‘省略’は累積回転角(θaccu)が90°で発生した場合、飛ばし及び押し出し‘省略’を適用した原形展開行列式を示す。 場合によって連結ノードパターンが必要であることを示すパターン組合せを示す。 パターン組合せ(pattern combination)のうち、対称組合せ(symmetry combination)を示す。 パターン組合せのうち、逆対称組合せ(reverse symmetry combination)を示す。 原形正三角形と原形正四角形(primitive regular tetragon)を同時に適用し、回転角(θrot)を90°として適用させた場合の要素組合せを示す。 本発明の実施例に係るクロスノードを配置する方法であり、原形正三角形の3辺(sides)にそれぞれ配置し、回転角を90°として適用した原形展開行列式を示す。 多変形性構造パターンの対称性評価において同一位相に存在するフックの個数が異なり得ることを示す。 多変形性構造パターンの円形性を評価する基本概念を示す。 本発明の実施例に係る多変形性構造パターニング(multi−alterable structural patterning)手順に対する簡略フローチャート(simple flow chart)を示す。 本発明の実施例に係る多変形性構造パターニング手順に対する簡略フローチャートを示す。 本発明の実施例に係る多変形性構造パターニング手順に対する簡略フローチャートを示す。 本発明の実施例に係る多変形性構造パターニング手順に対する簡略フローチャートを示す。 本発明の実施例に係る多変形性構造パターニング手順に対する簡略フローチャートを示す。 図82Aのフローチャートをより詳細に表現した詳細フローチャート(detail flow chart)を示す。 図82Aのフローチャートをより詳細に表現した詳細フローチャートを示す。 図82Aのフローチャートをより詳細に表現した詳細フローチャートを示す。 図82Aのフローチャートをより詳細に表現した詳細フローチャートを示す。 正三角形の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が2、すなわちn=2である多変形性構造パターニングの例示1(REG−TRIA−90−L−12)を示す。 例示1(REG−TRIA−90−L−12)を示す。 例示1(REG−TRIA−90−L−12)を示す。 正三角形(regular triangle)の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が4、すなわちn=4である多変形性構造パターニングの例示2(REG−TRIA−180−L−12)を示す。 例示2(REG−TRIA−180−L−12)を示す。 例示2(REG−TRIA−180−L−12)を示す。 本発明の例示1(REG−TRIA−90−L−12)と例示2(REG−TRIA−180−L−12)に対して対称性評価式(equation of symmetry evaluation)を適用する過程を示す。 本発明の例示1(REG−TRIA−90−L−12)と例示2(REG−TRIA−180−L−12)に対して対称性評価式を適用する過程を示す。 本発明の例示1(REG−TRIA−90−L−12)と例示2(REG−TRIA−180−L−12)に対して円形性評価式(equation of circularity evaluation)を適用する過程を示す。 本発明の例示1(REG−TRIA−90−L−12)と例示2(REG−TRIA−180−L−12)に対して円形性評価式を適用する過程を示す。 正三角形の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が2、すなわちn=2である多変形性構造パターニングの例示3(REG−TRIA−15−R−COMB−12)を示す。 例示3(REG−TRIA−15−R−COMB−12)を示す。 例示3(REG−TRIA−15−R−COMB−12)を示す。 正四角形の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が2、すなわちn=2である多変形性構造パターニングの例示4(REG−TETR−18−R−SKIP−20)を示す。 例示4(REG−TETR−18−R−SKIP−20)を示す。 例示4(REG−TETR−18−R−SKIP−20)を示す。 正四角形の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が3、すなわちn=3である多変形性構造パターニングの例示5(REG−TETR−45−RL−SKIP−20)を示す。 例示5(REG−TETR−45−RL−SKIP−20)を示す。 例示5(REG−TETR−45−RL−SKIP−20)を示す。 正五角形の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が1、すなわちn=1である多変形性構造パターニングの例示6(REG−PENT−24−RL−COMB−20)を示す。 例示6(REG−PENT−24−RL−COMB−20)を示す。 例示6(REG−PENT−24−RL−COMB−20)を示す。 正三角形、正四角形、正五角形及び正六角形の‘原形n角形’を適用した原形ノードパターン指数が3、すなわちn=3である多変形性構造パターニングの例示7(REG−TRPH−0−L−COMB−12)を示す。 例示7(REG−TRPH−0−L−COMB−12)を示す。 例示7(REG−TRPH−0−L−COMB−12)を示す。 例示7(REG−TRPH−0−L−COMB−12)を示す。 正三角形、正四角形、正五角形及び正六角形の‘原形n角形’の対称組合せを適用した原形ノードパターン指数が1、すなわちn=1である多変形性構造パターニングの例示8(REG−TRPH−0−L−COMB−SYMM−12)を示す。 例示8(REG−TRPH−0−L−COMB−SYMM−12)を示す。 例示8(REG−TRPH−0−L−COMB−SYMM−12)を示す。 半フック(half hook)を適用した複合構造多変形性構造パターニングの例示9(REG−HXTR−30/90−LR/L−COMB−PATN−18/12)を示す。 例示9(REG−HXTR−30/90−LR/L−COMB−PATN−18/12)を示す。 例示9(REG−HXTR−30/90−LR/L−COMB−PATN−18/12)を示す。 非正(irregular)‘原形n角形’及び半クロスを適用した多変形性構造パターニングの例示10(IRR−TRPH−20−L−COMB−14)を示す。 例示10(IRR−TRPH−20−L−COMB−14)を示す。 例示10(IRR−TRPH−20−L−COMB−14)を示す。 例示10(IRR−TRPH−20−L−COMB−14)を示す。 非正四角形(irregular tetragon)を適用して8−ノード(8−node)、10−ノード(10−node)及び14−ノード(14−node)で構成された複合構造パターン(compound structure pattern)を逆対称組合せで構成したパターンの例示11(IRR−TETR−NA−L−COMB−REVS−8/10/14)を示す。 例示11(IRR−TETR−NA−L−COMB−REVS−8/10/14)を示す。 例示11(IRR−TETR−NA−L−COMB−REVS−8/10/14)を示す。 ステントのフック−クロスモデルの上面図、側面図及び断面図を示す。 フック及びクロスに形成されたステントのねじれ線の上面図、側面図及び断面図を示す。
以下、本発明のワイヤー編みステント(wire−mesh stent)及びその製造方法、並びに多変形性構造パターニング方法について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明される実施例は単に本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲はそれらの実施例に限定されない。
ワイヤー編みステントの微視的構造分析
多変形性構造パターニング方法を適用するためにはワイヤー編みステントの微視的構造分析が必要である。
微視的な構造分析は、ワイヤー編みステント構造の基本且つ共通に要求される伝達機構への装着性を確保する多変形性構造パターニング技術を適用するために必ず考慮すべき過程である。
微視的構造分析のために、ワイヤー編みステントの最小構造形態であるフック(hook)とクロス(cross)をモデル化する過程が必要である。フックを含むワイヤー編み構造の製造方法で生じ得るねじれ線(twisted line)も共にモデル化して比較分析することが必要である。
モデリング過程の理解を助けるために、フック、クロス及びねじれ線を全て有するステントを3Dスキャニングしたイメージ(図11)を用いて説明する。
ステントのフック、クロス及びねじれ線モデルは、3つの視点方向(上面−top、側面−side、断面−section)によって(図12)、形状を図式化したモデリングが可能である(図97)。
ねじれ線はフック上でもクロス上でも形成可され得るので(図13)、それぞれの場合に対する個別の図式化された形状をモデリングした(図98)。
ワイヤーで編まれた一つのステントには多数のフックとクロスが形成され、それぞれはあたかもネットワーク上の一つの連結点として作用する。そこで、モデルという用語に代えてノード(node)と呼ぶことがより適合するので、以下ではノードと表記する。
上記の形状モデリングにおいて尺度因子(scale factor)は、直径がΦであるワイヤーを使用する場合、各ノードの物理的高さ、幅及び長さを決定する時、隣り合って配置されるフック及びクロスノードとの干渉(interference)を避けるための一種の余分値設定因子(限界要素)(marginal factor)である。各ノードにおいて尺度因子を考慮した高さ、幅、長さを、それぞれ名目高さ(nominal height)、名目幅(nominal width)、名目長さ(nomin
al length)と呼ぶ。
例えば、Φが0.1mmであるワイヤーを使用する場合、フックノードの名目高さは0.3mm、名目幅は0.33mm、名目長さは0.4mmとなる。
干渉に関する説明は、後で更に説明する。
前記モデリングに基づいてステントの伝達機構への装着性(loadability)を比較分析するために次のような仮想ステント構造を設定する。
ステントの半径方向断面から見て、Model Aは13個のフックだけで構成され、Model Bは6個のフック及び7個のクロスが互いに一定の角度で交差して構成されている(図14)。
装着性はステントを半径方向に圧縮(圧搾)した時、隣り合うフック又はクロスと相互干渉なく最大限に圧縮(圧搾)できる場合、優秀といえる。
前記2つの仮想ステント構造に対する相互干渉がない圧縮モデリングは図15に概略的に示される。
ステント圧縮後の最外郭境界線半径(radius of outmost boundary)Robが小さいほど、圧縮率(compression rate)が大きいといえる。
obを求める数式は後述し、まずは干渉について検討する。
干渉は、モデル的干渉(model interference)と物理的干渉(physical interference)とに区別できる。
モデル的干渉は、本発明で提案したフック−クロスノードモデルで尺度因子を考慮した6面体ブロック(cubic block)を適用した時に、6面体ブロック間に発生する一種の論理的干渉(logical interference)であり、物理的干渉は、実際にワイヤーで形成されたフック−クロスノードで相互に物理的接触が発生する実際の干渉を意味する(図16)。
したがって、伝達機構への装着性を比較するためのステント構造の圧縮率評価は、モデル的干渉及び物理的干渉がない条件、すなわち境界面接線(tangent−on−boundary)条件の状態で評価をする。
ステントの圧縮率は、次の数式1で表示される圧縮比(compression ratio;rcomp)として定義することができる。
Figure 2021058717
ここで、Dstentは圧搾前ステント直径(diameter of stent before compression)を、Dobは圧搾後ステント直径(diameter of stent after compression)を表し、Dob=2Robである。
しかし、構造パターンによる圧縮比の比較は、相互干渉がない条件で圧縮した時の最外郭境界線の半径Robの単純に比較するだけでも可能であるため、本発明ではRobを用いる。
本発明で述べたフック−クロスノードモデルを用いて装着性の向上した構造パターンを作成するためには、圧縮率に対する定量的分析が必要である。そこで、圧縮率評価の重要な因子である最外郭境界線半径Robを決定する方法について述べる。
obは、正n角形(regular n−gon)の内接円半径(inradius)及び外接円半径(circumradius)式と境界条件(boundary condition)から求めることができる。
しかし、例示した上記ステント構造のうち、フックだけで構成されたMODEL Aは、底辺Whookが同じであるために外接円半径Ribを求めやすい。しかし、フックとクロスの組合せで構成されたMODEL Bの場合、Ribは直接的には求めることができず、境界(範囲)条件を設定してこそ求めることができる。
したがって、フックとクロスの組合せで構成されたMODEL Bのような構造に適用できる方式として、最内郭境界線半径Ribと最外郭境界線半径Robを求める方法を説明する。
本方法は、フック又はクロスだけで構成された構造に対しても同様に適用できる。
フックとクロスの組合せで構成された構造を境界面接線条件で圧縮した時、全てのフック−クロスノードは最外郭境界線半径Rob内に存在する(図17)。
この時、フックの名目高さHhookがクロスの名目高さHcrossより大きい(Hhook>Hcross)ため、フックノードに接する境界線が最内郭境界線(inmost boundary)となり、フックノードの底辺に接する内接円(incircle)の式からRibを求めればよい。
しかし、図17から分かるように、最内郭境界線に接するフックノードの底辺が図18のように正n角形を形成しないので、正n角形の内接円半径式をそのまま適用することはできない。
しかし、図17を詳しく調べると、最内郭境界線の半径Ribは内心(incenter)において全てのフックノードの底辺に内接(inscribed)しているので、フックノードの名目幅Whookに等しい長さの辺を有する正n角角形を形成することができる(図19)。したがって、フックノードの個数Nxiが分かれば、Ribは容易に求められる(図19)。
しかし、内接円の半径Ribで構成される円周(circumference)長さSibは、ノードの総名目幅の和Whook×Nxiより小さいか等しいという条件を満たさなければならない。すなわち、Sib=2πRib≦Whook×Nxiとなる。
本条件式は、π/(Nxitan(180/Nxi))≦1との条件式から誘導されるが、前記条件式は、最小多角形条件であるNxi≧3で常に満足するので、Nxi(又はRib)に対する境界(範囲)条件がないと解を求めることができない。
そのため、Nxiに対する境界(範囲)条件が必要であり、フックとクロスノードの組合せである場合、以下のように境界(範囲)条件を設定することができる。一方、フックノードだけで構成された場合は、Nxi=N=Nであり、クロスノードだけで構成された場合はNxi=N=Nであるので、境界条件は不要である。
xiはフックノード個数Nより多く、円周長さがフックとクロスの名目幅の和Wtotalより小さい値のうち、最大の整数値(max{Nxi})を有する(図20)。
上記条件は以下の式で定義される。
2πRib≦Whook×Nxi<2πRib.max≦Wavg×N
hook×Nxi<Wavg×N
xi<(Wavg×N)/Whook
<Nxi<(Wavg×N)/Whook
ここで、Nxiは整数(integer)であるから、
<Max{Nxi}≦||(Wavg×N)/Whook||となる。
ここで、N=N+Nであり、Wavg=(Whook×N+Wcross×N)/(N+N)である。Whookはフックの名目幅(nominal width of hook)を表し、Wcrossはクロスの名目幅(nominal width of cross)を表し、Nはフックの数(number of hook)であり、Nはクロスの数(number of cross)である。
上記条件によって最内郭半径Ribは次のように求めることができる。
Figure 2021058717
一方、最外郭境界線半径Robは、以下のように求める。
図21を参照して、中心からフックノードの各頂角(vertex)までの距離Robは等しいので、各頂角を通る(各頂角に接する)外接円(circumcircle)が存在する。このとき、外接円の中心、すなわちRobの外心(circumcenter)はRibの内心に等しい。
したがって、外接円に接する長さがWhookであるフックノードが形成する辺の個数Nxo又はフックノードの内接円の半径Rtbと辺の個数Nが分かると、正N多角形の条件で外接円の半径Robを求めることができる(図22)。
上記の図22をさらに詳しく述べると、フックノードの外接円だけでなく内接円も存在するので(図23)、次のように内接円の半径Rtb式から、フックノードが接する辺の個数Nxoを求めることができる。
Figure 2021058717
xoは整数なので、丸め近接整数値(round to the nearest integer number)を選択すればいい。
上記で求めたNxoから、最外郭半径Robを次のように求めることができる。
Figure 2021058717
このとき、上記のフックノードに接する外接円Robと内接円Rtbに対して次のような条件が成立する。a)外接円の半径Robで構成される円周長さSobは、フックノードの名目幅の和Whook×Nxoより大きいか等しいべきである。すなわち、Sob=2πRob≧Whook×Nxoである。b)内接円の半径Rtbで構成される円周長さStbは、フックノードの名目幅の和Whook×Nxoより小さいか等しいべきである。すなわち、Stb=2πRtb≦Whook×Nxoである。
上記2つの条件から、Nxoは次の条件式を満たさなければならない。
Figure 2021058717
また(Rob−Rtb)<<Hhookの場合は、次の条件が成立するので、Nxo=||2πRtb/Whook||から求めることができる。
Figure 2021058717
フックとクロスが組み合わせられたワイヤー編みステントの圧縮装着性評価に重要な圧縮率(又は圧縮比)rcompを決定するためにフック−クロスノードモデルを適用して圧縮最外郭半径(compressed outmost radius)Robを求める式は、次のように要約される。
Figure 2021058717
Figure 2021058717
Figure 2021058717
本明細書において、Robは最外郭境界線半径、Rtbは最外郭境界線内接円半径(inradius of outmost boundary)、Ribは最内郭境界線半径(radius of inmost boundary)、Nxiは最内郭境界線に接する仮想フックノード個数(number of virtual hook node tangential on the inmost boundary)、Nxoは最外郭境界線に接する仮想フックノード個数(number of virtual hook node tangential on the outmost boundary)、Nはステント断面当たり総ノード個数(total number of node per section of stent)、Nはステント断面当たりフックノード個数(number of hook node per section)、Nはステント断面当たりクロスノード個数(number of cross node per section)、Φはワイヤー直径(diameter of wire)、Wtotalはステント断面当たりノードの総名目幅の和(sum total of nominal width of all node per section of stent)、Wavgはステント断面当たりノード平均名目幅(average nominal width of node per section of stent)、Whookはフックノード名目幅(nominal width of hook node)、Wcrossはクロスノード名目幅(nominal width of cross node)、Hhookはフックノード名目高さ(nominal height of hook node)、SFhhはフックノード高さ尺度因子(height scale factor of hook node)、SFwhはフックノード幅尺度因子(width scale factor of hook node)、そしてSFwcはクロスノード幅尺度因子(width scale factor of cross node)をそれぞれ表す。
上記で求めた圧縮最外郭半径式Rob(Φ,N,N)から、直径0.1mmの同じワイヤーを使用してフック13個だけで構成されたMODEL A構造と、フック6個及びクロス7個の組合せで構成されたMODEL B構造のRob値を求めると、次の通りである。
Figure 2021058717
両モデルのRobを比較すると、MODEL BがMODEL Aに比べて圧縮率が約19%程度優れた結果を示す。
この差異に対して実際的な説明をすれば、ステントの伝達機構(delivery device)(通常、カテーテル(catheter)と呼ばれる。)は、各メーカーで0.1fr(1fr≒0.33mm)単位の差異を表記して、細い伝達機構を提供していると宣伝している。
上記の両モデルの場合、圧縮直径が、MODEL Aは1.964mm、MODEL Bは1.684mmであって、その差は0.28mmとなり、fr単位では0.85fr、約0.9fr程度の差を示しており、0.1frの差異を宣伝するマーケティングの観点からは、約9倍も優れていると言い得る。
ステントの伝達機構への装着性を評価するために、フック−クロスノードモデルを確立
しながらねじれ線(図24)に対するモデリング(図25)も行った。ねじれ線ノードモデルを、圧縮率比較評価のために適用したMODEL AとMODEL Bに適用すると、次の通りである(図98、図26)。通常、ねじれ線は相互対称に2本程度が形成されるが、多い場合は6本も形成される場合がある。本例では便宜上、対称のフックノード2個にのみねじれ線がある場合を仮定する。
ねじれ線がある上記両比較モデルの最外郭半径Rob.tw値は、次の通りである。
Figure 2021058717
ob.twをねじれ線がない場合のRobと比較すると、上記両モデルの圧縮率は、MODEL Aの場合は約10%、MODEL Bの場合は約12%減少する結果を示す。伝達機構の内径(inner diameter)基準でfr単位に換算すれば、MODEL Aは0.6fr、MODEL Bも0.6fr増加するので、内径がより大きい伝達機構を用いなければならない。
本フック−クロスノードモデルを適用した微視的構造分析の結果から分かるように、ワイヤー編みステントの製造方法で発生し得るねじれ線は、特に伝達機構への装着性を確保する側面では大きな悪影響を及ぼすので、必ず避けるべきである。
現在、ワイヤー編みステント製造工程では主にΦが0.11〜0.22mmの範囲のニッケル−チタン形状記憶合金(nitinol)ワイヤーを使用している。しかし、ねじれ線が発生する構造パターンを使用している製造業者は展開不良(deployment faulty)という顧客の不満に相当悩んでいる。
したがって、ワイヤー編みステント構造では必ず避けるべき構造がねじれ線形成構造であり、構造パターンを具現する製造方法においてねじれ線を形成しない製造方法(編み手順)を適用することは非常に重要である。
多変形性ワイヤー編みステント構造パターン表現方式
本発明で提案する‘伝達機構への装着圧縮性に優れた多変形性ワイヤー編みステント構造パターニング方法’は、変形程度によって数十から数百種類の派生構造パターニングが可能である。具体的な構造パターニング方法を説明するに先立って以下の内容の理解を助けるために、ステント構成形状の部位別名称、構造パターン表記方式及び製造順序表記方式について簡略に説明する。
特に、構造パターン表記方式(structural patterning expression)と製造順序表記方式(structural fabrication expression)は他のワイヤー編みステント関連特許には見られない方式であり、本発明で独自で提案する方式である。他の特許で提案される単一構造パターン(single structural pattern)では、一つの構造だけを考えればよいので、本発明で提案する構造パターン表記方式が不要な場合もある。
特に、他の発明では、製造方法(製造順序)が非常に難しく説明されているため、関連分野の者にとっても難解であり、実際に作業者が構造パターンの製造方法に習熟するには相当な時間を要する。これは、構造パターニングに対する体系的な概念及び理論が不足しており、多変形性に対する可能性も検討しないまま単一構造パターンに偏重して説明するからであると考えられる。
本発明によれば、構造パターンの多変形が可能である。複数の構造に対する構造パターン及び製造順序を表記するためには、単純且つ体系化した形態で表現できる方法が必要であり、本発明を提案するに至った。
まず、ステントの構成は、胴体(body)と頭(head)に単純に区別できる(図27)。胴体の両側に位置する頭は、主な機能が移動防止(anti−migration)であるから、一般的にラッパ型(flare type)、亜鈴型(dumbbell type)、壷型(jar type)などの形状を有する(図28)。
胴体と頭は、ステントの機能と性能に応じて、稠密に(fine)又は粗く(sparse)構成される。稠密な構造はフック又はクロスノードが多いことを意味し、粗い構造はその逆を意味する。当業界ではしばしばバンド(band)という表現を使うが、本明細書では正確な意味を伝えるために‘ノード’と表現する。
頭部分を形成する構造パターン(structural pattern)は、胴体構造パターンと同一に設計されたり、頭形状に応じて多少変形されたり、実際にステントを構成する大部分が胴体であるので、重要な主構造パターンはステントの胴体を形成する構造パターンである。
したがって、胴体を構成する構造パターンを中心に多変形性構造パターン(multi−alterable structural pattern)形成方法と製造方法(順序)について説明する。
以下は、本発明のステント構造パターンの理解を助けるための説明である。ステントの断面(図29)は、構造パターンに応じてフック、クロス、又はフックとクロスとの組合せで構成することができる(図30)。
上記のように単一断面(view of single section)ではフック及びクロスノードの位置(position)及び配置(arrangement)が把握しやすい。
しかし、単一断面ではなく複数の断面が連続して重畳(superposition)される場合は、ノードの位置及び配置情報、すなわち構造パターンは把握し難い(図31)。
したがって、構造パターンを広く(widely)、一目瞭然に(clearly)、体系的(systematically)に把握(分析)するためには、平面図(plane view)又は上面図(top view)上で把握しなければならない(図32)。もちろん、3次元的なCADファイル(3D CAD file)を用いてコンピュータ上で立体的に把握してもよいが、一目で明確に構造パターンを認識するためには2次元平面図が有利である。
しかし、円筒形状(cylindrical type)を有するステントを上面図で
見ても相変らず重畳があり、構造パターンを把握し難い(図33)。
こうした理由から、平面図上の構造パターンは、円筒形を展開した展開図(平面図形)(planar figure)の形態に作成して理解しやすくしなければならない(図34)。
上記のように、展開図の形態に作成すれば、ワイヤーが網のように広げられた展開網(planar mesh)を得ることができる。ワイヤーが連結された全ての点(円内にCが配されて表記)がフックとクロスのノードとなる。
そして、円筒形を広げるために切開した展開線(figure cutting line)(図34のline L)に位置する連結点(円内にSが配されて表記)は、別個
の2つのノードではなく単一のノードである。
上記の展開網の全ての連結点(connected point)、すなわちノードを水平(horizontal)、垂直(vertical)に連結すれば、まるで碁盤や方眼紙のような展開格子(展開格子板)(planar grid)が得られる。格子の交差点(cross point)を行列座標表現(行列表現式)(matrix coordinate expression)で表現、すなわち(x,y)又は(i,j)の形態とすれば、各ノードの位置を正確に表記することができる(図35)。ここで、ノードの位置を行列で表記する方式を、本発明では便宜上、展開行列(planar matrix)と呼ぶ。
そして、展開格子及び展開行列において水平(横)(row)線と垂直(縦)(column)線はそれぞれ、水平ノード線(horizontal node line)及び垂直ノード線(vertical node line)と呼ぶ。水平ノード線間の距離をノード線幅(node line width)、垂直ノード線間の距離をノード線高さ(node line height)と呼ぶ。個別のノード線幅Wn.line,i−th及びノード線高さHn.line,j−thは同じ長さではなく、要求される特定機能及び性能に応じて個別の変更が可能である。
上記のような展開行列形式は、従来に提案されたワイヤー編みステント構造パターン考案においても類似した表記で試みられたことがある。しかし、前述したように、単一構造パターン(single structural pattern)の複雑な製造方法(編み方法)又は製造順序(編み順序)に偏重するだけに、一個の展開行列では表記(説明)ができず、複数の展開行列を用いて説明をし、最終的に各展開行列を合わせて、すなわち重畳して最終的に完成する単一構造パターンを提案している。例えば、大韓民国特許出願番号第10−2008−0076586号の場合、12個と多数の展開行列を使用して編む方法を説明し、最終的に重畳された単一構造パターン結果を表記している(図36)。
単一構造パターンを一つだけを説明する場合には多少複雑で時間がかかっても、複数の展開行列を用いて説明することができる。しかし、数十から数百の変形が可能な多変形性構造パターンでは極めて非効率的であり有効性に乏しい。そのため、多変形性構造パターンに適した単純で明確な構造パターン表現方式(structural patterning expression)が必要であり、そこで、本発明では適合な表現方式を考案して適用とする。
2次元平面上に表現した展開行列は、現在、最も単純ながらも明確にワイヤー編みステントの構造パターンを認知することができる表現方式である。したがって、この展開行列
にフックとクロスノードの位置及び配列を正確に表現できれば、十分に効率的で効用性の高い表現式(expression)になり得る。
表現式は、絵記号表記式(graphical symbolic expression)と文字記号表記式(textual symbolic expression)の両方が使用できる。本発明では、展開行列を用いた多変形性構造パターン表現には文字記号表記がより効率的だと判断して文字記号を適用し、展開網ではワイヤーで編まれた完成構造パターンを表現する際に絵記号表記がより効率的だと判断して絵記号を適用する。類似例として、化学構造式(constitutional formula)の表記法を挙げられる。
したがって、本発明では、フック、クロス、さらにはフックもクロスもない格子交差点をヌル(null)と称し、フック、クロス、及びヌルの三者とも同様にノードと呼ぶ。これら3つのノードに対する記号表記式は、下記のように簡単に表現する(表1)。フックノードは、水平フック(horizontal hook)、垂直フック(vertical hook)、開放フック(open hook)、及び半フック(half hook)に大別でき、細かくは、水平開放フック(horizontal open hook)、垂直開放フック(vertical open hook)、水平半フック(horizontal half hook)及び垂直半フック(vertical half hook)に区別される。クロスノードは、クロス及び半クロス(half cross)を含むが、ステントに要求される特定性能及び製造方法(編み方法)に関連した内容であるので、後述の製造方法で説明する。
Figure 2021058717
本発明で伝達機構への装着性に関連した圧縮比を説明しながら例に挙げた、フックだけで構成されたMODEL A構造、及びフック(hook)とクロスの組合せで構成されたMODEL B構造に対する、本発明で考案した記号表記式(symbolic expression)で表現した展開行列式(planar matrix formul
a)は、次の通りである(図37)。ただし、両モデルとも断面に配置されたそれぞれのフックとクロスが同一軸線上(on the same axial line)又は同一位相(on the same phase)で反復交互(repeated alternately)配列されている場合を仮定した表現式である。
展開行列式は、記号で[ ]と表記し、左側の垂直番号1,2,3,,,iは水平ノード線の番号(数)を意味し、下段の水平番号1,2,3,,,Lは垂直ノード線(vertical node line)の番号(数)を示す。そして、展開行列内の赤色で表記された左右両側の垂直ノード線に位置するノードは、展開線(figure cutting line)に位置するノードであるので、同一のノードである。展開線上の同一のノードは垂直ノード線番号ではLと表記されている。
ここで、水平ノード線及び垂直ノード線の番号は、1,2,3,,,8,9,0,1,2,,の形式で反復されているが、0は10を意味する。したがって、一番目の0は10、二番目の0は20を意味する。この理由は、展開行列表現式から分かるように、定型化された格子型(well formatted grid)をなしているので、2桁の数字を表記すると、展開行列式において各ノード位置と垂直ノード線番号との配列がずれ、視覚的な認知度が低下するためである。
図37を参照して、MODEL A及びMODEL Bの展開行列式において、水平ノード線上のノードパターン(node pattern)は反復していることが分かる。したがって、表現の単純化のために、反復されるノードパターンを縮約した形態の展開行列表現式が必要である。
本発明では、これを原形展開行列式(primitive planar matrix formula)と称し、縮約されたノードパターンを原形ノードパターン(primitive node pattern)と称する。原形展開行列式は次のように表現する(図38)。
ここで、右上端の指数(exponent)nは、原形ノードパターンがワイヤー編みによって完成した構造パターンが形成される、すなわち、展開網表現が可能な最小限の反復を表す値であり、原形ノードパターン指数(exponent of primitive node pattern)と称する。nは1以上の値を有する。すなわちn≧1である。
原形ノードパターンは、ノードパターン要素(element of node pattern)で構成されており(図39)、ノードパターン要素は複数個で構成され得る。
原形展開行列式は、開循環型(開放循環型)(open loop type)と閉循環型(閉鎖循環型)(close loop type)の2種類がある。
開循環型は、開始ノードパターン要素と終了ノードパターン要素が互いに異なる形態をいい、閉循環型は、開始ノードパターン要素と終了ノードパターン要素とが同じ形態をいう。すなわち、開循環型は、原形ノードパターンが原形ノードパターン指数値であるn回反復された後にも同一に維持される形態であり、閉循環型は、n回反復された後、開始ノードパターン要素を追加(+1)して終了する形態をいう(図40)。
閉循環型表記は、原形展開行列式の右下端に記号c(closed)、すなわち、[ ]cと表記する(図41)。
上記の原形展開行列式は、ステント構造パターンの中枢となるステントの胴体の構造パターンを表現した表記式であるので、開循環型及び閉循環型の決定は、ステントの胴体部分と頭部分を連結する部位のノードパターン要素、すなわち連結ノードパターン(interface node pattern)によって主になされる。ステントの頭部分は主に移動防止機能を与えるために様々な形態で具現可能であるので、開循環型及び閉循環型の決定は非常に可変的であると言い得る(図42)。
連結ノードパターンは、異なる原形展開行列式を互いに結合して新しい構造パターンを形成する複合構造パターン(compound structure pattern)においても適用される。ここで、連結ノードパターンは、個別の構造パターンを互いに連結しやすい連結性(connectivity of pattern)と、連結される個別の構造パターン、すなわち、原形展開行列式で具現される個々の固有構造パターンを保持する保存性(retainability of pattern)を確保する役割を担う。
複合構造パターンを形成する際に発生する最大の問題点は、連結点不一致(discrepancy of connection points)又は不連続性(discontinuity of connection)の問題である。従来の技術及び方法ではこの問題を解決し難かったので、様々な機能と性能を確保し得る複合構造のワイヤー編みステントの具現が困難であった。
例えば、フックを使用するワイヤー編みステントは、編み(製造)過程を仕上げるためには、基本的に、出発点に戻って連結する過程を行わなければならない。この問題は、一種“ケーニヒスベルグの橋問題(Konigsberg’s bridge problem)”に似ている。任意の水平ノード線を基準に下上両方に任意の個数のフックが存在する場合、重複せずに全てを連結するには、下上の両方に同じ個数のフックが存在しなければならない。両方のフックの個数を同一に両分する仮想の水平ノード線をバランス(両分)ノード線(balancing node line)と呼ぶ。バランスノード線の位置は構造パターンに応じて変化する。同じ個数のフックが存在しない状態で経路を重複せずにフックの総数だけ水平ノード線を通過しながら出発点に戻って連結することは、数学的に不可能である。
したがって、既存の技術及び方法では、異なる構造パターンの組合せで形成される複合構造を形成する際、バランスノード線が存在しないと連結することができない、すなわち製造できない。そのため、ワイヤー編みステントで様々な機能及び性能を具現化できる複合構造への試みができず、バランスノード線に対する概念の認知と関係なく編むことができる、すなわち製造できる単一構造パターンにのみ集中することが見られた。
しかし、本発明では、連結ノードパターンという概念を導入するので、数学的に不可能な問題を可能な問題になるように条件を合わせることができ、連結性(connectivity)問題を解決した。
連結ノードパターンにおいて複合構造及びその他本発明で具現できる多変形性構造パターンを数学的に完壁な連結が保障されるよう、すなわちバランスノード線が存在するよう、フックの個数、本発明での正確な表現ではフックノードの数を自由に調整することによって、連結点不一致又は不連続性の問題を解決した。ここで、調整されるフックを平衡フック(バランスフック)(balancing hook)と呼ぶ。
また、フックとクロスの観点(立場)から見れば、従来の技術と方法では、フックは、2つのワイヤーが互いに連結される連結交差点(crossing point of connection)であり、クロスは、2本のワイヤーがそのまま通る通過交差点(crossing point of passing)である。そのため、ステント胴体を構成する全てのフックは連結交差点になるべきだという観念、すなわち、必ず2本のワイヤーが交差して互いに連結されるべきだという考えにとらわれており、ワイヤー編みステントで具現され得る様々な機能及び性能の可能性を制限する結果を招いていた。
もし、ステント胴体を構成する全てのフックが連結交差点になる必要はないとすれば、すなわち、2本のワイヤーが連結交差されず、1本のワイヤーだけが通ると、そのフックは方向転換をする転換点(turning point)の役割を担うようになる。このときのフックを半フック(half hook)と称する。フックの形態を変更してワイヤー編みステントの他の機能及び性能をもたらすことができる。半フックに関する更なる内容は製造方法において説明する。
また、連結ノードパターンにおいては、平衡フックの数量だけでなく配列位置も調整することができる。そのため、個別の構造パターンを組み合わせて複合構造パターンを形成する際、各構造パターンが有する機能と性能を維持できるよう、フックとクロスの設計形状を維持する役割を担う。
したがって、ワイヤー編みステントを構成する構造パターンは、図43のように簡略に表現できる。
次に、上記の原形展開行列式で表現したノード構造パターンを展開した(広げた)構造パターンを実際にワイヤーで編む製造方法(編み方法)を記述(表現、表記)する際に使用する製造表現式(fabrication expression)に関して説明する。
従来の他の発明では、単一構造パターンに対する製造方法(編み方法)について非常に冗長で複雑に説明している。しかし、本発明で提案する多変形性構造パターンにおいて構成できる数十又は数百種類の構造パターンを従来の方法のように説明することは現実的に非常に非効率的である。本発明の効率的な適用と説明のためには、単純明確な方法で製造方法(編み方法)を記述できる製造表現式が必要である。
まず、フックノードを有するステントは殆ど、現在、手作業で補助ジグ(jig)を用いて製造されている。補助ジグの形態や機械作業の適用程度は各メーカー別にやや差異がある。一般的には、シリンダー形態の金属棒に構造パターンを形成可能な0.5〜1.0mm程度の微小な孔(hole)をあけ、この孔に細い金属ピン(thin metal pin)を刺し、支持台の役割を有する金属ピンに形状記憶合金(たいていNiTi shape memory alloy)ワイヤーを巻き回して(又は折り曲げて)(bending)他の金属ピンに移動する過程を反復しながら目的の構造パターンを形成し、最後にワイヤーの固定仕上げは、結び目(knot)、溶接(welding)又はチューブ圧着(tubing press)などの方法で行う。金属棒の補助ジグにおいて完成したステント構造パターンは、金属棒と共に形状記憶熱処理(heat treatment for shape memory setting)過程を経て完了する。
ステント頭部の両端(edge line of end)以外は、折り曲げられる(bending)部分は、特別な設計目的ではなくノード間の連結のためのものであれば、たいていフックを形成する。したがって、始点(start point)から終点(end point)までのワイヤーの移動経路、特にフックノード位置を中心に順次(by sequential order)に表記すれば、目的とする構造パターンを形
成することができる。また、使用するワイヤー(wire)は、1本ではなく多数本であるので、各ワイヤーの始点と終点に対する移動経路を区分さえすれば、非常に容易に製造方法(編み方法)を説明できる製造表現式になり得る。
早く理解するために、例え話を挙げると、とても長いへび(すなわち、ワイヤー)が特定の始点から出発して複数個所でネズミ(すなわち、フック)を捕食し、最後に、始点に戻って(すなわち、終点)、相変らず始点にある自分の尻尾を噛みながら(すなわち、ワイヤー固定)終了することに似ている。
発明例
以下、前述した簡略な製造方法(編み方法)を図面を参照して説明する。
特定構造パターン、すなわち、原形展開行列式で表現したノード構造パターンは、展開行列(planar matrix)(図44)内で全ての移動が発生する(ステント頭部ノードパターン連結のための連結ノードパターンとの移動は除外)。そして、展開行列内における全ての移動は、水平移動(horizontal movement)、垂直移動(vertical movement)及び対角線移動(diagonal movement)と説明される。また、水平移動は左右、垂直移動は上下、そして対角線移動は上下に可能なため、展開行列内で発生する全ての移動、すなわち、水平左(horizontal to left)H、水平右(horizontal to right)H、垂直上(vertical to up)V、垂直下(vertical to down)V、対角左上(diagonal to left up)DLU、対角左下(diagonal to left down)DLD、対角右上(diagonal to right up)DRU、及び対角右下(diagonal to right down)DRDの8つの移動は、簡略に砂時計型移動(sandglass type movement,6−way)、さらに正確には放射型移動(radial movement,8−way)と要約できる(図44)。放射型移動は、現在位置を原点と仮定すれば、原点を中心に8方向へ移動が可能なことから名付けた。
放射型移動は、従来の技術で一般に適用されるジグザグ移動(zigzag,Z movement)、実際には4つの移動が可能なことから、W移動(W movement)と称するのがより正確な表現であるが、既存のZ移動に比べて移動自由度(dof of movement)が多いので、製造(編み)方法において既存の方法より有利であり、全てのフックから始まり得るので、始点の位置選択が自由であり、使用するワイヤーの数量を自由に調整できるという長所がある。
したがって、展開行列において移動すべきフックノードの位置(i.j)hookのみを順次に表示し、表示された順にワイヤーのみを移動すれば、目的とする構造パターン、すなわち原形展開行列式のノード構造パターンを完成することができる。
上記の内容に基づいて本発明で提案する製造表現式に使用する文字記号表記式は、次の通りである(表2)。
Figure 2021058717
以下、上記の表4の記号表記式に関して簡略に説明する。
始点を表すS#(i,j)において、#は、製造時に多数のワイヤーが使われる場合に用いられるワイヤーの順序(number of wire sequence)を区別するものであり、1,2,3,,,の形態の数字を使用する。
終点を表すE#(i,j)において、#は始点で説明したものと同一であり、始点と終点は1組(set)として使用される。例えば、1番ワイヤーから始まって終結されると、S1(i,j),,,E1(i,j)と表記される。
水平フック(horizontal hook)は、フックノードにおいてワイヤーの折り曲げ(bending)移動方向が水平移動をする時に形成されるフック形態である(図45)。
垂直フック(vertical hook)は、フックノードにおいてワイヤーの折り曲げ(bending)移動方向が垂直移動をする時に形成されるフックの形態である(図46)。
水平開放フック(horizontal open hook)は、フックノードにおいてワイヤーの折り曲げ(bending)移動方向が水平移動する時に形成されるフックや係合のない開放(open)状態のフック形態である(図47)。
垂直開放フック(vertical open hook)は、フックノードにおいてワイヤーの折り曲げ(bending)移動方向が垂直移動する時に形成されるフックや係合のない開放(open)状態のフック形態である(図48)。
水平半フック(horizontal half hook)は、フックノードにおいてワイヤーの折り曲げ移動方向が水平移動をする時に形成されるフックや係合のない開放状態の単一フック(single hook)の形態である(図49)。
垂直半フック(vertical half hook)は、フックノードにおいてワイヤーの折り曲げ移動方向が垂直移動をする時に形成されるフックや係合のない開放状態の単一フックの形態である(図50)。
水平開放フック、垂直開放フック、水平半フック及び垂直半フックは、ワイヤー編みステントで要求される特定の機能及び性能を具現化するために適用される技術的なフックの具現形態である。
技術的なフック(technical hook)は、ステントの機能、性能及び製造方法に関連したフックの形態であり、主に半フックで適用し、基本形態はイン−コイル半フック(in−coil half hook)、アウト−コイル半フック(out−coil half hook)、バンド半フック(band half hook)、イン−バンド半フック(in−band half hook)、アウト−バンド半フック(out−band half hook)、フォーク半フック(fork half hook)、イン−トラック半フック(in−track half hook)、アウト−トラック半フック(out−track half hook)、接旋回半フック(close−turning half hook)及び隙間旋回半フック(gap−turning half hook)のような更なる形態がある(図51)。旋回半フック(turning half hook)は、垂直フック(vertical hook)を使用せずに、水平フック(horizontal hook)の移動方向を同一に維持しようとする時に、方向転換のために適用する半フックの形態である。技術的なフック(technical hook)の形態は、基本的に半フックに適用するための概念であるが、圧縮装着性(compressing loadability)に大きな影響を与えない場合、開放フック(open hook)及び一般フックにも適用は可能である。
3本のワイヤーを用いて構造パターンを完成する製造方法(編み方法)に対する製造表記式は、次のような定型形式(formatted type)で記述される(図52)。
順次的な順序を表示する時、矢印(arrow,−>)、コンマ(comma,“,”)及び空白(null space, )などが使用され得る。ノード位置を表記する行列座標を両括弧、すなわち(i,j)形態とするので、自然に区分がつき、本発明ではすっきりと表現され得るような空白又は改行(line feed)を使用して区分する。以下の適用例示に見られるが、製造方法(編み方法)は一定の反復順序を有するので、反復順序に対する縮約式(abbreviated format)でも表現できる。
クロスノードに対しても、ステントの特定の性能の調整又は最適化のために、交差無しで通る半クロスを適用でき、特定クロスノードを通る方向を上方(passed up or over)又は下方(passed down)と決定できるが、この時は、クロスノードに対して(i,j)xu又は(i,j)xdの形態で表記できる(図53)。しかし、本表記を使用しなくても本発明で提案する多変形性構造パターンの製造方法(編み方法)に関する説明と理解に大きな困難はないと考え、製造表記式におけるはクロスノードに対する表記式は省略する。
上記の製造表記式を簡単な実施例を挙げて適用すれば、次の通りである。
構造パターン間圧縮率の比較を説明する際に上述の例に挙げた、フックだけで構成されたMODEL A及びフックとクロスの組合せで構成されたMODEL Bの構造パターンを、取り上げて説明する。これらの2モデルの原形展開行列式は、図54の通りである。まず、説明を簡単にするために、原形ノードパターン指数が1、すなわちn=1の場合について述べる(参考:原形展開行列式はステント胴体に対する構造パターンである。)。
まず、MODEL Aは、フックだけで構成された非常に単純で単調な反復構造パターンである。上側連結ノードパターン(interface node pattern)を[−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−]、下側連結ノードパターンを[H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H]とした時(図55)、フック中心で始点から終点までに順次表示したねじれ線のない製造表記式は、図56の通りである。製造表記式の順序によってワイヤー編みが完了した展開網は、図57の通りである。展開網は、ワイヤー編み後のフックとクロスに対する視覚化のための作業に適用する際に有用である。
一方、図56の製造表記式は、縮約された形態で表現されたものであり、フックノードにおいてフックで連結された全体表現式は、S1(1,2)、(2,3)、(1,4)、(2,5)、(1,6)、(2,7)、(1,8)、(2,9)、(1,10)などの形態で表記されるが、水平ノード線i、垂直ノード線jで表記されるフックノード(hook node)位置座標(i,j)について述べると、iは2−>1−>2の順に反復され、jは、間隔が1である等差数列(arithmetic series)形態であるので、縮約して(i,j+1)i=2−>1−>2,j=2 to 25のように表現できる。
MODEL Bの場合は、フックとクロスの組合せで構成された構造パターンである。上側連結ノードパターンを、
Figure 2021058717
下側連結ノードパターンを[H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H−H]としたとき、MODEL Bの展開行列は図58の通りであり、フック中心で始点から終点までに順次表示したねじれ線がない製造表記式は、図59の通りである。そして、製造表記式の順序によってワイヤー編みが完了した展開網は、図60の通りである。
MODEL Bに対して原形ノードパターン指数がn=2の場合について述べると、次の通りである。連結ノードパターンを上記のn=1の場合と同一に適用した時、原形展開行列式及び展開行列は図61の通りであり、製造表記式及びワイヤー編みが完了した展開網はそれぞれ、図62及び図63の通りである。
上記の例で説明したように、本発明で提案する多変形性構造パターニング(multi−alterable structural patterning)方法から導き出される特定ワイヤー編み構造パターンは、原形展開行列式で表現でき、必要な目的に応じて適切な連結ノードパターンを適用した全体構造パターンは、展開行列で表現可能である。ワイヤーで実際に具現化する製造方法(編み方法)は、定型化された製造表記式で表現可能であり、最終的に完成されたワイヤー編みステント構造パターンは、展開網から確認可能な体系的な具現手順を有する。
次に、上記の製造(編み)方法に対する製造表記式を体系的に決定するための手順(flow chart)に関して簡略に説明する。
製造表記式を決定するための製造(編み)方法は、基本的に、原形展開行列式と連結ノードパターンが結合されている展開行列においてフックとクロスのノード位置情報(information of node position)を活用して構成することができる。既に説明したように、展開行列は1からNiまでiで表現される水平ノード線と、1からNjまでjで表現される垂直ノード線(vertical node line)を有しているため、展開行列で表現される全てのフックとクロスの位置を(i,j)の形態で表記することができる。そして、(i,j)ノード位置においてフックとクロスの区別は、クロスの場合はC(i,j)、フックの場合はH(i,j)の形態で表記すればノードの位置及び形態情報を同時に表記することができる。
また、展開行列ではノード線幅(node line width)又はノード線高さ(node line height)が同一でない場合にも幅と高さはそれぞれ等間距離(equal distance)で表現されるため、等間距離を合わせるための仮想ノード線(virtual node line)が不要であり、展開網において製造表記式を決定することに比べてより容易に行うことができるという長所がある。
同じノード線幅又はノード線高さを構成する場合、移動角又は方向角(directional angle)で表現せず、単に左、右水平に何マス(delta−i space,△i)移動、又は上、下垂直に何マス(delta−j space,△j)移動で決定できるので、移動位置を(i,j)の形態で容易にロジック化又はアルゴリズム化して表現(logical or algorithmic expression)できる。
現ノード位置(current position of node)から次のノード位置(next position of node)に移動をするために必要な事項は、現在位置でのノード形態情報(information of node type)である。もし現位置のノード形態がクロスノード(cross node)であれば、適用(accept as cross node and pass through to a neighbor horizontal node line)するか、それとも同じ水平ノード線上に隣り合って位置する他のクロスノードに移動(reject as cross node and move to a neighbor cross node)するかを決定しなければならない。もしフックノードであれば、どの形態の技術的フック(technical hook)(水平フック、垂直フック、開放フック−、半フック、方向転換)を適用するかを決定しなければならない。
上記の製造(編み)方法を要約すれば、開始ノード位置、移動方向、ノード形態情報に基づいて、△i及び△j移動をする反復手順によって展開網を構成できる製造表記式を完成することができる。詳細な具現流れ手順は、図64A〜図64Cに示す。
多変形性ワイヤー編みステント構造パターニング方法
次に、本発明で提案する‘装着性が確保された多変形性構造パターニング(patterning method of multi−alterable structur
e loadability assured)方法’について説明する。以下では、略して‘多変形性構造パターニング(multi−alterable structural patterning)’と呼ぶ。
前述したように、ステントは、ステントと伝達機構とが組み合わせられた医療機器システムである。伝達機構は、口腔(mouth)、肛門(anus)、泌尿器管(urinary organs)、目(eye)、鼻(nose)、耳(ear)などの人体の自然的な開口(natural orifice)だけでなく、人為的に腹部(abdomen)を貫通したり、皮膚組織(skin)を貫通して血管(blood vessel)を通過したり、場合によっては補助装備として内視鏡(endoscope)、膀胱鏡(cystoscope)などの手術道具と併用される。
したがって、基本的に人体内に挿入しなければならず、患者の痛みを最小化するためには貫通孔(penetrated hole)を最小限にして手術に適用する必要がある。
このような基本的な要求事項を満たすためには‘伝達機構への装着圧縮性に優れたステント構造パターン’が必要である。
本発明では上記の基本要求事項を満たすために、モデリングによるワイヤー編みステント構造の微視的な構造分析を行い、ワイヤー編みステント構造をなす基本核心要素であるフックとクロスノードの個数及び配列による圧縮比の定量的な考察から、次の主要な要因を見極めた。
第1に、製造(編み)時に発生するねじれ線の形成を除去しなければならない。第2に、圧縮時に隣り合うフック及びクロスノードの相互干渉(interference)があってはならい。第3に、圧縮比に主な影響を与えるのはフックノードである。第4に、適正なフックの個数はステントの半径断面(radial section)、すなわち水平ノード線当たり3〜8個である。第5に、特定の設計目的でない限り、全体フック配列(global arrangement of hooks)は対称性(symmetry)が維持しなければならい。第6に、上記対称性は可能な限り圧縮時にステント半径断面の原形円周保持性(sustainability of circular circumference)が確保されるように、すなわち円(circle)に近似するように具現しなければならない。
要約すると、‘ねじれ線及びノードの干渉がなく、水平ノード当たり3〜8個のフックノードが圧縮時に対称的及び円形性を確保する’と表現できる。この文章は、本発明で提案する‘多変形性構造パターニング’の基本要求文(basic statement of requirements)といえる。
そこで、本発明では、上記の基本要求事項を満たす‘多変形性構造パターニング’のために次のような概念を導出した。1)原形n角形(primitive n−gon)、2)回転(rotation)、3)断層(section layer)、4)省略(スキップ)(skip)、5)組合せ(combination)、6)突発(outburst)である。
多変形性は、定型多変形性(formatted multi−alterability)と非定型多変形性(unformatted multi−alterability)とに大別できるが、最大の差異点は反復(repetition)にある。定型多変形性は、反復が定型化された形態で行われるが、非定型多変形性は、反復が無作為な(random)形態で行われる。
上記で提案された概念は、定型及び非定型に関係なく、多変形性(multi−alterability)を中心に無干渉(non−interference)、圧縮性(compressibility)、対称性、円形性(circularity)の確保が可能なように提案された概念要素である。
まず、上記の6つの概念に関して簡略な説明をした後に、具体的な適用について説明する。
‘原形n角形’概念は、ワイヤー編みステントの半径断面、すなわち水平ノード線当たり適正なフックの個数が3〜8個であるという分析結果から、三角形(triangle)から八角形(octagon)までを基本原形(primitive shape)として導入した(図65)。原形n角形はステント直径に内接し得るように循環多角形(cyclic polygon)を適用する。基本的な多角形は、円に常に内接する正多角形(regular polygon)を採択し、さらに‘原形n角形’自体の多変形性(multi−alterability)拡張のために、円に内接する非正多角形(irregular polygon)を適用する。この時、円はステントの円周になるので、ステント円周は原形n角形の外接円になる。
また、‘原形n角形’は、全体フック配列(global arrangement of hooks)は対称性が維持されなければならず、その対称性は、ステント圧縮時にステント半径断面の原形円周保持性(sustainability of circular circumference)、すなわち円形性が確保されるように具現しなければならないという条件を最大限に満たすために導入した概念である。
また、圧縮時に隣り合うフックノードとの相互干渉(interference)があってはならないという要件も同時に満たし得る概念でもある。
‘原形n角形’概念は、ワイヤー編みステントの水平ノード線当たり適正なフックの個数が3〜8個であるという分析結果に基づいて適用された概念である。しかし、実際に適用可能なフックの個数は1〜8個であることから、点(n=1)と線(n=2)を含めた概念を、‘原形n幾何(primitive n−geo)’と称する。特別な場合以外は、2個以下のフックを含む‘原形n角形’は、原形展開行列式には表現せず、連結ノードパターンで処理する。
‘回転’は、‘原形n角形’の回転移動に関連したものであり、主目的は、多変形性(multi−alterability)を確保するために導入した概念であるが、対称性及び円形性条件もさらに満たし得る概念でもある。
‘回転’の方向は、正方向(clockwise)及び逆方向(counterclockwise)の両方とも可能であり、回転角(rotation angle)の範囲は、圧縮時にフックノードの相互干渉がない範囲内で自由に設定可能である。
‘断層’は、‘原形n角形’が個別の特性を有しながら、独立した複数の層に存在する概念であり、多変形性確保のための概念である。すなわち、個別の特性を与える‘断層’の個数が増加すると多変形性の場合の数が増加する。さらに、‘断層’は対称性及び円形性条件を確保するための概念でもある。
‘省略’は、‘原形n角形’がある断層には存在しない概念であり、多変形性確保のための概念である。
‘組合せ’は、上記の概念で確保した多変形性の組合せであり、多変形性の増幅又は増殖(multiplication)のために導入された概念である。
‘突発’は、非定型多変形性(unformatted multi−alterability)を確保するものであり、上記の概念の個別適用のために適用因子(変数値)を選択(selection)する時に無作為性(randomness)を与えて非定型変形自由度(dof of formation)を向上させるための概念である。
上記の概念は以下のように具現される。
まず、図66に示すように、ステントの半径方向断面が見られるように軸方向に沿って見ると仮定する。フック又はクロスノードが存在する半径断面をノード半径断面(node radial section)と称すれば、ノード半径断面は、展開行列において水平ノード線と同一である。すなわち、ノード半径断面を広げると(展開すると)水平ノード線になる。したがって、水平ノード線の個数だけノード半径断面が存在する。そして、上記の概念のうち、‘断層’と水平ノード線は同一である。要約すれば、ノード半径断面=断層=水平ノード線である。
軸(axis)を基準に立体的な等角投影図(isometric view)形式でノード半径断面を順次に整列すると、図67の通りである。すなわち、多変形性のための個別の特性を与える複数の‘断層’が形成される。すなわち、個別の特性を与える‘断層’の個数が増加するほど、多変形性に対する場合の数も増加する。
ノード半径断面に内接する‘原形n角形’を配置できるが、例えば三角形を各ノード半径断面に配置した場合を仮定すると、図68の通りである。
‘原形n角形’は、フックノードの位置と対称性配列を決定する基本要素である。したがって、‘原形n角形’の各頂角にフックノードが存在すると仮定すれば、本発明で提案したワイヤー編みステント構造の微視的な構造分析から確認した水平ノード線当たり、すなわちノード半径断面当たり適正なフックノードの個数は3〜8個であるという条件を満たす対称的フック配列(symmetric hook array)を体系的に確保できる。
例えば、図67のように原形三角形の頂角にフックノードを配置すれば、図68のような形態になり、その他の‘原形n角形’に適用すれば図69のような形態になる。
上記の順次整列されたノード半径断面に対する等角投影図(isometric view)を軸方向から見れば、‘原形n角形’の各頂角に位置するフックノードはいずれも対称性を維持しながら同一位相(phase)にあるので、各ノード半径断面に位置するフックノードは区別されずいずれも同一に見える(図70)。
しかし、多変形性の第二の概念である‘回転’を適用すれば、‘原形n角形’の頂角に位置するフックノードの位相を変更できるので、更なる多変形性を確保することができる。また、位相の変更(phase shifting)は、基本的な回転方向(rotation direction)、すなわち時計回り方向(clockwise,cw)又は反時計回り方向(counterclockwise,ccw)によっても調整することができ、より多様で高精度の変更が回転角によって可能となる。
理解を助けるために、原形正三角形の簡単な例を図71に示す。回転方向は、便宜上、正方向(時計回り方向)とし、回転角θrotは90°とする。これにより、1番目のノード半径断面の回転は0°、2番目は90°、3番目は180°、4番目は270°、5番目は360°になり、1番目のノード半径断面と同一位相になる。その以降は、継続して同じ反復パターンを有し、軸方向から見れば、同一位相の反復は区分がつかない。
上記の原形正三角形の例から分かるように、回転角θrotの変更によって非常に様々な多変形性を確保でき、他の‘原形n角形’でも同様の多変形性を確保することができる。回転角θrotとしてノード半径断面に適用できる基本変形の程度、すなわち分割角数(number of angle division)Nangは、Nang=||360/θrot||として与えられるが、後で説明する多変形性の‘組合せ’概念において数学的な組合せ(mathematical combination)を適用することによって回転角の多変形性の拡張が可能となる。
‘回転’は、正方向及び逆方向の方向性を有するので、多変形性の確保のために個別分割角又は組合せ分割に対して方向を設定することができる。例えば、回転角が90°の場合、累積回転角θaccuは、0°−>90°−>180°−>270°−>360°(0°)の形態で循環するが、90°と180°では正方向(cw)、270°と360°では逆方向(ccw)と設定することができる。
‘回転’において正方向(cw)及び逆方向(ccw)の組合せで多変形性を確保する際に形成されるノード構造パターン(node structural pattern)によって、正方向ノード構造パターンと逆方向ノード構造パターンとの間に連結のための連結ノードパターンが必要となることもある。
非定型多変形性(unformatted multi−alterability)を確保するためには、累積回転角θaccuに個別的に‘突発’概念を適用して無作為な変化(random change)を与えることによって非定型構造パターニングを行うことができる。
‘回転’に対する表記式(expression)は、個別累積回転角に方向性を与えるために次のように表現できる。回転の正方向(時計回り方向、cw)及び逆方向(反時計回り方向、ccw)は、表記の単純化のために、正方向をR、逆方向をLと表記する。
rot=(θrot×i,j)i=1 to N.ang,j=L or R
上記で例に挙げた回転方向の場合に適用すると、Rrot=(0,R)(90,R)(180,R)、(270,L)、(360,L)となる。
また、‘回転’と‘断層’の概念を組み合わせると対称性を確保できる。原形三角形を適用して90°回転角と4個の断層を使用すれば12個のフックノードが全体的に対称をなしながら配列される。本ワイヤー編みステント構造パターンで具現されたステントを圧縮して伝達機構に装着した時、圧縮円周(compressed circumference)は正十二角形の円周になるので、円形性の確保にも有利である(図72)。もし‘回転’を適用しないで‘断層’のみを適用すれば、圧縮円周は正三角形の円周になり、圧縮比が同一(総ノード数、N=N+Nが同一)であっても、円形性の確保には不利となる。
上記の‘回転’と‘断層’の組み合わせられた概念に、頂角の多い‘原形n角形’を適用する場合、より高精度の対称性及び円形性を確保することができる。しかし、圧縮比では不利な面があるので、ワイヤー編みステントが適用される特定領域の機能及び性能要求事項とステントが装着される伝達機構の内径(inside diameter of delivery device)によって調整しなければならない場合もあり得る。もちろん、以下で説明する‘省略’及び‘組合せ’多変形性概念により、圧縮比の低下で発生し得る伝達機構内の摩擦力増加のおそれを低減することができる。
次は、多変形性確保のための‘省略’概念である。‘省略’は、意図的に特定ノード半径断面、すなわち‘断層’に形成されるノードパターン又は原形展開行列式で説明したノードパターン要素(element of node pattern)を、飛ばす(missing)又は押し出す(pushing)ことである。飛ばすとは、ノードパターンを抜かしてそのまま通り過ぎることであり、押し出すとは、フックノードが全くない‘断層’を一つ追加した後、元来のノードパターンを引き続き進行することである。
‘省略’は、原形展開行列式内に表現される断層の個数(Nlay,number of section layer)又は水平ノード線の個数によって単純な1個、2個の‘省略’ではなく、回転角の場合と同様に数学的組合せ(mathematical combination,)によって省略パターン(skipping pattern)を形成することができる。また、飛ばしと押し出しの2方式によって更なる多変形性変更の自由度(dof of formation)が高まる。
理解を助けるために、原形正三角形を例に上げて説明すれば、回転角θrotが90°の場合、4個の‘断層’を適用して正十二角形圧縮円周を形成できることを先の例で説明したが、‘省略’は意図的に特定の累積回転角(accumulated rotation angle)となる‘断層’を‘省略’することを意味する。
例えば、回転角θrotが90°の場合、各‘断層’で累積される回転角は0°、90°、180°、270°、360°(=0°)になるが、このうち、180°となる‘断層’を‘省略’すれば、図73の通りになる。飛ばし省略の場合はのような形態になり、押し出し省略の場合はのような形態になる。
上記の例を原形展開行列式で表現すれば、図74の通りである。この原形展開行列式は、理解を助けるために、クロスノード無しにフックとヌルノードだけを使用して非常に単純化して表現した式である。実際の適用ではワイヤーが通るので当然にクロスノードが発生する。したがって、‘省略’される‘断層’又は水平ノード線にはクロス及びヌルノードだけが存在する。このように多変形性構造パターニング技法の具現(又は製造)で当然に形成されるクロス及びヌルノードを、ダミーノード(dummy node)と呼び、ダミーノードがある水平ノード線はダミーノード線(dummy node line)と称するが、原形展開行列式には表現しない。ただし、実際に具現された形態を示す展開網ではダミーノード線を区別するために1dum、2dumの形態で表記する。
‘省略’は、多変形性‘組合せ’の概念によって数学的組合せによって省略パターン(skipping pattern)を決定できることを‘省略’概念の説明で言及した。もし2個の組合せ、すなわちk=2の場合に、1番目の‘省略’は累積回転角θaccuが180°、2番目の‘省略’は累積回転角θaccuが90°で発生すると、図75のような原形展開行列式を得ることができる。独立した原形展開行列式は、個別の構造パターンを意味するので、図74及び図75に示す原形展開行列式は、‘省略’概念によって導出された個別のワイヤー編みステント構造パターンとなる。また、数学的組合せにおいてk≧2の場合は、圧縮時に対称的円形性(symmetric circularity)を確保することができる。
‘省略’において多変形性の‘突発’概念の適用は、無作為(randomness)な非定型多変形性を確保することができるが、無作為選択(random selection)に対する政策(policy)を確立して適用することが重要である。例えば、全体の‘断層’から‘省略’するか、それとも回転角を適用した時に発生する反復断層(repeated section layer)から‘省略’するかをまず政策的に決定しなければならず、また、無作為選択して‘省略’する‘断層’を何個にするかなどを政策的に決定して適用しなければならない。
次は、多変形性の‘組合せ’概念に対する説明である。‘組合せ’は、大きく、要素組合せ(parameter combination、因子組合せ)とパターン組合せ(pattern combination)の2種類に区別できる。要素組合せは、‘原形n角形’、‘回転’及び‘省略’での選択できる数学的組合せを意味し、パターン組合せは、要素組合せで生成された原形展開行列式間の組合せのため、必要によって連結ノードパターンが要求されることもある(図76)。
パターン組合せは、原形展開行列式間の正組合せ(normal combination of pattern)、対称組合せ(symmetry combination of pattern)又は逆対称組合せ(reverse symmetry combination of pattern)で構成できる。正組合せは、原形展開行列式に変化を与えないで組み合わせることであり、対称組合せは、原形展開行列式をひっくり返して互いに対称となるように組み合わせることであり、逆対称組合せは、原形展開行列式をひっくり返して逆順(reverse order)に適用する組合せ方式である(図77A及び図77B)。
要素組合せの例は、‘原形n角形’の場合に、1個以上の‘原形n角形’を多変形性構造パターニングに適用することである。例えば、原形正三角形と原形正四角形(primitive regular tetragon)を同時に適用することであるが、回転角θrotを90°として適用すれば、図78の通りである。
最後に、‘突発’は、非定型多変形性を確保するための無作為性の適用の概念である。しかし、本発明で導出した無作為性は、乱れた大量無作為(mass randomness)ではなく、塩基序列などの突然変異(mutation)のように定型多変形性に変化を与える要素(要因)及び順序に突発的な変化(unexpected change)を与える突発を生成することによって多変形性の変化自由度(dof of formation)を向上させるために導入した概念である。‘原形n角形’、‘回転’及び‘省略’の選択にも無作為性を与えることができるが、‘省略’概念説明で既に述べたように、無作為性の活用は、どの方式でどの範囲で適用するかを事前に決定する政策が何よりも重要である。
先に述べた多変形性は、多様性(versatility)と関連する。多様性は要素(factor)と自由度(degree of freedom)Dとの積、すなわちf(versatility)=factor×Dで定義されるため、上記の概念で確保できる定型多変形性の場合の数(number of cases of formatted multi−alterability)Ndefは、次の通りである。
Figure 2021058717
そして、非定型多変形性の場合の数(number of cases of unformatted multi−alterable one)Nundefは、次の通りである。
Figure 2021058717
上記の式から予測できるように、本発明で提案した多変形性構造パターニング概念によって多様な多変形性を確保できることがわかる。
また、上記の概念から導出された全ての原形展開行列式は適切な連結ノードパターンと結合して展開行列で表現され、展開行列内でワイヤーの動きは6方向の砂時計型(sandglass type)又は8方向の放射型(radial type)で移動するため、ワイヤー編みで具現された展開網を得ることができる。すなわち、本発明の全ての多変形性構造パターニングワイヤー編みステント構造を完成することができる。
次に、上記の概念を実際に適用した例示を紹介する前にクロスノードを配置する方法について簡略に説明する。クロスノードの配置は、‘原形n角形’の辺(sides)に沿って適用でき、適用するクロスノードの個数は、適用しようとするワイヤー編みステントの機能と性能に応じて別々に適用する。
クロスノードの実際の配置は、‘原形n角形’の頂角に外接している外接円、すなわちステントの円周)に沿って配置するが、多変形性構造パターニングにおいてノードパターンを設計するには辺に沿って配置すれば直観的であるので、‘原形n角形’の辺を活用すれば有利である。
例えば、原形正三角形の辺に各3個ずつ配置し、回転角を90°として適用した先の例
に適用して原形展開行列式で表記すると、図79の通りである。軸方向で重畳された‘原形n角形’に表記する時は、1番目の‘原形n角形’にのみ表記すればいい。クロスノードの絵記号表記式としてXを使用する。
多変形性構造パターンの対称性及び円形性評価は、展開行列上で行わなければならないが、省略ノード線(skip node line)を除く原形断層個数(no.of section layer)Nlayが4個以上の場合は、含蓄的に核心構造パターン(core structure pattern)を表現している原形展開行列式に表現された原形ノードパターン(primitive node pattern)から求めることもできる。ただし、原形ノードパターンを構成している原形断層の個数が4個未満の場合は、原形ノードパターン指数nを変更し、4個以上の原形断層個数Nlay条件を満たして評価すればいい。
対称性は、軸方向から見る時、どれくらい均一にフックが配列(配置)されているかを評価する要素であるので、フックの位置(position)と数量(amount)を全て総合して評価しなければならない。図80に示すように、軸方向から見る時は均一に配置され、対称性が維持されているように見えるが、同一位相に配置されているフック数は互いに異なり得る(図80のNh.phase)ので、位置、数量の両方を考慮して評価する必要がある。
対称性は、フックの均一な分布(dispersion)程度を評価するものであり、フックノードの分散(variance of hook node)を評価すればいい。評価する分散要素(variance factor)又は分散変数(variance variable)は、数量変数2つ、位置変数1つを含めた3つであり、次の通りである。
1)水平ノード線当たりフック数Nh.horiz.node.i−th(no.of hooks per horizontal node line)
2)垂直ノード線当たりフック数Nh.vert.node.j−th(no.of hooks per vertical node line)
3)水平ノード線当たりフック間の間隔△h.horiz.node.i−th(distance between neighbor hooks per i−th horizontal node line)
水平ノード線当たりフック間の間隔(△h.horiz.node.i−th)は、軸方向中心において隣り合うフックとフックとの間の夾角(contained angle between neighbor hooks)θH−Hを意味する。原形ノードパターン(primitive node pattern)ではノード間の分割角度(angle division)θdivを垂直ノード線間の距離、すなわちノード線幅(node line width)Wn.lineで表現し、またノード線幅は等間距離(equal distance)で表現するので、フックとフック間の垂直ノード線個数をNH−H.vertとすれば、次の関係式が成立する。
θH−H=NH−H.vert×θdiv=NH−H.vert×Wn.line
θH−H/θdiv=NH−H.vert
したがって、単にフックとフック間の垂直ノード線個数NH−H.vertだけで水平ノード線当たりフック間の間隔△h.horiz.node.i−thを評価できる。
垂直ノード線当たりフック数Nh.vert.node.j−thは、同一位相に存在するフック数に対する変動を反映する変数であり、特定のj−th垂直ノード線全体がヌルノードで構成された垂直ノード線は変動計算から除く。
また、上記の3つの分散変数はいずれも独立変数であり、相互独立的(independent)で非相関関係(uncorrelated)であるので、各分散変数の算術的分散和が算出可能である。したがって、分散(variance)を標準偏差(standard deviation)に変更した後、平均値(mean value)で割って、無次元比較(dimensionless comparison)が可能な変動係数(coefficient of variation,CV)値によって定量的評価が可能である。すなわち、上記の3つの分散変数に対する平均変動係数(average coefficient variation)CVavg値で対称性Qsymm評価が可能であり、平均変動係数値が0に近いほど対称性が良いといえる。対称性評価式は、用語の認知的便宜性のために、Qsymm=1−(CVN.h.horiz+CVN.h.vert+CV△.h.horiz)/3で計算する。したがって、対称性値自体は1に近いほど、対称性が良いといえる。本発明では最小でも0.5以上が推奨される。
次は、定量的対称性Qsymm評価のための数式に対する簡略な要約である。
Figure 2021058717
円形性は、ステント圧縮時にステント半径断面の原形円周保持性(sustainability of circular circumference)を評価するものであり(図81)、軸方向から見る時、多数のフックで構成された構造パターンが有利であろう。しかし、1個の断層に多くのフックが存在することは圧縮比において不利になるので、断層別に均一に分散して円形性を保持することが有利だといえよう。
円形性は基本的に円周率(pi)πに対する比較で評価することができる。円周率πは、直径(diameter)Dに対する円周Sの比、すなわち、π=S/Dであるので、円周率の比較は、円周の相対比較で評価できる。例えば、直径がDである円に内接する正n角形の辺の数が多くなると、辺の総長さ≒円周の関係式が成立することと同様である。
したがって、直径Dに内接する正n角形を仮定すれば、単純円形性(simple circularity)Qcirc.simple評価は、正n角形の辺の長さの合計Sgonを、直径がDである円周S(S=πD)で割った値であり、Qcirc.simple=Sgon/Sとの式で求めることができる。
直径Dに内接する正n角形の1辺の長さsはs=D sin(180/n)式で求めることができ、ここでnは辺の個数であるので、辺の総長さはSgon=n×s=n×D sin(180/n)となる。
したがって、単純円形性はQcirc.simple=Sgon/S=n×D sin(180/n)/πD=n×sin(180/n)/πと単純化して計算できる。
しかし、円に内接する正n角形を仮定した単純円形性は、軸方向から見る時のフック数とフックの配列による分布及び同一位相上に存在するフック数が異なる場合、すなわち、変動が含まれるときは、上記の式だけで円形性を十分に評価できず、フックの個数と配列の分布に対する変動を反映させて総合的に評価をしなければならない。
円形性評価に必要な変数は、対称性評価と同様に、次の3つがあり、独立的で非相関関係の変数である。
1)軸方向基準のフック数の和Nh.radial(total no.of hooks on the axial view)
2)軸方向基準のフック間の間隔△h.radial(perpendicular distance of neighbor hooks on the axial view)
3)垂直ノード線当たりフック数Nh.vert.node.j−th(no.of hooks per vertical node line)
軸方向基準のフック数の和Nh.radialは、フックが存在する垂直ノード線の個数(no.of vertical node line on which hook exists)と同一であり、単純円形性(Qcirc.simple)で仮定した円に内接する正n角形概念を適用するのに適した変数である。
垂直ノード線当たりフック数Nh.vert.node.j−thは、概念と適用方法は対称性評価と同一である。したがって、全体がヌルノードで構成された垂直ノード線は、変動計算から除外する。
軸方向基準のフック間の間隔△h.radialの大きさは、対称性評価と同様に、フックとフックとの間の垂直ノード線個数を使用する。ただし、同一水平ノード線上でのフック間距離を使用した対称性評価とは違い、円形性評価では1番目の垂直ノード線から順次にフックが存在する隣接対垂直ノード線間(pair vertical node line)の垂直距離を使用する。
したがって、単純円形性Qcirc.simpleに、上記のようなフック配列と同一位相に存在するフック数に対する変動を反映すれば、総合的な円形性Qcirc評価式として適用することができる。すなわち、Qcirc=Qcirc.simple×(1−CVavg)。
ここで、CVavgは、フック配列△h.radialと同一位相に存在するフック数Nh.vert.node.j−thに対する平均変動係数(average coefficient of variation)であり、(1−CVavg)で計算した値は、完壁な均一性、すなわち変動のない状態ではCVavg=0であるので、軸方向基準のフックが正n角形をなした状態と同一である。すなわち、Qcirc=Qcirc.simpleになる状態である。
次は、定量的円形性Qcircの評価のための数式に対する簡略な要約である。
Figure 2021058717
上述した多変形性構造パターニング手順を簡単に要約すれば、パターニング政策段階(phase of patterning policy)、因子設計段階(phase of parameter design)、パターニング構成段階(phase of patterning configuration)、及び製造表現段階(phase of fabrication expression)の4段階と要約できる。フローチャートの形式で表現すれば図82の通りであり、より詳細に表現すれば図83の通りである。
以下、上記で説明した本発明の多変形性構造パターニング方法を適用した例について説明する。
例示1(REG−TRIA−90−L−12)
‘原形n角形’は正三角形、回転角は90°、回転方向(rotation direction)は逆方向(ccw,left)、‘省略’、‘組合せ’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数が2、すなわちn=2である多変形性構造パターニングの例(REG−TRIA−90−L−12)は、図84A、図84B、図84Cの通りである。
例示2(REG−TRIA−180−L−12)
‘原形n角形’は正三角形、回転角は180°、回転方向は逆方向(ccw,left)、‘省略’、‘組合せ’及び‘突発’はなく、循環型は閉であり、原形ノードパターン指数が4、すなわちn=4である多変形性構造パターニングの例(REG−TRIA−180−L−12)は、図85A、図85B、図85Cの通りである。
一方、上記の対称性評価式(equation of symmetry evaluation)を本発明の例示1(REG−TRIA−90−L−12)と例示2(REG−TRIA−180−L−12)に適用すると、図86A及び図86Bの通りである。
上記の円形性評価式(equation of circularity evaluation)を本発明の例示1(REG−TRIA−90−L−12)と例示2(REG−TRIA−180−L−12)に適用すると、図87A及び図87Bの通りである。
例示3(REG−TRIA−15−R−COMB−12)
‘原形n角形’は正三角形、回転角は15°、回転方向は正方向(cw,right)、‘組合せ’は回転角に対して因子組合せ適用、‘省略’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数が2、すなわちn=2である多変形性構造パターニングの例(REG−TRIA−15−R−COMB−12)は、図88A、図88B、図88Cの通りである。
例示4(REG−TETR−18−R−SKIP−20)
‘原形n角形’は正四角形(regular tetragon)、回転角は18°、回転方向は正方向(cw,right)、‘省略’は飛ばし(missing skip)適用、‘組合せ’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数が2、すなわちn=2である多変形性構造パターニングの例(REG−TETR−18−R−SKIP−20)は、図89A、図89B、図89Cの通りである。
例示5(REG−TETR−45−RL−SKIP−20)
‘原形n角形’は正四角形、回転角は45°、回転方向は正方向(cw,right)、逆方向(ccw,left)交互適用、‘省略’は押し出し(pushing skip)適用、‘組合せ’及び‘突発’はなく、循環型は閉であり、原形ノードパターン指数が3、すなわちn=3である多変形性構造パターニングの例(REG−TETR−45−RL−SKIP−20)は、図90A、図90B、図90Cの通りである。
例示6(REG−PENT−27−RL−COMB−20)
‘原形n角形’は正五角形、回転角は27°、回転方向は正方向(cw,right)、逆方向(ccw,left)交互適用、‘組合せ’は回転方向に対して因子組合せ適用、‘省略’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数が1、すなわちn=1である多変形性構造パターニングの例(REG−PENT−24−RL−COMB−20)は、図91A、図91B、図91Cの通りである。
例示7(REG−TRPH−0−L−COMB−12)
‘原形n角形’は正三角形、正四角形、正五角形(regular pentagon)、正六角形(regular hexagon)適用、回転角は0°、回転方向はなく、‘組合せ’は原形−n角形及びクロスに対して因子組合せ適用、‘省略’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数が3、すなわちn=3である多変形性構造パターニングの例(REG−TRPH−0−L−COMB−12)は、図92A、図92B、図92C、図92Dの通りである。
例示8(REG−TRPH−0−L−COMB−SYMM−12)
例示7(REG−TRPH−0−L−COMB)と設計因子(parameter of design)は同一であり、パターニング政策(policy of patterning)も類似であるが、‘組合せ’において要素組合せ及びパターン組合せを全て適用し、パターン組合せは対称組合せを適用した、原形ノードパターン指数が1、すなわちn=1である多変形性構造パターニングの例(REG−TRPH−0−L−COMB−SYMM−12)は、図93A、図93B、図93Cの通りである。
例示9(REG−HXTR−30/90−LR/L−COMB−PATN−18/12)
本例示は、個別の構造パターン間、すなわち原形展開行列式間の結合で複合構造パターンを形成することによって多変形性構造パターニングを形成する例示であり、適用された原形展開行列式はそれぞれ、原形ノードパターン指数が1、すなわちn=1であるREG−TRIA−90−L−12モデルとREG−HEXA−30−LR−18モデルを[REG−HEXA−30−LR−18]+[REG−TRIA−90−L−12]+[REG−HEXA−30−LR−18]の形態で結合して構成した例示である。REG−HEXA−30−LR−18モデルに適用された多変形性政策は、次の通りである。
‘原形n角形’は正六角形、回転角は30°、回転方向は逆方向(ccw,left)、正方向(cw,right)交互適用、‘組合せ’は回転方向に対して因子組合せ適用、‘省略’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数は1(n=1)を適用し、個別の複合構造ノード連結のために半フックを適用した。
この多変形性構造パターニングの例(REG−HXTR−30/90−LR/L−COMB−PATN−18/12)は、図94A、図94B、図94Cの通りである。
例示10(IRR−TRPH−20−L−COMB−14)
本例示は、非正(irregular)‘原形n角形’を適用した例であり、適用された‘原形n角形’の総フック数(total number of hooks)を半径方向に均等に配列した多変形性構造パターニングの例である。IRR−TRPH−20−L−COMB−14モデルに適用された多変形性政策は、次の通りである。
‘原形n角形’は非正三角形(irregular triangle)、非正四角形(irregular tetragon)、非正五角形(irregular pentagon)及び非正六角形(irregular hexagon)、回転角は20°(18x20°=360°)、回転方向は逆方向(ccw,left)、‘組合せ’は原形−n角形及びクロスに対して因子組合せ適用、‘省略’及び‘突発’はなく、循環型は開であり、原形ノードパターン指数は1(n=1)を適用し、非正n角形(irregular n−gon)に対する連結性確保のために半クロスを適用した。
この多変形性構造パターニングの例(IRR−TRPH−20−L−COMB−14)は、図95A、図95B、図95C、図95Dの通りである。
例示11(IRR−TETR−NA−L−COMB−REVS−8/10/14)
本例示は非正四角形を適用して、8−ノード(8−node)、10−ノード(10−node)及び14−ノード(14−node)で構成された複合構造パターンを逆対称組合せで構成したパターン例示であり、原形展開行列式、展開行列、展開網及び製造表現式を示した。
この多変形性構造パターニングの例(IRR−TETR−NA−L−COMB−REVS−8/10/14)は、図96A、図96B、及び図96Cの通りである。
多変形性ワイヤー編みステント構造パターニング方法適用材料及びその他
本多変形性構造パターニング技法を適用したワイヤー編みステントに適用可能な材料は、基本的に、糸のようなワイヤー形態(threadlike wire type)に製造できる、生体に適合した金属ベース(metal−based)、合成高分子ベース(polymer−based)、天産物ベース高分子(nature−based polymer)材料のいずれも可能である。
金属ベースの材料の例は、ニッケル−チタン形状記憶合金(Ni−Ti shape memory alloy)、マルテンサイトニッケル−チタン形状記憶合金(martensitic−NiTi shape memory alloy)、ステンレス鋼(stainless steel)、タンタル(tantalum)、タングステン(W,tungsten)、金(Au,gold)、白金(platinum)、銀(Ag,silver)、ニッケル(nickel)、チタン(Ti,titanium)、クロム(Cr,chrome)、コバルト−クロム合金(Co−Cr,cobalt chrome alloy)、白金−クロム合金(Pt−Cr,platinum−chrome alloy)、白金−イリジウム合金(Pt−Ir,platinum−iridium alloy)、マグネシウム合金(magnesium alloy)などがある。
合成高分子ベース材料は、分解性(degradable)及び/又は非分解性(non−degradable)材料のいずれも適用可能である。
例えば、適用可能な分解性高分子材料は、脂肪族ポリエステル(aliphatic polyesters)系のポリ乳酸(poly(lactic acid))及びその共重合体(copolymers)、ポリグリコール酸(poly(glycolic acid))及びその共重合体、ポリヒドロキシブチレート(poly(hydroxy
butyrate))、ポリe−カプロラクトン(poly(e−caprolactone))及びその共重合体、ポリアルキレンコハク酸(poly(alkylene succinates))などがあり、その他ポリ無水物(polyanhydrides)、ポリオルトエステル(poly(ortho esters))などがある。
また、適用可能な非分解性高分子材料は、ポリアミド(polyamides: nylons)、ポリシアノアクリレート(poly(cyano acrylates))、ポリホスファゼン(polyphosphazenes)、熱可塑性ポリウレタン(thermoplastic polyurethanes)、低密度ポリエチレン(polyethylene,low density)、ポリビニルアルコール(poly(
vinyl alcohol))、ポリエチレンオキシド(poly(ethylene
oxide))、ポリヒドロキシメタクリレート(poly(hydroxyethyl methacrylate))、ポリメチルメタクリレート(poly(methyl methacrylate))、ポリテトラフルオロエチレン(poly(tetrafluoroethylene)、PTFE))、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane)、ポリエチレンオキシドプロピレンオキシドブロック重合体(poly(ethylene oxide−b−propylene oxide))、ポリビニルメチルエーテル(poly(vinyl methyl ether))、ポリN−アルキルアクリルアミド(poly(N−alkyl acrylamide))、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate)、ポリプロピレン(polypropylene)などがある。
天産物ベース高分子材料は、蛋白質由来高分子(protein−based polymer)系のコラーゲン(collagen)、アルブミン(albumin)、シルク蛋白質(silk protein)などがあり、ポリアミノ酸(poly(amino acid))系のポリリシン(poly(L−lysine))、ポリグルタミン酸(poly(L−glutamic acid))、ポリアスパラギン酸(poly(aspartic acid))、ポリサッカライド(polysaccharides)及びその誘導体などがあり、植物由来高分子(botanic origin polymer)系のカルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose)、硫酸セルロース(cellulose sulphate)、アガロース(agarose)、アルジネート(alginate)、カラギーナン(carrageenan)などがあり、人間及び動物由来高分子(human and animal origin polymer)系のヒアルロン酸(hyaluronic acid)、ヘパリン(heparin)、グリコサミノグリカン(glycosaminoglycan)などがあり、微生物由来高分子系のデキストラン(dextran)及びその誘導体、キトサン(chitosan)及びその誘導体などがある。
金属及び高分子ワイヤー材料は、特定目的に応じて組み合わせて混用することができ、複合構造パターンが形成しやすいので、特定構造パターンにのみ特定金属及び高分子ワイヤー材料を適用することも可能である。
以上、本発明の特定の部分を詳細に述べたが、当業界の通常の知識を有する者にとってそれらの具体的な技術は単に好適な具現の一例に過ぎず、それらに本発明の範囲が制限されない点は明らかである。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付する請求項とその同等物によって定義されるといえよう。
ステントシステムの主要な構成要素であるステントと伝達機構を、分離ではなく統合の観点で、特に現実的な必要事項である伝達機構に適用が可能な装着性を確保するために、ワイヤー編みステントの基本構造形態を微視的に分析及び定量化し、圧縮率(又は圧縮比)(rcomp)で定義されたワイヤー編みステントを製造することができる。

Claims (12)

  1. フックノード又はクロスノードが存在する半径断面をノード半径断面と定義し、
    頂角にフックノードが配置される原形n角形(primitive n−gon)を定義するとき、
    前記原形n角形は前記ノード半径断面に内接し、
    (a)前記原形n角形を選択する段階
    を含み、
    (b)前記ノード半径断面の中心を基準にそれぞれの前記ノード半径断面は、隣り合う前記ノード半径断面に対して所定の回転方向に所定の回転角だけ回転させる段階、
    (c)前記ノード半径断面のうち、特定ノード半径断面を省略する段階、及び
    (d)2個以上の前記原形n角形、2個以上の前記所定の回転方向、2個以上の前記所定の回転角、又は2個以上の前記特定ノード半径断面を組み合わせる段階、で構成された群から少なくとも一つを含む、ワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング(multi−alterable structural patterning)方法。
  2. 前記原形n角形は、正(regular)多角形又は非正(irregular)多角形であり、前記nは3〜8のうち少なくとも1の整数である、請求項1に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  3. 前記所定の回転角θrotは、次の数式15で定義される範囲であり、前記所定の回転方向は時計回り方向(clockwise、正方向)又は反時計回り方向(counterclockwise、逆方向)である、請求項1に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法であって、
    [数15]
    0≦θrot<360゜
    前記数式15で、原形n角形(primitive n−gon)が正多角形である場合、θrotは‖360/頂角(n)の個数‖の整数倍の回転角は除外する方法。
  4. 前記ノード半径断面の個数は、前記所定の回転角(θrot)が0゜である場合に選択された前記原形n角形の数より大きいか等しいべきであり、前記所定の回転角(θrot)>0の場合には、分割角数(number of angle division,Nang)より小さいか等しく、選択された前記原形n角形の数より大きいか等しい整数であり、前記分割角数は、次の数式16を満たす整数である、請求項1に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
    [数16]
    ang=‖360°/θrot
  5. 前記ノード半径断面のうち、特定ノード半径断面を省略する段階は、
    飛ばし省略(missing skip)及び押し出し省略(pushing skip)の中から選択し、
    前記飛ばし省略は、前記特定ノード半径断面のノードパターンを抜かして通り過ぎることであり、
    前記押し出し省略は、フックノードがないノード半径断面を追加した後、前記特定ノード半径断面のノードパターンを進行することである、請求項1に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  6. 前記ワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法で形成されたワイヤー編みステントは、次の数式17で定義された対称性(symmetry)Qsymm値を有し、
    [数17]
    symm=1−(CVN.h.horiz+CVN.h.vert+CV△.h.horiz)/3
    前記CVN.h.horiz=(SD/MV)N.h.horiz(数式18)であり、前記CVN.h.vert=(SD/MV)N.h.vert(数式19)であり、前記CV△.h.horiz=(SD/MV)△.h.horiz=Σ(CV△.h.horiz.i−th)i,i=1to N.lay/Nlay(数式20)であり、前記△.h.horiz=NH−H.vert(数式21)であり、前記CVは変動係数(coefficient of variation)であり、前記SDは標準偏差(standard deviation)であり、前記MVは平均値(mean value)であり、前記N.h.horizは水平ノード線当たりフック数(no.of hooks for horizontal node line)であり、前記N.h.vertは垂直ノード線当たりフック数(no.of hooks for vertical node line)であり、前記△.h.horizは水平ノード線当たりフック間の間隔(distance between neighbor hooks for horizontal node line)であり、前記△.h.horiz.i−thはi番目の水平ノード線当たりフック間の間隔(distance between neighbor hooks per i−th horizontal node line)であり、前記N.lay(又はNlay)は、省略ノード線(skip node line)を除外した4個以上の半径断面の個数(no.of primitive section layer applied)であり、前記NH−H.vertは水平ノード線当たりフック間垂直ノード線の個数(no.of vertical node line between neighbor hooks per horizontal node line)である、請求項1に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  7. 垂直ノード線全体がヌルノード(null node)で構成された垂直ノード線は、前記数式17の計算から除外する、請求項6に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  8. 前記対称性Qsymm値は0.5以上である、請求項6に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  9. 前記数式21のNH−H.vertは次の数式22で定義される、請求項6に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法であって、
    [数22]
    H−H.vert=θH−H/θdiv
    ここで、前記θH−H=NH−H.vert×θdiv=NH−H.vert×Wn.line(数式23)であり、前記θH−Hは、隣り合うフックとフックとの間の夾角(contained angle between neighbor hooks)を表し、前記θdivはノード間の分割角度(angle division)を表し、前記Wn.lineはノード線幅(node line width)を表す方法。
  10. 前記ワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法で形成されたワイヤー編みステントは、次の数式24で定義された円形性(Qcirc)を有し、
    [数24]
    circ=Qcirc.simple×(1−CVavg
    前記Qcirc.simple=n×sin(180゜/n)/π(数式25)であり、前記CVavg=(CV△h.radial+CVN.h.vert)/2(数式26)であり、前記CV△.h.radial=(SD/MV)△.h.radial(数式27)であり、前記CVN.h.vert=(SD/MV)N.h.vert(数式28)であり、前記n=N.h.radial(又はNh.radial)(数式29)であり、前記Qcirc.simpleは、正n角形を仮定した単純円形性を表し、前記CVavgは平均変動係数(average coefficient of variation)を表し、前記CVは変動係数(coefficient of variation)であり、前記SDは標準偏差(standard deviation)であり、前記MVは平均値(mean value)であり、前記nは正n角形の辺の数(no.of sides of regular n−gon(=total no.of hooks on the axial view))であり、前記N.h.radialは軸方向基準のフック数の和(total no.of hooks on the axial view)であり、前記△.h.radialは軸方向基準のフック間の間隔(perpendicular distance of neighbor hooks on the axial view)であり、前記N.h.vertは垂直ノード線当たりフック数(no.of hooks for vertical node line)である、請求項1に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  11. 垂直ノード線全体がヌルノードで構成された垂直ノード線は、前記数式24の計算から除外する、請求項10に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
  12. 前記円形性Qcirc値は0.4以上である、請求項10に記載のワイヤー編みステントの多変形性構造パターニング方法。
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