JP4339128B2 - 強度特性が改良された医療装置用バルーン及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はバルーンおよびそのためのパリソンを形成する方法に関する。

カテーテル用バルーンを有する医療装置は、血管拡張、ステント送達、薬剤送達、およびセンサーおよびブレードなどの外科装置の送達および操作等を包含する益々広がる多様な用途で用いられている。これらの装置に用いられるバルーンに望まれる物理特性の特徴は、具体的な用途次第で異なるが、多くの用途には高強度の強靭なバルーンが必要とされており、優れた柔軟性および追従性特性は非常に望ましい。

約１３８ＭＰａ（２０，０００ｐｓｉ）を超える壁強度を持つ市販の高強度バルーンは、ＰＥＴ、ナイロン、ポリウレタン、および種々のブロック共重合体熱可塑性エラストマーを包含する、広範な種類の重合体材料から形成される。レヴィ（Levy）による特許文献１およびサーブ（Saab）による特許文献２にはＰＥＴバルーンが記載されている。ピンチュク（Pinchuk ）らによる特許文献３および金子による特許文献４にはポリアミドバルーンが記載されている。ガハラ（Gahara）による特許文献５およびアンダーソン（Anderson）らによる特許文献６にはポリウレタンブロック共重合体から作成されたバルーンが記載されている。ワン（Wang）らによる特許文献７およびワン（Wang）らによる特許文献８にはポリエーテル−ブロック−アミド共重合体およびポリエステル−ブロック−エーテル共重合体が記載されている。シンハンバトラ（Simhambhatla）らによる特許文献９には高い曲げ弾性率のポリエステル−ブロック−エーテル共重合体から作成されたバルーンが記載されている。金子による特許文献１０にはポリアリーレンスルフィドから作成されたバルーンが記載されている。これらのバルーンの全ては、ブロー成形の半径方向の膨張工程により、重合体材料の押出成形されたチューブ状材料から作成される。延吉（Nobuyoshi ）らによる特許文献１１、ハミルトン（Hamilton）らによる特許文献１２、およびハムリン（Hamlin）による特許文献１３には、そうしたバルーンを作成するために用いられてもよい更なる材料が記載されている。

異なるバルーン材料は異なる特性を与える。一般に、高い伸びおよび低い曲げ弾性率を持つ材料は、ピンホール形成および収縮時のウィンギングに比較的優れた耐性を与え、体内腔を通じるより優れた追従性を与えるが、そのような材料はより低い破裂強度およびより高い膨張性を持つバルーンを与える傾向がある。反対に、比較的高い引張強度および硬度を持つ重合体材料は、低い膨張性および高い破裂強度を持つバルーンを与え傾向にあるが、ピンホール発生率、ウィンギングおよび／または追従性の損失を犠牲する。

種々のブロー成形技術が用いられている。押出成形されたパリソンは金型内で、またはフリーブローにより半径方向に膨張されてよい。これに代えて、パリソンは半径方向の膨張に先立ち、バルーンのコーンおよびウエスト部位の厚みを減ずるために、種々の方法で膨張または再形成以前に縦方向に予備延伸されてよい。ブロー工程はその後に、加熱された流体中への急速浸漬が行われ、伸張下での加圧を利用してよく、異なる加圧で連続浸漬、および材料が加熱された後に圧縮性または非圧縮性流体で振動加圧してよい。加熱はパリソン中に注入された加圧流体を加熱することにより達成されてもよい。これらの技術の実施例は既に言及された特許文書中、またはノディン（Noddin）らによる特許文献１４、サハティジャン（Sahatjian ）による特許文献１５、テナーステッド（Tennerstedt ）による特許文献１６、ワン（Wang）らによる特許文献１７中に見出される。

ブロー成形温度および圧力に関連して、ブロー成形の後にバルーンは単に冷却されても
、さらに高い圧力および／または温度でヒートセットされても、または中間の圧力および／または温度でヒートシュリンクされてもよい。ワン（Wang）らによる特許文献１８、アドバンスド・カーディオバスキュラー・システムズ・インコーポレーテッド（Advanced Cardiovascular Systems, Inc）による特許文献１９、サイメド・ライフ・システムズ（Scimed Life Systems ）による特許文献２０を参照。

かくして、ブロー成形加工条件およびバルーン材料に対しては際立った注意が払われてきた。パリソンとして用いられる重合体チューブ状材料を調製するための押出条件に対しては、ほとんど注意が払われていない。一般には、ドライな重合体（dry polymer ）が用いられる。ドローダウン比を変更することにより単一のダイが異なるチューブ材料直径を作り出すのに用いられることは認められているが、少なくともＰＥＴバルーン出現以来、アモルファスな状態を与え、続くブロー成形工程を容易にするために、比較的低いドローダウン比が推奨されてきた。エス．レヴィ（S. Levy ）の非特許文献１を参照。
米国特許第４，４９０，４２１号 米国特許第５，２６４，２６０号 米国特許第４，９０６，２４４号 米国特許第５，３２８，４６８号 米国特許第４，９５０，２３９号 米国特許第５，５００，１８０号 米国特許第５，５５６，３８３号 米国特許第６，１４６，３５６号 米国特許第６，２７０，５２２号 米国特許第５，３４４，４００号 米国特許第５，２５０，０６９号 米国特許第５，７９７，８７７号 米国特許第５，２７０，０８６号 米国特許第４，９６３，３１３号 米国特許第５，３０６，２４６号 米国特許第４，９３５，１９０号 米国特許第５，７１４，１１０号 米国特許第５，４０３，３４０号 欧州特許第５４０，８５８号 国際公開第９８／０３２１８号 「改良された膨張カテーテルバルーン」、ジャーナル・オブ・クリニカル・エンジニアリング、第１１巻、４号、７〜８月、１９８６年、２９１〜２９５ページ（"Improved Dilatation Catheter Balloons," J. Clinical Engineering, Vol. 11, No. 4, July - August 1986, 291-295 ）、第２９３ページ

熱可塑性エラストマーから作成されるバルーンは、比較的柔軟および強靭であり、優れた追従性を持ち、さらには多くの用途に充分な強度を与えるため望ましい。しかしながら、バルーンの性能への要求が増加するに従い、フープ比の更なる増加を必要とせずに熱可塑性エラストマーバルーンの壁強度を改良する、および／または壁強度を犠牲にせずにより強靭なバルーンを与える方法を見出す必要が生じている。

驚くことに、縦方向のパリソン材料伸びを制限する手段でパリソンの押出を制御することにより、改良されたバルーン特性を得られることが見出された。
ある態様では、本発明は半径方向の膨張工程により医療用バルーンを形成するのに有用
なパリソンの押出成形方法に関する。この方法は、バルク材料の伸びの８０％以下の伸びを持つパリソン材料を与える手段でパリソンを押出成形する工程を有する。ある別の態様では、本発明は、断面積のドローダウン比が約８以上のチューブを形成するための重合体材料のチューブを押出成形する工程を有する、パリソンの押出成形方法に関する。

さらに別の様態では、本発明は、特に高い強度特性により特徴づけられる改良されたバルーンと、そのようなバルーンを有する医療装置と、そのような装置を用いる外科的処置とに関する。より詳細な実施様態は、熱可塑性エラストマーから形成され、滅菌前の状態で少なくとも２３４ＭＰａ（３４，０００ｐｓｉ）、特には少なくとも２５５ＭＰａ（３７，０００ｐｓｉ）の壁強度を持つバルーンに関する。更なる実施様態は、滅菌後の状態で２２１ＭＰａ（３２，０００ｐｓｉ）以上の壁強度を持つバルーンに関する。

本発明の更なる様態は、以下の発明を実施するための最良の形態および請求項にて説明される。

本願中の任意の箇所に記載されている、全ての米国特許文書を包含する全ての公開文書は、完全なる引用により本願に明示的に援用される。本願中の任意の箇所に記載されている任意の同時継続特許出願もまた、完全なる引用により本願に明示的に援用される。

バルーンの膨張および破裂圧力は、フープ比およびチューブ壁厚みによるのみならず、押出成形されたパリソンの伸び特性により影響されることが見出されている。伸びはバルーン壁厚みへの効果を通じてバルーン特性に影響すると考えられている。従って、与えられたフープ比およびチューブ寸法では、パリソンの伸びが減少するに従いバルーン壁厚みは増大して、バルーンの膨張は減少し破裂圧力は増大する。

従って、フープ強度およびモジュラスの増大は、膨張の増大および破裂圧力の減少を可能にする、より薄いバルーン壁を犠牲にするに至る一方で、より低い破断伸びを持つチューブを押出成形することが可能である。これは与えられた重合体で以前に得られているよりも更に強固な壁を与えることを可能にする。または、本発明は、フープ強度および膨張に殆ど影響せずに、そのためステントまたは他の外科装置の送達操作により好適なバルーンを得るために、バルーン壁を厚くすることを可能にする。

ある態様では本発明は、バルクな材料の伸びの８０％以下の伸びを持つパリソン材料を提供するためにパリソン加工を改良する工程を備える。より詳細には、長さ７．６２ｃｍ（３インチ）の押出成形チューブが破断するまで伸張された場合、破断するときのチューブの長さは、アメリカ材料試験協会規格（ＡＳＴＭ）Ｄ−６３８に従いバルク材料の伸びを測定することにより得られた伸びの値の８０％以下のパーセント増加に相当する。幾つかの実施様態では、パリソンはバルク材料の伸びの７０％以下の伸びを持つパリソン材料を与えるように加工されており、更に他の実施様態では、パリソン伸びはバルク材料の伸びの６０％より小さい。

本明細書中で説明されるパリソン加工技術は、単独または組合せで、無滅菌バルーンでは、それらのない場合に得られるものを１０〜２５％超える程度のバルーン壁強度の改良を与える。滅菌は、選択された技術により幾分この利点を損なうことがある。本発明は任意の周知のバルーン材料に用いられてよいが、しかしながら、商標ペバックス（ＰＥＢＡＸ）の下で販売される、より詳細にはペバックス７０３３およびペバックス７２３３等のポリアミド／ポリエーテル／ポリエステルと、商標ハイトレル（ＨＹＴＲＥＬ）およびアーニテル（ＡＲＮＩＴＥＬ）の下で販売される、より詳細にはアーニテル・イーエム７４０およびハイトレル８２３８等のポリエステル／ポリエーテルブロック共重合体と、ペレ
タン（ＰＥＬＬＥＴＨＡＮＥ）２３６３−７５Ｄ等のポリウレタンブロック共重合体等の高強度の熱可塑性エラストマーが好ましく、特にポリアミド／ポリエーテルブロック共重合体が好ましい。パリソンは単層または複数層、例えばペバックス７０３３およびペバックス７２３３の、３，５，７またはそれ以上の交互層として押出成形されてよい。そうした重合体のブレンドもまた用いられてよい。

パリソン伸びは以下の１つ以上の押出パラメータを変更することにより制御されてよい。

押出温度。
押出ヘッドでの温度すなわちダイ温度は、押出機バレル内の温度と関連して低下される。放熱は材料がダイヘッドを通過している時でさえ始まる。結果として得られるチューブ状材料はより高い結晶化度を持つ。一般にはダイヘッド温度の減少はバレル温度より約２．８〜２７．８°Ｃ（５〜５０°Ｆ）、適切には５．６°Ｃ〜２２．２°Ｃ（１０°Ｆ〜４０°Ｆ）、更に好ましくは約１１．１〜１６．７°Ｃ（２０〜３０°Ｆ）低い。

ドローダウン比。
ダイの構成、押出機圧力、および／またはライン速度は、５：１を超える断面積のドローダウン比を与えるように調製される。１７：１程度まで高い比が用いられているが、更に高い比は押出機の圧力要求を減じるため有利である。典型的には、ドローダウン比は約８：１から約１７：１の範囲にある。

冷却時間。
押出ヘッドおよび冷却浴漕の間の間隙を減少することは、冷却時間を短縮することによりパリソン伸びを低下することも可能である。冷却時間はまたライン速度を増大することにより短縮されることが可能である。

浴温度。
冷却浴をより低い温度に保持することはまたパリソンの伸びを低下することが可能である。

本発明の少なくとも幾つかの実施様態の驚くべき利点は、本発明のパリソンから調製されたバルーンが、同一の重合体を利用しているが市販バルーンの典型的な押出パラメータを用いて調製されたコントロールに対して、繰り返し膨張破裂への耐性を改良されていることである。本改良はコントロールとの比較で３倍またはそれ以上の、定格圧力までの膨張回数を許すことができる。

本発明は以下の非限定的な実施例により説明される。
以下の実施例では、以下の省略形が用いられる。
Ｅｘ…実施例番号。アルファベット系列は比較例であり、番号系列は発明実施例である。

ＩＤ…押出時の内径。
ＯＤ…押出時の外径。
Ｄｉｅ Ｔｅｍｐ…華氏での押出機のダイ領域温度。これらの実施例では押出機のバレルは約２０２°Ｃ（３９５°Ｆ）に保たれた。

Ｌｉｎｅ ｓｐｅｅｄ…引取機のｍ／ｍｉｎ（ｆｅｅｔ／ｍｉｎ）での速度。
ＤＤＲ…押出ヘッドの開口部と最終のチューブ寸法の断面積のドローダウン比。ＤＤＲ
＝ ［（ダイＩＤ）^２−（チップＯＤ）^２」／［（チューブ状材料ＯＤ）^２−（チュー
ブ状材料ＩＤ）^２］。

Ｅｌｏｎｇ@ ｂｒｅａｋ…破断まで伸張された長さ約７．６２ｃｍ（３インチ）の押出成形チューブで測定された伸びのパーセンテージで与えられる。
Ｂａｌｌｏｏｎ ２ｘ ｗａｌｌ…マイクロメーターで測定されるバルーン二重壁のセンチ（インチ）での厚み。

Ｈｏｏｐ…バルーンの外径（金型径）／パリソン内径（押出時）で決定されるフープ比。
Ｄｉｓｔｅｎｓｉｏｎ…６：１２（６ａｔｍから１２ａｔｍ）および１２：１８（１２ａｔｍから１８ａｔｍ）の膨張圧力で示される範囲での初期直径に対する％としての直径変化。

Ｂｕｒｓｔ…バルーンが破裂するＭＰａ（ｐｓｉ）での圧力。
Ｂｕｒｓｔ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ…次の方程式により計算される破裂時の壁強度。Ｔ_ｓ ＝ ＰＤ／２ｔ。ここに、Ｔ_ｓは壁引張強度であり、Ｐはバルーンの破裂圧力であり、Ｄはバルーンの公称直径であり、ｔは壁厚みである。

全ての数値は少なくとも６個のバルーンの平均である。バルーンのブロー条件は、指示された箇所を除き、同一の時間、温度、およびシーケンスを用いた。全てのデータは６ａｔｍで３．０ｍｍの公称直径を持つバルーンのものである。バルーンはペバックス７０３３から作成された。バルクな重合体の伸びの公表値は、アメリカ材料試験協会規格Ｄ−６３８に従うと、４００％である。バルーンは、ワン（Wang）らによる米国特許第５，７１４，１１０号の実施例３に説明されるのと同様の非常に高いフープ比および段階的な浸漬工程を用い従来的に押出成形されたパリソンから作成された。典型的なプログラムは以下である。

プログラム： 浴 ９５℃
（１） 圧力 約０．６９０ＭＰａ（１００ｐｓｉ）
張力 ５０ｇ
Ｄに浸漬 ８秒
Ｄで保持 ６秒
（２） 圧力 約３．１０ＭＰａ（４５０ｐｓｉ）
張力 ２０ｇ
Ｃに浸漬 ４秒
Ｃで保持 ６秒
（３） 圧力 約３．７９ＭＰａ（５５０ｐｓｉ）
張力 ２００ｇ
Ｂに浸漬 ２０秒
Ｂで保持 ６秒
ここにＤ、ＣおよびＢは米国特許第５，７１４，１１０号に説明される位置である。パリソンの形成条件および形成されたバルーンの結果はテーブル１に説明される。ダイの構成は実施例の間で変更されなかった。漕の間隙、ダイ温度、および速度は、目標のパリソン伸びを得る必要から変更された。押出機の圧力は独立には制御されず、これらの条件を変化する結果として変更された。

テーブル１は高いフープ比で従来的なチューブ加工を用いて形成されるバルーンの例を与える。
テーブル１−実験対照

このパリソンの破断伸びは、バルクな重合体の公表値の約９１％に相当する。
テーブル２は、ＤＤＲを増大することにより、本発明に従い作成された同一のバルーン壁厚みでの結果を与える。増大されたドローダウン比は、伸び公表値の約４８％にこのチューブの伸びを減少した。

テーブル２−高ドローダウン

テーブル３は、押出後、パリソンがバルーンにブロー成形される以前に以下の手順の１つにより改良された場合の、押出パラメータおよびバルーン特性の結果を示す。

実施例２ 米国特許第５，８０７，５２０号の実施例１に従い、フリーズ・スプレー工程がパリソンのコーンおよびウエストを選択的に縮小するために用いられた。
実施例３ パリソンのボディ形成部を延伸しないグラインディングおよびネッキング工程により、コーンおよびウエストは選択的に減少された。２０００年９月２８日出願の米国特許出願第０９／６７２，３３０号に対応する、整理番号Ｓ６３．３−９９２８、２００１年８月２２日出願の国際公開第０２／２６３０８号の第１パラグラフの実施例２と同様である。

実施例４ パリソン全体は、ｘは開始長さであるとして延伸比３ｘで、押出成形された寸法（±４％）でのＩＤを保持するための内部加圧の下、周囲温度で縦方向に延伸された。国際公開第０２／２６３０８号の実施例１のコントロールを見よ。

テーブル３−パリソン改良

実施例２〜４では全ての場合で破壊圧力はコントロールのバルーンと同等だが、より薄い壁を持つので、壁強度はコントロールのバルーンを超えて充分に改良されている。

実施例５
バルーンは延伸比１．５ｘおよびフープ比７．０で周囲温度にて延伸されたペバックス７０３３パリソンを用いて作成された。重合体の公表された伸びの８０％を超えるパリソン破断伸びを保つように、押出成形されたパリソンは、実験対照として用いられた。公表された重合体の伸びの約５０％以下のパリソン破断伸びを与える、押出成形されたパリソンは、発明の実施例として調製された。バルーンは、繰り返し約１．４５ＭＰａ（２１１ｐｓｉ）まで膨張され、収縮された。各グループには４個のバルーンがある。実験対照バルーンのグループは平均して約８０回の繰り返しで脱落した。本発明のグループのバルーンの全ては、２３５回の繰り返しまで脱落することなく耐え、その時点で試験は中断された。

上述の実施例および開示は例示を意味するものであり網羅的ではない。これらの実施例および記述は当業者に多くの変更および代替を示唆するであろう。それらの変更および代替の全ては、用語「有する」は「包含するが、限定されるものではない」ことを意味する本請求項の範囲内に包含されることを意味するものである。当業者らは本明細書で説明された詳細な実施例に対して他の均等を認めるかもしれないが、均等もまた本請求項により包含されることを意味するものである。更に従属請求項で与えられる詳細な特徴は、従属請求項の特徴の任意な他の可能な組合せを持つ他の実施様態にもまた関係するものと認められるべきである本発明の、その範囲内の他の手段で相互に併用されることができる。例えば、請求項公開の目的で、多数従属形式が管轄内で受容される形式である場合には、以下の任意の従属請求項は、従属請求項に引用される全ての先行事項を占有する全ての先行請求項からなる多数従属形式で代わりに書かれているものとして捉えられるべきである（例えば、請求項１に直接従属する各請求項は、代わりに先行の請求項全てに従属していると捉えられるべきである）。多数従属形式の請求項が制限されている管轄では、以下の従属請求項は、従属請求項以下に列挙された特定請求項以外に先行の先行事項を占有する請求項から従属性を設定する各単一従属請求項の形式で代わりに書かれているものとしてまた捉えられるべきである。

Claims (10)

1. 医療装置用バルーンを形成するためのパリソンを作成する方法において、重合体材料のチューブを押出成形して押出成形チューブを形成する工程を有し、バルクな重合体材料の破断伸びの８０％以下である破断伸びを持つ押出成形チューブを与えることを目的として押出が制御される方法。
2. バルクな重合体材料の破断伸びの約７０％以下である破断伸びを持つ押出成形チューブを与えることを目的として押出が制御される請求項１に記載の方法。
3. バルクな重合体材料の破断伸びの約５０％の破断伸びを持つ押出成形チューブを与えることを目的として押出が制御される請求項１に記載の方法。
4. 医療装置用バルーンを形成するための押出成形チューブ状パリソンにおいて、重合体材料から形成されており、押出成形されるとバルクな重合体材料の破断伸びの８０％以下である破断伸びを持つ前記パリソン。
5. 押出成形されるとバルクな重合体材料の破断伸びの約７０％以下である破断伸びを持つ請求項４に記載のパリソン。
6. 押出成形されるとバルクな重合体材料の破断伸びの約５０％の破断伸びを持つ請求項４に記載のパリソン。
7. 請求項４に記載のパリソンから形成される医療装置用バルーン。
8. 前記重合体材料は、ポリアミド／ポリエーテル／ポリエステル、ポリエステル／ポリエーテルブロック共重合体、ポリウレタンブロック共重合体、またはそれらの混合物を含有する請求項７に記載の医療装置用バルーン。
9. カテーテルに取り付けられた請求項７に記載のバルーンを有する医療装置。
10. カテーテルに取り付けられたステントを更に有する請求項９に記載の医療装置。