JP4567332B2 - 金属バルーンを有するバルーンカテーテルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にバルーンカテーテルに関し、そしてより詳細には、ステントの送達、灌流、薬物送達、血管形成術、弁形成術および動脈内膜切除法で使用するのに適したバルーンカテーテルに関する。特に、本発明は、金属のみから作製されるバルーンを有するバルーンカテーテルおよび金属バルーンの製造方法に関する。

本発明の目的は、金属バルーンを有するバルーンカテーテルを提供することである。本発明のさらなる目的は、金属バルーンを有するバルーンカテーテルの製造方法を提供することである。

本発明の金属バルーンカテーテルは、主管状本体と、主管状本体の遠位端に近接した金属バルーンと、中心環状部(central annulus)を通じてガイドワイヤーを収容するためのカテーテルの長軸方向に沿って伸びる中心環状部と、主管状本体の長軸に沿って伸び、かつ、金属バルーンの膨張チャンバーにより流体の流れと連通状態にあって終端される中心環状部に隣接した膨張環状部(inflation annulus)とを備えるカテーテルから一般的になる。金属バルーンカテーテルは、主管状本体およびバルーンが金属から作られる単一の一体成形型の金属カテーテルからなってもよく、または、重合体の主管状本体および金属バルーンからなってもよい。慣用のバルーンカテーテルと同様に、本発明の金属バルーンカテーテルは、慣用のバルーンカテーテルの付属品を連結するための標準的なコネクターを有する。

本発明の金属バルーンは、種々の形状をとってもよく、該形状は、動脈内膜切除法で使用するような管状コイルを含み、または、灌流用バルーン、血管分岐の血管形成術用もしくは分岐した移植可能装置の送達用の分岐バルーン、およびカテーテルの長軸からのオフセット角(angular offset)を有する角度付きバルーン(angled balloons)としての種々の形状をとってもよいが、これらに制限されない。さらに、本発明の金属バルーンは金属から作られるので、タンタルのような放射線不透過性金属のバルーンを作ることによって、またはその上に差をつけて組み込まれる放射線不透過性金属を有するバルーン上の領域を提供することによって、いくらか放射線不透過性にすることができる。さらに、本発明の金属バルーンは、直接的に適用されるか、超音波または磁気共鳴によるような外部からのエネルギーの適用によって誘導的に電圧を加えられる、電気エネルギーの伝導体として使用されることができる。追加のコントラスト媒体無しに像形成のための信号を戻すため、または、生体内の環境に関するデータを提供する信号を戻すため、本発明の金属バルーンのこの伝導特性は、ジアテルミーにおいて特に有用である。

本発明の金属バルーンは、好ましくは生体適合性金属から作られ、そして材料のフィルムとして形成される。本発明の金属バルーンは、単一層のフィルムに制限されず、得られる金属バルーンの材料、形状および／または機能特性を高めるために、複数のフィルムを相互に積層してもよい。本発明の金属バルーンを作るための適当な材料は、それらの生体適合性、機械的特性（すなわち、引張り強さ、降伏強さ）、およびそれらの堆積容易性について選択され、チタン、バナジウム、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ジルコニウム、クロム、銀、金、珪素、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、白金、コバルト、パラジウム、マンガン、モリブデン、並びにジルコニウム−チタン−タンタル合金、ニチノールおよびステンレス鋼のようなこれらの合金を含むが、これらに制限されない。

本発明の金属バルーンは、好ましくは真空堆積法によって作られる。本発明によれば、好ましい堆積の方法論は、イオンビーム補助蒸着(ion-beam assisted evaporative deposition)およびスパッタ法を含む。イオンビーム補助蒸着において、アルゴン、キセノン、窒素またはネオンのような不活性ガスを使用する基板の同時イオン衝撃を伴う、二元的なおよび同時の熱的電子ビーム蒸着を用いることが好ましい。アルゴンイオンのような不活性ガスでの衝撃は、蒸着の間、蒸着材料の原子パッキング密度を増加させることによって空隙量を減少させるのに役立つ。蒸着材料中の減少した空隙量は、その蒸着材料の機械的特性をバルク材料の特性と同等にすることを可能にする、重要な要因の１つである。イオンビーム補助蒸着法を使用して、２０ｎｍ／秒までの蒸着速度を達成できる。

スパッタ法では、円筒形のスパッタターゲット、すなわち、単一の外周ソースを用いることが好ましい。その外周ソースは、該ソース内の同軸位置で保持される基板を同心円状に囲む。球状を含む他のソース形状もまた、本発明のバルーンを含む複雑形状の基板を最もよくコーティングすると考えられる。本発明による金属バルーンを形成するために用いられてもよい他の堆積法は、カソードアーク、レーザーアブレーション、および直接的なイオンビーム蒸着である。真空堆積の方法論を用いる場合、堆積されたフィルムの結晶構造は、堆積されたフィルムの機械的特性に影響を及ぼす。堆積されたフィルム全体または堆積されたフィルムの差を付けられた部分のこれら機械的特性を、例えば、アニーリング、高圧処理またはガスクエンチングのような後工程処理によって変えることができる。

堆積の間、チャンバーの圧力、堆積圧力および工程ガスの分圧を制御して、基板上への所望の種の堆積を最適化する。マイクロエレクトロニクス加工、ナノ加工および真空コーティング技術において知られているように、反応性および非反応性ガスの両方が制御され、かつ、堆積チャンバーに導入される不活性または非反応性ガス種は、典型的にはアルゴンおよび窒素である。基板は、固定されているか可動性であってもよく、基板上に堆積材料の堆積またはパターニングを容易にするために、その長軸の周りを回転するか、反応器内のＸ−Ｙ平面内を移動してもよい。堆積材料を、基板上への均一な固体フィルムとして堆積してもよいし、（ａ）所望のパターンのポジもしくはネガ像を作り出すために基板表面に適用されるエッチングまたはフォトリソグラフィーによるような、基板上へのポジまたはネガパターンのどちらかを与えることによって、あるいは（ｂ）基板に適用されるパターンを画定するための、基板に対して固定されているか可動性である１つのマスクまたは一式のマスクを使用することによって、パターン化して堆積してもよい。パターニングは、管腔内送達(endoluminal delivery)用金属バルーンのロープロファイルの折りたたみを可能にする折りたたみ領域を提供するような種々の機能特性を示す金属バルーンの領域、またはステントを重ね合わせるための嵌め合い形状を有する金属バルーンの表面のくぼみのような金属バルーンの種々の幾何学特性を示す金属バルーンの領域を達成するために用いられてもよい。パターンの空間的な位置、堆積されたフィルムの種々の領域での材料の厚み、または金属フィルムの種々の領域での金属フィルムの結晶構造の差異という面における得られる金属バルーンの複雑な最終形状および材料特性の双方は、真空堆積法および金属フィルムの後工程熱処理を用いることによって達成されることができる。

これらおよび本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照して得られる以下の本発明のより詳細な記述から、当業者にもより明らかになるであろう。

特に図１、２に関して、本発明の金属バルーンカテーテル１０は一般的に、主管状カテーテル本体部材１２および金属バルーンカテーテル１０の遠位端にあるバルーン１４からなる。金属バルーンカテーテル１０の近位端（示されていない）は、慣用のバルーンカテーテルの制御用付属品を連結させるための慣用の継手を備え付けられる。本体部材１２およびバルーン１４は双方とも、生体適合性の金属および／または金属類から作られてもよく、これらの金属は、チタン、バナジウム、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ジルコニウム、クロム、銀、金、珪素、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、白金、コバルト、パラジウム、マンガン、モリブデン並びにジルコニウム−チタン−タンタル合金、ニチノールおよびステンレス鋼のようなこれらの合金からなる群から選択されてもよい。あるいはまた、本体部材１２は生体適合性重合体から作られてもよく、そしてバルーン１４のみが生体適合性金属から作られ、適当な生体適合性接着剤を使用して本体部材１２にはり付けられる。

本明細書で記述される本発明の実施形態のそれぞれについて、金属バルーン１４は、単一金属の単一層、単一金属の多層または複数金属の多層からなってもよい。積層構造について、金属バルーン１４は、Ｘ線下での金属バルーン１４の視覚化を高めるために、１種または複数種の放射線不透過性金属を含むことができる。

バルーン１４は、本体部材１２の周りに同軸上に置かれ、そしてバルーン１４の内壁および本体部材１２の間の膨張内腔(inflation lumen)１６を画定する。慣用のバルーンカテーテルと同様に、本体部材１２は管状部材であり、かつ、本体部材１２の近位端、およびバルーン１４の膨張内腔と流体の流れの連通状態にある少なくとも１つの膨張口(inflation port)２２の間で連通する膨張内腔２０を含む。膨張内腔２０がガイドワイヤーの内腔として機能してもよいし、または、別個のガイドワイヤーの内腔１８を、本体部材１２内に設けてもよい。

慣用のバルーンカテーテルは、膨張および収縮回数に対する政令上の要件を満たすために、多数の膨張口２２を一般的に必要とする。しかしながら、０．１μ〜２５μの肉厚と、０．１ｍｍ〜４０ｍｍの膨張した状態の外径を有する生体適合性金属のバルーン１４を作ることによって、膨張および収縮回数の政令上の要件を１つの膨張口２２で満たすことができるということが、本願発明で見出されている。

生体適合性金属のバルーン１４を作ることによって、３μ〜１２μの肉厚を達成することができ、得られる金属バルーン１４は、極めて高い引張り強さでゼロコンプライアンスを示す。本発明の金属バルーン１４に起因する追加の利点は、ニチノールのような特定の金属は、慣用の重合体バルーンで見出される表面滑剤の必要性を排除する滑らかな表面特性を示すということである。さらに、本発明の金属バルーンがニチノールのような超弾性材料から作製される実施形態において、ロープロファイル形状をバルーンの最低歪状態に対応させ、膨張後にバルーンがそれ自身の超弾性特性を受けてロープロファイル形状を取り戻すように、金属バルーンを作ることができる。本発明の金属バルーンがニチノールのような形状記憶材料から作製される実施形態において、ロープロファイル形状をバルーンの最低歪の高温状態に対応させ、膨張後にバルーンが熱の適用を受けてロープロファイル形状を取り戻すように、金属バルーンを作ることができる。

図３を参照すると、本発明の金属バルーンカテーテルの薬物送達の実施形態３０が例示されている。本発明の薬物送達用金属バルーンカテーテル３０は、膨張内腔３３を画定し少なくとも１つの膨張口３４と連通する管状のカテーテル本体部材３２、同軸的で、互いに離間される同心的関係にある第一の金属バルーン３６および第二の金属バルーン３８、並びに第一の金属バルーン３６および第二の金属バルーン３８の中間にあり、導入内腔(introductory lumen)４６と流体の流れの連通状態にある環状内腔(annular lumen)４２から一般的になる。第二の金属バルーン３８は、複数の孔４０を有し、それを通過して、環状内腔４２と流体の流れの連通状態にある。第一の金属バルーン３６は、中実の肉厚を有する。医薬品のような生物活性剤は、導入内腔４６に導入されて環状内腔４２に移る。複数の孔４０の数およびサイズは、正圧の影響下以外は生物活性剤およびその担体が孔４０を通過しないようなものである。食塩水のような流体が、膨張内腔３３を通じて膨張部４４に導入され、そして環状内腔４２および第二の金属バルーン３８に存在する生物活性剤に正圧を伝える第一のバルーン３６に正圧を加え、そして第一の金属バルーン３６および第二の金属バルーン３８の拡張を引き起こして、環状内腔４２の生物活性剤が、第二の金属バルーン３８の複数の孔４０を強制的に通過させられる。

灌流用金属バルーンカテーテル５０が図４で例示される。本発明の灌流用金属バルーンカテーテル５０は一般的に、カテーテル本体部材５４および金属バルーンを通過する複数の灌流口５６を有する金属バルーン５２からなる。慣用の灌流用カテーテルと同様に、血液のような体液は、灌流口５６に流入して流れ、そしてカテーテル本体部材５４を通じて導入される流体と灌流させられる。

図５および６を参照すると、金属バルーン６２の表面形態が、金属バルーン６２の表面上に突き出る複数の長軸方向のはり、すなわち突出部６４を含むように設計されている、本発明の金属バルーンカテーテル６０の実施形態が説明されている。突出部６４を提供することによって、金属バルーン６２を構成する金属フィルムの機械的特性が変えられて、突出部６４の長軸に沿った相対的により強い領域と、突出部６４の隣接する対の中間にある相対的により弱い領域とを作り出す。この形状において、相対的により弱い領域が、金属バルーン６２の膨張および収縮の間に金属バルーン６２の折り目を作り出す。あるいはまた、ステントのような移植可能装置が、管腔内送達の間、突出部６４間で金属バルーン６２上に重ね合わせることができるように、移植可能装置の形状パターンに相当するパターンで突出部６４を提供するような方法で、金属バルーンの表面形状を設計してもよい。

最後に、図７を参照すると、金属バルーン７２が生体適合性エラストマー７４の極薄コーティングでコーティングされる、本発明の金属バルーンカテーテルの実施形態７０が例示されている。エラストマー７４は、金属バルーン７２に追従する構成要素を追加し、かつ、金属バルーンを内部に封入し、および万一金属バルーン７２の金属疲労および／またはクラッキングが発生した場合に崩壊することから守ることに役立つ。

本発明の方法によれば、マイクロエレクトロニクスおよびナノ加工技術において知られているような真空堆積法を用いることが好ましい。円筒形犠牲基板上に生体適合性金属の少なくとも１つの金属フィルムを堆積させるために、スパッタリングまたはイオンビーム補助蒸着を用いることが好ましい。円筒形犠牲基板は、本発明の金属バルーンに対して望ましい形状に相当する形状を有し、そして複数の金属フィルム層の内の少なくとも１層が、円筒形犠牲基板上に堆積される。０．１μｍ〜２５μｍの所望の厚みを有するフィルムを堆積した後に、基板および堆積されたフィルムが堆積チャンバーから取り出され、そして選択された基板にとって適当な手段によって犠牲基板が取り除かれる。例えば、銅基板を用いてもよく、その時は、化学エッチングによって犠牲的に取り除くことができる。ステント用の重ね合わせ領域および／またはバルーン用の折り目を作り出すための突出部のパターニングは、マスクを通じて金属種を堆積させることによるか、堆積されたフィルムの領域をエッチングすることによるかのいずれかで与えられてもよい。金属バルーン全体または金属バルーンの選択された領域を、堆積後のアニーリングにかけて、金属フィルムの結晶構造を変え、そして金属フィルムの材料特性に変化をもたらすことができる。その材料特性の変化は、アニールされる領域の遷移温度の変化、およびロープロファイルの折りたたみのような有利な無応力−歪形状の生成のようなものである。

図８および９は、銅製マンドレル上にニッケル−チタン合金をスパッタ堆積し、銅製マンドレルをエッチングして堆積された金属バルーンを外し、金属バルーンの近位および遠位部を接着するためのシアノアクリレート生体適合性接着剤を使用して重合体のカテーテル本体上に金属バルーンを接着させることによって作られる、本発明の金属バルーンカテーテルを例示する。

図１０Ａ〜１０Ｄは、近位部１１２および遠位部１１４の先細部分並びに中間にある拡大した管状部分１１８を有する膨張した状態（図１０Ａ）の本発明の金属バルーン１１０を図示する。本発明の１つの実施形態によれば、中間にある部分１１８並びに近位部１１２および遠位部１１４の先細部分が収縮して、金属バルーン１１０の長軸から外へ向かって放射状に突き出る複数のリーフレット１２０を有する形状を形成する、図１０Ｂで図示されるような収縮形状を、金属バルーン１１０に付与してもよい。図１０Ｃは図１０Ｂの端面図である。図１０Ｄは、管腔内送達または金属バルーン１１０の除去に適応するためのリーフレット１２０の折りたたみを図示する。

図１０Ｂで図示される収縮形状は、金属材料の形状記憶特性もしくは超弾性特性、リーフレット１２０の折りたたみ領域を画定する金属バルーン１１０に沿った折り目もしくは刻み目、または金属バルーン１１０の収縮による折りたたみにより大きな抵抗を提供するリーフレット１２０の中間にある金属バルーン１１０の厚くなった領域、を含む種々の手段によって付与されてもよいが、これらに制限されない。

真空堆積されたニチノール管から作られる、本発明の微孔性の金属製移植可能装置を作製することの好ましい実施形態によれば、円筒形の酸素除去された銅の基板を、近位部および遠位部の先細りを有する膨張した血管形成用バルーンに相当する幾何学形状に成形する。基板は、その上に金属の堆積を適応させるための実質的に均一な表面形態を提供するために、機械的におよび／または電解研磨される。カソードが外側にあり、基板がカソードの長軸に沿って配置される円筒形のホローカソードマグネトロンスパッタ堆積装置を用いた。約５０対５０％のニッケル対チタンの原子比率を有するニッケル−チタン合金であって、ターゲットにニッケルまたはチタンワイヤーをスポット溶接することによって調整することが可能なニッケル−チタン合金、またはニッケルシリンダーの内側表面にスポット溶接された複数のチタンストライプを有するニッケルシリンダー、またはチタンシリンダーの内側表面にスポット溶接された複数のニッケルストライプを有するチタンシリンダーのいずれかからなる円筒形ターゲットが提供される。ターゲットおよびカソード内の冷却ジャケットの間の熱的な接触を維持することで堆積チャンバー内のターゲットを冷却することは、スパッタ堆積技術において知られている。本発明によれば、カソード内の冷却ジャケットからターゲットを熱的に絶縁し、同時にそれに依然として電気的な接触を提供することによって、熱的な冷却を弱めることが有用であることが見出されている。冷却ジャケットからターゲットを絶縁することによって、ターゲットは反応チャンバー内で熱くなることが可能である。カソードの冷却ジャケットから円筒形ターゲットを熱的に絶縁する２つの方法が用いられた。第一は、直径０．０３８１ｍｍを有する複数のワイヤーを、ターゲットの外周の周りにスポット溶接し、ターゲットおよびカソードの冷却ジャケットの間に等しい間隔を提供した。第二は、管状のセラミック製絶縁スリーブを、ターゲットの外周およびカソードの冷却ジャケット間に置いた。さらに、Ｎｉ−Ｔｉのスパッタ収率はターゲット温度に依存する可能性があるので、ターゲットが均一に熱くなることができる方法が好ましい。

堆積チャンバーを、約２〜５×１０^-7Ｔｏｒｒまたはそれ未満に排気し、そして基板の予備洗浄を真空下で実施する。堆積の間、基板温度は、好ましくは３００℃および７００℃の範囲内で保持される。基板に０〜−１０００ボルト、好ましくは−５０〜−１５０ボルトの負のバイアス電圧を適用することが好ましく、これは基板表面に到達する高エネルギー種を充分に生じさせる。堆積の間、ガスの圧力は、０．１〜４０ｍＴｏｒｒ、好ましくは１〜２０ｍＴｏｒｒに保持される。スパッタは、好ましくはアルゴン雰囲気の存在下で起こる。アルゴンガスは高純度でなければならず、および酸素分圧を減少させるために特殊ポンプを用いてもよい。堆積時間は、堆積される管状フィルムの所望の厚みに依存して変わる。堆積後、化学エッチングのようなエッチング、エキシマーレーザーもしくは放電加工（ＥＤＭ）によるようなアブレーションなどによって堆積されたフィルム領域を取り除くことで、複数の微小な孔が管内に形成される。複数の微小な孔が形成された後に、形成された微孔性フィルムは、銅基板を溶かして取り除くのに充分な時間にわたって、基板及びフィルムを硝酸浴にさらすことによって銅基板から取り除かれる。

本発明を、その好ましい実施形態を参照して記述したが、材料、寸法、形状、および製造方法の変形は、当該技術において知られてもよく、あるいは、知られるようになっていてもよいが、それでもまだ本願に添付される特許請求の範囲によってのみ制限される本発明の範囲内のままであるということを、当業者は理解および認識するであろう。

本発明の金属バルーンカテーテルの斜視図である。 図１の２−２の線に沿って得られる横断面図である。 薬物送達用金属バルーンカテーテルの実施形態の横断面図である。 灌流用金属バルーンカテーテルの実施形態の斜視図である。 金属バルーン表面形態の実施形態の立面図である。 図５の６−６の線に沿って得られる横断面図である。 エラストマーコーティングが適用される金属バルーンの実施形態の横断面図である。 本発明の金属バルーンカテーテルの写真である。 Ｘ線結像のもとでの本発明の金属バルーンカテーテルの写真である。 膨らませた状態における本発明の金属バルーンの斜視図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって、しぼませた状態における本発明の金属バルーンの斜視図である。 しぼませた状態における本発明の金属バルーンの端面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって、折りたたんでしぼませた状態における本発明の金属バルーンの端面図である。

Claims (12)

1. ａ．中心内腔および膨張内腔を有するカテーテル本体部材と、
   ｂ．膨張内腔を通過してバルーンに移る流体の作用を受けてカテーテル本体部材から直径方向へ拡大することが可能であり、少なくとも１種の金属の形状記憶特性、超弾性特性または弾性特性の内の少なくとも１つの作用を受けてしぼむ金属バルーンと、
   ｃ．前記金属バルーンを内部に封入するコーティングと
   を備えることを特徴とするバルーンカテーテル。
2. 前記少なくとも１種の金属バルーンが、チタン、バナジウム、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ジルコニウム、クロム、銀、金、珪素、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、白金、コバルト、パラジウム、マンガン、モリブデンおよびこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
3. 前記金属バルーンが、約３μｍ〜１０μｍの肉厚を有することを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
4. 前記金属バルーンが、金属バルーンの表面に突き出る複数の長軸方向のはりを含むように設計されている表面形態を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
5. ａ．金属バルーンのための所望の形状を画定する外面を有する概円筒形のマンドレルを提供する工程と、
   ｂ．概円筒形のマンドレル上に金属を真空堆積させ、それにより金属バルーンの所望の形状に相当する形状を有する金属フィルムを形成し、金属バルーンが、少なくとも１種の金属の形状記憶特性、超弾性特性または弾性特性の内の少なくとも１つの作用を受けてしぼむ工程と、
   ｃ．概円筒形のマンドレルから、形成された金属バルーンを取り除く工程と、
   を含む方法によって作製される請求項１に記載のバルーンカテーテル。
6. しぼんだ状態の金属バルーンが、前記カテーテル本体部材から外に向かって放射状に突き出る複数のリーフレットを含むことを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
7. 前記リーフレットが、折りたたみ形状であり、管腔内送達または前記金属バルーンの除去に適応することを特徴とする請求項６に記載のバルーンカテーテル。
8. 前記金属バルーンが、複数の金属層を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
9. 前記金属バルーンが、第一の金属バルーンおよび第二の金属バルーン、並びに前記第一の金属バルーンおよび前記第二の金属バルーンの中間にある内腔を含み、前記第二の金属バルーンが前記内腔と連通する複数の穴を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
10. 前記第二の金属バルーンが、前記第一の金属バルーンに対して、同軸的で、互いに離間される同心的関係にあることを特徴とする請求項９に記載のバルーンカテーテル。
11. 前記金属バルーンが、前記金属バルーンを通過する複数の灌流口を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。
12. 前記コーティングがエラストマーで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルーンカテーテル。

Images