JP4972651B2 - カテーテルのための非伸張性の多層バルーン - Google Patents

Description

本発明は、血管内医療装置の分野に関し、より詳しくは、カテーテルのためのバルーンに関する。

経皮経管冠動脈形成術（ＰＴＣＡ）手技においては、案内カテーテルの遠位端が所望の冠状動脈の小孔内に着座するまで、この案内カテーテルを前進させる。膨張カテーテルの内側管腔内に配置されているガイドワイヤは、最初に、その遠位端が拡張させる病変部を横切るまで案内カテーテルの遠位端から患者の冠状動脈内に進出する。次いで、その遠位側部分に膨張可能なバルーンを備えている膨張カテーテルは、そのバルーンが病変部を越えるように適切に配置されるまで、先行して導入されているガイドワイヤ上において患者の冠状動脈解剖学的組織内で前進する。拡張バルーンは、適切に配置されると、狭窄を動脈の壁に押圧しつつこの壁が拡大して通路を開通させるように（例えば８気圧を超える）比較的高い圧力の液体によって、所定のサイズへと１回若しくは複数回膨張する。バルーンの膨張直径は一般的に、拡張は完了させるが動脈壁を拡げすぎることがないように、拡張する体内管腔の本来の直径とほぼ同じ直径となっている。実際に、血管壁に対するバルーンの制御されない膨張は血管壁に外傷を生じさせ得る。バルーンを最終的に収縮させると、拡張した動脈を通って血流が再開し、膨張カテーテルをそこから取り除くことができる。

そのような血管形成術手技においては、動脈の再狭窄、すなわち動脈閉塞の再形成が生じると、さらなる血管形成術手技、あるいは拡張させた領域を修復しあるいは強化するいくつかの他の方法が必要となる。再狭窄の進行を遅らせるとともに拡張した領域を強化するために、医師は、一般的にステントと呼ばれる血管内人工器官を病変部の動脈内に植設する。ステントはまた、内膜フラップあるいは剥離を有した血管を修復し、あるいは血管のうち弱くなった部分を全般的に強化するために用いることができる。ステントは通常、バルーン血管形成術カテーテルと多くの点で類似しているカテーテルのバルーン上で収縮した状態で冠状動脈内の所望の位置に送給されるとともに、バルーンの膨張によってより大きな直径へと拡径する。カテーテルを取り除くためにバルーンを収縮させると、動脈内のうち拡張させた病変部の所定の場所にステントが残置される。

カテーテルバルーンは、典型的に、カテーテルシャフトとは別個に製造され、次いで接着剤あるいは他の接合方法によってカテーテルシャフトに固定される。標準的なバルーンの製造においては、金型内において軸線方向の張力、内圧および熱を作用させつつポリマーチューブを二軸方向にブロー成形する。このポリマーチューブは、半径方向および軸線方向に同時に、あるいは最初に軸線方向にそれから半径方向へと順番に伸張する。ポリマーチューブの出発寸法および金型内でブロー成形されるバルーンの完成寸法は、バルーンをブロー成形する間にポリマー材料が伸張しかつ延伸する度合いの尺度であり、かつ完成したバルーンの破裂圧力および伸張度（当該技術分野ではよく「コンプライアンス（compliance）」とも呼ばれるが、以下、本明細書では「伸張度」、「伸長性」などと表記する。）といった重要な特性に影響を及ぼす。ブローアップ比（ＢＵＲ）、すなわちブロー成形されたバルーンの外径（すなわち金型の内径）とポリマーチューブの内径との比率は、それらの寸法の尺度である。所与のポリマーにおける臨界ＢＵＲを越えると、バルーンのブロー成形プロセスは不安定となり、ポリマーチューブは多くの場合にバルーンが完全に成形される前に破裂しあるいは裂ける。

標準的なブロー成形プロセスにおいて、最初にできた気泡は、金型の壁によって拘束されるまで直径方向に急速に成長する。チューブがバルーンに成長するときのチューブの壁のフープ応力は、次式で近似することができる。
σ_h＝（Ｐ・Ｒ）／δ
ここで、Ｐは膨張圧力、Ｒは膨張の間における任意の時点でのポリマーチューブの平均半径、δはチューブの壁厚である。バルーンをチューブから出発させるために、膨張圧力は、そのブロー成形温度においける伸張のための壁のフープ応力が材料抵抗（典型的に降伏応力）を上回るようなものでなければならない。バルーンは、チューブから出発すると、金型の壁に接触するまでその寸法が急速に拡径する。バルーンが成長するにつれて、半径は増大しバルーンの壁厚は減少する。このことは、定圧でのブロー成形の間における壁のフープ応力の急速な増加をもたらす。成長しつつあるバルーンの壁のフープ応力が材料の極限フープ強度を越えると、破裂が発生する。その結果、バルーンの層を形成するポリマー材料のＢＵＲ（すなわち最大達成ＢＲ）には限界がある。

カテーテルバルーンの設計においては、特定の用途における最適な性能をもたらすために、強度、柔軟性および伸張度といったバルーンの特性を調整しなければならない。血管形成ステント送給バルーンは、比較的高い圧力における膨張のための高い強度と、曲がりくねった解剖学的組織に追従して病変部を越える改善された能力のための高い柔軟性および柔らかさとを有することが好ましい。バルーンの伸張度は、バルーン材料の特性、バルーンの壁厚および加工条件といった要因によって左右されるが、バルーンが膨張する間に所望の量だけ膨張するように選択される。伸張性のバルーン、例えばポリエチレンのような材料から製作されたバルーンは、引張力が負荷されるとかなり伸張する。非伸張性のバルーン、例えばＰＥＴのような材料から製作されたバルーンは、膨張の間に生じる伸張の量が比較的小さいため、作動圧力範囲内での膨張圧力の増加に応答して半径方向の制御された成長を生じさせる。しかしながら、非伸張性のバルーンは、一般的に、その柔軟性および柔らかさが比較的小さいため、カテーテルの追従性を高めるために高い柔軟性および柔らかさを有しながらも伸張度の小さいバルーンを提供することは困難であった。典型的に、柔らかさ／柔軟性と非伸張性という互いに競合する考慮の対象の間に均衡を得ることができるが、その結果、カテーテルバルーンの伸張性をさらに低下させることができる度合いには限界がある。

したがって、必要とされてきたものは、患者の血管系に追従しつつその内部の病変部を越える優れた能力を有するにも関わらず、きわめて低い伸張性を有したカテーテルバルーンである。本発明は、これらのおよび他の必要を満たすものである。

本発明は、第１層および少なくとも第２層を具備するとともに、バルーンの基準直径を越えて限られた量だけ半径方向に膨張する非伸張性の多層バルーンを有したバルーンカテーテルを指向している。バルーンの層を形成するポリマー材料を選択することにより、かつ本発明のバルーンの複数の層を構成して半径方向に膨張させることにより、高い柔軟性および柔らかさと共に改善された低い伸張性を有した好ましいバルーンが提供される。

本発明の多層バルーンは、好ましくは、共押出しされるポリマーチューブの層として全体的にあるいは部分的に形成され、バルーンとそこから形成されるバルーンカテーテルの製造を容易にする。この多層バルーンは、典型的に、多層ポリマーチューブをバルーン金型の内部で半径方向に膨張させる従来のブロー成形によって形成される。結果として得られる多層バルーンは、金型の内側表面に対応する膨張形状を有するとともに、バルーンの基準作動直径と一般的に呼ばれる、バルーン金型の内径にほぼ等しい直径を有する。基準圧力は、基準作動直径へとバルーンを満たすために必要な膨張圧力である。本発明によると、このバルーンは、基準圧力を超える圧力においてきわめて小さい量だけ膨張する（すなわち、非伸張性である）。その結果、このバルーンは、基準圧力を超えて増加する膨張圧力において実質的に制御できない量だけ膨張し続けたときに発生し得る患者の血管の損傷を最小化させる。

上述したように、ポリマーチューブから形成されるバルーンのブローアップ比（ＢＵＲ）は、金型の内部で膨張してブロー成形されるバルーンの外径（すなわち金型の内径）と金型内で膨張する前のポリマーチューブの内径との比を指すものと理解されるべきである。多層バルーンの各層は、金型の内径と（金型内で膨張する前の）ポリマーチューブの層の内径との比に基づいた、それ自身のＢＵＲ値を有している。一般的には、所与のバルーン壁厚において、バルーンのＢＵＲが増加すると、破裂強度が増加するとともに半径方向の伸張度が減少する。標準的な圧力で行われるカテーテルバルーンのブロー成形において、典型的なＢＵＲの範囲は、材料および製品の用途に応じて約４．５〜約８．０である。

本発明のバルーンの製造方法は、半径方向に高度に延伸するバルーン材料の量を増大させて、膨張圧力が増加しても半径方向の膨張が制限されるバルーン（すなわち、非伸張性のバルーン）を提供する。具体的には、本発明の多層バルーンは、より高いＢＵＲ値に膨張させることができるポリマー材料をバルーンの内側層として有しつつ、ＢＵＲ値の低い材料をバルーンの外側層としている。目下のところ好ましい実施形態において、このバルーンは、第１のポリマー材料の第１層と第２のポリマー材料の第２層とを有する。そして、第２のポリマー材料は、第１のポリマー材料よりもショアデュロメータ硬さが低く、バルーンをブロー成形する間に（破裂しあるいは裂けることなしに）ショアデュロメータ硬さがより高い第１層の材料よりも高いＢＵＲ値に膨張させることができ、かつ第２層は第１層に対し内側の層である。例えば、一実施形態において、この多層バルーンの内側層は、約６０〜７０Ｄのショアデュロメータ硬さを有する（例えば、ＰＥＢＡＸ(登録商標)として商業的に入手可能な）ポリエーテルブロックアミド（ＰＥＢＡ）材料から形成され、外側層は、約７０〜７２Ｄとより高ショアデュロメータ硬さを有しているＰＥＢＡ材料から形成される。しかしながら、同じ材料分類／ファミリの材料あるいは異なる種類の材料を含む、様々に適切な材料を用いることができる。この多層バルーンは、一般的に、２つのあるいはより多くの層（すなわち、異なるショアデュロメータ硬さといった、いくつかの点で異なる材料から形成される層）を有するが、典型的に５つ以上の層は有しない。

この多層バルーンの第２（内側）層を形成する低デュロメータ硬さの材料の存在にもかかわらず、本発明の第１実施形態はきわめて伸張性が低いバルーンをもたらす。例えば、本発明のバルーンは、第１デュロメータ硬さの第１（外側）層と、デュロメータ硬さが順番に低い（すなわち次第により柔らかくなる）材料の１つ若しくは複数の内側層とを有しているが、壁厚がほぼ同じであるけれども最も高いデュロメータ硬さの材料（すなわち、本発明のバルーンの最も外側の層を形成している材料）から１００％形成されているバルーンよりも伸張性が低い。最も高いデュロメータ硬さの材料から１００％形成されたバルーンに比較すると、本発明のバルーンは、典型的に伸張性を増大させると思われているデュロメータ硬さが低い（より柔らかい）材料の層によって、バルーンの壁厚の一部が効果的に置き換えられている。理論によって束縛されることは望まないが、このバルーンは、バルーンの高度に延伸される層の特定の組合せによって、特にバルーンの内側層の延伸を最大化することによって、非伸張性の挙動をもたらしていると考えられる。内側層の延伸は、バルーンの伸張性に大きく影響する。本発明に基づいて異なるＢＵＲ値にブロー成形できる異なる材料を選択して配置することにより、このバルーンのＢＵＲ値はその外側層から内側層へと連続的に増大し、各層のＢＵＲ値が好ましく最大化され、かつ内側層が特に高いＢＵＲ値を有している。したがって、このバルーンの各層は伸張性を目的として最適化される。例えば全体的な壁厚を好ましい値に増大させるために、追加の層をこのバルーンに追加することができるが、本発明に基づいた基本的な層の配置は、より高い伸張性のバルーンに帰着することなしに変更することができない。

加えて、本発明はまた、伸張性は低いが非常に薄い壁を有したバルーンを提供することができる。例えば、一つの実施形態は、第１デュロメータ硬さの材料の第１（外側）層とデュロメータ硬さが順番に低くなる材料の１つ若しくは複数の内側層とを備え、最も高いデュロメータ硬さの材料から１００％形成されているが本発明の多層バルーンよりも壁厚が大きいバルーンに対して伸張性が実質的に大きくなく（例えば約１０％〜約２０％以上大きくなく）、好ましくはほとんど等しい多層バルーンを指向している。全体的な壁厚が非常に薄いバルーンの実施形態は、バルーンのより薄い壁に起因する改善された小さな輪郭および柔軟性をもたらすが、本発明によると、壁が薄いにもかかわらず低い伸張性をもたらし続ける。

バルーンの破裂圧力および伸張性は、バルーンの強度（例えば環状強度）の影響を受ける。一般的により柔らかい材料の環状強度は比較的低いので、バルーンの内側層を形成している低デュロメータ硬さの材料の存在は、全般的に、比較的高い弾性係数のバルーンを提供するとは思われない。しかしながら、本発明の多層バルーンは、好ましくは、最も高いデュロメータ硬さの材料から１００％形成されているバルーンよりも高い弾性係数および実質的に低くない破裂圧力を有する。

より低いデュロメータ硬さの材料の内側層の存在が、柔らかさが増大した層を提供するので、最も高いデュロメータ硬さの材料から１００％形成されているバルーンよりも柔らかくかつ柔軟なバルーンを提供する。

強度／柔らかさが異なるポリマー層を有する従来の多層バルーンは、典型的に、様々なバルーン設計の検討によって、内側層から外側層へとデュロメータ硬さが減少するように層を配置している。例えば、より低いデュロメータ硬さの（より柔らかい）材料は、典型的に、対針穴抵抗性、ステント保持等の設計の検討によって外側層とすることが好ましい。これとは対照的に、本発明のバルーンは、最も高いデュロメータ硬さの材料の内側表面上により低いデュロメータ硬さの材料の層を有するように層を配置するとともに、非常に低い伸張性を含む改善された特徴の組合せを生じさせる最大化されたＢＵＲ値が生じるように層を構成する。しかしながら、上述したように伸張性のために最適化された本発明のバルーンの内側層と共に、本発明のバルーンの一実施形態は、例えばステントの保持性を高めるために、比較的柔らかい材料の最も外側の層を有する。

バルーンの伸張性は、バルーンがバルーンの基準径を超えて拡径するときにバルーンのポリマー壁が伸張／膨張する度合いと理解されるべきである。伸張度の曲線は、増大する膨張圧力の関数としてバルーンの外径をミリメートル／気圧(ｍｍ／ａｔｍ)で表すが、急勾配の曲線あるいは曲線の一部は、より平坦な曲線よりも高い伸張度を示すことになる。「非伸張性」という用語は、約０．０３ｍｍ／ａｔｍより高くない、好ましくは約０．０２５ｍｍ／ａｔｍより高くない伸張度を有するバルーンを意味するものと理解されるべきである。これとは対照的に、伸張性のバルーンは、典型的に約０．０４５ｍｍ／ａｔｍを超える伸張度を有する。本発明の非伸張性のバルーンは、一般的に、直径が３．０ｍｍのバルーンについて約０．０１〜約０．０２ｍｍ／ａｔｍの公称値を上回る伸張度を有する。バルーンの伸張度は、典型的に、壁厚は同じであるが第１の材料（例えば最も高いデュロメータ硬さの材料）から１００％形成されているバルーンの伸張度よりも約２５％〜約５０％低い。

目下のところ好ましい実施形態において、多層バルーンの第１層および第２層のポリマー材料はエラストマであり、それは典型的に非エラストマ材料よりも低い曲げ弾性係数を有している。多層バルーンの第１層あるいはまた第２層の形成に適したエラストマーポリマーは、典型的に約４０ｋｐｓｉ〜約１１０ｋｐｓｉの曲げ弾性係数を有している。したがって、比較的低い伸張度のカテーテルバルーンを提供するために過去に用いられてきたＰＥＴのような非エラストマー材料とは異なり、本発明の多層構造の非伸張性バルーンは、バルーンの柔軟性の改善をもたらす望ましくは１つ若しくは複数のエラストマから形成される。

本発明の一態様は、カテーテルのための非伸張性の多層バルーンを製造する方法に向けられている。この方法は、全般的に、第１のポリマー材料と、この第１のポリマー材料よりも高い最大達成可能ＢＵＲ値を有するように決定された第２ポリマー材料とを選択する段階、および第１のポリマー材料の第１層と、この第１層に対し内側の層である第２のポリマー材料の第２層とを有する多層チューブを形成する段階を含む。少なくともいくつかの材料については、（例えば、比較的より高い極限引張強さおよび破断伸びを有する材料が、一般的に、より高い最大ＢＵＲ値を有すると予想されるため）材料の極限引張強さおよび破断伸びといった特性が暗示的ではあるが、ポリマー材料の最大達成可能ＢＵＲ値は、典型的に、実験によって決定される。多層チューブの各層の内径は、バルーン金型の内径と（バルーン金型内において半径方向に拡がる前の）多層チューブの層の内径との比が、実質的に、層を形成しているポリマー材料の最大ブローアップ比となるように選択される。したがって、この方法は、金型の内径へとチューブを半径方向に拡大させることが実質的に層を形成しているポリマー材料の最大ブローアップ比へと各層を半径方向に拡げることとなり、かつこの多層バルーンが、基準作業直径を上回るときに第１のエラストマーポリマー材料のみからなるバルーンよりも低い伸張性を有することとなるように、多層チューブを金型内で半径方向に拡げることによってブロー成形多層バルーンを形成する段階を含む。

公知の技術であるバルーンカテーテルのための様々な設計は、本発明のカテーテルシステムに用いることができる。例えば、血管形成術あるいはステント送給のための従来のオーバーザワイヤバルーンカテーテルは、通常、シャフトの近位端にあるガイドワイヤ近位ポートからカテーテルの遠位端にあるガイドワイヤ遠位ポートへとカテーテルシャフトの全長にわたって延びる、ガイドワイヤを受け入れるための管腔を具備している。類似の手技のための迅速交換バルーンカテーテルは、一般的に、シャフトの近位端よりも遠位側に位置するガイドワイヤポートからカテーテル遠位端へと延びる、比較的短いガイドワイヤ管腔を具備している。

本発明の多層バルーンは、患者の血管に追従して病変部を越える優れた能力のための比較的高い柔軟性および柔らかさを損なうことなしに、制御されたバルーン膨張のための非常に低い伸張性をもたらす。その結果、本発明のバルーンカテーテルは、バルーンの柔軟性、柔らかさおよび制御された膨張に起因する改善された性能を有する。このバルーンは、より低いデュロメータ硬さの（より柔らかい）第２の材料の追加により、伸張性が非常に低いという驚くべき結果をもたらす。したがって、本発明の多層バルーンは、壁厚は同じであるが高いデュロメータ硬さの（より硬い）材料のみから形成されたバルーンよりも非常に低い伸張性をもたらし、あるいは予想される伸張性の増加なしにより薄い壁厚のバルーンをもたらす。本発明のこれらのおよび他の利点は、以下の発明の詳細な説明および添付の例示的な図面からより明らかとなる。

図１に示す本発明の特徴を具体化したステント送給バルーンカテーテル１０は、全般的に、近位側シャフト部分１２、遠位側シャフト部分１３、膨張用管腔２１、その内部にガイドワイヤ２３をスライド自在に受容するように構成されたガイドワイヤ用管腔２２を有している細長いカテーテルシャフト１１と、遠位側シャフト部分上に取り付けられたバルーン１４とを備えている。カテーテルシャフトの近位端上にあるアダプタ１７は、ガイドワイヤ用管腔２２へのアクセスを提供するとともに、膨張流体の供給源（図示せず）への接続のために構成されたアーム２４を有している。図１は、患者の体内管腔１８における前進のために膨張していない状態のバルーンを示している。半径方向に拡大可能なステント１６は、体内管腔１８内での送給および配置のためにバルーン１４上に着脱可能に取り付けられている。バルーンカテーテル１０は、バルーン１４を膨張させていない状態で体内管腔１８内を前進し、かつバルーン１４およびその上に取り付けられているステント１６を拡げるためにバルーンの内部に膨張性流体を導入することによってバルーンを膨張させる。図４は、体内管腔１８の壁に対してステントを拡げるためにバルーンを膨張させた状態のバルーンカテーテル１０を示している。次いで、バルーン１４を収縮させると、カテーテルの再配置および体内管腔１８からの除去が可能となり、ステント１６は植設された状態で体内管腔１８内に残置される。

例示の実施形態において、このシャフトは、膨張用管腔２１を画成している外側管状部材１９と、この外側管状部材１９内に配置されてガイドワイヤ用管腔２２を画成している内側管状部材２０とを備えているが、図１中の２−２破断線に沿ったカテーテルの横断面を示す図２に最も良く示されているように、膨張用管腔２１は、外側管状部材１９の内側表面と内側管状部材２０の外側表面との間の環状空間となっている。バルーン１４は、外側管状部材１９の遠位端に密封固定された近位側スカート部分と、内側管状部材２０の遠位端に密封固定された遠位側スカート部分とを有しており、バルーンの内部１５はシャフトの膨張用管腔２１と流体的に連通している、図３は、図１中の３−３破断線に沿ったカテーテルの横断面図を示しているが、膨張していないバルーンの内側表面とその内側にあるシャフト１１の部分の外側表面との間のスペースは、図示を簡単にするために、図１および図３においてはやや誇張されている。従来公知のように、様々な他の適切なカテーテルシャフト構造を用いることができる。

図示されていないが、本発明のバルーン１４は、典型的に、患者の体内管腔内への導入および前進のために小さな輪郭の構造を形成するべく、膨張していない状態でその周りに巻きつけられた翼を具備している。その結果、このバルーンは、展開してその成形容積に充填することにより基準作業直径へと膨張する。

バルーン１４は、第１層３０と、この第１層３０に対して内側層である第２層３１とを有している。図示の実施形態では、第２層３１は第１層３０の内側表面上にあり、第１層３０がバルーン１４の外側表面を画成し、かつ第２層３１がバルーン１４の内側表面を画成している。しかしながら、本発明のバルーン１４は、１つ若しくは複数の追加の層（図示せず）を有することができる。追加の層は、そこから形成されるチューブ／バルーンの寸法を所望の値に増加させ、あるいはまた所望の特徴を具備したバルーンの内側あるいは外側の表面をもたらすために用いることができる。したがって、以下に議論する本発明のバルーン１４は、少なくとも２つの層を有するとともに、特定の数の層を有するものとして示されない限り、選択的に１つ若しくは複数の追加の層を有するものと理解されるべきである。

第１（外側）層３０は第１のポリマー材料から形成され、かつ第２（内側）層３１は第１のポリマー材料よりも高いＢＵＲ値へと拡げることができる第２のポリマー材料から形成される。第２（内側）層３１のＢＵＲ値は、典型的に、第１（外側）層３０のＢＵＲ値よりも約１５％〜約４０％大きい。各層３０、３１のＢＵＲ値は好ましくは最大となっていて、バルーンが高度に延伸した材料の層を有し、したがって非常に低い伸張性を有するようになっている。

第１層および第２層３０、３１を形成するために、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリエステルを含む様々に適切な材料を用いることができる。目下のところ好ましい実施形態において、第１および第２のポリマー材料は、非エラストマ材料を代わりに用いることもできるが、バルーンの柔軟性のために比較的低い曲げ弾性係数をもたらすエラストマである。目下のところ好適な材料は、ナイロンおよびポリエーテルブロックアミド（ＰＥＢＡＸ）を含むポリアミドのような同一系統／種類のポリマーである。適合性を有するポリマー材料から層を形成することは、熱溶着による層の接合を可能とする。それに代えて、互いの熱溶着に充分には適していない異なる種類のポリマーから層を形成することができるが、その場合には、 バルーン層を互いに接合するために典型的には外側層３０と内側層３１との間に接続層を設ける。例えば、ＰＥＴ製の内側層およびＰＥＢＡＸは、典型的に、Ｐｒｉｍａｃｏｒ（官能化ポリオレフィン）のような接着性ポリマーの接続層をそれらの間に有する。

このバルーン１４は、より高いＢＵＲ値に拡げることができる材料をバルーンチューブの内側層にするとともに、より低いＢＵＲ値の材料を外側層とし、各層が半径方向の延伸のために最適化されるようにバルーンをブロー成形する方法によって形成される。その結果として得られるバルーンは、膨張圧力が増大するときに、半径方向の膨張に対して増大する抵抗性を有する。

バルーン１４は、第１層３０とこの第１層３０に対する内側層としての第２層３１とを有している多層チューブからブロー成形される。しかしながら、上述したように、本発明のバルーンは１つ若しくは複数の追加の層を有することができるため、このバルーンのブロー成形に用いるチューブにも追加の層が同じように形成される。チューブは、様々に適切な方法を用いることができるが、典型的には共押出しによって形成される。例えば、一実施形態において、多層チューブは、少なくとも２つの層が共押出し成形によって形成され、１つ若しくは複数の追加の層は、熱収縮、浸漬塗装、接着あるいは溶着、または追加の層を摩擦接合することによって共押出しチューブに追加される。

次いで、多層チューブは、バルーン１４を形成するためにバルーン金型内において半径方向に拡げられる。図５は、バルーン１４を形成するように構成された形状の内側チャンバ４２を有するとともに、拡げられたバルーン１４の基準作動直径にほぼ等しい内径を有しているバルーン金型４１内における多層チューブ４０を示している。この多層チューブ４０は、典型的に、従来公知のようにバルーン金型内でブロー成形される間に軸線方向に引伸ばされつつ加熱される。例えば、一実施形態において、チューブはブロー成形の間に約２００％長手方向に引伸ばされて、二軸方向に延伸されたバルーンを製造する。チューブの（金型内で半径方向に拡げられる前の）単一壁厚は約０．１〜約０．４ｍｍであり、かつ結果として得られる（金型内で半径方向に拡げられた）バルーンの単一壁厚は約０．０１〜約０．０４ｍｍであるが、所望のバルーン特性および用途によって左右される。

多層チューブ４０およびバルーン金型４１の材料および寸法は、結果として得られるバルーンの各層がバルーン層のＢＵＲ値として表現される実質的に最大可能な量へと半径方向に拡げられるように選択される。目下のところ好ましい実施形態において、外側層３０は、より高いショアデュロメータ硬さを有しているので、１つ若しくは複数の内側層よりもその伸びは小さい。各層の伸びは、典型的に、すぐ隣にある外側層の伸びよりも約１０％〜約５０％、具体的には約２０％多い。

目下のところ好ましい実施形態において、第１（外側）層３０は約７２Ｄのショアデュロメータ硬さのＰＥＢＡＸであり、かつ第２（内側）層３１は約６３Ｄのショアデュロメータ硬さのＰＥＢＡＸである。ＰＥＢＡＸ ７２Ｄの外側層３０は典型的に約６〜７のＢＵＲ値を有し、かつＰＥＢＡＸ ６３Ｄの内側層３１は約７〜８のＢＵＲ値を有している。

一実施形態においては、中間のＢＵＲ値あるいはまたデュロメータ硬さの中間層（図示せず）が、外側層３０と内側層３１の間に設けられる。例えば、目下のところ好ましい一実施形態において、バルーン１４は、ＰＥＢＡＸ ７２Ｄの第１（外側）層３０と、ＰＥＢＡＸ ６３Ｄの第２（内側）層３１と、それらの間にあるＰＥＢＡＸ ７０Ｄの中間層（図示せず）とを有する。目下のところ好ましい実施形態において、内側および中間の層は、その周囲にある最も高いデュロメータ硬さの層よりも薄い壁厚を有し、典型的に多層バルーンの総壁厚の約５％〜約１５％を互いに構成する。このバルーン１４はまた、その内側層から外側層へと順番に増加するＢＵＲ値あるいはまたデュロメータ硬さのパターンを同様に持続させる、１つ若しくは複数の追加の層（図示せず）を有することができる。しかしながら、一実施形態において、このバルーン１４は、そのすぐ隣りの内側層よりも低いショアデュロメータ硬さを具備する比較的柔らかい最も外側の層（図示せず）を有し、バルーン外側表面へのステント１６の埋め込みを容易にしてステントの保持を改善する。そのような比較的柔らかい最も外側の層は、典型的に、約４０Ｄ〜約５５Ｄの比較的低いショアデュロメータ硬さを有する。

本発明の多層バルーンは、本発明の多層バルーンを製造するために用いる最も高いデュロメータ硬さの材料（例えば、多層バルーン１４の外側層の７２Ｄ ＰＥＢＡＸ）だけから形成されている同様の構造のバルーンに比較すると、あるいは異なるデュロメータ硬さの材料の層から形成されているが本発明に基づいて多層化されてないバルーンに比較すると、低い伸張性と比較的高い破裂圧力を有している。伸張度は、典型的に、基準圧力（すなわちバルーンの成形容積をブロー成形された基準径へと満たすために必要な圧力）からバルーンの破裂圧力あるいは定格破裂圧力にわたる圧力範囲について決定される。定格破裂圧力（ＲＢＰ）は、平均破裂圧力から計算される、９９．９％のバルーンを破裂させることなく加圧することができる、９５％の信頼度の圧力である。

多層バルーン１４は、約６〜約１２気圧、より典型的には約７〜約９気圧の基準圧力と、約１４〜約２２気圧、より典型的には約１８〜約２０気圧のＲＢＰとを有している。破裂圧力は、典型的に、最も高いデュロメータ硬さの材料だけから形成されている類似構造のバルーンの破裂圧力とほとんど等しいか、より高いか、あるいは実質的に低くない（すなわち、前記類似構造のバルーンの破裂圧力の約＋５％以下から約−１５％である。）。

一実施形態において、少なくとも７２Ｄ ＰＥＢＡＸの外側層と６３Ｄ ＰＥＢＡＸの内側層とを有している本発明の多層バルーンは、約８〜約９気圧においてバルーンの基準径に到達し、その後、多層バルーンの作動圧力範囲（例えば８〜２０気圧）内では約０．０１〜約０．０２ｍｍ／気圧の伸張度という非伸張性の態様で基準径の約８％を超えない直径へと伸張する。

より柔らかいデュロメータ硬さの内側層の存在により、本発明の多層バルーンの曲げ弾性係数は、一般的に、外側層３０の第１（例えば、より高いデュロメータ硬さの）エラストマーポリマー材料から成るバルーンの曲げ弾性係数の約９０％〜約９５％であると思われる

共押出しによって形成された多層バルーンチューブは、０．０１５５インチの内径（ＩＤ）および０．０３６５インチの外径（ＯＤ）の全体寸法を有している。このチューブは、０．００１インチの壁厚の６３Ｄ ＰＥＢＡＸの内側層、０．００１インチの壁厚の７０Ｄ ＰＥＢＡＸの中間層、および０．００８５インチの壁厚の７２Ｄ ＰＥＢＡＸの外側層を有している。壁厚値は、二重壁厚（ＤＷＴ）として指定されていなければ単一壁厚である。このチューブは、０．１２１５インチの内径のバルーン金型内で加熱しつつ加圧することによって単一のブローサイクルでブロー成形され、その結果、０．００１６３インチの平均壁厚（ＤＷＴ）と以下のような各層毎のＢＵＲ値を有する多層バルーンが得られた。内径０．０１５５インチの６３Ｄ内側層のＢＵＲ値が７．８３(０．１２１５／０．０１５５)。０．０１７５インチの内径の７０Ｄ中間層のＢＵＲ値が６．９４(０．１２１５／０．０１７５)。０．０１９５インチの内径の７２Ｄ外側層のＢＵＲ値が６．２３(０．１２１５／０．０１９５)である多層バルーンをもたらした。算出されたＢＵＲ値は、金型の内径あるいはブロー成形されたバルーンの外径のどちらを算出に用いるかによってわずかに変動し得る。結果として得られた多層バルーンは、約０．１２１４インチの内径および０．１２３０インチの外径の全体寸法を有していた。

多層バルーンの伸張度および弾性係数は、同様に形成されるとともにほぼ同じ壁厚を有しているが７２Ｄ ＰＥＢＡＸの単一層（１００％）からなる比較対象のバルーンと比較された。比較対象のバルーンは、０．０１９０インチの内径および０．０３６５インチの外径に押出加工されたバルーンチューブを用いて、０．１２５０インチの内径のバルーン金型内でブロー成形され、所望の壁厚を有するバルーンに形成された。結果として得られたバルーンは、０．００１６５インチの平均壁厚、および６．５８(０．１２５０／０．０１９０)のＢＵＲ値を有していた。本発明の多層バルーンおよび比較対象の一体構造バルーンはそれぞれ各約８気圧の基準圧力と、２０気圧を超える破裂圧力、より具体的には約２５気圧の平均破裂圧力とを有していた。多層バルーンおよび比較対照の一体構造（モノリシック構造）バルーンの伸張度曲線は、図６に示されているが、バルーンのサブ組立体を膨張させるとともに膨張圧力の増大に対するバルーン外径の変化を測定することによって得られた。

図６に示したように、基準圧力（８気圧）から２０気圧における伸張度は、一体構造の比較対照バルーンにおいて約０．０２８ｍｍ／ａｔｍであるのに対し、本発明の多層バルーンにおいては約０．０１８ｍｍ／ａｔｍであった。したがって、７２Ｄ ＰＥＢＡＸだけから作られた一体構造のバルーンよりも低いパーセンテージのバルーン壁厚を７２Ｄ ＰＥＢＡＸが占めるような、より低いデュロメータ硬さの材料の中間層および内側層の存在にもかかわらず、本発明の多層バルーンはより低い伸張度を有していた。具体的には、ＰＥＢＡＸ ７２Ｄの外側層は多層バルーンの壁厚の約８７％を構成していたが、これに比較すると一体構造バルーンでは１００％である。同様に、図７は、本発明の三層構造のＰｅｂａｘ６３Ｄ／７０Ｄ／７２ＤバルーンとＰＥＢＡＸ７２Ｄの一体構造バルーンにおける弾性係数（Ｐ_nからＰ_n+1への弾性係数の値）の増加の比較を示している。本発明の多層バルーンの弾性係数は、図７にグラフで示されているが、一体構造の比較対象バルーンの弾性係数よりも高くなっている。弾性係数の値は、伸張度の曲線データから導き出されるが、具体的には次式から決定される。
Ｅ=((Ｐ_n+1Ｄ_n+1)/ＤＷＴ_n+1−(Ｐ_nＤ_n)/ＤＷＴ_n)÷(Ｄ_n+1−Ｄ_n)/Ｄ_n
ここでＥは弾性係数、Ｐは膨張圧力、Ｄは直径、ＤＷＴは二重壁厚である。

本発明の三層バルーンの７２Ｄ ＰＥＢＡＸの外側層のＢＵＲ値は、一体構造の７２Ｄ ＰＥＢＡＸバルーンのＢＵＲ値よりも小さい。しかしながら、本発明の多層バルーンは、低デュロメータ硬さの内側層の比較的高いＢＵＲ値への膨張を容易にし、全体的なＢＵＲ値が比較的高いバルーンを提供する。内側層および中間層のＢＵＲ値は約７〜約８と比較的高く、内側層あるいは中間層の材料１００％から同様なバルーンを形成するために同じブロー成形手法の使用を試みた場合に可能な値よりも高いＢＵＲ値であることが好ましい。例えば、内径０．０１９５インチおよび外径０．０３５５インチのチューブを形成するために押出加工されたＰＥＢＡＸ ６３Ｄは、単一ブローサイクルによっては、ブロー成形の間に破裂させることなしに０．１１８インチ内径のバルーン金型（すなわち，ＢＵＲ値が６）内にブロー成形することができない。

上記の例における多層バルーンの絶対平均壁厚は一体構造のバルーンの壁厚にほぼ等しく、バルーンの伸張度および弾性係数の直接的な比較を可能としている。しかしながら、ここで理解されるべきことは本発明の多層バルーンの壁厚をより薄くすることができるということであり、その場合は伸張度および弾性係数の比較は正規化された壁厚に基づくことになる。

カテーテル１０の寸法は、主として、利用するバルーンおよびガイドワイヤのサイズ、カテーテルの型、カテーテルが通過しなければならない動脈あるいは他の体内管腔の寸法、あるいは送給するステントのサイズによって決まる。典型的に、外側管状部材１９の外径は約０．０２５〜約０．０４インチ（０．０６４〜０．１０ｃｍ）、通常は約０．０３７インチ（０．０９４ｃｍ）であり、かつ外側管状部材１９の壁厚は約０．００２〜約０．００８インチ（０．００５１〜０．０２ｃｍ）、典型的に約０．００３〜０．００５インチ（０．００７６〜０．０１３ｃｍ）で変化し得る。内側管状部材２０の内径は、典型的に約０．０１〜約０．０１８インチ（０．０２５〜０．０４６ｃｍ）、通常は約０．０１６インチ（０．０４ｃｍ）であり、かつ壁厚は約０．００４〜約０．００８インチ（０．０１〜０．０２ｃｍ）である。カテーテル１０の全長は約１００〜約１５０ｃｍの範囲であり、典型的に約１４３ｃｍである。好ましくは、バルーン１４の長さは約０．８ｃｍ〜約６ｃｍであり、かつ膨張したときの作動直径は約２〜約５ｍｍである。

様々な構成要素は、溶着あるいは接着剤の使用といった従来の接合方法を用いて接合することができる。内側および外側の管状部材を持つものとしてシャフトを示したけれども、その内部に並べて押出加工された管腔を具備する二重管腔押出加工シャフトを含む、様々に適切なシャフト構造を用いることができる。同様に、図１に示した実施形態はオーバーザワイヤタイプのステント供給バルーンカテーテルであるけれども、本発明のカテーテルには、迅速交換タイプのバルーンカテーテルといった様々な血管内カテーテルが含まれる。迅速交換カテーテルは、一般的に、カテーテルの遠位端にあるガイドワイヤ遠位ポートからカテーテルの遠位端から比較的短い間隔を開けるとともにカテーテルの近位端から比較的大きい間隔を開けて配置されたガイドワイヤ近位側ポートに延びる、比較的短いガイドワイヤ管腔を具備したシャフトを有している。

好ましい実施形態に関連させて本発明を本願明細書において説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更および改善をなし得ることは当業者が認めるところである。さらに、本発明の一つの実施形態の個々の特徴を本願明細書において議論し、あるいはその一実施形態の図面に示し他の実施形態には示さないこともあるが、一つの実施形態の個々の特徴を他の実施形態の１つ若しくは複数の特徴あるいは複数の実施形態の特徴と組み合わせ得ることは明らかである。

本発明の特徴を具体化しているオーバーザワイヤタイプのステント供給バルーンカテーテルの要部破断立面図。 ２−２破断線に沿った図１のカテーテルの横断面図。 ３−３破断線に沿った図１のカテーテルの横断面図。 膨張させたバルーンを有する図１のバルーンカテーテルを示す図。 本発明の特徴を具体化する方法によってバルーン金型内部で半径方向に拡大させる前の多層バルーンチューブの縦断面図。 本発明の多層バルーンと、最も高いデュロメータ硬さの材料から１００％形成された単一層バルーンとを比較する、ｍｍで測定したバルーン直径を縦軸とし、気圧で測定した膨張圧力を横軸とした伸張性データのグラフ。 本発明の多層バルーンと、最も高いデュロメータ硬さの材料から１００％形成された単一層バルーンとを比較する、バルーンの弾性係数（kpsi）を縦軸とし、膨張圧力（気圧）を横軸とした弾性係数データのグラフ。

Claims (42)

1. 近位端、遠位端および膨張用管腔を有した細長いカテーテルシャフトと、
   前記シャフトの遠位側部分上にある多層バルーンと、を備え、
   前記多層バルーンは、所定の総壁厚を有する少なくとも第１層および第２層を備え、
   前記第１層は、第１最大ブローアップ比を有する第１ポリマー材料からなり、
   前記第２層は、前記第１最大ブローアップ比よりも大きい第２最大ブローアップ比を有する第２ポリマー材料からなり、かつ、前記第１層に対して内側層であり、
   前記少なくとも第１層および第２層は、前記総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンよりも小さい伸長度を有している、バルーンカテーテル。
2. 前記第２最大ブローアップ比が、前記第１最大ブローアップ比よりも１５％〜４０％大きい、請求項１に記載のバルーンカテーテル。
3. 前記第１最大ブローアップ比が６〜７である、請求項１記載のバルーンカテーテル。
4. 前記第２最大ブローアップ比が７〜８である、請求項１記載のバルーンカテーテル。
5. 前記第１最大ブローアップ比が６〜７であり、前記第２最大ブローアップ比が７〜８である、請求項１記載のバルーンカテーテル。
6. 前記多層バルーンは、前記多層バルーンを形成するために用いられた型の内側直径に対応する基準作業直径を有しており、前記多層バルーンがほぼ前記基準作業直径にあるときに、前記第２層はほぼ前記第２最大ブローアップ比にある、請求項１記載のバルーンカテーテル。
7. 前記バルーンがほぼ前記基準作業直径にあるときに、前記第１層はほぼ前記第１最大ブローアップ比にある、請求項６記載のバルーンカテーテル。
8. 前記第２層は前記総壁厚の５％〜１５％の厚さを有している、請求項１記載のバルーンカテーテル。
9. 前記第１層が第１のショアデュロメータ硬さを有しており、前記第２層が前記第１のショアデュロメータ硬さよりも低い第２のショアデュロメータ硬さを有している、請求項１記載のバルーンカテーテル。
10. 前記第１のショアデュロメータ硬さは７０Ｄ〜７２Ｄである、請求項９記載のバルーンカテーテル。
11. 前記第２のショアデュロメータ硬さは６０Ｄ〜７０Ｄである、請求項９記載のバルーンカテーテル。
12. 前記第１のショアデュロメータ硬さは７０Ｄ〜７２Ｄであり、前記第２のショアデュロメータ硬さは６０Ｄ〜７０Ｄである、請求項９記載のバルーンカテーテル。
13. 前記多層バルーンは基準作業直径を有しており、かつ、基準圧力を超える圧力のときには前記基準作業直径を超えて非伸張性の制限された半径方向膨張を呈する、請求項１記載のバルーンカテーテル。
14. 前記基準圧力が６ａｔｍ〜１２ａｔｍである、請求項１３記載のバルーンカテーテル。
15. 前記基準圧力が７ａｔｍ〜９ａｔｍである、請求項１４記載のバルーンカテーテル。
16. 前記多層バルーンは、前記総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンよりも高い弾性係数を有している、請求項１記載のバルーンカテーテル。
17. 前記第２層が前記多層バルーンの内側表面をなす、請求項１記載のバルーンカテーテル。
18. 前記第１層が前記多層バルーンの外側表面をなす、請求項１７記載のバルーンカテーテル。
19. 前記少なくとも第１層および第２層には、当該第１層および第２層の間の中間層が含まれる、請求項１８記載のバルーンカテーテル。
20. 前記中間層は接続層である、請求項１９記載のバルーンカテーテル。
21. 前記中間層は、前記第１最大ブローアップ比よりも大きく前記第２最大ブローアップ比よりも小さい最大ブローアップ比を有している、請求項１９記載のバルーンカテーテル。
22. 前記第１層が第１のショアデュロメータ硬さを有しており、前記第２層が前記第１のショアデュロメータ硬さよりも低い第２のショアデュロメータ硬さを有しており、前記中間層が前記第１のショアデュロメータ硬さより低く前記第２のショアデュロメータ硬さより高い第３のショアデュロメータ硬さを有している、請求項１９記載のバルーンカテーテル。
23. 前記第１のショアデュロメータ硬さは７０Ｄ〜７２Ｄであり、前記第２のショアデュロメータ硬さは６０Ｄ〜７０Ｄである、請求項２２記載のバルーンカテーテル。
24. 前記第２層および前記中間層は合わせて前記総壁厚の５％〜１５％の総厚さを有している、請求項１９記載のバルーンカテーテル。
25. 前記第１ポリマー材料はエラストマである、請求項１記載のバルーンカテーテル。
26. 前記第２ポリマー材料はエラストマである、請求項１記載のバルーンカテーテル。
27. 前記第１ポリマー材料は、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステルまたはポリエーテルブロックアミドである、請求項１記載のバルーンカテーテル。
28. 前記第２ポリマー材料は、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステルまたはポリエーテルブロックアミドである、請求項１記載のバルーンカテーテル。
29. 前記第１ポリマー材料はポリエーテルブロックアミドであり、前記第２ポリマー材料はポリエーテルブロックアミドである、請求項１記載のバルーンカテーテル。
30. 前記第１のショアデュロメータ硬さは７０Ｄ〜７２Ｄであり、前記第２のショアデュロメータ硬さは６３Ｄである、請求項２９記載のバルーンカテーテル。
31. 前記第１層は第１の伸びを有しており、前記第２層は前記第１層の伸びよりも１０％〜５０％大きい第２の伸びを有している、請求項１記載のバルーンカテーテル。
32. 前記少なくとも第１層および第２層は、合わさると１４ａｔｍ〜２２ａｔｍの定格破裂圧力を有する、請求項1記載のバルーンカテーテル。
33. 前記定格破裂圧力が１８ａｔｍ〜２０ａｔｍである、請求項３２記載のバルーンカテーテル。
34. 前記少なくとも第１層および第２層は、合わさると前記総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンの破裂圧力の１５％小さい値より大きい破裂圧力を有する、請求項１記載のバルーンカテーテル。
35. 前記少なくとも第１層および第２層の破裂圧力は、前記総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンの破裂圧力より大きい、請求項３４記載のバルーンカテーテル。
36. 前記少なくとも第１層および第２層は、合わさると前記所定の総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンの９０％〜９５％の曲げ弾性係数を有する、請求項１記載のバルーンカテーテル。
37. 前記第１層は前記第２層に直接接合されている、請求項１記載のバルーンカテーテル。
38. 前記多層バルーンの外側表面に取り付けられたステントをさらに備えた、請求項１記載のバルーンカテーテル。
39. 前記多層バルーンは、前記総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンと等しいか若しくはそれより高い破裂圧力を有している、請求項１記載のバルーンカテーテル。
40. 前記多層バルーンは、基準圧力から定格破裂圧力の間においてその伸張度が約０．０３ｍｍ／ａｔｍ未満であって非伸張性である、請求項１に記載のバルーンカテーテル。
41. 基準圧力から定格破裂圧力における前記多層バルーンの伸張度が約０．０１８ｍｍ／ａｔｍ未満である、請求項４０に記載のバルーンカテーテル。
42. カテーテルのための多層バルーンであって、
    所定の総壁厚を有する少なくとも第１層および第２層を備え、
    前記第１層は、第１最大ブローアップ比を有する第１ポリマー材料からなり、
    前記第２層は、前記第１最大ブローアップ比よりも大きい第２最大ブローアップ比を有する第２ポリマー材料からなり、かつ、前記第１層に対して内側層であり、
    前記少なくとも第１および第２の層は、前記総壁厚に等しい壁厚を有する第１ポリマー材料からなる単層バルーンよりも小さい伸長度を有している、多層バルーン。

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