JP5002110B2 - カテーテルの周囲にレーザー光線を適用する方法 - Google Patents

カテーテルの周囲にレーザー光線を適用する方法

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Description

【0001】
(発明の背景)
バルーンを備え付けた医療用カテーテルは、様々な医療処置において有用性が高い。バルーンカテーテルは、血管にカテーテルを挿入して狭窄した血管を拡張させる血管形成術等に使用され得る。バルーンカテーテルは、ステントまたはグラフトなどの医療用材料を、体内管空内の所望の位置にて拡張および/または定着させるためにも使用され得る。これらの全ての用途において、流体が圧力下でカテーテルの膨張ルーメンを介してバルーンに供給される。
【0002】
バルーンカテーテルの製造においては、カテーテルにバルーンを適切に封着することが必須である。この封着は、バルーンを膨張した時の高圧に耐えるものでなければならない。封着が弱いと膨張流体が漏出し、バルーンに所望の圧力が達成できず、あるいは圧力の素早い減少でさえも達成できず、さらにバルーンの縮小が達成できない。
【0003】
バルーンをカテーテルに封着する多数の方法が当業者に周知である。そのうちの一つは、カテーテルチューブにバルーンを結着させる適切な接着剤の使用であり、これは特に、タワー(Tower)に付与された米国特許第4913701号およびユーテナー(Euteneuer)らに付与された米国特許第4943278号に開示されている。しかしながら、接着剤の使用はカテーテルの太さを増加させ、結着領域の剛性が増す。さらに、接着剤による結着は一般に、融着に劣ることが周知である。
【0004】
このような方法の他の一つは、熱融合可能材料を使用してバルーンをカテーテルチューブに融合させる熱の適用がある。この目的を達成するために、銅製の挟持部による抵抗性加熱法を使用してバルーンをカテーテルチューブに融合させる。しかしながら抵抗加熱法は、バルーン−カテーテル界面にて小さくランダムなチャネルが形成され、結着の異なる部分における望ましくない強度の変動が生じる。バルーンおよびカテーテルを介した熱伝導、および挟持部からの熱放射によって、結着部だけでなく結着部の両軸線方向においても熱によるバルーン材料およびカテーテル材料の望ましくない結晶化および硬化をも発生する。
【0005】
カテーテルをバルーンに熱封着するための非接触方法は、ベッカー(Becker)らに付与された米国特許第4251305号に開示されている。一定の長さの薄いチューブ部分をカテーテルの長尺状シャフトに滑らせ、カテーテルシャフトに重なる薄壁のチューブ部分の両端の上部に収縮チューブ部分を取り付ける。収縮チューブ部分は部分的に収縮している。可視および赤外スペクトルに沿ってエネルギーを放出するランプを使用して放射エネルギーを提供し、チューブ部分とシャフトとを結着するテイパー形状の可塑性ジョイントを形成する。しかしながらこの方法には、カテーテルおよびバルーンに沿って望ましくない熱の移動がある問題点を有する。
【0006】
さらに、フォーマン(Forman)に付与された米国特許第5501759号に開示されている融着に基く別の方法では、バルーン部材および本体を形成するポリマー材料の、最大スペクトル吸収の波長と少なくともほぼ一致するよう選択された波長のレーザー放射ビームを使用する。放射によってポリマー材料を融解し、ポリマー材料はその後冷却し固化されてカテーテルチューブとバルーンとの間で融着が形成される。バルーンをバルーンの全周囲に渡ってカテーテルチューブに結着するためには、カテーテルチューブをレーザービームに対して回転してもよいし、またはレーザービームをカテーテルチューブに対して回転してもよい。
【0007】
前者の場合は、カテーテルチューブおよびバルーン材料の加熱を確実にするためにも400rpm以上の回転速度が必要である。しかしながら、回転中のカテーテルの損傷を避けるために注意が必要である。バルーン上にステントが取り付けられている場合は、ステント保護の観点から、カテーテルの回転はさらに困難となる。さらに、この方法は、モーターが所望の速度に到達するのに時間を必要とするため、遅いものとなり得る。
【0008】
後者の場合は、カテーテルに対するビームの回転は鏡および焦点レンズを用いて行なわれ得る。このようなシステムでは、動作部分からの振動によって整合の達成および維持が難しい。この方法は、カテーテルの装着および脱着に関わる時間、および回転するビームが所望速度へ到達する時間を要するために遅くなる。さらに、このような配置は、構成するのに費用が掛かる。
【0009】
フォーマンの特許に開示される溶融に基く別の方法では、複数のエネルギービームを同時に使用してバルーンの周囲付近に別々にエネルギーを供給する。単一のビームを複数の個々のビームに分割して、複数のビームを光ファイバーを介してバルーンの周囲付近に指向される。
【0010】
本開示の目的のために、本願に参照される全ての米国特許および特許出願、ならびに他の全ての刊行物は、参照によりその全容を本願に援用される。
本願の様々な実施態様は以下に要約される。本願のさらなる詳細および/本願のさらなる実施態様は、以下の「発明の詳細な説明」にて開示され得る。
【0011】
(発明の簡単な概要)
ある実施態様における本発明では、ポリマーバルーン材料をポリマーカテーテルチューブに封着するための新規な方法を提供する。
実施態様の一つにおいて、本発明は、少なくとも一つのポリマー材料をポリマーカテーテルチューブに封着するための方法に関する。本発明では、ポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブを提供する。エネルギー源もまた供給する。ポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブの少なくとも一つに少なくとも一部が吸収される少なくとも一つのエネルギー波長を選択し、選択したエネルギー波長の少なくとも一つの電磁エネルギーの環状ビームを生成する。環状エネルギービームをポリマー材料上に制御可能に指向させ、カテーテルチューブを取り囲む結着部位にエネルギーを集中し、ポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブから選択される少なくとも一つの材料の少なくとも一部を、結着部位および隣接する領域に沿って融解する。材料の双方はエネルギービームによって直接加熱され得、および/または少なくとも一つの融解した材料が隣接する材料を伝導/熱移動によって融解し得る。冷却後、二つの材料は混合し再固化して、チューブとポリマー材料との間で融合結着が形成される。ポリマー材料は、ポリマーバルーン材料であることが望ましい。
【0012】
他の実施態様では、本発明はポリマー本体とポリマー本体を包囲するポリマー膨張部材との間で流体封着を形成する方法に関する。本方法では、ポリマー材料の膨張部材を、ポリマー本体に沿ってかつポリマー本体を包囲するように配置する工程を含み、ここでポリマー膨張部材およびポリマー本体を、ポリマー膨張部材の第一表面部分とポリマー本体の第二表面部分とが隣接しかつ対面する関係にて位置するように整合する。本体を形成するポリマー材料および膨張部材は、高い吸収率の波長帯を含む不均一のエネルギー吸収スペクトルを有する。本体を形成するポリマー材料の高い吸収率の波長帯の少なくとも一つと、ポリマー部材の高い吸収率の波長帯の少なくとも一つは、重なり合う波長の少なくとも一つの範囲で互いに重なり合う。重なり合う波長範囲の少なくとも一つに含まれる単色のエネルギー波長が選択される。選択された単色のエネルギー波長のほぼ単色の電磁エネルギーの環状ビームを生成し、本体およびポリマー本体上に制御可能に指向させ、単色エネルギーを、本体を取り囲みかつ第一表面部分および第二表面部分の境界に沿って延びる狭い結着部位に集中させる。ビームは、結着部位およびその隣接領域に沿ってポリマー材料を融解。最終的に、以前に融解したポリマー材料を冷却し固化させて、本体とポリマー材料との間で融合結着を形成する。
【0013】
他の実施態様では、本発明は少なくとも二つのポリマー材料をカテーテルチューブに同時に結着する方法に向けられる。本方法は、ポリマー材料をカテーテルチューブに結着するために、少なくとも所定の第一結着位置と所定の第二結着位置とを有するカテーテルチューブを提供する工程を含み、ここで各結着位置は、カテーテルチューブの結着位置を取り囲むポリマー材料を有する。第一結着位置においてポリマー材料に少なくとも一部が吸収される電磁エネルギーの第一環状ビームと、第二結着位置においてポリマー材料に少なくとも一部が吸収される電磁エネルギーの第二環状ビームを、同時に生成する。第一環状エネルギービームおよび第二環状エネルギービームを、ポリマーバルーン上の所定の第一結着位置および第二結着位置に制御可能に指向させて、カテーテルチューブを取り囲む所定の第一結着位置および第二結着位置にエネルギーを集中し、結着部位およびその隣接領域に沿ってポリマーバルーン材料の少なくとも一部を融解する。第一結着位置および第二結着位置が以前に融解したポリマー材料を固化させて、第一結着位置および第二結着位置においてカテーテルチューブとポリマー材料との間で融合結着を形成する。
【0014】
さらに他の実施態様では、本発明はポリマー材料から形成されたバルーンの基端と先端とをカテーテルチューブに同時に溶接する工程に向けられる。本方法は、バルーンに一部が吸収される波長の電磁エネルギーの第一環状ビームと、バルーンに一部が吸収される波長の電磁エネルギーの第二環状ビームとを生成し、第一環状ビームをバルーンの基端に向けて制御可能に指向させ、カテーテルチューブを取り囲みかつ第一表面部分および第二表面部分の境界に沿って延びる狭い結着部位にエネルギーを集中し、よってポリマー材料を結着部位およびその隣接領域に沿って融解する。同時に、第二の環状ビームを、バルーンの先端に向けて制御可能に指向させ、カテーテルチューブを取り囲みかつ第一表面部分および第二表面部分の境界に沿って延びる狭い結着部位にエネルギーを集中させ、よってポリマー材料を結着部位およびその隣接領域に沿って融解する。以前に先端が融解したポリマー材料を冷却し固化させて、カテーテルチューブとバルーンの先端との間で融合結着を形成する。
【0015】
さらに他の実施態様では、本発明は少なくとも一つのポリマー材料をポリマーカテーテルチューブに結着する方法に関する。本方法は、選択されたエネルギー波長においてポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブの少なくとも一つによって少なくとも一部が吸収される、少なくとも一つの電磁エネルギーの環状ビームを生成し、該エネルギーの環状ビームの少なくとも一部をポリマー材料上に制御可能に指向させて、ポリマーカテーテルチューブの少なくとも一部を取り囲む結着部位内にエネルギーを集中し、結着部位およびその隣接領域に沿ってポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブのうちから選択される少なくとも一つの材料の少なくとも一部を融解する。少なくとも一つの少なくとも一部が融解したポリマー材料を冷却し固化させて、ポリマーカテーテルチューブとポリマー材料との間で融合結着を形成する。
様々な実施態様における本発明の詳細な説明を、以下に提供する。
【0016】
(発明の詳細な説明)
本発明は多くの異なる形態にて具体化されるが、ここでは本発明の特定の好ましい実施態様を詳細に説明する。この説明は本発明の原理の例証であり、本発明を解説する特定の実施態様に限定することを意図するものではない。
【0017】
ここで使用される用語「環状」は、円形の周縁、および円形ではない周縁を含む、環形状を意味する。後者の例としては、周縁が楕円の環がある。
今図面を参照すると、概して図1の100にバルーンカテーテルの先端領域を図示する。バルーンカテーテルは、ポリエステルなどの身体に適合性を有するポリマー材料で形成された長尺状の柔軟なカテーテルチューブ部分104からなる。Hytrer(登録商標)などのポリエステルを使用し得ることが望ましい。他の適切な材料には、ポリオレフィン類、ポリアミド類および熱可塑性ポリウレタン類、ならびにこれらの材料のコポリマーがある。バルーン108は、カテーテルチューブ部分104をその先端領域に沿って包囲している。バルーンは、カテーテルチューブ部分104の基端およびバルーン内部へ開放するバルーン拡張ルーメン(図示せず)を通って圧力下でバルーン内部に供給された流体を収容しているときのように、バルーンは完全に拡張した形態で示されている。
【0018】
完全に拡張されているバルーン108は、カテーテルチューブ部分104の周囲に配置される主本体領域112を有し、主本体領域の直径はチューブ材料の直径よりもかなり大きい。バルーンおよびカテーテルチューブ部分の適切な直径は、血管や他の体腔の大きさ、および関連する処置法などの要因に左右される。主本体領域112の対向する端には、基端円錐部116および先端円錐部120がある。基端円錐部は、基端首部領域124にて終結している。首部領域124の内径は基端首部領域のカテーテルチューブ部分104の外径とほぼ等しく、首部領域124の内側面とカテーテルチューブ部分104の外側面とが互いに対面しかつ接触している界面領域を提供する。
【0019】
先端円錐部120は、同様に先端首部領域128にて終結している。先端首部もまた、先端首部領域内でカテーテルチューブ部分104の外径とほぼ等しい内径を有する。それ故、先端首部128の直径は一般に、カテーテルチューブ部分が先端首部128に隣接するバルーン拡張ルーメンの終結によって先端首部に沿ってより狭くなっているために、基端首部124の内径よりも小さい。
【0020】
膨張バルーン108は、PET(ポリエチレテレフタレート)から形成されることが望ましい。他の適切な材料には、ポリエチレン、塩化ポリビニル、サーリン(Surlyn)(登録商標)、ポリエチレンイオノマー、ペバックス(Pebax)(登録商標)、ポリアミド−ポリエーテルポリエステルブロックコポリマー、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)−ブロック−ポリ(酸化テトラメチレン)、アーニテル(Arnitel)、ヒトレル(Hytrel)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テフロン(Teflon)(登録商標)、ポリテトラフルオロ−エチレン(PTFE)、ナイロン(例、ナイロン12)、およびそれらのコポリマー、ならびに他のポリオレフィンおよびシリコンエラストマーが含まれる。他の適切なバルーン材料は、PCT公報第WO97/32624号および本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第08/926905号に開示されている。より一般的には、適切な材料には、拡大した形態を容易に達成するために十分に柔軟であるかまたは形成可能であるポリマー材料が含まれるが、一方ポリマー材料は、バルーン内で増加した流体圧力を図1に示す形態に維持する傾向があるように比較的非膨張性である。もちろん、この材料は生体適合性を有する必要がある。
【0021】
図2に示すように、カテーテルチューブ104はガイドワイヤ(図示せず)を収容し、所望であればカテーテルチューブ部分の基端から処置部位へ薬剤を供給する経路を提供する中心ルーメン132を備える。134の破線は、カテーテルチューブ部分104と先端首部128との間の融着136の基端限界を示す。融着136は環状であり、かつ先端首部とカテーテルチューブ部分の間の境界に沿って位置する。より詳細には、先端首部128の内側面に沿ったポリマー材料とチューブ材料104の外側面に沿ったポリマー材料とが融合されて、冷却し固化されて結着が形成し、カテーテルチューブ部分とバルーンとの間で流体封着が提供される。
【0022】
カテーテルの先頭(先端首部128とカテーテルチューブ部分104の先端とを含む)の長さがせいぜい約0.152cm(0.060インチ)であるために、結着136は、軸方向寸法がせいぜい約0.075cm(0.030インチ)で、先端円錐部120の0.075cm(0.030インチ)内であることが望ましい。結着の軸方向寸法は、約0.051cm(0.020インチ)で、円錐部120の約0.025cm(0.010インチ)内であることがより望ましい。さらに先端円錐部は、結着形成の熱による熱衝撃から発生する望ましくない結晶化を起こさない。
【0023】
本発明によれば、カテーテルチューブ部分とバルーンとの間の融着は非接触過程によって形成され、従って従来の結着と比較すると非常に細い一方、同程度の破裂圧力に耐える。さらに、従来方法によって形成された結着と比較すると、本発明に従って形成された結着は、結晶化またはそれに付随する硬化なしでバルーン円錐部に相当近い位置に形成することができる。
【0024】
本発明のバルーンカテーテル形成に使用する装置を図3に概略的に図示する。ステンレス鋼または他の適切な材料で形成されたマンドレル142の周囲に、カテーテルチューブ104を配置する。マンドレル142の外径はカテーテルチューブ104の内径とほぼ等しく、マンドレルはカテーテルチューブ部分104を摺動嵌合式または滑動嵌合式にて受容する。カテーテルチューブ104は、放物線ミラー166の孔168を通って延び、所望の結着領域が放物線ミラー155の焦点領域内に入るよう配置する。
【0025】
カテーテルの配置を容易にするために、放物線ミラー166は半分に分割され二枚貝形状にて提供されてもよい。
エネルギー、望ましくは単色エネルギーをマンドレル142上に誘導するシステムは、レーザービーム150を発生するレーザー源146を備える。ビーム150は、赤外線領域の波長を有することが望ましい。レーザーは、約10.6マイクロメートルの波長で作動するCOレーザーであることがより望ましい。本発明は、紫外線領域で作動するレーザーの使用をも考慮している。使用される他の適切なレーザーにはダイオードレーザーがある。
【0026】
円形の横断面を有するビーム150は、第一円錐レンズ154を通って指向されて発散環状ビーム156が形成される。環状ビーム156は第二円錐レンズ158を通って指向され、コリメートされた環状ビーム162が生成する。コリメートされたビームはその後、放物線ミラー166によって合焦されてビーム167となり、カテーテル104の周辺全体上の所望の結着部位に指向される。焦点の大きさは、レーザービームのインプット直径、第一円錐レンズの発散角、第一レンズと第二レンズとの間の間隔、および放物線ミラーの焦点距離を変動させることにより調整することができる。
【0027】
ビームの放散を図4にて、3次元斜視図で図示する。
焦点の大きさおよび焦点強度は、レーザーのインプット発散角または放物線ミラーの焦点距離を変動させることにより変動し得る。
カテーテル104の先端105はさらに、光軸から環状ビームを通って放射するワイヤによって支持される固定具により保持され、図5a〜図5cに図示するように、外側の定位置にて固定され得る。図5aおよび図5bに図示するように、概して符号206で示す固定具は、中心支持棒218が内部を通って延びる環状部分216を有する。中心支持棒218は内部に開口を有し、内部にマンドレル142を収容する。カテーテル部分を開口の内部に収容するために、中心支持棒の長さは任意に延長されてもよい。中心支持棒218は、ポリマー材料や金属を含む任意の適切な材料で形成され得る。中心支持棒218は、環状部分216の第一側面から延びる3個の保持部材217と、環状部分216の第二側面から延びる3個の保持部材217とによって保持される。保持部材は、ワイヤ、または金属およびポリマー材料を含む他の堅い材料から形成され得る。追加の保持部材、またはより少ない保持部材が提供されてもよい。環状部分216は、保持部材220によって保持される。保持部材220は、固定具206を保持することのできる任意の適切な形状であり得る。保持部材220は任意で、固定具206を定位置に支持するクランプまたは他の装置を備えてもよい。図5bに固定具206の等尺大の図を提供し、図5cに固定具206の終点部の図を提供する。
【0028】
代わりにマンドレルは、レンズの一つから延びるワイヤ固定具などの、適切な構造で保持されてもよい。
カテーテルの先端を固定する他の方法を、図5dに図示する。マンドレル142は固定具210で支持される。固定具210は内部に開口を有し、開口はマンドレル142を内部に受容する大きさを有する。固定具210は、接着剤の使用を含む任意の適切な手段を介して円錐レンズに取り付けられ得る。
【0029】
さらに、他の適切な構成を図5eおよび図5fに示す。概して符号206で示す固定具は、内部マンドレル142を受容するチップホルダー210を備える。図5fに斜視図にて示すように、チップホルダー210は、窓214の中心に取り付けられる。窓214はレーザー放射を透過し、かつ円錐レンズ158とカテーテル104との間に位置する。窓214は、環状リング216に取り付けられるか、あるいは他の方法で固定される。窓214は、ZnSe製であることが望ましい。
【0030】
図6および図7に図示するように、本発明の方法はまた、第二円錐レンズ158を除いて図4に示す装置と同様の装置を使用して実施されてもよい。この場合は、発散環状ビーム156は放物線ミラー166によって再指向および再合焦されてビーム167となり、カテーテル104の周辺全体上の所望の結着部位に指向される。焦点の大きさは、レーザービームのインプット直径および/または放物線ミラーの焦点距離を変動させることにより調整し得る。図6は、焦点ビームの大きさが小さいものを使用した実施態様を図示する。図7では、焦点ビームの大きさがより大きいものを使用した実施態様を図示する。
【0031】
本発明の方法は、図8に示す構成を使用して実行されてもよい。レーザービーム150は、円錐ミラー254へ指向される。反射したビーム156は第二円錐ミラー258へ指向されて、そこでコリメートされる。第二ミラーに反射してコリメートされたビーム162は環状であり得、本発明に従って放物線ミラー(図示せず)によってカテーテルまたはバルーンに再指向され得る。
【0032】
本発明によれば、バルーンカテーテルは、カテーテルチューブ104をマンドレル142上に配置することによって加工し得る。図9に図示するようにカテーテルチューブ104の周囲に、望ましくはポリオレフィンで形成された比較的短い(約0.635cm(0.25インチ))熱収縮チューブ材料172を任意に配置して適切に整合してもよい。カテーテルチューブ104の周囲の所望の位置に、バルーン108を配置する。熱収縮チューブ材料を使用する場合は、一般に基端首部領域および/または先端首部領域であるカテーテルチューブに結着するバルーン部分を、熱収縮チューブ材料172内に挿入する。最初にカテーテルの周囲にバルーンを配置して、次に熱収縮チューブ材料をバルーンの所望の位置の上部に配置してもよい。
【0033】
次に、結着するべきカテーテルとバルーンアセンブリとを放物線ミラー166の焦点領域内に配置して、またはより一般的には光学機器の特定の構成に応じて合焦された環状ビーム167内に配置する。例えば、意図する融着の幅が約0.076cm(0.030インチ)で、結着が先端円錐部から約0.025cm(0.010インチ)だけ軸線方向に離間するときは、レーザーシステムを、ビーム167が先端円錐部に対して意図する結着の中心上に、即ち円錐部から約0.635cm(0.025インチ)の箇所に整合されるようにする。結着領域もまた静止状態に保持し、合焦された環状ビームが結着領域に提供されるようレーザーおよび連携する光学機器を調整し得る。
【0034】
一旦カテーテルチューブ104、バルーン108および光学熱収縮チューブ材料172を適切に配置したら、レーザー源146から所望エネルギーのレーザービーム150を発生して、上述したように環状ビーム167を形成しフォーカスして、図3に図示するように所望の結着領域に誘導する。
【0035】
結着部位の融着に必要なエネルギー濃度は、数個の異なるパラメータより適切に制御される。第一に、ビームはポリマー材料の短いあるいは長い距離に渡って合焦される。ビームがポリマー材料の短い距離に渡って合焦される場合は、エネルギー源は、低ワット数または短持続時間で作動し得る。第二に、エネルギー源がレーザーの場合、レーザービームは、図10に示すようにビーム直径を横切って一定またはほぼ一定のプロファイルを有し、あるいは図11に示すようにビーム直径を横切ってガウス分布(TEM00モード)またはほぼガウス分布のプロファイルを有することが望ましい。第三に、望ましくはレーザーエネルギーであるエネルギーの波長と、バルーンおよびカテーテルチューブ部分のポリマー材料の波長とは一致していることが望ましい。即ち、互いに結着するポリマー材料は、選択された波長において高い吸収率を有することが望ましい(例えば、COレーザーの場合は10.6マイクロメートル)。
【0036】
エネルギー波長に関する様々な材料の吸収率の情報は、例えばSadtler Research Laboratories 出版の、The Infrared Spectra Atlas of Monomers and Polymers にて入手可能である。一致に関するさらなる詳細な説明は、米国特許第5501759号に発見することができる。
【0037】
ビームを適切に調整し、ポリマー材料の少なくとも一つによって、望ましくはポリマー材料の双方によって強力に吸収されるように選択した一つ以上の波長のエネルギーを提供することにより、カテーテルチューブ部分の外側面およびバルーン先端首部の内側面を融合するに十分な熱を、10ワットより小さいレーザー出力で発生し得る。レーザーエネルギーの適用を約0.5〜3秒間持続することによって、約29.39kg/cm(400ポンド/平方インチ)を越える破裂圧力に耐える結合が十分形成されることが見いだされている。レーザー制御の程度により非常に高い均一性(consistency) の結着が得られる。一般にレーザーエネルギーは、1ワットの出力レベルにて1〜2秒間連続適用する。レーザーエネルギーは、バルーン上の1mm幅の環上に合焦されることが望ましい。融合した材料を冷却し固化させた後、存在するならば熱収縮チューブ材料を除去する。
【0038】
一つまたは双方のポリマー材料が選択された波長において高い吸収率を有するために、結着部位からマンドレルに沿った軸の両方向への実質的な熱伝導は存在しない。また、ポリマーは熱伝導性が低く、レーザーは短時間のみオンである。従って、ポリマー材料が結晶化および硬化する程の、結着付近のチューブ材料およびバルーンの部分の過度の加熱はなされない。従って結着は、円錐部を実質的に結晶化または硬化させることなく円錐部から約0.0254cm(0.010インチ)の位置に存在し得る。
【0039】
本発明の他の実施態様において、円錐レンズの代わりにホログラフィック光学素子(HOE)または回折素子を使用して環状ビームを形成してもよい。
HOEは当業者に周知である。HOEは、参照レーザービームと変更レーザービームとを重ね合わせることにより形成される。例えば、ホログラフィックプレート上でレーザービームを収束レーザービームと混合することによりHOEのレンズが形成される。続いて、参照ビームと同一のレーザービームがホログラフィックプレート上に入射すると、収束ビームが出現してHOEはレンズと同様の働きをする。
【0040】
環状ビームを出現させるのに要求されるHOEは、同様の方法で形成される。参照レーザービームおよび発散環状レーザービームを(円錐レンズを通過した後)、ホロフラフィックプレート上に入射し重ね合わさるように指向される。発現したホログラムは、参照レーザービームがそこへ入射した場合、出現するレーザービームは環状であるという性質を有する。
【0041】
本発明のさらなる他の実施態様において、カテーテルの周囲に環状ビームをフォーカスするために、HOE、回折素子、屈折素子、または反射素子を使用してもよい。適切な素子の例には、円形、楕円形、または双曲線形のミラーまたはレンズが含まれる。
【0042】
図12は、本発明の他の実施態様の実施における屈折素子の使用を図示する。望ましくはレーザーであるエネルギー源146は、ビーム150を発生し、ビーム150はレンズ154を介して再び合焦されて環状ビームになる。レンズ158は環状ビーム156をコリメートする。屈折レンズ268はその後、コリメートされたビーム162をカテーテル上に合焦させる。
【0043】
本発明はさらに、カテーテルの複数の部分を同時に結着することを考慮している。例えば、カテーテルにバルーンの先端および基端の双方を同時に結着してもよい。二つ以上の環状ビームを生成するのにHOEを使用し得、その後バルーンの基端および先端の双方に環状ビームをフォーカスする。異なる円錐角を有する異なる円錐レンズを使用したホログラフィックプレートを複数露出することによって、二つ以上の環状ビームのHOEが生成される。例えば、ホログラフィックプレートは第一に、二つの環状ビームホログラムのために、重ね合わせる参照ビームおよび第一円錐角Aの円錐レンズからの発散ビームに露出される。ホログラフィックプレートはその後、同一の参照ビームと、第二円錐角Bの別の円錐レンズからの発散ビームとに露出される。この工程の後、ホログラムは、参照ビームと共に照射されるときに、二つの発散環状ビームを生成する。
【0044】
バルーンの基端および先端はまた、HOEで発生した個別の環状ビームを使用してカテーテルに非同時的に結着され得る。この効果を達成するために二つの異なるHOEを使用する。各々にレーザーを交互に誘導する。単一のHOEを二つの異なる領域に使用することによっても、同一の効果を達成し得る。
【0045】
カテーテルの複数部分の同時結着は、最初のエネルギービームを二つのビームに分裂させ、その後各ビームをフォーカスして環状ビームにする適切なビーム分裂技術を使用しても達成し得る。同時結着は、例えば図13に図示するように、二つ以上のレーザー源を使用して達成し得る。図13に図示するように、二つのレーザー源146a,146bを提供する。第一レーザー源146aは第一ビーム150aを発生し、第一ビーム150aは二つの円錐レンズ154a,158aで調整されて環状ビーム162aを形成する。同様に、第二レーザー源146bは第二ビーム150bを発生し、第二ビーム150bは二つの円錐レンズ154b,158bで調整されて、環状ビーム162bを形成する。環状ビーム162a,162bは、放物線ミラー166によって内側へ反射する。放物線ミラー166は、より小さな焦点距離部分166aおよびより大きな焦点距離部分166bを有する二焦点放物線ミラーである。反射されたビーム167a,167bは、カテーテル上のカテーテル168に沿った二つの位置に衝突する。光学機器の構成は図3と同様であり、ここでは一つではなく二つのレーザーおよび光学システムを有する。
【0046】
同時結着をするために、本願に開示した単一ビームを使用した他の実施態様を同様に変更してもよい。
本発明は上記にて、カテーテルなどの管状本体にボリマーバルーン材料を結着させることに関して説明してきた。本発明はまた、カテーテルチューブに(ステントおよびグラフトまたは他の医療装置のための)保持スリーブや他の任意の適切なポリマー材料を結着する方法に関する。図14に図示するように、保持スリーブ176はカテーテルチューブ104に融着されている。保持スリーブ176は、ステント180をカテーテルチューブ104上に維持する。本願に開示する装置を使用して、結着は、保持スリーブの所望の結着領域にエネルギーを指向させることによって達成される。保持スリーブは、米国特許第6068634号に開示されている材料を含む、弾性かつコンプライアントなバルーン材料から形成され得る。保持スリーブは、少なくともその一部が放射線不透過性の材料から形成されることが望ましい。
【0047】
保持スリーブは、バルーンの融着と同様に、カテーテルの所望の部分の周囲に適切に整合される必要がある。保持スリーブはまた、ステントの周囲に適切に整合される必要がある。融着に先立ってバルーンと同様に、保持スリーブの周囲に熱収縮チューブ材料を任意に配置してもよい。その後、バルーンに関して上述したようにエネルギービームを所望の結着領域に指向させて、保持スリーブをカテーテルチューブに結着させる。
【0048】
保持スリーブは、上記に開示したバルーン材料を含む適切なポリマー材料から形成される。他の適切な材料、および保持スリーブに関する他の詳細な説明は、米国特許出願第09/407836号および第09/427805号に見いだすことができる。
【0049】
本発明の方法は、二つのカテーテルチューブ同士の結着、またはカテーテルチューブとシースとの結着に使用することもできる。収納可能なシースおよび二重ルーメンチューブを備えたカテーテルの例は、米国特許第5957930号に提供されている。ここに開示されている収容可能なシースは、本発明に開示する方法を使用して二重ルーメンチューブに結着され得る。特定のエネルギー波長の選択は二重ルーメンチューブに使用される特定の材料に依存する。本発明の方法を使用して結着され得る他のカテーテル部分には、スライドシースと外側シャフト、バンパーとカテーテルシャフト、スライドシールと外側シャフト、およびマニフォールドとハイポチューブが含まれる。より一般的には、現在他の技術を使用して結着しているカテーテルのこれらのポリマー部分には、本発明の方法が適用され得る。
【0050】
本発明はまたより一般的に、ポリマー材料をポリマーカテーテルチューブに封着する工程に関する。工程は、ポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブのうちの少なくとも一つに少なくとも一部が吸収される、少なくとも一つのエネルギー波長を選択する工程と、選択されたエネルギー波長の少なくとも一つの電磁エネルギーの環状ビームを生成する工程と、該エネルギーの環状ビームをポリマー材料上に制御可能に指向させて、カテーテルチューブを取り囲む結着部位にエネルギーを集中させて、ポリマー材料とポリマーカテーテルチューブのうちから選択される少なくとも一つの材料を、結着部位およびその隣接領域に沿って少なくとも一部を融解する工程と、少なくとも一つの少なくとも一部が融解したポリマー材料を冷却し固化させて、チューブとポリマー材料との間で融着を形成する工程とからなる。
【0051】
本発明はまた、ポリマー材料をカテーテルチューブに、カテーテルチューブの周縁の周囲にて連続的に結着させる工程に関する。ポリマー材料はそれ自体がチューブ形状であっても、カテーテルの周縁(periphery)の周囲に巻き付けられたシート形状であってもよい。
【0052】
本発明の方法の他の用途には、ポリマーシースのカテーテルチューブへの結着、シート状または管状バルーン保護具のバルーンまたはカテーテルチューブへの結着、カテーテルチップのカテーテルへの結着が含まれる。バルーンのカテーテルへの結着と同様に、エネルギーの環状ビームをポリマー材料およびカテーテルの所望の結着領域に誘導する。
【0053】
本発明はまた、ポリマー材料を医療用バルーンに結着させることに関する。例えば、バルーンが拡張可能なステントを保持するカテーテルの場合、ステントの縁からバルーンを保護するために、可撓性のシースが医療用バルーンに、該バルーンの周縁の周囲にて結着され得る。
【0054】
他の実施態様では本発明は、ポリマー本体と、ポリマー本体を包囲するポリマー部材との間で流体封着を形成する工程に関する。工程は、ポリマー部材をポリマー材料の本体に沿ってかつポリマー本体を包囲するように配置する工程を含む。ここでポリマー部材および本体は、ポリマー部材の第一表面部分と本体の第二表面部分とが接触し隣接しかつ対面する関係にて位置するように整合される。本体およびポリマー部材を形成するポリマー材料は、高い吸収率の波長帯を含む不均一のエネルギー吸収スペクトルを有する。本体を形成するポリマー材料の高い吸収率の波長帯の少なくとも一つと、ポリマー部材の高い吸収率の波長帯の少なくとも一つは、重なり合う波長の少なくとも一つの範囲で互いに重なり合う。重なり合う波長範囲の少なくとも一つに含まれる単色のエネルギー波長が選択される。選択された単色のエネルギー波長のほぼ単色の電磁エネルギーの環状ビームが生成し、本体およびポリマー本体上に制御可能に指向させ、単色エネルギーを、本体を取り囲みかつ第一および第二表面部分の境界に沿って延びる狭い結着部位に集中させる。ビームは、結着部位およびその隣接領域に沿ってポリマー材料を融解する。最終的に、以前に融解したポリマー材料を冷却し固化させて、本体とポリマー材料との間で融着を形成する。
【0055】
ポリマー部材は膨張部材で、ポリマー本体はカテーテルチューブであることが望ましい。膨張部材は、カテーテルチューブ部分の先端領域に沿って位置するカテーテルバルーンであり、該カテーテルバルーンは、該ガテーテルチューブ部分の先端領域に沿って配置され、かつ基端首部分および先端首部分と、首部分の直径よりも実質的に大きい直径を有する医療領域と、医療領域と各首部領域との間の基端テイパー状円錐領域および先端テイパー状円錐領域とを備えることが望ましい。
【0056】
他の実施態様では、本発明は、少なくとも二つのポリマー材料をカテーテルチューブに同時に結着する方法に関する。本方法は、ポリマー材料をカテーテルチューブに結着するために、少なくとも所定の第一結着位置と所定の第二結着位置とを有するカテーテルチューブを提供する工程を含み、ここで各結着位置は、カテーテルチューブの結着位置を取り囲むポリマー材料を有する。第一結着位置においてポリマー材料に少なくとも一部が吸収される電磁エネルギーの第一環状ビームと、第二結着位置においてポリマー材料に少なくとも一部が吸収される電磁エネルギーの第二環状ビームを、同時に生成する。第一環状エネルギービームおよび第二の環状エネルギービームを、ポリマーバルーン上の所定の第結着位置および第二結着位置に制御可能に指向させて、カテーテルチューブを取り囲む所定の第一結着および第二結着位置にエネルギーを集中し、結着部位およびその隣接領域に沿ってポリマーバルーン材料の少なくとも一部を融解する。第一結着位置および第二結着位置が以前に融解したポリマー材料を固化させて、第一および第二結着位置においてカテーテルチューブとポリマー材料との間で融着を形成する。
【0057】
さらなる実施態様では、本発明はバルーンの基端と先端とをカテーテルチューブに同時に溶接する工程に関する。本発明の工程によれば、バルーンに少なくとも一部が吸収される少なくとも一つのエネルギー波長を選択し、選択されたエネルギー波長の電磁エネルギーの第一環状ビームを生成し、選択されたエネルギー波長において電磁エネルギーの第二環状ビームを生成する。第一環状ビームは、バルーンの基端に向けて制御可能に指向させ、カテーテルチューブを取り囲みかつ第一表面部分および第二表面部分の境界に沿って延びる狭い結着部位にエネルギーを集中し、よってポリマー材料を結着部位およびその隣接領域に沿って融解する。以前に融解したポリマー材料を冷却し固化させて、カテーテルチューブとバルーンとの間で融着を形成する。第二の環状ビームを、バルーンの先端に向けて制御可能に指向させ、カテーテルチューブを取り囲みかつ第一表面部分および第二表面部分の境界に沿って延びる狭い結着部位にエネルギーを集中させ、よってポリマー材料を結着部位およびその隣接領域に沿って融解する。以前に先端が融解したポリマー材料を冷却し固化させて、カテーテルチューブとバルーンの先端との間で融着を形成する。
【0058】
本発明の方法において、ポリマー材料に指向されるエネルギーの周波数は、エネルギーの少なくとも一部が、バルーン、ポリマーカテーテルチューブ、またはバルーンおよびポリマーカテーテルチューブの双方によって吸収されるよう選択され得る。エネルギーは、バルーンおよびポリマーカテーテルチューブの少なくとも一つ、好ましくは双方を、所望の結着領域の少なくとも一部にて融解するように、十分な出力レベルにて供給する必要がある。
【0059】
これまでエネルギーは単色として記述してきた。本発明はまた、エネルギーが、適切に合焦されて、エネルギーを指向させたポリマー材料が融解されるに十分な強度を有するならば、非単色のエネルギーの使用をも考慮している。従って、エネルギーが少なくとも一つのポリマー材料に強力に吸収される一つ以上の周波数を含むならば、複数の周波数のエネルギーを使用してもよい。エネルギーのほぼ全ての周波数が、少なくとも一つのポリマー材料に強力に吸収されることが望ましい。
【0060】
本発明の方法は、ポリマー材料の複数の層を結着させるために使用され得る。例えば、ステント保持スリーブをバルーンに、バルーンをカテーテルに同時に結着するために使用され得る。これにはもちろん、バルーン、保持スリーブおよびカテーテルを適切に整合する必要がある。バルーン、保持スリーブおよびカテーテルの全てが同一のエネルギー波長を強力に吸収するか、またはこれら全てが重なり合う吸収帯を有することもまた望ましい。
【0061】
本発明を、円形ではない横断面を有する管状部材を接合するために使用してもよい。従って例えば本発明の方法を、バルーンを楕円形の横断面を有するチューブに結着するために使用し得る。バルーンまたは他のチューブの楕円形の周縁の周囲のほぼ均一な加熱を達成するためには、放物線反射ミラーを、加工するチューブと同一の形状の横断面を有するミラーと交換することが望ましい。他の横断面形状のチューブのほぼ均一な加熱もまた、適切なレンズおよび反射ミラーの使用を介して達成し得る。
【0062】
本発明は、材料を、カテーテルまたは他のチューブの周囲または周縁の部分に、選択的に溶接または結着する方法に関する。図15aおよび図15bに図示するように、環状レーザービーム162を生成してビームの一部をビームブロック169で遮断する。ビーム162の一部162aは、放物線ミラー166からカテーテル104へ反射する。ビーム162の一部162bは遮断される。環状ビーム162は、上記に開示した任意の装置を使用して生成し得る。ビームが円錐レンズ(図示せず)を使用して生成される場合は、ビームブロック162は円錐レンズと放物線反射器166との間に配置され得る。ビームブロックは、他の場所にも配置され得る。例えば、ビームブロックは、放物線反射器とカテーテルとの間に配置され得る。ビームブロックは、環状レーザービームの一部を遮断する任意の適切な材料であり得る。ビームブロックは、放物線反射器の所望の部分の反射特性を変換および/または破壊して設置されてもよい。同様に、修正円錐レンズまたはHOEによって、一部または一片が遮断または欠損した環状ビームを生成し得る。ビームの一部を遮断することで、または一片が欠損したビームを提供することで、カテーテル周囲の一部のみに延びる溶接または結着を達成することができる。
【0063】
カテーテルを形成する際に、カテーテル周囲またはカテーテル周縁の一部のみを選択的に溶接することは、例えばモノレールカテーテルの中央部でガイドワイヤがカテーテルに導入されるポート結着領域などにおいて有益であると証明され得る。
【0064】
本発明はまた、レーザーエネルギーの適用中にカテーテルを軸方向に移動させて実施してもよい。この場合、結着部位に分配されるエネルギー量のさらなる制御が可能である。カテーテルの移動が遅いと結着部位により多くのパワーが分配され、カテーテルの移動が速いとより少ないパワーが結着部位に分配される。その上、この方法によれば、より長い溶接または結着が達成できる。この方法は、一般に溶接距離が長さ約2〜5mmの、ソフトチップをカテーテルチューブの終端上に溶接する際に特に有用である。溶接中にカテーテルを光軸に沿って移動させると、合焦された環状ビームがカテーテルに沿って効果的に移動して、所望の長さの連続的な結着または溶接を形成する。放物線ミラーまたは焦点レンズを移動させることによって、同じ効果が達成できる。
【0065】
溶接する材料の厚さが溶接領域の長さに沿って変動する場合には、カテーテルまたは放物線ミラーの移動速度を変動させることもまた有益であり得る。より厚い領域の箇所ではカテーテルの移動速度を遅くし得、より多くのエネルギーをその箇所に適用する。より薄い領域の箇所では、材料を加熱するのにより少ないエネルギーが必要なため速度を増加し得る。
【0066】
最後に本発明は、ここに開示される本発明の方法を使用して製作された装置を含む、ここに開示された新規な装置に関する。
請求項の特定の実施態様に加えて、本発明はまた、請求項に従属する特徴の任意の他の可能な組み合わせの他の実施態様にも向けられる。
【0067】
上記の実施例および開示は、説明を目的とし包括的なものではない。実施例および記述は、当業者に多くの変化および代替を提示するが、これら代替および変化の全ては請求項の範囲内に含まれる。当業者は特定の実施態様から他の等価物を認識し得るが、このような等価物もまた本発明の請求項に包含されることを意図する。
【0068】
2000年9月5日に出願の特許米国出願第09/654987号は、その全容を本願に採用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 バルーンカテーテルの先端の側方正面図。
【図2】 図1のバルーンカテーテル部分の拡大横断面図。
【図3】 本発明の方法に使用される装置の概略図。
【図4】 図3の3次元におけるビームの放散。
【図5a】 カテーテルを支持する固定具の概略図。
【図5b】 図5aの固定具の当尺図。
【図5c】 図5aの固定具の終点図。
【図5d】 カテーテルを支持する他の固定具の概略図。
【図5e】 カテーテルを支持する他の固定具の概略図。
【図5f】 図5eの固定具の当尺図。
【図6】 本発明の方法に使用され得る他の装置の概略図。
【図7】 より大きい焦点ビームを有する、図6と同様の装置の概略図。
【図8】 本発明の方法に使用され得る他の装置の概略図。
【図9】 バルーン上に熱収縮チューブ部分を有するバルーンの概略側方正面図。
【図10】 ビーム直径に沿った位置の関数としてプロットした、レーザービームのビーム強度を、各々ほぼ一定のプロファイルおよびガウス分布を図示する図。
【図11】 ビーム直径に沿った位置の関数としてプロットした、レーザービームのビーム強度を、各々ほぼ一定のプロファイルおよびガウス分布を図示する図。
【図12】 本発明の方法に使用され得る他の装置の概略図。
【図13】 本発明の方法に使用され得る他の装置の概略図。
【図14】 その上に配置されるステントおよび保持スリーブを有するカテーテルチューブの概略部分側面図。
【図15a】 本発明の方法に使用され得る他の装置の概略部分側面図。
【図15b】 図15aの装置の端面図。

Claims (16)

  1. 少なくとも一つのポリマー材料をポリマーカテーテルチューブに封着する方法であって、
    選択されたエネルギー波長においてポリマー材料およびポリマーカテーテルチューブの少なくとも一つによって少なくとも一部が吸収される、少なくとも一つのコリメートされたレーザー光線の環状ビームを生成する工程と、
    少なくとも一つのコリメートされたレーザー光線の環状ビームを生成する工程に続き、コリメートされたレーザー光線の環状ビームを、放物線ミラーを使用してカテーテルチューブ上のポリマー材料の結着部位上に焦点を集中させて、結着部位に沿ってポリマー材料またはポリマーカテーテルチューブの少なくとも一部を融解させる工程と、
    該少なくとも一つの少なくとも一部が融解した材料を冷却し固化させて、ポリマーカテーテルチューブとポリマー材料との間で結着を形成する工程とからなる方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、前記ポリマー材料はポリマーバルーン材料である方法。
  3. 請求項2に記載の方法であって、前記レーザー光線は単色である方法。
  4. 請求項2に記載の方法であって、前記レーザー光線は単色ではない方法。
  5. 請求項2に記載の方法であって、前記レーザー光線の少なくとも一部はポリマーバルーン材料およびポリマーカテーテルチューブによって吸収される方法。
  6. 請求項2に記載の方法であって、少なくとも二つの環状ビームを発生する方法。
  7. 請求項6に記載の方法であって、前記ポリマーバルーンは基端および先端を有し、一方の環状ビームはポリマーバルーン材料の基端へ指向され、他方の環状ビームはポリマーバルーン材料の先端へ指向される方法。
  8. 請求項7に記載の方法であって、前記一方の環状ビームはポリマーバルーン材料の基端へ指向され、同時に他方のビームはポリマーバルーン材料の先端へ指向される方法。
  9. 請求項2に記載の方法であって、前記ポリマーバルーン材料は、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリアミド類、熱可塑性ポリウレタン類、およびそれらのコポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、およびそれらの組み合わせのうちから選択されるポリマーから形成される方法。
  10. 請求項2に記載の方法であって、前記レーザー光線は少なくとも一部をポリマーバルーン材料に吸収されて、ポリマーバルーン材料の少なくとも一部を融解させる方法。
  11. 請求項2に記載の方法であって、前記レーザー光線は少なくとも一部をポリマーカテーテルチューブに吸収されて、ポリマーカテーテルチューブの一部を融解させる方法。
  12. 請求項2に記載の方法であって、前記レーザー光線エネルギーは少なくとも一部をポリマーカテーテルチューブに吸収されて、ポリマーカテーテルチューブの一部を融解させ、かつ同エネルギーは少なくとも一部をポリマーバルーン材料に吸収されて、ポリマーバルーン材料の一部を融解させる方法。
  13. 請求項1に記載の方法であって、前記ポリマー材料は保持スリーブである方法。
  14. 請求項1に記載の方法であって、前記ポリマー材料はシースまたはカテーテルチューブである方法。
  15. 請求項1に記載の方法であって、前記環状ビームは円形である方法。
  16. 請求項1に記載の方法であって、前記環状ビームは非円形である方法。
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