JP5796763B2 - ステント - Google Patents
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Description
図1は1実施形態としてのステント1の拡張状態における展開図である。図1に示すステント1は略管状体に形成され、かつ圧縮された第1の直径から拡大された第2の直径まで半径方向に拡張可能なステントであって、円周方向に伸長可能な略波形構成要素を有し、前記略波形構成要素を含んで形成された環状セクションが長手方向軸に対して整列しており、前記隣り合う環状セクション中の略波形構成要素の頂点同士が結合して連結部を形成し、更に拡張状態において、間に他の連結部を介さずに互いに接続された隣り合った連結部を結んだ線が長手方向軸に対して互いに逆向きの2つの螺旋(第1螺旋、第2螺旋)を形成し、これら螺旋の波長が異なり、特にその波長比が略5:3となっている。
ステント成形方法としては、通常ステントを作製する方法として知られる、レーザー加工法、放電加工法、機械的な切削方法、エッチング方法などが可能である。またステント成形後にマイクロブラストや電解研磨等の各種研磨においてストラットの端部分を面取りすることも可能である。
(比較例1)
比較例1として、図11に示すような腸骨動脈用ステントLUMINEXX(BARD社)(ステント11)を用いた。LUMINEXXの外径は8.0mm、全長は40.0mmであった。
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚170μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。また、作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、展開状態で図1に示す展開図の構造を有するステント1を作成した。尚、図2、3、4は、それぞれステント1の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図である。
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚220μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、展開状態で図12に示す展開図の構造を有するステント12を作成した。尚、図13、14、15は、それぞれステント12の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図である。
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚220μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、展開状態で図16に示す展開図の構造を有するステント16を作成した。尚、図17、18、19は、それぞれステント16の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図である。
上記比較例1、参考例1および実施例1、2に関して、以下の評価を実施した。
ステントに負荷(曲げ、捩り、長軸方向圧縮)をかけたときの最大相当応力を調べるため、有限要素解析を実施した。最大相当応力は金属の疲労耐久性と相関があり、最大相当応力が高いほど、疲労による破損が起こりやすい。有限要素解析には汎用有限要素解析ソフトANSYS(ANSYS社)を使用した。ステントモデルは3次元8節点構造ソリッド要素にて作成し、厚み方向に2層のメッシュを切った。比較例1、参考例1、実施例1、2ともにモデルの寸法を外径8.0mm、全長30.0mmとした。
ステントの両端をビーム要素で拘束し、両端に9°の回転変位をかけ、そのときの最大相当応力を調べた。
ステントの両端をビーム要素で拘束し、片端の全自由度を固定し、もう片端を長軸方向の軸に対して30°の回転変位で捩り、そのときの最大相当応力を調べた。
ステントの両端をビーム要素で拘束し、片端の全自由度を固定し、もう片端をステント全長の7%に相当する長軸方向の圧縮を加え、そのときの最大相当応力を調べた。
ステントの物性(柔軟性、長軸方向の柔軟性)を調べるために、3点曲げ試験及び長軸方向の圧縮試験を行った。疲労耐久性と物性には相関があり、荷重値が低いほど応力集中が少なくなり、耐久疲労性が向上する。引張り・圧縮試験機はEz−Test(株式会社島津製作所)を使用した。NiTi合金の場合、雰囲気温度によって物性が変化するため、人体内での使用を想定し、断熱材で引張り・圧縮試験機を囲い、37±2℃の雰囲気温度条件で試験を行った。
図20に示すように引張り・圧縮試験機に押し込み治具2001を取り付け、支点間距離2002を36mmとして、50mm/minの速度でステントを2.4mm押し込んだ時の荷重を計測した。
図21に示すように引張り・圧縮試験機にステント全体が縮径できるような圧縮治具2101を取り付け、その下に平板2102を置いて50mm/minの速度でステントを2.8mm押し込んだ時の荷重を計測した。
ステントの疲労耐久性を評価するため、回転曲げ疲労耐久試験機を用いた疲労耐久試験を行った。回転曲げ疲労耐久試験は一定の曲げモーメントを作用させた丸棒を回転させ、圧縮、引張りの正弦波応力を繰り返し負荷することで、ステントの疲労耐久性を評価するものである。図22に示すように、比較例1、参考例1および実施例1、2に示すステントを内径8.0mm、肉厚2mmのシリコンチューブ2201に挿入し、シリコンチューブの両端に9°の角度をつけて、500rpmの回転数で丸棒に接続したモーター2202を回転させて試験を行った。疲労耐久性評価はステントが破損するまでのサイクル数(破損サイクル数)で評価した。
ステントを折り曲げた時(キンク)に、ステント内腔を保持する割合を評価した。比較例1、参考例1および実施例1、2に示すステントの両端を、ステント中央の外側Rが10mmとなるように曲げ、その時のステント内径をマイクロハイスコープ(KEYENCE VH−7000)で、倍率を20倍として計測した。内腔保持率を以下の式にて計算し、結果を表4に示した。
内腔保持率(%)=キンク時内径×100/ステント内径
ステントが血管と接触する面積率(Metallic surface area)を算出することにより、病変部位をカバーする割合を評価した。比較例1、参考例1および実施例1、2に示すステントに関して、Auto CAD(Autodesk社)の面積計算機能を用いて、ステントの展開図から抜き取る面積を算出し、以下の式にて計算を行った。結果を表5に示した。
面積率(Metallic surface area)(%)
=(筒状管状表面−ステントから抜き取る面積)×100/筒状管状表面
(比較例11)
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚220μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、非拡張状態で図23に示す展開図の構造を有するステント23を作成した。尚、図24、25、26、27は、それぞれステント23の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図、及び拡張状態における展開図である。
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚220μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、非拡張状態で図6に示す展開図の構造を有するステント6を作成した。尚、図7、8、9、10は、それぞれステント6の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図、及び拡張状態における展開図である。
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚220μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、非拡張状態で図28に示す展開図の構造を有するステント28を作成した。尚、図29、30、31、32は、それぞれステント28の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図、及び拡張状態における展開図である。
重量比でNi:Ti=55:45のNiTi合金のパイプを冷間加工し、外径2.2mm、肉厚220μm、長さ約1mの超弾性金属パイプを作製した。作製したパイプを使用して、レーザーによるステント加工を行い、展開状態で図33に示す展開図の構造を有するステント33を作成した。尚、図34、35、36は、それぞれステント33の略波形構成要素、連結部、環状セクションの部分拡大図である。
上記比較例11、12および参考例11、12に関して、以下の評価を実施した。
ステントに負荷(曲げ、捩り、長軸方向圧縮)をかけたときの最大相当応力を調べるため、有限要素解析を実施した。最大相当応力は金属の疲労耐久性と相関があり、最大相当応力が高いほど、疲労による破損が起こりやすい。有限要素解析には汎用有限要素解析ソフトANSYS(ANSYS社)を使用した。ステントモデルは3次元8節点構造ソリッド要素にて作成し、厚み方向に2層のメッシュを切った。比較例11、参考例11〜12のモデルの寸法を外径6.0mm、全長30.0mm、比較例12のモデルの寸法を外径8.0mm、全長30.0mmとした。
ステントの両端をビーム要素で拘束し、両端に9°の回転変位をかけ、そのときの最大相当応力を調べた。
ステントの両端をビーム要素で拘束し、片端の全自由度を固定し、もう片端を長軸方向の軸に対して30°の回転変位で捩り、そのときの最大相当応力を調べた。
ステントの両端をビーム要素で拘束し、片端の全自由度を固定し、もう片端をステント全長の7%に相当する長軸方向の圧縮を加え、そのときの最大相当応力を調べた。各解析の最大相当応力を表6に示す。
図37に示す様に、略波形構成要素中の連結部を形成しない頂点を除く、隣り合う環状セクションの中の略波形構成要素が略勘合する関係で配置された山及び谷同士の距離(円周方向ストラット間距離、3701)を、ステント全体のうち、任意の隣り合う2つの環状セクションにおいてそれぞれ測定し、平均値、標準偏差を算出した。拡張均一性評価の結果を表7に示した。
ステントの疲労耐久性を評価するため、軸圧縮疲労耐久試験機を用いた疲労耐久試験を行った。軸圧縮疲労耐久試験は往復スライダクランク機構を利用して、モーターの回転を往復運動に変換し、一定変位量を繰り返し負荷することで、ステントの疲労耐久性を評価するものである。図38に示すように、比較例11、比較例12、および参考例11、12に示すステント3801を装置に取り付け、軸方向に12mmの変位(長軸方向の長さが60mmのステントの20%に相当)を加え、100rpmの回転数でモーター3802を回転させて試験を行った。軸圧縮疲労耐久性評価はステントが破損するまでのサイクル数(破損サイクル数)で評価した。
ステントをクリンピング後のチューブの挿入性能を評価した。ステントのクリンピングには自己拡張型ステントクリンピング装置 SC900(MSI社)を使用した。チューブには外径2mm、内径1.7mmのシリコンチューブを使用した。最初に4mmのプレクリンプを行い、その後1.68mmまでポストクリンプを行い、チューブにステントを挿入した。ステントをチューブに全て挿入できた場合をクリンピング成功とし、全て挿入できなかった場合をクリンピング失敗として評価した。
ステントが血管と接触する面積率(Metallic surface area)を算出することにより、病変部位をカバーする割合を評価した。比較例11、および参考例11、12に示すステントに関して、Auto CAD(Autodesk社)の面積計算機能を用いて、ステントの展開図から抜き取る面積を算出し、以下の式にて計算を行った。結果を表10に示した。
面積率(Metallic surface area)(%)
=(筒状管状表面−ステントから抜き取る面積)×100/筒状管状表面
202 外側曲率半径の中心
203 内側曲率半径
204 外側曲率半径
205 ストラット幅
206 頂点の幅
301 略波形構成要素
302 略波形構成要素
303 略波形構成要素の頂点
304 略波形構成要素の頂点
701 内側曲率半径の中心
702 外側曲率半径の中心
703 内側曲率半径
704 外側曲率半径
705 ストラット幅
706 頂点の幅
801 略波形構成要素
802 略波形構成要素
803 略波形構成要素の頂点
804 略波形構成要素の頂点
805 ストラットの長手軸方向長さ(短い側)
806 ストラットの長手軸方向長さ(長い側)
1301 内側曲率半径の中心
1302 外側曲率半径の中心
1303 内側曲率半径
1304 外側曲率半径
1305 ストラット幅
1306 頂点の幅
1401 略波形構成要素
1402 略波形構成要素
1403 略波形構成要素の頂点
1404 略波形構成要素の頂点
1701 内側曲率半径の中心
1702 外側曲率半径の中心
1703 内側曲率半径
1704 外側曲率半径
1705 ストラット幅
1706 頂点の幅
1801 略波形構成要素
1802 略波形構成要素
1803 略波形構成要素の頂点
1804 略波形構成要素の頂点
2001 押し込み治具
2002 支点間距離
2101 圧縮治具
2102 平板
2201 シリコンチューブ
2202 モーター
2401 内側曲率半径の中心
2402 外側曲率半径の中心
2403 内側曲率半径
2404 外側曲率半径
2405 ストラット幅
2406 頂点の幅
2501 略波形構成要素
2502 略波形構成要素
2503 略波形構成要素の頂点
2504 略波形構成要素の頂点
2901 内側曲率半径の中心
2902 外側曲率半径の中心
2903 内側曲率半径
2904 外側曲率半径
2905 ストラット幅
2906 頂点の幅
3001 略波形構成要素
3002 略波形構成要素
3003 略波形構成要素の頂点
3004 略波形構成要素の頂点
3401 内側曲率半径の中心
3402 外側曲率半径の中心
3403 内側曲率半径
3404 外側曲率半径
3405 ストラット幅
3406 頂点の幅
3501 略波形構成要素
3502 略波形構成要素
3503 略波形構成要素の頂点
3504 略波形構成要素の頂点
3701 ストラット間距離
3801 ステント
3802 モーター
Claims (22)
- 略管状体に形成され、かつ圧縮された第1の直径から拡大された第2の直径まで半径方向に拡張可能なステントであって、円周方向に伸長可能な略波形構成要素を有し、前記略波形構成要素を含んで形成された環状セクションが長手方向軸に対して整列しており、前記隣り合う環状セクション中の略波形構成要素を繋ぐ連結部を有し、該連結部は、略波形構成要素の頂点同士を結合するものであり、拡張状態において、間に他の連結部を介さずに互いに接続された隣り合った連結部を結んだ線が長手方向軸に対して互いに逆向きの2つの螺旋を形成し、これら螺旋の波長が互いに異なることを特徴とするステント。
- 前記2つの螺旋の波長比が略5:3であることを特徴とする、請求項1に記載のステント。
- 非拡張状態において、前記連結部から延びる略波形構成要素を形成する4本のストラットを有し、該ストラットにおいて、連結部を通る同一対角線上に配置される2つのストラットの長手軸方向長さが同一で、一方の対角線上のストラットの長手軸方向長さが他方の対角線上のストラットの長手軸方向長さの1.1倍以上であることを特徴とする、請求項1又は2のいずれか1項に記載のステント。
- 隣り合う環状セクション中の略波形構成要素の向かい合った頂点同士が、円周方向に対し互いにズレを有して配置されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のステント。
- 前記連結部が、隣り合う環状セクション中の略波形構成要素の向かい合った頂点同士を円周方向に対し互いにズレを有して結合する構造であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のステント。
- 前記円周方向のズレにおける頂点のズレ方向が、1つの環状セクション中で常に一定で、尚且つ隣り合う環状セクションでその方向が逆であることを特徴とする、請求項4〜5のいずれか1項に記載のステント。
- 前記連結部が、隣り合う環状セクション中の略波形構成要素のストラット同士を繋ぐことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のステント。
- 前記連結部が、隣り合う環状セクション中の略波形構成要素のストラットと頂点とを繋ぐことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のステント。
- 1つの環状セクション中に含まれる略波形構成要素の数が4の倍数であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のステント。
- 環状セクション中の略波形構成要素の数が12以上、24以下であることを特徴とする、請求項9に記載のステント。
- 1つの環状セクション中に含まれる連結部の数が略波形構成要素の数の4分の1であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載のステント。
- ステント長手軸方向の一端を向いた頂点を山側の頂点、他端を向いた頂点を谷側の頂点としたときに、連結部と直接結合しない略波形構成要素中の山側の頂点が、隣り合う環状セクション中の略波形構成要素の山側の頂点が形成する裏側の凹部に略勘合する関係で配置されていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のステント。
- 非拡張状態において、隣り合う環状セクション中の略波形構成要素中の勘合する頂点が、その頂点の内側曲率半径の中心がステントの長手軸方向に同一直線上に位置する様に配置されていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載のステント。
- 非拡張状態において、1つの環状セクション中の略波形構成要素中の長手軸方向に同一方向に向いた頂点が、連結部から延びる長手軸方向長さが他方に比較して1.1倍以上長いストラットの連結部から遠い側の頂点を除き、その頂点の内側曲率半径の中心がステントの円周方向に同一直線上に位置する様に配置されていることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載のステント。
- 略波形構成要素を形成するストラットの肉厚がストラットの幅の1.5〜2.0倍であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載のステント。
- 頂点の幅が、この頂点を挟んで配置されるストラットの幅の1.5倍以上、2.5倍以下であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載のステント。
- ステンレス鋼、ニッケルチタン合金、タングステン、タンタルからなる群から選択される1以上の材料で形成される、請求項1〜16のいずれか1項に記載のステント。
- 前記ステント外表面に血管閉塞を抑制する薬剤が固定化されていることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか1項に記載のステント。
- 前記ステントの端部に造影性マーカーが設けられていることを特徴とする、請求項1〜18のいずれか1項に記載のステント。
- 略管状体に形成され、かつ圧縮された第1の直径から拡大された第2の直径まで半径方向に拡張可能なステントであって、円周方向に伸長可能な略波形構成要素を有し、前記略波形構成要素を含んで形成された環状セクションが長手方向軸に対して整列しており、前記隣り合う環状セクション中の略波形構成要素の頂点同士が結合して連結部を形成し、該連結部を形成する頂点同士が、円周方向に対し互いにズレを有して結合していることを特徴とするステント。
- 拡張状態において、間に他の連結部を介さずに互いに接続された隣り合った連結部を結んだ線が長手方向軸に対して互いに逆向きの2つの螺旋を形成することを特徴とする、請求項20に記載のステント。
- 前記円周方向のズレにおける頂点のズレ方向が、1つの環状セクション中で常に一定で、尚且つ隣り合う環状セクションでその方向が逆であることを特徴とする、請求項20又は21のいずれか1項に記載のステント。
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