JPWO2018043554A1 - カテーテル - Google Patents

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Abstract

肉厚が小さくても高い破断強度を有するシャフトの先端部を有するカテーテルを提供する。本発明のカテーテル1は、長尺管状のシャフト2を有し、シャフト2は、長さ方向に沿う内腔11を有する内層10と、内層10の外周側を覆う外層12と、内層10の外周側に配置される補強体13とを有し、外層12は、シャフト2の先端部の先端外層20と、先端外層20より基端側の中間外層21と、中間外層21より基端側の基部外層22とを有し、中間外層21は基部外層22より柔軟かつ厚肉であり、補強体13の先端は中間外層21の先端より基端側に位置する。

Description

本発明は、生体管腔内に挿入されるカテーテルに関する。
生体管腔内の診断または治療のため、処置用カテーテルが広く用いられている。処置用カテーテルとしては、例えば、経皮的冠動脈形成術(PTCA:Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty)に用いられるバルーンカテーテルなどがある。
処置用カテーテルが挿入される前に、生体管腔内にはガイディングカテーテルが予め挿入される。処置用カテーテルは、ガイディングカテーテルの内腔に挿通される。近年、下肢の血管の治療において、腕の動脈、特に橈骨動脈または上腕動脈からガイディングカテーテルを挿入する手技(TRI:Trans Radial Intervention)が増加している。
TRIの手技に用いるガイディングカテーテルは、長尺状のシャフトを径の小さい橈骨動脈に挿入する必要があるため、シャフトの外径ができるだけ小さいことが求められる。一方で、処置用カテーテルをガイディングカテーテルの内腔に挿通させるため、シャフトの内径は、できるだけ大きいことが求められる。このため、TRIの手技に用いるガイディングカテーテルは、シャフトの肉厚を小さくすることが求められる。
カテーテルにおいて、シャフトの肉厚が小さくても十分な強度を確保するため、シャフトの中に補強体が設けられることがある。補強体は、金属製の素線を編組したものが一般的である。このような補強体を有したカテーテルとして、例えば特許文献1に挙げるようなものがある。
特開平10−43300号公報
一般的に、シャフトの肉厚を小さくすると、シャフトの引張荷重に対する破断強度が低下する。補強体を有するシャフトの場合、補強体の端部において破断を生じやすい。これは、シャフトの肉厚が、補強体の端部において最も薄くなるため、引っ張りによる伸長の開始点となりやすく、応力が集中するためである。また、補強体の端部にエッジが存在することも、破断の起点となりやすい理由として挙げられる。
このため、シャフトの肉厚が小さくても、補強体の端部を含むシャフトの先端部が、高い破断強度を有することが求められる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、肉厚が小さくても破断強度が高いシャフトの先端部を有するカテーテルを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係るカテーテルは、長尺管状のシャフトを有するカテーテルであって、
前記シャフトは、長さ方向に沿う内腔を有する内層と、該内層の外周側を覆う外層と、前記内層の外周側に配置される補強体とを有し、
前記外層は、前記シャフトの先端部の先端外層と、該先端外層より基端側の中間外層と、該中間外層より基端側の基部外層とを有し、
前記中間外層は前記基部外層より柔軟かつ厚肉であり、前記補強体の先端は前記中間外層の先端より基端側に位置する。
上記のように構成したカテーテルは、シャフトが引っ張られた際に、補強体の先端で応力集中が生じることを抑制しつつ、柔軟なシャフトの先端部の破断強度を大きくすることができる。
前記補強体は、金属製の素線を網目状に組んであり、前記補強体の先端に位置する前記素線の先端部は、角部を有しない湾曲形状を有する。これにより、補強体の先端において、シャフトが引っ張られた際の応力集中をより低減できる。
前記補強体の先端部には、前記素線が重なりあう交差部が配置され、該交差部で重なりあう前記素線同士が固着されている。これにより、シャフトが引っ張られた際に、素線の先端が中間外層を突き破ることを防止できる。
前記補強体は、金属製の素線が前記外層の内部に埋め込まれており、前記素線の2倍の厚みに対する前記中間外層の厚みの比率は、1.8〜2.4の範囲である。これにより、中間外層の厚みを確保しつつ、シャフトの外径が大きくなって血管内における通過性を低下させることがないようにすることができる。
前記中間外層の先端位置と前記補強体の先端位置との距離は、1.0〜2.0mmの範囲である。これにより、シャフトが引っ張られた際に、中間外層の伸び長さを十分に確保しつつ、シャフトのプッシャビリティ低下を抑制できる。
前記補強体は、金属製の素線を所定のピッチで網目状に組んであり、前記中間外層の先端位置と前記補強体の先端位置との距離は、前記補強体のピッチの3〜7倍の範囲である。これにより、中間外層の補強体を有しない部分の長さを適正な範囲に設定できる。
本実施形態のカテーテルの正面図である。 シャフトの先端部の断面図である。 補強体の部分正面図である。 補強体の先端部の部分拡大正面図である。 素線の切断前の状態における補強体の部分拡大正面図である。 中間外層の領域のシャフトの断面図である。 肉厚比rに対する破断伸び長さλの関係を表したグラフである。 先端側部の長さLに対する破断伸び長さλの関係を表したグラフである。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。なお、本明細書では、カテーテル10の生体管腔に挿入する側を「先端」若しくは「先端側」、操作する手元側を「基端」若しくは「基端側」と称することとする。
本実施形態のカテーテル1は、橈骨動脈等の腕の血管から下肢の血管の狭窄部等の目的部位近傍まで挿入されるガイディングカテーテルである。ガイディングカテーテルは、バルーンカテーテル等の処置用カテーテルを挿通させて、処置用カテーテルを目的部位まで誘導するために用いられる。図1に示すように、カテーテル1は、長尺な管状体であるシャフト2と、シャフト2の基端部に設けられるハブ3とを有している。
図2に示すように、シャフト2は、長さ方向に沿う内腔11を有する内層10と、内層10の外周側を覆う外層12との、二層構造を有した管状体である。また、シャフト2は、内層10と外層12との間に補強体13を有している。シャフト2は、可撓性を有する材料で形成されている。そのため、シャフト2は、血管の形状に沿って挿入されることができる。
外層12の材料は、例えば、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の熱可塑性エラストマー等を使用できる。外層12の材料として、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせたもの(ポリマーアロイ、ポリマーブレンド、積層体等)を用いることができる。
内層10の材料は、内腔11内に処置用カテーテル等の医療器具を挿入する際に、医療器具と接する部分が低摩擦となる材料であることが望ましい。これによって、シャフト2に挿入された医療器具を、より小さい摺動抵抗で長さ方向に移動させることができ、操作性の向上に寄与する。このような低摩擦材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂材が挙げられる。
補強体13は、シャフト2を補強するために設けられる。図3に示すように、補強体13は、複数の素線30を一定のピッチPで網目状に組んである。ここで、ピッチPは、素線30同士が交差する交差部31間の軸方向距離を言う。補強体13の複数の素線30の間の隙間には、外層12の樹脂材が入り込んでいる。素線30の材料は金属であり、ステンレス鋼やNiTi等を用いることができる。素線30の断面形状は、平板状とされている。これにより、補強体13の厚みを小さくすることができる。ただし、素線30の断面形状としては、これに限られず、円形、楕円形、長円形、多角形などとすることもできる。また、素線30の材料として、樹脂材を用いてもよい。
外層12は、シャフト2の長さ方向において、さらに3つの部分に分かれている。シャフト2の先端部は、先端外層20である。先端外層20より基端側には、中間外層21が設けられる。中間外層21より基端側には、基端外層22が設けられる。中間外層21は、基端外層22より柔軟な素材で形成されている。また、先端外層20は、中間外層21より柔軟な素材で形成されている。基端外層22の硬度は、ショアD硬度50〜80の範囲、より好ましくはショアD硬度60〜70の範囲である。中間外層21の硬度は、ショアD硬度35〜50の範囲、より好ましくはショアD硬度45〜50の範囲である。先端外層20の硬度は、ショアD硬度30〜50の範囲、より好ましくはショアD硬度40〜45の範囲である。
外層12のうち、中間外層21及び先端外層20は、基端外層22よりも厚肉である。中間外層21及び先端外層20の領域は、シャフト2の断面積が長さ方向に沿って一定とされている。
先端外層20には、X線造影性を有する物質が含まれている。一方、中間外層21は造影性を有しない。このため、シャフト2を血管内に挿入した際に、シャフト2の先端部のみをX線透視下で造影し、視認性を良好にすることができる。
補強体13は、シャフト2の長さ方向において、基端外層22から中間外層21にまたがって設けられている。また、補強体13の先端は、中間外層21の先端より基端側に位置している。このため、中間外層21は、補強体13を有する基端側部21aと、補強体13を有しない先端側部21bとを有している。
図4に示すように、補強体13の先端部には、素線30の交差部31が配置される。交差部31は、重なりあう2本の素線30において、それぞれの先端両側部となる箇所に溶接部35を有する。補強体13の先端部の交差部31で重なりあう2本の素線30は、溶接部35で溶接接合されている。交差部31の先端に位置する溶接部35において、素線30は端部の角を有しない湾曲形状を有している。湾曲形状は、素線30同士の接合の際に形成される。
図4のような補強体13の先端形状は、以下のように形成される。図5に示すように、2本の素線30が重なりあう交差部31において、それぞれ他方の素線30の側辺に沿うように、第1ライン37と第2ライン38で各素線30をレーザー切断する。同時に、第1ライン37と第2ライン38でレーザー溶接により素線30同士を溶接接合する。このとき、交差部31の先端に位置する湾曲形状が形成される。また、交差部31の溶接された部分は、表面に膨隆形状が形成される。
なお、素線30同士を接合する方法としては、レーザー溶接の他、抵抗溶接、はんだ付、ろう付け、接着剤による接着など、他の方法であってもよい。
血管内においてシャフト2の先端部が係留された場合や、シャフト2を血管内から抜去する操作時に、シャフト2を基端方向に引っ張ると、その引張荷重によってシャフト2は伸長する。前述のように、中間外層21は柔軟で、基端外層22は中間外層21より柔軟性が低い。このため、シャフト2が伸長する際には、まず、柔軟性が高く降伏点荷重が小さい中間外層21の部分が伸長する。次に、基端外層22の部分が伸長する。
基端外層22の部分が伸長を開始すると、シャフト2の先端部にかかる引張荷重が増加する。引張荷重が大きくなると、中間外層21の領域で破断が生じる。本実施形態では、シャフト2において中間外層21は基端外層22よりも厚肉であるので、シャフト2の引張荷重に対する破断強度を高くすることができる。
補強体13の先端部には、前述のように交差部31が配置されている。交差部31における素線30同士の接合の際には、交差部31に膨隆形状が形成されて、他の部分より肉厚が大きくなる。これに対し、中間外層21が基端外層22より厚肉であることで、補強体13の先端部が中間外層21の外表面に露出することを防止できる。補強体13が中間外層21の外表面に露出すると、シャフト2が引っ張られた際に、その部分に応力集中が生じ、シャフト2の破断強度を低下させる。本実施形態では、これが防止されているので、シャフト2の引張荷重に対する破断強度を高くすることができる。補強体13の膨隆形状の表面と中間外層21の表面との間には、ある程度の厚みが必要である。一方、中間外層21の厚みが大きすぎると、シャフト2の外径が大きくなって血管内における通過性が低下する。したがって、中間外層21の厚みは適切な範囲内に設定する必要がある。中間外層21の厚みの適切な範囲については、後で説明する。
シャフト2が引っ張られた場合、補強体13の先端で応力集中が起こるので、この位置で破断が生じやすい。補強体13が中間外層21の先端まで設けられていると、中間外層21と先端外層22との境界付近に応力集中が起こり、より破断しやすくなる。本実施形態では、補強体13の先端が中間外層21の先端より基端側に位置している。すなわち、中間外層21が補強体13を有しない先端側部21bを有しているので、この問題を抑制できる。
中間外層21が先端側部21bを有しない、または先端側部21bが短すぎると、シャフト2が引っ張られた際に、中間外層21の部分の降伏伸び長さが小さくなる。この場合、基端外層22の部分の伸長が早期に開始し、補強体13の先端部にかかる引張荷重が早期に増加する。このため、シャフト2は補強体13の先端部付近の位置で破断しやすい。これに対し、ある程度以上の長さの先端側部21bを設けることで、中間外層21の部分の降伏伸び長さが大きくなり、この問題を抑制できる。一方、先端側部21bの長さを大きくしすぎると、シャフト2の先端部において補強体13を有しない部分の長さが大きくなる。このために、シャフト2のプッシャビリティが低下し、カテーテル1の操作性が低下する。したがって、先端側部21bの長さは適切な範囲内に設定する必要がある。先端側部21bの長さの適切な範囲については、後で説明する。
また、中間外層21に補強体13を有しない先端側部21bを設けたことによる効果として、シャフト2の内腔11を通過する医療器具の摺動抵抗を低下させることも挙げられる。TRIの手技において、術者は、シャフト2の内腔11にバルーンカテーテルを挿入し、血管内の目的部位でバルーンを拡張させる。その後、術者は、バルーンを収縮させ、シャフト2を通じてバルーンカテーテルを抜去する。抜去時において、バルーンの外径は挿入時よりもやや大きい。このため、バルーンカテーテルの抜去時には、シャフト2の先端部に対するバルーンの摺動抵抗が大きくなる。本実施形態のカテーテル1は、中間外層21に補強体13を有しない先端側部21bを有しているので、バルーンがシャフト2の先端部を通過する際、先端側部21bが周方向に広がりやすい。このため、本実施形態のカテーテル1は、バルーンカテーテルの抜去時の摺動抵抗を小さくできる。
また、本実施形態のカテーテル1は、中間外層21が補強体13を有しない先端側部21bを有しているので、シャフト2の先端から補強体13の先端までの距離が大きい。このため、シャフト2の基端側から先端側に向かう内径の広がりは、シャフト2の先端部近くに補強体13の先端が位置する場合に比べて、緩やかになる。したがって、本実施形態のカテーテル1は、シャフト2の先端部や補強体13の先端部に対する負荷を小さくできる。
単独の素線30が補強体13の端部に配置されていると、素線30が中間外層21を突き破ってシャフト2の外表面に露出しやすい。本実施形態のカテーテル1は、補強体13の先端部に、素線30同士が接合されている交差部31が配置されているので、その可能性を低くできる。また、交差部31の先端が、角を有しない湾曲形状に形成されているので、シャフト2に引張荷重がかかった際に、補強体13の先端における応力集中が緩和され、シャフト2の破断を抑制できる。
また、補強体13を形成する素線30は、先端部の交差部31でのみ互いに固定されている。このような補強体13は、先端部より基端側でも素線30が互いに固定される場合に比べて、弾性変形しやすい。このため、一度拡張して収縮した後のバルーンなど、医療器具において外径の大きい部位がシャフト2の内部を通過する際に、シャフト2の先端部において内径が広がりやすく、医療器具の通過性を良好にすることができる。
本実施形態のカテーテル1は、基端外層22、中間外層21及び先端外層20に渡って連続する内層10を有している。このため、バルーンカテーテルなどの医療器具の抜去時において、シャフト2の先端部の摺動抵抗を低減させて、シャフト2の先端部がシャフト2の内腔11に巻き込まれることを防止できる。
先端外層20の肉厚は、本実施形態では中間外層21と同じとされている。このため、先端外層20が厚肉状となっており、シャフト2の先端部がシャフト2の内腔11に巻き込まれることを防止できる。先端外層20の肉厚は、中間外層21より小さくてもよいし、大きくてもよいが、本実施形態のように厚肉状とすることが望ましい。
図6に示すように、中間外層21の部分におけるシャフト2の肉厚をT0、内層10の肉厚をT1、中間外層21の肉厚をT2とする。また、補強体13の素線30が重なりあった部分の厚みをtとする。補強体13の素線30が重なりあった部分とは、図3において素線30が交差する交差部31のことである。補強体13の厚みtに対する中間外層21の肉厚T2の比T2/tを肉厚比rとする。また、中間外層21の補強体13を有しない先端側部21bの軸方向長さをLとする。
出願人は、中間外層21の肉厚が異なる複数のシャフト2を製作し、その引張強度及び破断伸び長さλを測定した。シャフト2は、中間外層21の肉厚が異なる3種を用意した。各シャフト2の内径及び内層10の肉厚T1の条件は同一である。また、シャフト2のうち、基端外層22の領域の外径は2.37mmである。各条件のシャフト2の寸法及び測定結果を表1に、肉厚比rに対する破断伸び長さλの関係を図7に、それぞれ示している。
Figure 2018043554
この結果によれば、補強体13の厚みtに対する中間外層21の肉厚T2の比である肉厚比rが大きいほど、引張強度及び破断伸び長さが大きくなることが分かる。シャフト2の引張強度は、1000gf以上が求められるので、条件1−1では、その要件を満たさない。そのため、肉厚比rの下限値は、1.8である。肉厚比rを2.4より大きくした場合、シャフト2の外径は2.46mmより大きくなる。この場合、求められる外径の最大値を超えると共に、シャフト2の先端部が硬くなってカテーテル1の操作性を低下させる。したがって、肉厚比rの上限値は2.4である。以上より、肉厚比rは、1.8〜2.4の範囲に設定されることが好ましい。
中間外層21の肉厚T2から補強体13の厚みtを除いた厚みは、補強体13の表面とシャフト2の表面との間の厚みに相当する。肉厚比rが1.8〜2.4の範囲において、補強体13の表面とシャフト2の表面との間の厚みは、0.04〜0.07mmである。この厚みは、0.02mm以上が必要である。補強体13の先端に配置される交差部31には、前述のように接合による膨隆形状が形成される。この膨隆形状の高さを考慮しても、肉厚比rを1.8〜2.4の範囲に設定すれば、補強体13の表面とシャフト2の表面との間の厚みを0.02mm以上、確保できる。
また、出願人は、先端側部21bの長さLが異なる複数のシャフト2を製作し、それらについても引張強度及び破断伸び長さλを測定した。シャフト2は、先端側部21bの長さLが異なる3種を用意した。各シャフト2の外径と内径及び内層肉厚の条件は同一である。また、シャフト2のうち、基端外層22の領域の外径は2.37mmである。各条件のシャフト2の寸法及び測定結果を表2に、先端側部21bの長さLに対する破断伸び長さλの関係を図8に、それぞれ示している。なお、条件2−2は、条件1−3と同一の条件である。
Figure 2018043554
この結果によれば、先端側部21bの長さLは、1.0〜2.0mmの範囲とすることが望ましい。また、補強体13のピッチPは、0.27〜0.42mmの範囲である。したがって、先端側部21bの長さLは、補強体13のピッチPの3〜7倍、好ましくは3〜5倍の範囲に設定される。
以上のように、本実施形態に係るカテーテル1は、長尺管状のシャフト2を有し、シャフト2は、長さ方向に沿う内腔11を有する内層10と、内層10の外周側を覆う外層12と、内層10の外周側に配置される補強体13とを有し、外層12は、シャフト2の先端部の先端外層20と、先端外層20より基端側の中間外層21と、中間外層21より基端側の基部外層22とを有し、中間外層21は基部外層22より柔軟かつ厚肉であり、補強体13の先端は中間外層21の先端より基端側に位置する。このカテーテル1は、シャフト2が引っ張られた際に、補強体13の先端で応力集中が生じることを抑制しつつ、柔軟なシャフト2の先端部の破断強度を大きくすることができる。
また、補強体13は、金属製の素線30を網目状に組んであり、補強体13の先端に位置する素線30の先端部は、角部を有しない湾曲形状を有する。これにより、補強体13の先端において、シャフト2が引っ張られた際の応力集中をより低減できる。
また、補強体13の先端部には、素線30が重なりあう交差部31が配置され、交差部31で重なりあう素線30同士が固着されている。これにより、シャフト2が引っ張られた際に、素線30の先端が中間外層21を突き破ることを防止できる。
また、補強体13は、金属製の素線30が外層12の内部に埋め込まれており、素線30の2倍の厚みに対する中間外層21の厚みの比率は、1.8〜2.4の範囲である。これにより、中間外層21の厚みを確保しつつ、シャフト2の外径が大きくなって血管内における通過性を低下させることがないようにすることができる。
また、中間外層21の先端位置と補強体13の先端位置との距離は、1.0〜2.0mmの範囲である。これにより、シャフト2が引っ張られた際に、中間外層21の伸び長さを十分に確保しつつ、シャフト2のプッシャビリティ低下を抑制できる。
また、補強体13は、金属製の素線30を所定のピッチで網目状に組んであり、中間外層21の先端位置と補強体13の先端位置との距離は、補強体13のピッチの3〜7倍の範囲である。これにより、中間外層21の補強体13を有しない部分の長さを適正な範囲に設定できる。
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。
本出願は、2016年9月5日に出願された日本特許出願番号2016−172470号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
1 カテーテル
2 シャフト
3 ハブ
10 内層
11 内腔
12 外層
13 補強体
20 先端外層
21 中間外層
21a 基端側部
21b 先端側部
22 基端外層
30 素線
31 交差部
35 溶接部
36 溶接ポイント
37 第1ライン
38 第2ライン

Claims (6)

  1. 長尺管状のシャフトを有するカテーテルであって、
    前記シャフトは、長さ方向に沿う内腔を有する内層と、該内層の外周側を覆う外層と、前記内層の外周側に配置される補強体とを有し、
    前記外層は、前記シャフトの先端部の先端外層と、該先端外層より基端側の中間外層と、該中間外層より基端側の基部外層とを有し、
    前記中間外層は前記基部外層より柔軟かつ厚肉であり、前記補強体の先端は前記中間外層の先端より基端側に位置するカテーテル。
  2. 前記補強体は、金属製の素線を網目状に組んであり、前記補強体の先端に位置する前記素線の先端部は、角部を有しない湾曲形状を有する請求項1に記載のカテーテル。
  3. 前記補強体の先端部には、前記素線が重なりあう交差部が配置され、該交差部で重なりあう前記素線同士が固着されている請求項2に記載のカテーテル。
  4. 前記補強体は、金属製の素線が前記外層の内部に埋め込まれており、前記素線の2倍の厚みに対する前記中間外層の厚みの比率は、1.8〜2.4の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載のカテーテル。
  5. 前記中間外層の先端位置と前記補強体の先端位置との距離は、1.0〜2.0mmの範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載のカテーテル。
  6. 前記補強体は、金属製の素線を所定のピッチで網目状に組んであり、前記中間外層の先端位置と前記補強体の先端位置との距離は、前記補強体のピッチの3〜7倍の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載のカテーテル。
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