TWI526202B - Methods of processing vascular stents - Google Patents

Description

血管支架之加工方法

本發明係關於一種血管支架之加工方法，特別是指一種利用容易取得之原材料及加工機械，製造出內應力小且表面平滑具富鉻化及高潔淨度、抗蝕、低排斥性之血管支架之加工方法。

當今人們的生活水準提升，大部分人忽略高油脂所帶來的疾病，而國人十大死因中，與心血管有關之疾病就排名在前面，究其原因不外乎與飲食、肥胖、缺乏運動有關，而有關血管之阻塞最有效方法除了繞道手術就屬裝血管支架於血管病灶，而最有效的方式係為將狹窄或阻塞的血管直接加以疏通，利用血管支架乃為最常使用的治療方式，又該作為心臟侵入性治療中採用的血管支架係為一種管形網狀結構，植入人體血管狹窄部分使其具有支撐血管，保持血管內血流暢通功能，而心血管支架撐起和擴張方法，按血管支架之擴張方式，則有球囊擴張式和自膨脹式兩大類，藉由血管支架保持血管內血流的暢通，增進原病灶血管供應氧氣和養分之能力，然而由於血管支架主要是作為支撐血管壁保持其暢通和開放，所以便需能適應血管內不同結構和特徵、考慮到其支撐強度好的組織相容性、小面積金屬覆蓋率會影響到血管開閉窗之網孔設計及小的軸向縮短率或其他等各種因素，而一般在血管支架之設計構思，主要是利用支架網目對血管壁的支撐和保持其血液流動暢通，如果從血管支架之生物力學的特性來考量其應具有抗血管回彈力、釋放後其長度保持不變及軸向縮短率要小，軸向柔韌性要好、擴張率高、未釋放(握合)狀態需有較小外輪廓、通過側枝血管時要容易和貼壁性、釋放後對血管壁之損傷小、耐疲勞性高，按一般歐美先進國家之血管支架其胚料製造過程，都是藉由拉伸和擠製及二次真空退火處理之三者同步加工完成，其二次退火(annealing)將原材料加熱到一定溫度並保持足夠時間，然後緩慢冷卻，改善材料的結晶粒的組織和塑性和韌性，使化學成分均勻化，去除加工之殘餘應力和內應力或其無法預期的物理性，國內對於該等原材料之取得不易，且該等加工經驗缺乏，又礙於國外進口後，使用在其用途之責任問題。因此，假若以國內易於取得之材料作為原材料及加工機械，以解決習用之缺失，並藉此能由國內自行生產，而提供富鉻化及價格低廉且能符合病患所需之血管支架之加工方法。

為解決上述之現有技術不足之處，本發明目的在提供一種加工方式以改良血管支架之加工方法，以期克服現有技術中之難處。

為達上述之目的，本創作係提供一種血管支架之加工方法，其至少包括以下步驟：先原材料選擇準備；次為CAE力學模擬和最適化設計之CAD設計模型；再次為原材料檢驗同心度之毛細管車削與拋光；以數控雷射切割加工；之後以超音波振動酸洗除屑、化學除油、清洗、去氧化皮層、清洗；而後，將血管支架電解拋光；清洗；中和；清洗；鈍化；復對，血管支架清洗烘乾；再將血管支架滅菌處理；最後，即可完成支架半成品。

而藉此設計，可易於取得之原材料及加工技技術，且能製造出品質優良價格低且內應力小，表面平滑且富鉻化，高淨、抗蝕性，低排斥性之血管支架之加工方法，符合創新新穎、進步與使用者所需，足見其加工增益處。

為利 貴審查員瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而於文中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之流程與配置關係侷限本發明於實際實施上的專利範圍，合先敘明。

請參閱第一圖所示，係為本發明之加工方法之流程方塊圖，本發明之血管支架之加工方法於一最適化之實施例中，係至少包括以下之步驟：原材料選擇準備1、CAD設計模型2、毛細管車削與拋光3、數控雷射切割加工4、超音波振動酸洗除屑5、化學除油51、清洗52、去氧化皮層53、清洗54、血管支架電化學拋光6、清洗61、中和62、清洗63、鈍化64、血管支架清洗烘乾7、血管支架滅菌處理8、血管支架半成品9。

前述之原材料選擇準備1，由於材料力學與物理特性皆與血管支架其生物相容性、X射線(x-ray)和磁振造影MRI(magnetic resonance imaging)之可視性、徑向回彈柔韌性、可輸送性、壓握後的外輪廓變化及能否長期保持完整性有其直接關係，而血管支架依其不同擴張方式而對於材料的要求也有其區別，以球囊擴張支架而論，因須具有防止彈性回縮之較高的彈性模量，同時需在一定膨脹壓力下將其擴張開且能壓握在球囊上；而以自膨脹式支架而論，其材料則需要有較大變形恢復能力，使在輸送系統內和釋放後都保持在超彈性範圍內，因此，於自膨脹式血管支架係以鎳鈦形狀記憶合金為主，而球囊擴張式支架之可加工之原材料主要以經二次退火狀態之316L醫用不銹鋼，但並不以此限制本發明，其亦可為鈷鉻合金或其他任何可作為支架之原材料，都屬於本發明的保護範圍；本發明其原材料選擇準備係以二次退火狀態之316L醫用不銹鋼，其內表面不需表面處理，而外表面則需經過機械拋光，且符合國際ISO2604-4標準，但並不以此限制本發明，凡是任何符合其特性之各種原材料，都屬本發明的保護範圍。

前述之CAD設計模型2，此步驟係利用電腦輔助設計CAD(Computer Aided Design)將支架結構成圖形，而該電腦輔助設計係配合CAE電腦輔助工程(Computer Aided Engineering)，利用其分析值可作最適化分析，或改變設計模型之形狀、大小、厚度、尺寸等，以達強化其強度之目的之CAE力學模擬和最適化設計21。

前述之毛細管車削與拋光3，此步驟基本上係採使用高精密之車削加工法及精密機械拋光加工法，因國外血管支架之毛細管製造技術並没有如本發明之加工流程，其在加工時間上雖稍為延長，但卻有加工時之內應力較小優點，本發明為了將其原材料前後管壁同心度控制在合理範圍(如±0.015mm)以內，所以最好使用高精密度之四軸綜合車床加工及高精密度拋光加工機台，該毛細管車削與拋光3步驟，係配合原材料檢驗同心度31。

前述之數控雷射切割加工4，本發明係利用雷射束切割材料，藉由原材料吸收光能，光能轉變為熱能使原材料加熱熔融氣化，最後將原材料去除或破壞；本發明血管支架因尺寸微小，一般機械加工方法很難加工出複雜的血管支架網孔形狀，而雷射光束因其在加工過程中具有細小而一致的切縫寬度、熔渣少、加工表面品質好、熱影響微小、易於控制等優點，其並利用電腦輔助繪圖(CAD)軟體設計出血管支架外表面展開圖，之後導入雷射切割機做前置路徑處理，且模擬其切割路徑，修改程式檔頭和檔尾部份之程式語言，最後將設定完成後之路徑文件輸入到雷射切割機控制器進行加工，又本發明為去除原材料可自動脫落或是利用超音波振動脫落，對於去除較大面積材料，其切割路徑之設計，係將該較大面積材料分段切割成小塊，同時為保護透鏡免於污染並吹走切割區底部之熔渣，本發明係採用同軸吹出各種適合材料之氣體，當為金屬材料時則使用活性氣體，以使其與熾熱金屬發生氧化放熱反應，提高切割速度，對於非金屬材料或部分金屬材料，則使用壓縮空氣或惰性氣體，以清除熔化和蒸發材料並抑制其過度燃燒，本發明則採用同軸噴出通水，同時抑制切割區過度燃燒，至於，雷射切割機的參數設定範圍包含有：(1)脈沖頻率/KHz：2-4，(2)工作電壓/V：400-550，(3)脈寬/ms：0.07-0.13，(4)工作能量/W：0.1-0.5。

前述之超音波振動酸洗除屑5，本發明其原材料經數控雷射切割加工4後，再經壓電晶體之逆壓電效應而產生振動頻率超過人類無法聽到20000Hz範圍所產生之超音波，利用超音波由超音壓強和輻射壓強所引起之機械作用，利用超音波在液體中傳播其質點隨著聲波做相同頻率的振動，連續產生過壓和可使液體拉裂空化作用(CAVITATION)衝擊波作用之負壓現象作為清洗，由於清洗液接受超音波振動能量後產生正負交變的衝擊波，該清洗過程是藉由空化氣泡之裂痕產生大的音壓，使污物或毛屑、稜邊，從原材料表面剝落形成間隙，而其間因反覆受到空化氣泡群的侵入，且受到音壓之變化和其氣泡反覆收縮膨脹，將藏在細縫或深孔的污物層輕易的剝落和清洗乾淨。

本發明藉由超音波水浴振動去除因雷射高溫切割，所產生之毛邊和支撐連桿上之溶渣，並將其烘乾浸入標準配製的酸液中以利於去除表面氧化層和其他油污和髒物或其他各種物等；而該步驟進一步依序包括前述之化學除油51、清洗52、去氧化皮層53及清洗54步驟，其中，於本實施例該化學除油51步驟之配方及操作條件分別包括有：

1、碳酸鈉　15-25 g/L；

2、氫氧化鈉　10-20 g/L；

3、磷酸鈉　15-25 g/L；

4、乳化劑(OP-10)　7-20 ml/L；其控制溫度為25-30 ℃常溫之間；而時間為10-15分鐘(min)；該前述之去氧化皮層53步驟於本實施例之配方為：10%稀硫酸，時間為10-15分鐘(min)；又其間所為之清洗52、54步驟中，則係以去離子水沖洗數次並使用吹風機烘乾。

前述之血管支架電化學拋光6，本發明係將血管支架經前述之超音波振動酸洗除屑5及常溫化學除油51、清洗52、去氧化皮層53及清洗54後，即進入本步驟之血管支架電化學拋光6，其係至少執行一次至數次；其工作方式為將血管支架接於陽極，以還原金屬接於陰極，置於電解液中通上直流電(DC)，控制電解液中之攪拌器起動，以利於電解液中之均勻性和溫度之掌控；以電解作用之反電鍍將血管支架之表面金屬鐵移除，增加表面鉻金屬之量和控制品質之最適化；血管支架表面將因此產生材料之消蝕，以達成清除毛邊或毛屑及污物之作用，血管支架經電解拋光之作用後，其表面會發生兩種作用，其一為光澤化，其一為表面平坦化；並且經電解拋光時會在血管支架表面層生出鈍化層，同時因所含不同之金屬分子，其移除速率也不相同，在其電解拋光之過程中表面所含之鐵分子會被先移除，使得不銹鋼之表面所留下之鉻分子量會被提高，也就是鐵分子被析出，溶解在電解液中，同時鉻元素是人體比較可接受的金屬物質，該過程為血管支架表面「富鉻化」反應，本發明其電化學拋光可做次數在一次到三次以上，但並不以此限制本發明，舉凡任何次數，都屬本發明的保護範圍內，該電解拋光目的在讓鉻分子或原子充滿血管支架的表面層，造成表面生成三氧化二鉻的表面層，基本該氧化層是可有效提升表面抗蝕能力。且在進行電解拋光時，血管支架之表面層會被移去一層包含髒污、油污、氧化層、雜質層、碳化層及內應力層等物質，故其表面並非常平坦面。電解拋光將可使的表面達到高度潔淨層和鏡面級的光澤。同時可去除支撐連桿及連接環這兩個部份之細微組織的表面毛邊和溶渣，因可提高表面平整度，並有效的降低血栓，並減少臨床植入後之血管內膜增生與降低後續之發炎問題，且提升與血管相容性與改善兩者癒合效果，本發明經電解拋光，更可去除因機械加工或材質內部所容易產生之裂痕、消除內應力集中之問題、又可增加使用壽命和提升材料疲勞性能；而本發明血管支架電化學拋光6步驟其(電解拋光液)配方及使用量包括有：磷酸含量　(85%)，使用量600-700 ml/L；硫酸含量　(98%)，使用量為200-300 ml/L；三氧化鉻　使用量為80 g/L；添加劑，使用量為10g/L；其操作條件係為：控制(電解拋光液)溫度為70-80 ℃，電壓控制在15-20V(18V)，時間控制為2分鐘。

前揭可改變拋光電解液黏度及血管支架表面的拋光品質與減少雜質敏感性之添加劑，於本實施例係為乙二醇，但並不以此限制本發明，其亦可為可達到該目的之任何添加劑，都屬本發明的保護範圍。

本發明該血管支架電化學拋光6步驟之後，進一步依序包括有前述之清洗61、中和62、清洗63及鈍化64步驟；其中，提供前述為去除血管支架表面氧化層和其污染物所使用之酸液，為達成其平衡目的，於本發明係以鹼性液或弱鹼性液中和之，而該中和62步驟之中和液配方於本實施例係以5%碳酸氫鈉液，而時間控制為2-3分鐘(min)，但並不以此限制本發明，其亦可為任何可達中和目的之任何中和液，都屬本發明的保護範圍。

至於前述提高血管支架其耐腐蝕性之鈍化64步驟於本實施例其(鈍化液)配方及用量包括：

1、重鉻酸鉀　15-20 g/L；

2、氫氧化鈉　2-4 g/L；並控制其(酸鹼值)PH值至6.5-7.5，而時間控制在5-10分鐘(min)。

同樣的其間清洗61、63步驟，亦係去離子水沖洗數次及使用吹風機烘乾。

前述血管支架清洗烘乾7，本發明執行該步驟之目的，係為其使用醫療品前需先執行烘乾之步驟，再執行清毒或滅菌之步驟，其目的在於完全徹底之清潔，以避免血管支架受到外界之污染，同時也是在阻止其他之化學污染或是使用滅菌劑以得到完全滅菌與避免於微生物細胞的高接觸，進而影響到其後之消毒或滅菌的效果。

前述之血管支架滅菌處理8，其過程係以高溫高壓之消毒劑殺死牙孢或非牙孢的微生物，同時即殺死可繁殖之細菌體、結核菌、黴菌及病毒，一般消毒時間至少15-30分鐘，酒精殺細菌濃度範為60%-90%(V/V)，一般使用為度70%(V/V)。而滅菌方式，依其滅菌劑和滅菌方法不同，可分為蒸氣滅菌(高溫高壓滅菌)、放射線滅菌、低溫電漿滅菌；其中，蒸氣滅菌方式，其溫度高達約121℃，滅菌週期時間短，約45-75分鐘，其對環境為無毒性，同時滅菌鍋容量大，本發明係以此為主要前段方式；而放射線滅菌方式，係利用γ-ray或β-ray放射線經由離子化過程，原子撞擊其動能轉變成熱能及化學能，破壞微生物之遺傳因子DNA，以達成殺死微生物的效果，其放射線穿透力高，但價格昂貴且須特殊儀器及防護措施，本發明未來在量產時，可大量採用之同時，其效果也較佳；至於，低溫電漿滅菌(過氧化電漿滅菌)方式，係於真空狀態下，利用電波能量刺激極度活化的氣體，使氣體中之離子與分子互相碰撞產生自由基，破壞微生物之新陳代謝功能，其可在低於50℃下之環境進行滅菌處理，須使用特殊材質包裝心血管支架，對環境無毒性之殘存問題(氧氣及水)，滅菌週期短約55-75分鐘，為本發明第二階段之滅菌處理方式，其優點為穩定性高等。

前述之血管支架半成品9，經由前述各步驟即完成血管支架。

相較於習知技術，本發明係在解決原材料取得不易及國內對於毛細管料的拉抽和擠製及真空退火處理三同步加工之經驗缺乏及沒有相關機械設備等之缺失；目前該發明過程在於以容易取得之原材料及加工機械，經由一連串加工流程方法，並且在於除去其內應力，以雷射激光及超音波與酸洗液處理毛邊和溶渣及其他污染物，並且加上多次之電化學拋光處理，使表面能產生富鉻層，且適合人體之植入物。同時為求其穩定品質、合理之價格，表面平滑、潔淨度高、抗蝕性佳、低排斥性，並可提升使用之壽命，而提出該專利之特別具有之新穎性、進步性及創新性特異點。同時也可突破目前國際之血管支架之加工方法，足見其增益之處。

綜觀上述所知，本發明在突破先前之製造技術和結構設計過程之困難，並且確實已達到所欲增進之功效，且也非所熟悉之已知技術和工藝者所易思及之加工過程，再者，本發明申請前都未曾公開或發表，其所具有之新穎性、進步性、創新性，顯已符合國內、外之發明專利的申請要件，爰依法提出發明申請，懇請　貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據此實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧原材料選擇準備

2‧‧‧CAD設計模型

21‧‧‧CAE力學模擬和最適化設計

3‧‧‧毛細管車削與拋光

31‧‧‧原材料檢驗同心度

4‧‧‧數位雷射切割加工

5‧‧‧超音波振動酸洗除屑

51‧‧‧化學除油

52‧‧‧清洗

53‧‧‧去氧化皮層

54‧‧‧清洗

6‧‧‧血管支架電化學拋光

61‧‧‧清洗

62‧‧‧中和

63‧‧‧清洗

64．．．鈍化

7．．．血管支架清洗烘乾

8．．．血管支架滅菌處理

9．．．血管支架半成品

第一圖：係為本發明之加工方法之流程方塊圖。

1‧‧‧原材料選擇準備

2‧‧‧CAD設計模型

21‧‧‧CAE力學模擬和最適化設計

3‧‧‧毛細管車削與拋光

31‧‧‧原材料檢驗同心度

4‧‧‧數控雷射切割加工

5‧‧‧超音波振動酸洗除屑

51‧‧‧化學除油

52‧‧‧清洗

53‧‧‧去氧化皮層

54‧‧‧清洗

6‧‧‧血管支架電化學拋光

61‧‧‧清洗

62‧‧‧中和

63‧‧‧清洗

64‧‧‧鈍化

7．．．血管支架清洗烘乾

8．．．血管支架滅菌處理

9．．．血管支架半成品

Claims (16)

1. 一種血管支架之加工方法，係至少包括以下步驟：步驟一：原材料選擇準備；步驟二：CAD設計模型；步驟三：毛細管車削與拋光；步驟四：數控雷射切割加工；步驟五：超音波振動酸洗除屑；步驟五之一：化學除油；步驟五之二：清洗；步驟五之三：去氧化皮層；步驟五之四：清洗；步驟六：血管支架電化學拋光；步驟六之一：清洗；步驟六之二：中和；步驟六之三：清洗；步驟六之四：鈍化；步驟七：血管支架清洗烘乾；步驟八：血管支架滅菌處理；步驟九：血管支架半成品。
2. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟一之原材料選擇準備其原材料係選自由二次退火狀態316L醫用不銹鋼、鎳鈦形狀記憶合金、鈷鉻合金所組成之一群組其中之一種原材 料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟二之CAD(電腦輔助設計)設計模型係配合CAE(電腦輔助工程)力學模擬和最適化設計。
4. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟三之毛細管車削與拋光係配合原材料檢驗同心度。
5. 如申請專利範圍第1項或第4項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟三之毛細管車削與拋光係利用高精密度之四軸綜合車床及高精度密拋光加工機台。
6. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟四之數控雷射切割加工係利用電腦輔助繪圖(CAD)軟體設計出血管支架外表面展開圖，之後導入雷射切割機做前置路徑處理，且模擬其切割路徑，修改程式檔頭和檔尾部份之程式語言，最後將設定完成後之路徑文件輸入到雷射切割機控制器進行加工。
7. 如申請專利範圍第6項所述之血管支架之加工方法，其中，雷射切割機的參數設定範圍包含有：(1)脈沖頻率/KHz：2-4，(2)工作電壓/V：400-550，(3)脈寬/ms：0.07-0.13，(4)工作能量/W：0.1-0.5。
8. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟五之一之化學除油包括有配方為：(1)、碳酸鈉15-25g/L；(2)、氫氧化鈉10-20g/L；(3)、磷酸鈉15-25g/L；(4)、乳化劑(OP-10)7-20ml/L；且其控制溫度為25-30℃之間；時間為10-15分鐘。
9. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟五之三之去氧化皮層包括有配方為10%稀硫酸，時間控制為10-15分鐘。
10. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟六之血管支架電化學拋光係至少執行一次至數次其工作方式為將血管支架接於陽極，以還原金屬接於陰極，置於電解液中通上直流電(DC)，控制電解液中之攪拌器起動，以利於電解液中之均勻性和溫度之掌控，以電解作用之反電鍍將血管支架之表面鐵金屬移除，增加平面鉻金屬之量和控制品質之最適化，使血管支架之表面充滿鉻元素。
11. 如申請專利範圍第10項所述之血管支架之加工方法，其中，電解拋光液包括有配方： 磷酸含量85%，使用量600-700ml/L；硫酸含量98%，使用量為200-300ml/L；三氧化鉻 使用量為80g/L；添加劑 使用量為10g/L；且該電解拋光液溫度控制為70-80℃，電壓控制為15-20V(18V)，時間控制為2min。
12. 如申請專利範圍第11項所述之血管支架之加工方法，其中，添加劑為乙二醇。
13. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟六之二之中和步驟包括有配方為5%碳酸氫鈉液，時間控制為2-3分鐘(min)。
14. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟六之四之鈍化步驟包括有配方為：(1)、重鉻酸鉀15-20g/L；(2)、氫氧化鈉2-4g/L；並控制PH值6.5-7.5，時間控制5-10min。
15. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟八之血管支架滅菌處理係利用蒸氣滅菌高溫高壓滅菌，其溫度達約121℃，滅菌週期 時間約45-75分鐘；並且再利用低溫電漿滅菌法，在真空狀態下，以50℃之溫度滅菌，滅菌55-75分鐘。
16. 如申請專利範圍第1項所述之血管支架之加工方法，其中，步驟五之二、五之四、六之一、六之三之清洗係以去離子水沖洗數次並使用吹風機烘乾。