DE69531784T2 - Ein sich in eine vorbestimmte konfiguration faltender ballonkatheter - Google Patents
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Description
- Hintergrund der Erfindung
- Ballonkatheter sind wohlbekannte Vorrichtungen, bei denen der Katheter einen aufpumpbaren Ballon trägt, um einen Körperhohlraum zu verschließen und abzudichten, um ein Blutgefäß durch Aufpumpen des Ballons unter Druck aufzuweiten, oder für andere gewünschte Zwecke, die typischerweise therapeutische Verfahren auf medizinischem Gebiet sein können.
- Eine wichtige Eigenschaft eines zur Angioplastie verwendeten Dilatations-Ballonkatheters ist sein Profil, das heißt der Außendurchmesser des Ballons, wenn er entleert bzw. abgelassen ist. Ein Ballon mit kleinem Profil ist ziemlich wichtig und wird gewöhnlich erzielt, indem man die Abmessungen des Kerns oder der inneren Röhre minimiert, wo sie sich durch den Ballon erstreckt, und indem man die Wanddicke des Ballons verringert. Der Außendurchmesser beeinflusst die Leichtigkeit und das Vermögen des Dilatationskatheters, durch einen Führungskatheter durch die Koronararterien hindurch und über ein enge Läsion hinweg zu treten. Um den Außendurchmesser des Ballons in seinem entleerten Zustand zu verringern, ist es üblich, den Ballon flach zu falten, so dass zwei Flügel oder Klappen gebildet werden. Diese Flügel werden dann zusammengebracht, so dass der Gesamtdurchmesser des entleerten Ballons verringert wird. Gewöhnlich werden solche Konfigurationen erreicht, indem man eine Hülle oder eine Ballonschutzvorrichtung um den entleerten Ballon herum anbringt, um die Falten zusammenzubringen. Wenn dem zusammengefalteten Ballon Aufpumpfluid zugeführt wird, bewirkt dies, dass sich die Flügel entfalten, so dass sich der Ballon bis zu seiner vollständig aufgepumpten Konfiguration aufblähen kann.
- Während eine Verringerung des Profils wünschenswert ist, ist es auch wichtig, einen aufgepumpten Außendurchmesser des Ballons bereitzustellen, der in Bezug zum entleerten Profil so groß wie möglich ist. Wenn beim Entleeren des Ballons zwei Flügel gebildet werden, können sie zusammengefaltet werden, um den Zwischenraum zwischen ihnen leer zu drücken, ohne den Katheter während des Verfahrens zu beschädigen.
- Gewöhnlich werden die Flügel eines Ballons so gefaltet oder gewickelt, dass sie in eine vorbestimmte Konfiguration zurückkehren, wenn der Ballon entleert wird. Im Anschluss an das Aufpumpen bei einem Angioplastieverfahren werden sie in die geformte Konfiguration zurückkehren, um ein leichtes Herausziehen des Ballons aus dem Inneren der behandelten Arterie zu ermöglichen. Sich auf von Hand zusammengefaltete Flügel zu verlassen, kann jedoch ziemlich problematisch sein, weil diese Flügel beim Entleeren nicht notwendigerweise mit ihrer ursprünglichen Konfiguration übereinstimmen. Wenn sie nicht damit übereinstimmen, können sie ein Profil aufweisen, das größer als notwendig ist, wodurch möglicherweise die Arterie geschädigt wird, in die der Katheter eingeführt ist. Wenn, wie im Fall einer Angioplastie von mehreren Gefäßen bei demselben Eingriff, ein Katheter mehrere Läsionen durchqueren oder an mehreren Stellen verwendet werden muss, kann außerdem, wenn die Flügel nach dem Ablassen des Aufpumpfluids nicht in die vorbestimmte Konfiguration zurückkehren, das resultierende entleerte Profil die Fähigkeit gefährden, solche Gefäße (oder Läsionen) zu passieren. Mit dem möglichen Einbringen von kleinen Löchern oder Verschleißstellen kann außerdem die Abschürfung verstärkt werden.
- Die Katheter für das medizinische Verfahren müssen stark genug sein, um beträchtliche Aufpumpdrücke auszuhalten. Sie neigen dazu, ziemlich steif zu sein, da die Wanddicke ausreichend sein muss, um die notwendige Festigkeit für diese hohen Drücke zu liefern. Selbst wenn vorbestimmte Konfigurationen nicht vorgesehen werden, können sie sich daher, wenn sie entleert werden, flach legen und seitliche flache Teile des entleerten Ballons können in seitlicher Richtung ziemlich weit über den Rest des Katheters hinaus nach außen überstehen. Es ist nicht wünschenswert, Ballons zu verwenden, die große, flache Flügel aufweisen, welche die Arterienwand beschädigen können, wenn der entleerte Ballon durch das Arteriensystem in die gewünschte Position zum Aufpumpen vorwärtsbewegt wird. Solche flachen Flügel können auch die Handhabung des Katheters und sein leichtes Vorwärtsbewegen durch das Arteriensystem stören.
- Verschiedene Vorrichtungen aus dem Stand der Technik haben sich dem Problem einer Bildung von flachen Flügeln bei entleerten Kathetern zugewandt. Die
US 5,226,887 an Farr et al. beschreibt einen Angioplastieballon, der voraussagbar in eine Konfiguration mit kleinem Querschnitt zusammengelegt bzw. zusammengefaltet werden kann. Wenn er nicht beansprucht ist, weist der Körper des Ballons eine Wand auf, in der sich längs verlaufende, im Wesentlichen flache Faltbereiche mit gekrümmten und daher steiferen Verstärkungsbereichen abwechseln. Beim Entleeren lenken weitere gekrümmte Bereiche in den Endteilen des Ballons die Faltbereiche in eine zusammengelegte gefaltete Konfiguration. Das US Patent 5,195,970 an Gahara beschreibt einen Katheterballon, bei dem entlang seiner inneren Oberfläche eine Reihe von nach innen überstehenden Rippen vorgesehen sind. Die Rippen dienen dazu, das Flachlegen des Ballons beim Entleeren zu verhindern. - Katheterballons sind auch angepasst worden, um zusätzliche Komponenten mitzuführen, um für andere Wirkungen zu sorgen. Zum Beispiel ist im US-Patent 5,320,634 an Vigil et al. ein Ballon mit metallischen Klingen bzw. Messern beschrieben, die entlang seiner äußeren Oberfläche angeordnet sind, um das Einschneiden einer Stenose zu unterstützen. Das US-Patent 4,796,629 an Grayzel offenbart einen Ballon mit Versteifungs- und Verstärkungseinrichtungen, die der Länge nach entweder auf oder in der Wand des Körpers des Ballons verteilt sind. Diese dienen dazu, die Wirksamkeit des Ballons beim Aufweiten gegen Unregelmäßigkeiten in der umgebenden Gewebestruktur zu verbessern und auch dazu, den inneren Fluiddruck, bis zu dem der Ballon aufgepumpt werden kann, im Vergleich zu anderen Ballons von ähnlicher Wanddicke zu vergrößern.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Gemäß der vorliegenden Erfindung haben wir einen medizinischen Katheter mit einem Ballon entdeckt, der angepasst ist, um in eine vorbestimmte Konfiguration gefaltet zu werden. Der Ballon weist eine flexible Wand auf, die eine Aufpumpkammer begrenzt, und ist auf einem flexiblen Aufpumpelement angeordnet, das ein Aufpumplumen enthält, so dass das Aufpumplumen mit der Aufpumpkammer in Fluidverbindung steht, und wodurch der Ballon zwischen einer zusammengefalteten Konfiguration und einer aufgepumpten, aufgeweiteten Konfiguration reversibel aufpumpbar ist. Die Wand weist darin eine Anordnung von Rippen auf, die sich der Länge nach zwischen dem proximalen und distalen Ende des Ballons erstrecken. Dieser Katheter ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Rippe ein Lumen umfasst, das innerhalb der Ballonwand begrenzt ist und sich am proximalen und distalen Ende des Ballons in der Länge nach gekrümmte Teile desselben erstreckt. Jedes Lumen enthält ein biegsames Kunststoffrippenmaterial, das von einer anderen Steifigkeit als das Ballonwandmaterial ist, wodurch beim Ablassen von Aufpumpfluid aus dem Ballon entweder Teile der Wand zwischen die Rippen einknicken werden, oder die Rippen innerhalb der Wand einknicken werden.
- Die Rippen werden vorzugsweise durch Koextrusion der Wand und der Rippen gebildet. Das Kunststoffmaterial der Rippen unterscheidet sich (zumindest in der Steifigkeit) von dem Kunststoffmaterial, das verwendet wird, um die Wand des Ballons zu bilden. Alternativ können innerhalb der Ballonwand mehrere Gruppen von Lumina aus unterschiedlichem Material verwendet werden.
- Zusätzlich hat man gefunden, dass eine solche Anordnung von längs verlaufenden Rippen zur Vermeidung von Ballonversagen beiträgt. Wenn ein mit Rippen versehener Ballon beginnt, in Umfangsrichtung zu reißen, wird der Riss entlang einer Rippenrichtung umgelenkt. Wenn es zu einem Versagen von Ballons kommt, werden Längsrisse bevorzugt, da ein Reißen in Umfangsrichtung es ermöglichen kann, dass ein ganzer Teil des Ballons, der versagt hat, im Patienten zurückbleibt, was äußerst unerwünscht ist.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Seitenansicht eines Ballonkatheters gemäß der vorliegenden Erfindung. - Die
2A und2B sind Querschnittsansichten entlang der Linie II-II der1 und zeigen zwei Ausführungsformen von Konstruktionen des faltbaren Ballons gemäß der vorliegenden Erfindung. - Die
3A und3B sind Querschnittsansichten, die zwei unterschiedlich geformte Lumina in einem Ballonröhren-Extrusionsprofil zeigen. Bei einer Ausführungsform besitzt das Lumen eine eiförmige Gestalt, und bei der anderen Ausführungsform besitzt das Lumen eine kreisförmige Gestalt. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
- Ein Ballon gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine von einer Ballonwand gebildete Aufpumpkammer. Die Ballonwand wird gefertigt, indem man unter Verwendung von konventionellen Extrusionstechniken eine hohle Röhre aus zwei oder mehr Polymermaterialien mit unterschiedlichen Biegeeigenschaften koextrudiert. Eine diskrete bzw. getrennte Phase, das heißt die Phase, die als die Grundlage für die mechanischen Träger oder Rippen dient, gibt ihre Positionen und Formen vor. Materialien, die für die diskrete Phase gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind technische Thermoplaste, Polyolefine und thermoplastische Elastomere. Sie schließen thermoplastische Elastomere ein, wie durch Schmelzen verarbeitbare Gummimaterialien und technische thermoplastische Elastomere, wobei die letzteren Polyetherester, Polyesterester, Polyetherblockamide und Styrol-Butadien-Blockelastomere umfassen. Die hauptsächlichen Kriterien zur Auswahl von Materialien sind, dass sie eine unterschiedliche Flexibilität bzw. Biegsamkeit aufweisen, so dass eine Phase in Bezug zur anderen Phase flexibler bzw. biegsamer ist. Vorzugsweise werden die Ballons aus einem hochfesten Material geformt, wie Polyethylen hoher Dichte, Nylon, Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylencopolymeren, Polyethylenterephthalat (PET), vorzugsweise zweiachsig ausgerichtetem PET, Polypropylen (PP) oder anderen nicht-nachgiebigen technischen Harzen, wie flüssigkristallinem Polymer (LCP). Andere Materialien, die verwendet werden können, sind Polyethylen (PE), besonders zweichachsig ausgerichtetes PE (bestrahlt), Polyvinylchlorid (PVC) und andere nachgiebige Polymere. Von sämtlichen dieser Kunststoffmaterialien ist es bekannt, dass sie für medizinische Ballonanwendungen geeignet sind. Eine durchgehende Phase, das heißt, die Phase, welche die Wand des Ballons bilden wird (mit der in der Wand eingeschlossenen diskreten Phase) kann aus Polyethylenterephthalat oder Polyethylen hoher oder niedriger Dichte gebildet werden. Polyethylen hoher Dichte oder Polyethylen-Copolymere niedriger Dichte können in Polyethylenterephthalat extrudiert werden. Nylon kann in einem Polyethylen hoher oder niedriger Dichte extrudiert werden.
- Tabelle I
-
- Nachdem die Phasen koextrudiert worden sind, werden die diskreten Phasen innerhalb der durchgehenden Phase in Lumina in der durchgehenden Phase angeordnet sein. Jedes der Lumina, das die diskreten Phasen beherbergt, ist in Bezug zu einem anderen Lumen in einer vorbestimmten Position angeordnet, um nach dem Ablassen von Aufpumpfluiden einen Ballon mit kleinstmöglichem Profil bereitzustellen. Vorzugsweise sind mindestens drei oder vier Lumina in Umfangsrichtung in einem Array angeordnet, in dem die Lumina in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Mehr als sechs Lumina sind wegen der Masse, die sie dem Ballon verleihen, im Allgemeinen nicht zufriedenstellend.
- Eine Koextrusion von mehreren Kunststoffmaterialien ist wohlbekannt, und für solche Verfahren werden konventionelle Techniken verwendet. Bei der vorliegenden Erfindung werden Materialien so ausgewählt, dass entweder die diskrete Phase steifer als die durchgehende Phase ist, oder alternativ, dass die durchgehende Phase steifer als die diskrete Phase ist. In dem Fall, wo die diskrete Phase steifer als die durchgehende Phase ist, wird die durchgehende Phase Rippen bilden, die sich über die gesamte Länge des Ballons erstrecken, und die Stege zwischen desen Rippen sind weniger steif als die Rippen. Beim Entleeren des Ballons werden so die Stege zwischen den Rippen nach innen knicken, und es wird eine vorbestimmte Konfiguration des Ballon gebildet werden. Auf der anderen Seite können die Rippen weniger steif sein als das Ballonmaterial. In diesem Fall werden beim Entleeren die Rippen zwischen das Ballonmaterial nach innen knicken, und wieder wird eine vorbestimmte Konfiguration des Ballons gebildet werden. Die Konfiguration kann derart sein, dass das Profil des entleerten Ballons das kleinste ist, das es irgendwie sein kann.
- Im Anschluss an die Fertigung des Ballons bleibt die diskrete Phase innerhalb der durchgehenden Phase zurück, und in dem Bereich, wo der Ballon gebildet werden soll, wird das Extrusionsprofil auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um den Ballon in diesem Bereich zu erweichen, um eine Dehnung der Ballonwand zu ermöglichen. Das Extrusionsprofil wird dann mit Druck beaufschlagt, um den Ballon auf den gewünschten Durchmesser aufzuweiten.
- Ein Katheter, der den hier beschriebenen Ballon verwendet, kann einer beliebigen konventionellen Ballonkatheteranordnung ähneln, wobei der konventionelle Ballon durch den hier beschriebenen neuartigen Ballon ersetzt worden ist. Der Katheter schließt einen Schaft ein, und das proximale Ende des Ballons ist typischerweise am distalen Schaftende mit dem Schaft verbunden. Die Länge des Katheters ist ausreichend, um ihn durch den Körperhohlraum oder die Körperhohlräume in den zu behandelnden Bereich zu fädeln, wobei eine ausreichende Länge außerhalb des Körpers verbleibt, um eine Manipulation des Katheters zu gestatten. Der Schaft enthält mindestens ein inneres Lumen zum Aufpumpen des Ballons mit einem Aufpumpfluid.
- Typischerweise erstreckt sich ein Führungsdraht durch den Ballon und kann sich distal aus dem Ballon heraus erstrecken. Alternativ kann sich ein Draht in proximaler Richtung durch den Schaft erstrecken (über ein zusätzliches Lumen), um dem Schaft eine größere Steifigkeit und Festigkeit zu verleihen.
- Der Katheter kann durch konventionelle Mittel gefertigt werden, indem man den Ballon am proximalen und distalen Ende des Ballons mit dem Katheter verbindet. Die proximale Verbindung kann hergestellt werden, indem man die Enden des Ballons mit dem Schaft verklebt. Ein Wärmeverschweißung und/oder Kleber sind für diesen Verbindungsvorgang geeignet. Eine verbesserte Abdichtung kann erzielt werden, indem man den Ballon mit dem Schaft verklebt, eine flexible Polymermanschette über den Schaft schiebt, wobei ihr distales Ende das Ende des Ballons überlappt, und dann die Abdeckmanschette mit dem Ballon und dem Schaft verklebt. Ähnliche Verbindungsverfahren können verwendet werden, um das distale Ende des Ballons zum Beispiel am Führungsdraht zu verankern.
- Nunmehr Bezug nehmend auf
1 , ist dort ein Katheter10 dargestellt. Der Katheter10 schließt ein flexibles bzw. biegsames Einführelement2 , einen Ballon3 und einen hohlen Schaft2 aus Polymermaterial ein, wie es auf dem Fachgebiet üblich ist. Das flexible Einführelement2 besitzt mindestens ein Lumen für die Zufuhr eines Aufpumpmediums. Der Ballon3 schließt einen proximalen Endteil4 und einen distalen Endteil5 ein. Der proximale und distale Endteil können in aufgepumptem Zustand eine allgemein konische oder halbkugelförmige Gestalt aufweisen. Ein Array von längs verlaufenden durchgehenden Lumina6 ist innerhalb des proximalen Endteils4 , des distalen Endteils5 und des Körpers des Ballons3 angeordnet. Die Lumina6 erstrecken sich vom distalen Ende5 des Ballons3 bis zum proximalen Ende4 . Die Anzahl von Lumina im Array kann nach Wunsch verändert werden, wobei zum Beispiel drei einen allgemein dreieckig geformten entleerten Ballon ergeben, und vier einen allgemein quadratisch geformten Ballon ergeben. Wie oben erwähnt, ist jedes der Lumina6 mit einem Kunststoffmaterial gefüllt, das entweder weniger steif als das den Ballon bildende Kunststoffmaterial oder steifer als dieses ist. - In dem Fall, wo das Kunststoffmaterial, welches das Lumen
6 füllt, steifer als das Material ist, welches den Ballon3 bildet, werden die Lumina6 Rippen bilden, die eine Struktur liefern, um die herum die Wand3 des Ballons nach innen knicken wird. In dem Fall, wo das Lumen mit einem Kunststoff gefüllt ist, der weniger steif ist als das Kunststoffmaterial, das den Ballon3 bildet, wird das Lumen3 zur Achse des Ballons hin nach innen knicken, um wiederum einen Ballon von kleinstem Profil zu bilden. - Bezug nehmend auf die
2A und2B , sind dort zwei Ausführungsformen dargestellt. Bei der Ausführungsform aus2A ist das Kunststoffmaterial im Lumen6 flexibler als der Kunststoff in der Wand3a . Die Dicke der Wand3a kann zwischen etwa 10 μm und 127 μm (0,0004 & 0,005") betragen. Während eine einzige Schicht aus Kunststoffmaterial dargestellt ist, um die Wand3a herzustellen, ist es auf dem Fachgebiet auch üblich, mehrschichtige Wände zu koextrudieren, in welchem Fall das Lumen6 in jeder der beiden Schichten oder zwischen zwei Schichten koextrudiert werden kann. Bei der in2A dargestellten Ausführungsform ist das Kunststoffmaterial im Lumen6 weniger steif als das Kunststoffmaterial der Wand3a . Beim Entleeren des Ballons wird sich somit das Lumen6 nach innen zur Achse des Ballons hin bewegen, und Flügel7 (ohne ein Lumen) werden von der Achse weg nach außen weisen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden vier Lumina verwendet, wodurch dem Querschnitt eine allgemein quadratische Konfiguration verliehen wird. Bei der in2B dargestellten Ausführungsform weist das Lumen6 ein Kunststoffmaterial auf, das steifer als das Kunststoffmaterial in der Wand3a ist, womit die Flügel8 eine brückenartige Stütze für die Stege zwischen benachbarten Flügeln8 liefern werden. Bei dieser Ausführungsform werden wieder vier Lumina verwendet, um den steiferen Kunststoff zu beherbergen. - Im Hinblick auf die Steifigkeit haben wir gefunden, dass eine Phase mindestens 15% steifer als die andere Phase sein sollte, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu liefern. Wie zuvor erwähnt, kann der Kunststoff im Lumen steifer als der Kunststoff des Stegs sein, oder umgekehrt.
- Bezug nehmend auf die
3A und3B , ist dort eine koextrudierte Röhre vor der Ballonherstellung dargestellt. Der durchgehende Teil9 des Extrusionsprofils weist vier in einem Umgangsarray in ihm angeordnete diskrete Teilbereiche10 auf. Bei der in3A dargestellten Ausführungsform ist der diskrete Teilbereich in einem allgemein ovalförmigen Lumen angeordnet. Bei der in3A dargestellten Ausführungsform ist die diskrete Phase10 innerhalb eines allgemein kreisförmigen Lumens6 angeordnet. Lumina mit anderen Querschnittsformen können ebenfalls verwendet werden. Wir haben gefunden, dass die Lumina zwischen 2 und 50% der Wanddicke haben sollten. Sie sind mit Kunststoffmaterial gefüllt, das die Rippen bildet, um die gewünschten Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen. - Als unsere Erfindung beanspruchen wir:
Claims (7)
- Medizinischer Katheter mit einem Ballon (
3 ), der angepasst ist, um sich in eine vorbestimmte Konfiguration falten zu lassen, wobei der Ballon (3 ) eine flexible Wand aufweist, die eine Aufpumpkammer begrenzt, und auf einem ein Aufpumplumen enthaltenden flexiblen Aufpumpelement (2 ) angeordnet ist, so dass das Aufpumplumen in Fluidverbindung mit der Aufpumpkammer steht, und wodurch der Ballon reversibel aufpumpbar ist, und zwar zwischen einer gefalteten Konfiguration und einer aufgepumpten, aufgeweiteten Konfiguration, bei dem die Wand darin eine Anordnung von Rippen (6 ) aufweist, die sich der Länge nach zwischen einem proximalen (4) und distalen (5) Ende des Ballons erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rippe (6 ) ein Lumen umfasst, das innerhalb der Ballonwand begrenzt ist und sich am proximalen (4) und distalen (5) Ende des Ballons in der Länge nach gekrümmte Teile desselben erstreckt, wobei jedes Lumen ein biegsames Kunststoffrippenmaterial enthält, das von einer anderen Steifigkeit als das Ballonwandmaterial ist, wodurch beim Entleeren von Aufpumpfluid aus dem Ballon entweder Teile der Wand zwischen den Rippen (6 ) einknicken werden, oder die Rippen (6 ) innerhalb der Wand einknicken werden. - Medizinischer Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (
6 ) 15% steifer sind als die Wand, oder umgekehrt. - Medizinischer Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Rippe (
6 ) oder die Wand aus Polyethylenterephthalat gebildet ist. - Medizinischer Katheter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Rippen (
6 ) im Ballon (3 ) angeordnet sind. - Medizinischer Katheter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als sieben Rippen (
6 ) im Ballon (3 ) angeordnet sind. - Medizinischer Katheter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand zwischen etwa 0,0004'' und 0,005'' (etwa 0,01 und 0,127 mm) dick ist.
- Medizinischer Katheter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenlumina zwischen etwa 2 und 50% der Wanddicke besitzen.
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