專利名稱：氣囊擴(kuò)張型超彈性支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種置于人體或動物管腔的支架。
背景技術(shù)：
眾所周知，形狀記憶合金如Ti-Ni合金在馬氏體可逆轉(zhuǎn)變時呈現(xiàn)卓越的形狀記憶效應(yīng)。也公知形狀記憶合金在由于母相即可逆轉(zhuǎn)變后的奧氏體相劇烈形變產(chǎn)生的應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體轉(zhuǎn)變時呈現(xiàn)優(yōu)異的超彈性能或假彈性能?？稍谠S多形狀記憶合金中觀察到該種超彈性。其中，在Ti-Ni合金和元素X取代部分Ti-Ni合金獲得的Ti-Ni-X合金(X＝V、Cr、Co、Nb等)中該種超彈性尤為顯著。
該種Ti-Ni合金的形狀記憶效應(yīng)在美國專利US3174851(下文稱之為專利文獻(xiàn)1)中已有記載。該種Ti-Ni合金的超彈性在日本未審公開專利申請(JP-A)S58-161753(下文稱之為專利文獻(xiàn)2)中已有記載。
Ti-Ni-X合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性在下述文獻(xiàn)中已有記載日本未審公開專利申請(JP-A)S63-171844(下文稱之為專利文獻(xiàn)3)和S63-14834(下文稱之為專利文獻(xiàn)4)公開了Ti-Ni-Nb合金，美國專利US4770725(下文稱之為專利文獻(xiàn)5)公開了Ti-Ni-Nb合金。與Ti-Ni合金相比，Ti-Ni-Nb合金具有施加應(yīng)力時應(yīng)力轉(zhuǎn)變溫度滯后增加的特性。因此，該Ti-Ni-Nb合金可實際用作反應(yīng)器管道的接頭。
使用支架的血管成形術(shù)是治療血管或心臟瓣膜阻塞或變窄的技術(shù)。該支架是網(wǎng)狀金屬管或管，用來置于活體內(nèi)以阻止狹窄部位如血管徑向膨脹后的再狹窄。將支架折疊成小尺寸并固定在導(dǎo)管末端。和導(dǎo)管一起引入狹窄部位后，支架從導(dǎo)管上釋放并徑向膨脹附著于管腔如血管的內(nèi)壁。
例如，如果是PTCA(經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈成形術(shù))，血管膨脹手術(shù)后通過導(dǎo)管內(nèi)壁固定的內(nèi)部氣囊膨脹使得支架徑向膨脹。該支架稱之為氣囊擴(kuò)張型支架，由金屬如不銹鋼或鉭制成。
另一方面，為了阻止動脈瘤的破裂，該種破裂可能導(dǎo)致蛛網(wǎng)膜下腔出血等，就必須停止對動脈瘤的血液供給。一項停止血液供給的技術(shù)就是使用栓塞，即將金屬環(huán)如鉑環(huán)植入動脈瘤以形成血塊(血栓)。然而，據(jù)報道部分血栓可能從金屬環(huán)中釋放出來并被血流帶到外周堵塞血管。為了避免出現(xiàn)這種不希望的現(xiàn)象，考慮帶蓋支架技術(shù)，其中利用移植物對動脈瘤進(jìn)行栓塞。在這種情況下，支架從導(dǎo)管上釋放出來的同時，支架就利用其自身的彈性徑向膨脹從而將移植物壓附在血管壁上。該種支架稱之為自擴(kuò)張型支架。對于自擴(kuò)張型支架而言，需要具有優(yōu)異彈性性能的材料。
Ti-Ni合金的超彈性是一種在高于其可逆轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度(Af點，奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度)的溫度下，經(jīng)外荷載變形的合金在釋放外荷載的同時恢復(fù)到原始形狀的性能。如果是伸長應(yīng)變，可恢復(fù)形變高達(dá)約7％。為用作支架，將合金成形為直徑略大于將放置支架的管腔直徑的環(huán)形。對所得支架徑向壓縮并將其固定在導(dǎo)管上。支架從導(dǎo)管上釋放出來的同時，支架自動恢復(fù)成原始環(huán)形的直徑從而緊貼管腔如血管。因此，該種合金的Af點低于活體體溫(37℃)并在活體體溫始終呈現(xiàn)超彈性。
除了上述特性外，該種超彈性支架也有一些問題。例如，其自身的彈性可能破壞血管壁，而且其自動的形狀恢復(fù)可能導(dǎo)致在管腔內(nèi)定位誤差。因此，在血管系統(tǒng)如冠狀動脈系統(tǒng)中難以使用該種超彈性支架。
用于PTCA的該種支架優(yōu)選采用低彈性和高剛度的金屬材料制成。但是，因為迫使管腔壁外張的力很微弱，會導(dǎo)致伴隨血管脈動產(chǎn)生的定位誤差，所以使用這種材料是不利的。
鑒于上述，已經(jīng)提議采用形狀記憶合金制成的支架。
日本未審公開專利申請(JP-A)H11-42283(下文稱之為專利文獻(xiàn)6)公開了將Ti-Ni-Nb合金用于支架。具體而言，上述提及的公開文獻(xiàn)記載了如果應(yīng)力-應(yīng)變曲線上加載應(yīng)力的拐點與卸載應(yīng)力的拐點的應(yīng)力比至少為約2.5∶1時，即可獲得由Ti-Ni-Nb合金制備且具有低形狀恢復(fù)楊氏模量和高形狀變形楊氏模量的支架。這種支架從導(dǎo)管上釋放后在活體體溫呈現(xiàn)超彈性，但不足以獲得PTCA所需支架的理想定位。
本發(fā)明人已經(jīng)在日本未審公開專利申請(JP-A)H11-99207(下文稱之為專利文獻(xiàn)7)中提出了通過開槽獲得的支架。詳細(xì)地，專利文獻(xiàn)7提出了在插入活體的過程中于活體體溫不呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)但在通過氣囊膨脹形狀恢復(fù)之后具有超彈性的支架。在專利文獻(xiàn)7的實施方案中，由Ti-Ni合金或Ti-Ni-X合金(X＝Cr、V、Cu、Fe、Co等)制備的支架經(jīng)劇烈形變從而提高了恢復(fù)溫度。然而，如果是專利文獻(xiàn)7所示的通過開槽獲得的支架，僅僅通過將熱處理后的支架固定于導(dǎo)管才產(chǎn)生劇烈形變。因此，依賴于狹槽形狀，足夠的形變很難，而且不能獲得足夠的效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一種不僅易于置于血管而且易于置于人體或動物管腔的支架。
本發(fā)明的另一個目的就是提供一種可用于制備槽形支架的方法。
本發(fā)明的一個方面就是提供一種氣囊擴(kuò)張型超彈性支架，該支架包括Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，其中Nb的含量至少為3at％。該支架經(jīng)形狀記憶處理后，在無荷載狀態(tài)下的形狀記憶溫度低于活體體溫。當(dāng)支架插入活體時，形狀恢復(fù)溫度超過活體體溫。
本發(fā)明的另一個方面還提供一種氣囊擴(kuò)張型超彈性支架的制備方法，該支架包括Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，其中Nb的含量至少為3at％。該方法包括在形狀記憶合金的管狀材料上開槽、使該管狀材料徑向膨脹、對管狀材料進(jìn)行形狀記憶處理以及徑向壓縮該管狀材料的步驟。


圖1是表示本發(fā)明一個實施方案中Ti-Ni-Nb合金開槽管的示意圖；圖2為圖1所示開槽管經(jīng)機(jī)械膨脹后的示意圖；和圖3是表示本發(fā)明另一個實施方案中Ti-Ni-Nb合金開槽管的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中，Ti-Ni-Nb合金用作支架材料，以提供一種用于血管治療如PTCA的支架，該支架可以確保插入活體時的氣囊擴(kuò)張功能和徑向膨脹后緊貼管腔時的超彈性能。
本發(fā)明的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架由Ti-Ni-Nb形狀記憶合金制成。在該形狀記憶合金中，Nb的含量至少為3at％。在該支架中，經(jīng)形狀記憶處理后，在無荷載狀態(tài)下的形狀恢復(fù)溫度低于活體體溫，但在支架固定到導(dǎo)管并從導(dǎo)管上釋放時則高于活體體溫。
該氣囊擴(kuò)張型超彈性支架經(jīng)徑向壓縮并固定于導(dǎo)管中的氣囊部分且被引至病灶部位。該支架從導(dǎo)管上釋放后，氣囊膨脹或者此后對支架加熱的同時即呈現(xiàn)出形狀恢復(fù)功能。呈現(xiàn)出形狀恢復(fù)功能后，在活體體溫一直保持形狀恢復(fù)力。在此，可采用電或熱方式升溫。所述電升溫就是電加熱，如電阻加熱或感應(yīng)加熱。所述熱升溫就是例如利用熱水等加熱。
將上述氣囊擴(kuò)張型超彈性支架加工成網(wǎng)管，經(jīng)過形狀記憶處理，施以8％或更高的應(yīng)變后固定到導(dǎo)管上。在此，作為網(wǎng)管的支架通過將金屬絲材料成形為網(wǎng)狀或通過激光加工或蝕刻將管加工成網(wǎng)狀而制得。本發(fā)明中，通過拉伸、彎曲、壓縮或剪切施以應(yīng)變。
通過機(jī)械膨脹施以至少8％應(yīng)變后可將所述氣囊擴(kuò)張型超彈性支架固定到導(dǎo)管上。
通過機(jī)械徑向壓縮施以至少8％應(yīng)變后可將所述氣囊擴(kuò)張型超彈性支架固定到導(dǎo)管上。
本發(fā)明中，通過將含有3at％或更多Nb的Ti-Ni-Nb合金材料(優(yōu)選管形)制成預(yù)定形狀并施以至少8％的伸長應(yīng)變或彎曲應(yīng)變從而獲得具有氣囊擴(kuò)張性能的超彈性支架。
現(xiàn)在，參照附圖描述本發(fā)明的實施方案。
(i)合金的基本性能將表1所示的各種合金制成直徑(φ)為10mm的金屬絲。對該金屬絲進(jìn)行形狀記憶處理。然后，檢測合金由于施以應(yīng)變而產(chǎn)生的形狀恢復(fù)溫度的變化。詳細(xì)地，在不高于各種合金的可逆轉(zhuǎn)變起始溫度(As點，從馬氏體相到奧氏體相可逆轉(zhuǎn)變過程中的奧氏體轉(zhuǎn)變起始溫度)的溫度下，施以的伸長應(yīng)變ε＝0.8，10，15和20％。將該合金浸入熱浴并檢測其形狀恢復(fù)溫度。在作為對比例的1號合金(Ti-Ni合金)中，通過施以應(yīng)變導(dǎo)致形狀恢復(fù)溫度的升高相對于本發(fā)明的2-5號合金(Ti-Ni-Nb合金)而言很小。如果對1號合金施以ε＝15％或更大的應(yīng)變，其恢復(fù)溫度則落入本發(fā)明可應(yīng)用的范圍之內(nèi)。然而，在這種情況下，就會產(chǎn)生永久變形而且加熱后的形狀恢復(fù)量急劇降低。另一方面，在Ti-Ni-Nb合金中，通過施以應(yīng)變恢復(fù)溫度的升高效應(yīng)隨著Nb含量的增加而更為顯著。然而，如果Nb的含量過高，塑性可加工性就會惡化。此外，如同Ti-Ni合金，施以高應(yīng)變會導(dǎo)致形狀恢復(fù)量的降低。如果是Ti-Ni-Nb合金，高達(dá)8％和15％的應(yīng)變對應(yīng)的形狀恢復(fù)量分別為80％或更高和60％或更高。然而，對于20％的應(yīng)變，形狀恢復(fù)量低于50％。因此，本發(fā)明中，Ni的含量為3at％或更高，優(yōu)選6-9at％，施以的應(yīng)變?yōu)?％或更高，優(yōu)選10-15％。
已經(jīng)證實通過加熱恢復(fù)形狀后每個試樣的形狀恢復(fù)溫度回到未施應(yīng)變時的形狀恢復(fù)溫度。
表1

(ii)槽形管的性能通過激光加工將每個φ5.0mm的3和4號合金管加工成圖1所示的槽形，從而獲得第一實施方案中的支架100。該支架100具有與帶槽3的金屬網(wǎng)線形成的網(wǎng)管2一樣的形狀。將支架100進(jìn)行形狀記憶處理。具有與網(wǎng)管2一樣形狀的支架100在-50℃下的干冰/醇浴中機(jī)械徑向膨脹成如圖2所示的φ5.5mm(ε＝10％)和φ5.75mm(ε＝15％)。然后測定恢復(fù)溫度。結(jié)果如表2所示。因此每個膨脹的管都呈現(xiàn)與上述金屬絲材料的測試結(jié)果基本相似的溫度特性。因此可以理解，在該支架的此形狀中，形狀恢復(fù)溫度的升高也可以采用與金屬絲材料相似的方法施以應(yīng)變而實現(xiàn)。
接下來，作為第二個實施方案的支架100，提供了φ1.2mm的4號合金的管2，該管帶有縱向和周向交錯排列的槽3，如圖3所示。此后，該管2徑向膨脹成φ5.0mm從而獲得一網(wǎng)管，并于600℃進(jìn)行形狀記憶處理。然后，該管2經(jīng)徑向壓縮成φ1.2mm并型鍛成φ1.05mm(約13％的應(yīng)變)。該管的形狀恢復(fù)溫度為55℃。因此，證實了該種應(yīng)變施加技術(shù)的適用性。
更進(jìn)一步，圖3中4號合金φ1.2mm的帶槽管徑向膨脹成φ5.5mm并對其進(jìn)行熱處理。然后，將該管再徑向壓縮成φ1.2mm(槽角度的最大應(yīng)變約10％)。測定其形狀恢復(fù)溫度為約40℃。
表2

(iii)支架輸送試驗將裝有4號合金φ5.5mm膨脹支架的導(dǎo)管引至直徑約4mm的血管。于活體體溫(37℃)釋放該支架。如表2所示，在其釋放的同時，該支架緩慢膨脹，但未完全陜復(fù)。通過氣囊使該支架膨脹并貼附于血管內(nèi)壁。此后，將約45℃的鹽水溶液注入氣囊使支架升溫到40℃或更高。
接下來，以類似的方式對4號合金φ5.75mm的膨脹支架進(jìn)行測試。在37℃，未發(fā)現(xiàn)支架的形狀變化。為了使其形狀陜復(fù)，通過感應(yīng)加熱的方式進(jìn)行升溫。具體地，就是將37℃的熱水環(huán)繞血管并通過感應(yīng)加熱升溫。通過附著于支架上的熱電偶測試溫度。
試驗之后，從血管中取出支架，測試因熱導(dǎo)致血管壁的任何損傷以及支架的形狀恢復(fù)溫度。在其中任何一種情況下，未發(fā)現(xiàn)血管壁上明顯的損傷且支架均于37℃呈現(xiàn)出超彈性。
不受實施方案的限制，該支架可由抑制組分如鎢、鉭或金合金進(jìn)行限制以抑制活體體溫時輕微的形狀恢復(fù)。因此，可改善其性能和血管造影效果。此外，可對上述抑制組分或?qū)Ь€如銅和鋼施加電流從而實現(xiàn)對支架形狀恢復(fù)的加熱。
用于本發(fā)明最好的形狀記憶合金是Ti-Ni-Nb合金。可供選擇的，可采用的合金除Ti、Ni和Nb以外還包含第四族元素如Fe、Cr、V或Co的合金。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供不僅易于固定到血管而且易于固定到人體或動物管腔的支架。
本發(fā)明的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架是應(yīng)用支架進(jìn)行醫(yī)學(xué)治療中最合適的裝置。
權(quán)利要求
1.一種氣囊擴(kuò)張型超彈性支架，該支架包含Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，其中Nb的含量至少為3at％，該支架經(jīng)形狀記憶處理后，在無荷載狀態(tài)下的形狀記憶溫度低于活體體溫，支架插入活體時的形狀恢復(fù)溫度高于活體體溫。
2.如權(quán)利要求1所述的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架，其中所述支架經(jīng)徑向壓縮并固定于導(dǎo)管氣囊部分而引至病灶部位，該支架在氣囊膨脹的同時或氣囊膨脹后加熱支架的同時恢復(fù)形狀，此后甚至在活體體溫支架也保持形狀恢復(fù)力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架，其中所述支架通過將金屬絲成形為網(wǎng)狀或通過激光加工或蝕刻將管加工成網(wǎng)狀而獲得，對該支架進(jìn)行形狀記憶處理，然后施以至少8％的應(yīng)變后將其固定于導(dǎo)管上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架，其中通過機(jī)械膨脹施以至少8％的應(yīng)變后將支架固定于導(dǎo)管上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架，其中通過機(jī)械徑向壓縮施以至少8％的應(yīng)變后將支架固定于導(dǎo)管上。
6.一種制備氣囊擴(kuò)張型超彈性支架的方法，所述支架包含Nb含量至少為3at％的Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，該方法包括以下步驟在形狀記憶合金的管狀材料上開槽，使該種管狀材料徑向膨脹，對管狀材料進(jìn)行形狀記憶處理，徑向壓縮管狀材料。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中形狀記憶處理包括在不高于形狀記憶合金As點的溫度施以8％或更高的拉伸應(yīng)變，從而使得形狀記憶處理后在無荷載狀態(tài)下的形狀恢復(fù)溫度低于活體體溫，并且支架插入活體時的形狀恢復(fù)溫度高于活體體溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由Ti－Ni－Nb形狀記憶合金(Nb的含量至少為3at％)制備的氣囊擴(kuò)張型超彈性支架。該支架經(jīng)形狀記憶處理后，在無荷載狀態(tài)下的形狀恢復(fù)溫度低于活體體溫。支架固定于導(dǎo)管并在活體內(nèi)從導(dǎo)管上釋放后的形狀恢復(fù)溫度高于活體體溫。
文檔編號A61F2/90GK1672661SQ20051007163
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者山內(nèi)清, 森浩二, 山下修藏 申請人:Nec東金株式會社, 株式會社日本擴(kuò)張器科技