(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端及び遠位端を有する脈管内ガイドワイヤであって、該ガイドワイヤは、
ａ）近位端及び遠位端を有する細長い高強度近位部分と、
ｂ）体温でオーステナイト相であり、応力に付されるとマルテンサイト相に変態する超弾性合金からなる、近位端及び遠位端を有する遠位部分と、
ｃ）応力に付されるとマルテンサイト相に変態する、体温でオーステナイト相である超弾性合金で少くとも部分的に作成される、近位部分の遠位端を遠位部分の近位端に固定するための手段とを備える、脈管内ガイドワイヤ。
【請求項２】
前記近位部分の遠位端を遠位部分の近位端に固定するための手段が、内部に延長する内側管腔を備える管状構造を有し、その近位端が近位部分の遠位端を受理し、その遠位端が遠位部分の近位端を受理する、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項３】
可撓性コイルが遠位部分の周囲に配置され、ガイドワイヤの遠位端にある曲面を有するプラグまで延長する、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項４】
ガイドワイヤの前記遠位部分の遠位端が前記曲面を有するプラグから離隔しており、非超弾性成形リボンがガイドワイヤの前記遠位部分から前記曲面を有するプラグまで延長している、請求の範囲第３項に記載のガイドワイヤ。
【請求項５】
前記超弾性遠位部分が直線形状の記憶を有する、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項６】
オーステナイト相からマルテンサイト相に変態する間の遠位部分のひずみが、約２％〜約８％の範囲である、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項７】
前記オーステナイトからマルテンサイトへの変態が、約５０ｋｓｉを越える比較的一定の降伏応力で生じる、請求の範囲第６項に記載のガイドワイヤ。
【請求項８】
オーステナイトからマルテンサイトへの変態が、約７０ｋｓｉを越える比較的一定の降伏応力で生じる、請求の範囲第６項に記載のガイドワイヤ。
【請求項９】
オーステナイトからマルテンサイトへの変態が、約９０ｋｓｉを越える比較的一定の降伏応力で生じる、請求の範囲第６項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１０】
前記遠位部分が、実質的に約４０％〜約４９％のチタンと、１０％以下のチタン及びニッケル以外の他の合金成分と、残量ニッケルとからなる超弾性合金で作成される、請求の範囲第４項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１１】
前記他の合金成分が、鉄、コバルト、バナジウム、及び銅からなる群より選択される、請求の範囲第１０項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１２】
前記他の合金成分が、約１０％以下の量のバナジウム又は銅と、約３％以下のそれ以外の他の合金成分とを含み、前記他の合金成分の合計が１０％以下である、請求の範囲第１１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１３】
前記遠位部分が、遠位方向にテーパーする区域を備える、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１４】
平滑なポリマー被覆が前記近位部分の少くとも一部を被覆する、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１５】
超弾性遠位部分が、オーステナイト相からマルテンサイト相への応力誘起変態の間に、少くとも５％のひずみを示す、請求の範囲第１項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１６】
管状構造を有する前記固定するための手段の外径が約０．００６〜約０．０５インチ、壁厚が約０．００１〜約０．００４インチである、請求の範囲第２項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１７】
近位端及び遠位端を備える脈管内ガイドワイヤであって、該ガイドワイヤは、
ａ）近位端及び遠位端を有する細長い高強度近位部分と、
ｂ）体温でオーステナイト相であり、応力に付されるとマルテンサイト相に変態する超弾性合金からなる、近位端及び遠位端を有する遠位部分と、
ｃ）内部に延長する内側管腔を有する、近位部分の遠位端と遠位部分の近位端とを相互接続するための可撓性管状手段とを有し、その近位端が近位部分の遠位端を受理し、その遠位端が遠位部分の近位端を受理し、該可撓性管状手段が、体温でオーステナイト相であり、応力に付されるとマルテンサイト相に変態する超弾性合金で作成されている、脈管内ガイドワイヤ。
【請求項１８】
可撓性コイルが遠位部分の周囲に配置され、ガイドワイヤの遠位端にある曲面を有するプラグまで延長する、請求の範囲第１７項に記載のガイドワイヤ。
【請求項１９】
前記超弾性遠位部分が直線形状の記憶を有する、請求の範囲第１７項に記載のガイドワイヤ。
【請求項２０】
オーステナイト相からマルテンサイト相に変態する間の遠位部分のひずみが、約２％〜約８％の範囲である、請求の範囲第１７項に記載のガイドワイヤ。
【請求項２１】
前記オーステナイトからマルテンサイトへの変態が、約５０ｋｓｉを越える比較的一定の降伏応力で生じる、請求の範囲第２０項に記載のガイドワイヤ。
【請求項２２】
オーステナイトからマルテンサイトへの変態が、約７０ｋｓｉを越える比較的一定の降伏応力で生じる、請求の範囲第２０項に記載のガイドワイヤ。
【請求項２３】
管状構造を有する前記可撓性管状手段の外径が約０．００６〜約０．０５インチ、壁厚が約０．００１〜約０．００４インチである、請求の範囲第１７項に記載のガイドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は医療用器具に関し、より詳細には経皮経管血管形成術（ＰＴＣＡ）等の処置において体腔内でカテーテルを前進させるためのガイドワイヤ等の案内手段に関する。
代表的なＰＴＣＡ処置では、予め成形された遠位先端部を有する案内カテーテルを、慣用のセルディンガー法によって患者の心臓血管系内に経皮的に導入し、案内カテーテルの遠位先端部が所望の環状動脈の孔内に配置されるまで前進させる。ガイドワイヤは拡張カテーテルの内側管腔内に配置され、次いでガイドワイヤ及び拡張カテーテルの両方を案内カテーテル中で遠位端まで前進させる。ガイドワイヤをまず案内カテーテルの遠位端から外方へ、ガイドワイヤの遠位端が拡張すべき病変部を横切るまで患者の環状動脈内に前進させ、次いで遠位部分に膨張可能なバルーンを有する拡張カテーテルを、拡張カテーテルのバルーンが病変部を横切って適切に配置されるまで、先に導入したガイドワイヤ上で患者の環状動脈中を前進させる。一旦病変部を横切って適切に配置したら、バルーンを比較的高圧（例えば４気圧を越える圧力）の放射線不透過性液体で所定サイズまで膨張させ、病変部の動脈硬化性血栓を動脈壁の内側に押圧し、及び他の方法で動脈の内側管腔を拡張する。次いで拡張された動脈中に血流が再開するようにバルーンを収縮し、拡張カテーテルを除去することができる。
血管形成術及び他の血管内処置のための慣用のガイドワイヤは、通常遠位端付近に一つ以上の傾斜区域を有する細長い心部材と、心部材の遠位部分の周囲に配置された螺旋状コイル等の可撓体とを備える。心部材の遠位端若しくは心部材の遠位端に固定された別個の成形リボン等の成形可能部材が可撓体を通して延長し、可撓体の遠位端の曲面を有する栓に固定される。ガイドワイヤを患者の血管系中で前進させる際にガイドワイヤを回転させ、操作するために、心部材の近位端には回転手段が設けられる。
血管形成処置のための拡張カテーテル、ガイドワイヤ、及びこれに関連する装置の詳細は、米国特許第4,323,071号（Simpson-Robert）、同第4,439,185号（Lundquist）、同第4,516,972号（Samson）、同第4,538,622号（Samson ら）、同第4,554,929号（Samson ら）、同第4,616,652号（Simpson）、及び同第4,638,805号（Powell）に見られ、これらの文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
米国特許第4,582,181号（再発行特許第33,166号）に記載されるような内臓固定式案内部材を有する操作可能な拡張カテーテルは、慣用のワイヤ上拡張カテーテルよりも低い膨張プロフィールを有し、プロフィールがより低いためカテーテルはより堅固な病変部を横切ることができ、患者の環状動脈のより深いところまで前進させることができるため、頻繁に使用される。
ガイドワイヤ及び他の案内部材に対する主な要求は、それが中実なワイヤであっても管状部材であっても、ねじれることなく患者の血管系又は他の体腔中で押し進めるために充分なカラム強度を有するということである。しかしながら、これらの部材は、前進させる血管又は他の体腔を傷付けない程度に充分可撓性でなければならない。ガイドワイヤをその目的とする使用により適したものとするために、強度及び可撓性の両方を改良するための努力がなされてきたが、これらの二つの特性の大半は、一方を増加させると通常他方が減少するという互いに全く相反するものである。
先行技術では、形状記憶特性及び／又は超弾性特性を有するニチノール（Ｎｉ−Ｔｉ合金）等の合金を、患者の体内に挿入するように設計された医療用器具に使用することに触れている。形状記憶特性により、器具を変形して体腔又は体内の空洞内への挿入を容易にし、体内で温められることにより、器具をもとの形状に復帰させることができる。一方で、超弾性特性により金属を変形し、変形した状態で維持して、金属を含む医療器具を患者の体内に容易に挿入することができ、この変形により相変態が生じる。一旦体腔内に入ると、超弾性部材の維持を解除することができ、応力を減少してもとの相に変態させることにより、もとの形状に復帰させることができる。
形状記憶／超弾性特性を有する合金は、一般に比較的低い引張強さを備え比較的低温で安定なマルテンサイト相と、比較的高い引張強さを備えマルテンサイト相よりも高い温度で安定なオーステナイト相の少くとも二つの相を有する。
合金の形状記憶特性は、マルテンサイト相からオーステナイト相への変態が完了する温度未満、つまりオーステナイト相が安定である温度未満で金属を加熱することにより付与される。この加熱処理中の金属の形態が、「記憶される」形態である。加熱処理された金属を、マルテンサイト相が安定である温度まで冷却し、オーステナイト相をマルテンサイト相に変態させる。マルテンサイト相にある金属を次いで塑性変形し、例えば患者の体内への挿入を容易にする。続いて変形したマルテンサイト相を、マルテンサイトからオーステナイトへの変態温度より高温まで加熱することにより、変形したマルテンサイト相をオーステナイト相に変態させ、この相変態の間に金属はもとの形状に復帰する。
患者の体内に配置することを意図している医療器具におけるこれらの合金の形状記憶特性を使用する先行技術の方法は、操作において困難をきたしている。例えば、体温未満の安定なマルテンサイト温度を有する形状記憶合金では、このような合金を含む医療器具を体内に挿入する場合、器具の温度を体温より充分に低く維持し、マルテンサイト相からオーステナイト相への変態を防ぐことはしばしば困難となる。マルテンサイトからオーステナイトへの変態温度が体温よりも充分に高い形状記憶合金で作成した脈管内器具では、ほとんど又は全く問題なく患者の体内へ器具を導入することができるが、マルテンサイトからオーステナイトへの変態温度まで加熱しなければならず、この温度は組織を損傷し、非常に大きな痛みを伴うほど高いことが多かった。
マルテンサイト相からオーステナイト相への変態が完了する温度以下で超弾性特性を示すニチノール等の金属試験片に応力をかけると、試験片は、特定の応力レベルに達するまで弾性的に変形し、そのレベルで合金にはオーステナイト相からマルテンサイト相への応力誘起相変態が生じる。相変態が進行すると、合金のひずみが増加するが、それに対応する応力の増加はほとんど又は全くみられない。オーステナイト相からマルテンサイト相への変態が完了するまで、応力は実質的に一定であるがひずみは増加する。その後さらに変形するためには、応力をさらに増加させる必要がある。マルテンサイト系金属にさらに応力をかけるとまず弾性的に曲がり、次いで永久残留変形を伴って塑性変形する。
永久変形が生じる前に、試験片にかけた荷重を除荷すると、マルテンサイト系試験片は弾性的に復帰し、オーステナイト相へ変態する。応力の低下によりまずひずみが低下する。応力の低下がマルテンサイト相からオーステナイト相へ変態して戻るレベルまで達すると、試験片の応力レベルは、オーステナイト相へ復帰する変態が完了するまで、実質的に一定である（但しオーステナイトからマルテンサイトに変態する一定の応力レベルよりは実質的に低い）、つまり無視できる程度の僅かな対応する応力低下により、ひずみが顕著に復帰する。オーステナイト相へ復帰する変態が完了した後は、さらに応力を低下させると弾性ひずみが低下する。荷重により比較的一定の応力で顕著なひずみを生じる能力、及び除荷により変形から復帰する能力は、一般に超弾性又は擬弾性と呼ばれる。
先行技術では、患者の体内に挿入するか又は他の方法で体内で使用することを意図する医療器具に、超弾性特性を有する金属合金を使用することにふれている。例えば米国特許第4,665,905号（Jervis）、及び同第4,925,445号（Sakamoto ら）参照のこと。
Sakamoto らの特許は、比較的高レベルの降伏強さを発揮するように処理することができるニッケル−チタン超弾性合金を脈管内ガイドワイヤに使用することを開示している。しかしながら、この材料に特有のオーステナイトからマルテンサイトへの相変態を引き起こす比較的高い降伏応力レベルにおいて、このガイドワイヤは、比較的一定の応力のもとでオーステナイトがマルテンサイトに変態する応力誘起ひずみ範囲があまり広くない。従って、ガイドワイヤを患者の曲がりくねった血管系内で前進させると、超弾性領域を越えて応力がかかり、つまり組織を損傷する恐れのある永久変形若しくはねじれが生じることすらある。この永久変形が生じると、一般にガイドワイヤを除去し、別のものと変換する必要がある。
一方Jervisの特許の製品は広いひずみ領域、つまり２〜８％のひずみ領域を有するが、オーステナイトがマルテンサイトに変態する比較的一定の応力レベルが非常に低く、例えば５０ｋｓｉである。
1990年12月18日出願の同時係属中の米国特許願第07/629,381号「超弾性案内部材」には、オーステナイトからマルテンサイトへの変態を生じる非常に高く比較的一定の高応力レベルにわたる広いひずみ領域を含む超弾性特性を示す、少くとも中実又は管状の部分を有するガイドワイヤつまり案内部材が記載される。超弾性材料で作成されたガイドワイヤの性質は非常に有利ではあるが、超弾性特性を有する材料で作成されたガイドワイヤ及び案内部材は、最適な押圧及びトルク特性を有さないことがわかった。
発明の要旨
本発明は、オーステナイトからマルテンサイトへの応力誘起変態によって遠位部分に超弾性特性を付与し、近位部分に高強度弾性材料を用いた、改良されたガイドワイヤつまり案内部材に関する。
本発明によれば、近位端及び遠位端を有する脈管内ガイドワイヤであって、該ガイドワイヤは、
ａ）近位端及び遠位端を有する細長い高強度近位部分と、
ｂ）体温でオーステナイト相であり、応力に付されるとマルテンサイト相に変態する超弾性合金からなる、近位端及び遠位端を有する遠位部分と、
ｃ）応力に付されるとマルテンサイト相に変態する、体温でオーステナイト相である超弾性合金で少くとも部分的に作成される、近位部分の遠位端を遠位部分の近位端に固定するための手段とを備える、脈管内ガイドワイヤが提供される。
また本発明によれば、近位端及び遠位端を備える脈管内ガイドワイヤであって、該ガイドワイヤは、
ａ）近位端及び遠位端を有する細長い高強度近位部分と、
ｂ）体温でオーステナイト相であり、応力に付されるとマルテンサイト相に変態する超弾性合金からなる、近位端及び遠位端を有する遠位部分と、
ｃ）内部に延長する内側管腔を有する、近位部分の遠位端と遠位部分の近位端とを相互接続するための可撓性管状手段とを有し、その近位端が近位部分の遠位端を受理し、その遠位端が遠位部分の近位端を受理し、該可撓性環状手段が、体温でオーステナイト相であり、応力に付されるとマルテンサイト相に変態する超弾性合金で作成されている、脈管内ガイドワイヤが提供される。
本発明のガイドワイヤつまり案内部材は、高強度近位区域と、超弾性特性を有する高強度遠位区域と、近位区域と遠位区域との間の円滑な移行を提供するために近位区域と遠位区域との間に設けた超弾性特性を有する接続部エレメントとを備える。現在好ましい実施態様では、ガイドワイヤつまり案内部材は、ＮｉＴｉ系合金等の超弾性材料で作成した中実な遠位芯区域を有し、接続部は、遠位芯区域の近位端を受理するように適合された内部通路を有する中空の管状部材である。
本発明の超弾性遠位芯部材及び中空接続部は、体温（約３７℃）において、約５０ｋｓｉ、好ましくは約７０ｋｓｉ、多くの場合には約９０ｋｓｉをゆうに越える応力レベルで応力誘起相変態を示す。完全なオーステナイト相からマルテンサイト相への応力誘起変態により、少くとも約４％、好ましくは５％を越えるひずみが試験片に生じる。応力による相変態の領域は、オーステナイトからマルテンサイトへの相変化の開始時において試験片が約２〜３％のひずみをうけた時に好ましくは開始し、相変化の完了時の約７〜約９％ひずみまで続く。本明細書における応力及びひずみは、引張試験によって測定する。片持ち式に支持した試験片に曲げモーメントく加えることにより測定した応力とひずみとの関係は、引張試験によって測定した関係とは僅かに異なる。これは、試験片を曲げる間に生じる応力が、引張試験におけるものほど均一ではないためである。相変態の間応力には、応力誘起変態の前後よりもかなり少ない変化しかない。応力レベルは変態期間内では比較的一定である。
案内部材の超弾性特性を有する部分は、好ましくは、実質的に約３０〜約５２％、より好ましくは実質的に約４０〜約４９％のチタン、残量ニッケル、及び１０％以下の一つ以上の追加の合金要素からなる合金で作成される。このような他の合金要素は、鉄、コバルト、白金、パラジウム、及びクロムそれぞれ３％以下、及び銅及びバナジウムそれぞれ１０％以下から成る群より選択することができる。本明細書において、組成のパーセンテージは、特記しない限り原子パーセントである。
案内部材の細長い超弾性部分を作成するには、まず好ましい合金材料の細長い中実なロッド若しくは管状の原材料を、好ましくは引抜きにより冷間加工して、断面積で約３０％〜約７０％の寸法削減を行なう。冷間加工した材料を次に、材料の降伏応力の約５％〜約５０％、好ましくは約１０％〜約３０％（室温で測定）に等しい長手方向の応力を、細長い部分にかけながら、約３５０℃〜約６００℃の温度で約０．５〜約６０分、記憶付与のための加熱処理に付す。この熱機械的処理により、直線状の「記憶」が超弾性部分に付与され、比較的均一な残留応力が材料に提供される。別の方法としては、冷間加工後にワイヤを機械的に直線状とし、次いで約３００〜約４５０℃、好ましくは約３３０〜約４００℃の温度でワイヤを加熱処理する。後者の処理により実質的により高い引張特性が付与される。冷間加工され、加熱処理された合金材料は、体温より低く、一般に約−１０℃から約３０℃であるオーステナイトフィニッシュ変態温度を有する。より一定な最終特性を得るためには、冷間加工前に中実なロッド又は管状の原材料を完全焼きなましして、冷間加工の開始時に材料が常に同じ金属学的構造を有するように、また後続する冷間加工のために適切な延性を有するようにする。引抜き以外の圧延加工、スエージ加工等の金属を冷間加工する手段を用いることもできることが当業者には理解されるであろう。管状製品の一定の降伏応力レベルは、中実な製品のレベルよりも僅かに低いことがわかった。例えば本発明の超弾性ワイヤ材料は、通常約７０ｋｓｉを越える、好ましくは約９０ｋｓｉを越える一定な応力レベルを有するが、超弾性管状材料は５０ｋｓｉを越える、好ましくは約７０ｋｓｉを越える一定な応力レベルを有する。どちらの形状の材料も最終引張強度は２００ｋｓｉよりも充分に高く、失敗した場合の最終伸びは約１５％である。
本発明の細長い超弾性部材は、非常に高く、比較的一定な応力レベルにおいて、広範囲のひずみに渡って、応力誘起オーステナイト−マルテンサイト相変態を示す。よって、この材料で作成された遠位部分を有する案内部材は非常に可撓性であり、案内部材の超弾性部分が永久変形を生じる危険性がほとんどなしに、患者の冠状動脈等の非常に曲がりくねった通路中を前進させることができ、同時に案内部材がねじれることなく、与えられたトルクを効果的に伝達することができる。ガイドワイヤつまり案内部材の高強度近位部分は、ガイドワイヤつまり案内部材に優れた押圧性とトルク付与性を付与する。
本発明のこれら及び他の利点は、以下の説明的図面と合わせて以下の詳細説明よりより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の特徴を具体化したガイドワイヤの立面図である。
図２は超弾性材料の応力−ひずみ関係を示す概略的グラフである。
発明の詳細な説明
図１は、動脈等の患者の体腔内に挿入するように適合された、本発明の特徴を具体化したガイドワイヤ１０を示す。ガイドワイヤ１０は、細長く比較的高強度の近位部分１１と、実質的に超弾性合金材料からなる比較的短い遠位部分１２と、実質的に超弾性合金材料からなり、遠位部分１２の近位端と近位部分１１の遠位端とをトルク伝達関係に接続する接続部エレメント１３とを備える。遠位部分１２は、遠位方向に向かって小さくなる少くとも一つのテーパー区域１４を備える。接続部エレメント１３は、遠位部分１２の近位端１５と近位部分１１の遠位端１６とを受理するように適合された内部に延長する内側管腔を備える中空の管状エレメントである。端部１５及び１６は接続部エレメント内にプレスフィットしてもよく、若しくは接続部をけん縮又はスエージ加工することにより、又は適当な接着剤又は溶接、ろう付け、又ははんだ付けにより、エレメント内に固定してもよい。
螺旋状コイル１７は遠位部分１２の周囲に配置され、その遠位端に曲面を有する栓１８を備える。コイル１７は、近位位置２０及び中間位置２１において適切なはんだにより遠位部分１２に固定される。成形リボン２２はその近位端において同じ位置２１ではんだより遠位部分１２に固定され、その遠位端において曲面を有する栓１８に固定される。この栓は通常、コイル１７の遠位端を成形リボン２２の遠位端にはんだ付け又は溶接することにより形成される。好ましくは、螺旋状コイル１７の最遠位区域２４は、白金又は白金−ニッケル合金等の放射性不透過性金属で作成し、患者の体内に配置された際に観察を容易にする。最遠位区域２４は約１０〜約３０％伸張しておかなければならない。
遠位部分１２の最遠位部分２５は、断面が矩形となるように平坦にされ、好ましくは、はんだ等の曲面を有する先端部２６を設け、最遠位部分が螺旋状コイル１７の伸張された遠位区域２４の間の間隙を貫通するのを防ぐ。
細長い近位部分１１の露出部分には、ポリテトラフルオロエチレン（du Pont, de Nemours & Co.からTeflonの商標のもとに販売）等の平滑材料の被覆２７、若しくは同時係属中で1990年7月24日出願の米国特許第559,373号（参照により本明細書中に組み込まれる）に開示されるポリシロキサン被覆等の他の適切な平滑性被覆を施さなければならない。
ガイドワイヤ１０の細長い近位部分１１は、冠状動脈に使用する場合には一般に、長さ約１３０〜約１４０ｃｍ、外径約０．００６〜０．０１８インチ（０．１５〜０．４６ｍｍ）である。周辺動脈及び他の体腔には、より大きな直径のガイドワイヤを用いることができる。より小さい直径のテーパー区域の長さは、最終製品の所望の硬さ又は可撓性によって、約２〜約２０ｃｍの範囲とすることができる。螺旋状コイル１７は長さ約２０〜約４５ｃｍであり、外径は細長い近位部分１１の外径と略同一であり、直径約０．００２〜０．００３インチ（０．０５〜０．０７６ｍｍ）のワイヤで作成する。成形リボン２２及び遠位部分１２の平坦な遠位部分２６は、通常寸法が約０．００１×０．００３インチ（０．０２５×０．０７６ｍｍ）である矩形の断面を有する。
本発明の超弾性部材、つまり遠位部分１２及び接続部１３は、好ましくは実質的に約３０〜約５２％、より好ましくは実質的に約４０〜約４９％のチタン、残量ニッケル、及び１０％以下の一つ以上の他の合金成分からなる合金材料で作成する。他の合金成分は、鉄、コバルト、バナジウム、白金、パラジウム、及び銅からなる群より選択することができる。合金は約１０％以下の銅及びバナジウム、及び３％以下の他の合金成分を含有していてもよい。チタンと同原子量より多いニッケル、及び他の列挙された合金成分を添加することにより、応力レベルが増加し、そのレベルにおいて応力誘起オーステナイト−マルテンサイト変態が生じ、マルテンサイト相がオーステナイト相に変態する温度がヒトの体温よりも充分に低くなり、オーステナイトが体温における唯一の安定相となる。過剰なニッケル及び追加の合金成分はまた、オーステナイト相からマルテンサイト相への応力誘起変態が生じた場合に、非常に高い応力において拡張されたひずみ領域を提供する助けとなる。
案内部材の超弾性部分の最終形状を作成するための現在好ましい方法は、上述の相対比に基づく組成を有するロッド又は管状部材を、好ましくは引抜きにより冷間加工し、次いで応力下で加熱処理して、形状記憶性を付与することにより行なう。ロッド又は管状部材の代表的な当初横方向寸法は、それぞれ約０．０４５インチ（０．１１４ｃｍ）及び約０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）である。最終製品を管状とする場合には、例えば直径０．２５〜約１．５インチ（０．６３５〜３．８１ｃｍ）、長さ５〜約３０インチ（１２．７〜７６．２ｃｍ）の小径の鋳塊を、押出し加工により、若しくは長手方向に中心孔を機械加工し、外表面を研磨して平滑にすることにより、中空管に形成することができる。中実なロッド又は管状部材は、引抜きする前に、好ましくはアルゴン等の保護雰囲気下で、約５００〜約７５０℃、代表的には約６５０℃の温度で、約３０分間焼きなましして、実質的に全ての内部応力を除去する。このようにして、全ての試験片が実質的に同じ金属学的状態で次の熱機械的処理を開始し、一定の最終的特性を有する製品を得ることができる。このような処理により、効果的な冷間加工のために必須の延性が付与される。
応力付与及び除去した原材料を引抜きによって冷間加工し、その断面積を約３０〜約７０％減少させる。金属を、適当な内径の一つ以上の型を通して引抜き、一回の引抜きで約１０〜５０％減少させる。スエージング等の他の形式の冷間加工を行なうこともできる。
冷間加工に続いて、引抜きしたワイヤ又は中空管状製品を、約３５０℃〜約６００℃の温度で約０．５〜約６０分間加熱処理する。金属に直線的な「記憶」を付与し、いかなる内部残留応力も確実に均一とするために、好ましくは、引抜きしたワイヤ又は中空管状製品を、同時に材料の引張強さの約５％〜約５０％、好ましくは約１０％から約３０％（室温で測定）の長手方向の応力に付す。この記憶付与のための加熱処理は、さらに冷間加工した金属のオーステナイト−マルテンサイト変態温度を固定する。超弾性材料内に直線的な「記憶」を発達させ、均一な残留応力を維持することにより、この材料で作成したガイドワイヤに患者の血管内でトルクを与えた場合にねじれる傾向はほとんど又は全くない。
冷間加工した材料に直線的な記憶を付与するための別の方法としては、ワイヤ又は管を機械的に直線状とし、約３００〜約４５０℃、好ましくは約３３０℃〜約４００℃の温度で記憶付与のための加熱処理に付する方法が挙げられる。後者の処理は、実質的に改良された引張特性を付与するが、５５％を越えて、特に６０％を越えて冷間加工された材料にはあまり効果的ではない。このようにして製造された材料は、非常に高レベルの応力において、応力誘起のオーステナイトからマルテンサイトへの相変態を示すが、相変態中の応力は、前述の方法ほど一定ではない。材料を充分な長手方向の応力に付して直線化する等の慣用の機械的直線化手段を用いることができる。
図２は、超弾性特性を有する合金試験片を引張り試験に付した場合に示すと考えられる理想的な応力−ひずみ関係を示す。点Ａから点Ｂまでの線は試験片の弾性的変形を示す。点Ｂを越えると、ひずみつまり変形はもはや付加された応力に比例せず、点Ｂと点Ｃの間の領域では、オーステナイト相からマルテンサイト相への応力誘起変態が生じ始める。合金組成によっては、斜方六面体相と呼ばれる中間相が発達することもある。点Ｃにおいて材料は、比較的一定な応力と顕著な変形つまりひずみの領域に入る。オーステナイトからマルテンサイトへの変態が生じるのはこの領域内である。点Ｄにおいて、試験片に引張り応力を適用することによるマルテンサイト相への変態が実質的に完了する。点Ｄを越えると、マルテンサイト相は変形し始め、最初は弾性的に、しかし点Ｅを越えると変形は塑性的つまり永久変形となる。
超弾性金属に適用した応力を除去すると、マルテンサイト相に永久変形がない限り、金属はもとの形状に復帰する。復帰過程の点Ｆにおいて、金属は応力に誘起された不安定なマルテンサイト相から、より安定なオーステナイト相へと戻る変態を開始する。点Ｇから点Ｈの領域は実質的に一定の応力領域であり、マルテンサイトからオーステナイトへと戻る相変態が実質的に完了する。点Ｉから開始点Ａまでの線は金属のもとの形状への弾性的復帰を示す。
本明細書中に記載した超弾性材料の特性である応力誘起相変態における広いひずみ範囲のため、少くとも相当部分をこのような材料で作成した遠位部分を有するガイドワイヤは、曲がりくねった動脈通路中を容易に前進させることができる。ガイドワイヤの遠位端が血管等の体腔の壁と係合すると、オーステナイトがマルテンサイトに変態して超弾性的に変形する。血管壁からガイドワイヤの遠位端が離れると、ガイドワイヤの超弾性部分から応力が低下または除去され、もとの形状、つまり好ましくは直線状である「記憶された」形状に復帰する。ガイドワイヤ中に不均一な長手方向の残留応力がほとんど又は全くないこと、及び直線的「記憶」のため、ガイドワイヤの近位端にトルクを与えても捩じれることが防止される。さらに、オーステナイト相をマルテンサイト相に変態するのに非常に高レベルの応力が必要であるため、ガイドワイヤつまり案内部材を患者の動脈中で前進させた場合に永久変形が生じる可能性はほとんどない。
超弾性合金材料で形成された管状接続部は、高強度近位部分と比較的短い遠位区域との間の平滑な移行を提供し、これら二つの部分の間のトルク伝達関係を維持する。
本発明は、ガイドワイヤを体腔中で前進させることを容易にするために、超弾性特性を有するガイドワイヤを提供する。案内部材は、非常に高い応力レベルにおいて、オーステナイトからマルテンサイトへの応力誘起相変態により、広範囲に渡る復帰可能なひずみを呈するため、動脈中で前進させる間に動脈を損傷する危険性が非常に低下する。
接続部を形成するニチノール下部管は、一般に外径約０．００６インチ〜約０．０２インチ（０．１５〜０．５ｍｍ）、壁厚約０．００１〜約０．００４インチ（０．０２５〜０．１０ｍｍ）であってもよい。現在好ましい接続部材のための超弾性下部管は、外径約０．０１４インチ（０．３６ｍｍ）、壁厚約０．００２インチ（０．０５ｍｍ）である。
本明細書に記載したような超弾性ＮｉＴｉ合金は、粘りの強い自然発生する酸化物被覆が形成され、これが、安全で実質的に酸化物を含まないはんだ付け継手を作成するのに必要な態様で溶融したはんだが合金表面を濡らすのを妨げるため、非常にはんだ付けが困難である。まず処理しにくい超弾性合金の表面を、例えばナトリウム、カリウム、リチウム、又はその混合物等の溶融アルカリ金属水酸化物で処理して、発生期合金表面を形成し、空気と接触させずに金−錫はんだ等の適当なはんだで予備すず被せすることにより、超弾性片を慣用の態様で容易にはんだ付けすることができることがわかった。現在好ましいアルカリ金属水酸化物は、約５９％のＫと約４１％のＮａとの混合物である。はんだは約６０〜約８５％の金と残量の錫を含んでいてもよく、現在好ましいはんだは、約８０％の金と約２０％の錫とを含む。現在好ましい工程では、溶融アルカリ金属水酸化物の上層と溶融金−錫はんだの下層とを備える多層浴が提供される。はんだ付けされるべき超弾性遠位部分の一部を、溶融アルカリ金属水酸化物の上層から多層浴中に押し込むと、該上層によって酸化物被覆が除去され、発生期金属合金表面が現れ、次いで発生期合金表面を濡らす溶融はんだ中に入る。溶融はんだから取り出すとはんだが固化して金属合金表面上の薄膜となり、被覆された合金表面は酸素を含有する大気から保護される。はんだの表面上のいかなるアルカリ金属水酸化物も、予備すず被せ層及び被覆された合金表面のいずれにも悪影響を及ぼすことなく、水で容易に除去することができる。よって超弾性部材は慣用のはんだ付けに付することができる。この工程は、顕著なレベルのチタンを含む他の金属合金をはんだ付けに付する準備としても用いることができる。
ガイドワイヤの高強度近位部分は一般に、超弾性遠位部分よりも顕著に強度が高い、つまり最終引張強さが高い。適当な高強度材料としては、ガイドワイヤ構造における慣用の材料である３０４ステンレス鋼を挙げることができる。
上記の発明の説明は現在好ましい実施態様について行なったが、本発明から逸脱することなく、種々の変更及び改良を本発明に加えることができる。
【図１】
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【図２】
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