JP2009285135A - 生体材料注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルーンのブロッキングを防ぎ、生体材料（骨セメント）の注入が容易になり、またバルーンを折りたたみやすくして挿入パイプへの収納を容易にした、生体材料注入装置を提供する。
【解決手段】生体材料を注入するためのバルーン（２）と、当該バルーン（２）の後方に接続される接続管（５）を有し、前記バルーン（２）は、延伸を施してあり、前記接続管（５）は、生体分解性材料とＸ線不透過材料の混合物より形成した、生体材料注入装置（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば骨セメント等の生体（修復、補綴）材料を装填したバルーンを生体内に留置し、生体内で分解・吸収する生体材料注入装置に関する。

従来、骨粗しょう症や脊椎損傷、悪性腫瘍の転移などによる脊椎の圧迫骨折後の治療方法として、生体材料（骨セメントなど）を患部に注入して、損傷した椎体を元に戻す椎体形成術が知られている。この治療方法では、損傷により不安定になった椎体を骨セメントで補強することにより、痛みを軽減することができる。

特許文献１には、注入管と、該注入管の一方の端に脱着可能なように取り付けられたバルーンとを備え、該バルーンは生体吸収性材料から形成されている骨セメント注入装置の発明が開示されている。
当該発明の骨セメント注入装置は、治療すべき脊椎損傷部位にバルーンを挿入し、次にこのバルーン内に骨セメントを注入する。このことにより、血液が骨セメントに混入すること、および骨セメントが脊柱管内へ漏出することを防ぎながら、脊椎損傷部位の椎体に骨セメントを注入することができる。（同文献［要約の欄］）
さらに、当該発明のさらに別の好ましい態様として、骨セメント注入装置の注入管を外管と、外管に対して軸方向および回転方向に可動の内管とから構成し、内管にはバルーンを取り付け、このことにより、脊椎損傷部位にバルーンを挿入する際に、内管を外管に対して前後または回転して動かすことによりバルーンの挿入位置を微調整することができ、さらに、バルーン内に骨セメントを注入する際にも、損傷部位の状態に合わせてバルーンの膨張の方向および程度を微調整することができる旨が開示されている。（同文献［００２０］）
また同文献には、施術においては、バルーンまたは骨セメントを放射線造影剤などで標識し、医師がバルーンや骨セメントの注入の状況をモニターしながら施術を行うことができる旨が開示されている。（同文献［００１７］）

なお前記バルーンを構成する生体吸収性材料は、生体内で加水分解および酸素分解により分解されるか、あるいは、生体のもつ生理活性物質、例えば酵素等の働きによって加水分解される高分子材料が開示されている。具体的にはキチン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、デンプン、ペクチン等の多糖類、ゼラチン、コラーゲン、フィブリン、アルブミン等のタンパク質、ポリ乳酸、ポリ−γ−グルタミン酸、およびこれらの共重合体、ポリ−Ｌ−リジン、ポリアルギニンなどのポリアミノ酸、乳酸、グリコール酸などからなる生体吸収性のオリゴマー、またはポリエチレングリコール、そのプロピレングリコールとの共重合体などの水溶性のオリゴマー、ならびにそれらの各種の誘導体が挙げられる旨が開示されている。（同文献［００１５］）

また前記注入管は、生体内に挿入しうる中空の管であって、金属製でもプラスチック、シリコン等の非金属製でもよく、適用する施術法によって剛性または弾性のいずれの管も用いることができ、一般に注射針やカテーテルとして医療用に用いられているものであれば、いずれの管も用いることができる旨が記載されている。注入管２０の好ましい大きさは、内径が約５〜４０ｍｍであり、外径は内径より約２〜５ｍｍ太く、長さは１〜３０ｃｍと記載されている。（同文献［００１３］）

特許文献２には、一端にガイドワイヤー及びカテーテルの挿入口を有し、他端にガイドワイヤーの出口を有する離脱式両端逆止弁付きバルーンにおいて、前記の挿入口及び出口にそれぞれ逆止弁を有する離脱式両端逆止弁付きバルーンの発明が開示されている。さらにバルーンの中にＸ線により感知しうる材料を存在させている。（実用新案登録請求の範囲、図１、図２）

特許文献３には、カテーテル本体１と、このカテーテル本体１の先端部に接続されたバルーン２とからなるバルーンカテーテルであって、上記バルーン２は、その先端が閉塞され且つ基端部が上記カテーテル本体１の先端部に切り離し可能に接続された筒状部２１と、この筒状部２１の外周面に一体的に装着された膨脹、収縮自在なバルーン部２２とからなり、更に、上記筒状部２１に、この筒状部２１内に供給される流体をバルーン部２２内に供給してバルーン部２２を膨脹させるための通孔２６と、バルーン部２２内からの流体の漏出を防止する逆止弁２７とを設けている発明が開示されている。（要約、図５、図７、図９から図１３）

しかしながら、特許文献１の発明では、バルーンまたは骨セメントを放射線造影剤などで標識し、医師がバルーンや骨セメントの注入の状況をモニターしながら施術を行うことができる旨が開示されているが、バルーンまたは骨セメントを放射線造影剤などで標識すると、施術時に造影剤調整等の追加作業が発生し、調整がうまくいかない場合、造影できないことが懸念される。

また、特許文献２の発明では、逆止弁がバルーンの内部に配置されているので、バルーンの形状が２つの逆止弁に規制され、バルーンの先端側形状を、挿入される部分の形状にあわせて自由に変形できないことが懸念される。

また、特許文献３の発明では、バルーン２を、その先端が閉塞され且つ基端部が上記カテーテル本体１の先端部に切り離し可能に接続された筒状部２１の外周面にバルーン部２２を装着しているので、バルーンの先端形状が筒状部２１により規制され、挿入される部分の形状にあわせて自由に変形させることができないことが懸念される。
さらに、骨セメント等をバルーン内部に注入する場合、筒状部２１の側部に形成した通孔２６から注入するため、流れが悪くバルーン全体に満たす事ができずバルーンがうまく膨らまないことが懸念される。
特開２００６−２４７２５７号公報（要約、［００１３］、［００１５］、［００１７］、［００２０］） 実用新案登録２５１４０８７号公報（実用新案登録請求の範囲、図１、図２） 特開２００６−３３３８８８号公報（要約、図５、図７、図９から図１３）

本発明が解決しようとする問題点は、
特許文献１の発明では、バルーンまたは骨セメントを放射線造影剤などで標識した場合、施術時に造影剤調整等の追加作業が発生し、調整がうまくいかない場合、造影できない。
特許文献２の発明では、バルーンの内部に逆止弁を配置しているので、バルーンの変形が、逆止弁で制約され、バルーンを留置位置の形状にあわせて、変形させにくい。
特許文献３の発明では、バルーンの内部に筒状体を配置しているので、やはり、バルーンの変形が、筒状体で制約され、バルーンを留置位置の形状にあわせて、変形させにくい。
さらに筒状体の側部に通孔を形成しているので、粘性の高い骨セメントをバルーン内に注入しずらい。等の点である。

そこで本発明者は、以上の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、次の発明に到達した。
［１］本発明は、生体材料を注入するためのバルーン（２）と、当該バルーン（２）の後方に接続される接続管（５）を有し、前記バルーン（２）は、延伸を施してあり、前記接続管（５）は、生体分解性材料とＸ線不透過材料の混合物より形成した、生体材料注入装置（１）を提供する。
［２］本発明は、前記接続管（５）の前方に、逆流防止弁（１５）を配置した［１］に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［３］本発明は、前記バルーン（２）が生体分解性材料より形成されている、［１］または［２］に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［４］本発明は、前記接続管（５）に螺合により着脱できるように接続されたカテーテル（１０）を有する、［１］から［３］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［５］本発明は、前記接続管（５）の後方からバルーン（２）内にカテーテル（１０）が挿入され、当該カテーテル（１０）の先端は、バルーン（２）の奥まで到達している、［１］から［４］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［６］本発明は、前記逆流防止弁（１５）を生体分解性材料により形成した、［１］から［５］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［７］本発明は、前記バルーン（２）の生体分解性材料は、乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトンの三元共重合体であり、モル比；乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン＝２０〜９０％／３〜７５％／５〜４０％である、［１］から［６］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［８］本発明は、前記バルーン（２）の生体分解性材料の分子量が、１００，０００〜１，０００，０００である、［１］から［７］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［９］本発明は、前記バルーン（２）の生体分解性材料の２５℃での１０％ヤング率が、０．０５〜３０ＭＰａである、［１］から［８］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［１０］本発明は、前記バルーン（２）の生体分解性材料の伸び率が、１０〜１０００％である、［１］から［９］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［１１］本発明は、前記バルーン（２）の生体分解性材料のガラス転移温度が３０℃以下である、［１］から［１０］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。
［１２］本発明は、前記バルーン（２）の形状が、細長い略楕円状で、短径（ＳＬ）と長径（ＬＬ）の比が１００：１２０〜１５０である、［１］から［１１］のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）を提供する。

（１）バルーン２に延伸を施すことで、バルーンのブロッキングを防ぎ、生体材料（骨セメント）の注入が容易になり、またバルーンが折りたたみやすくなり、挿入パイプ７に収納しやすくなる。
（２）バルーン２とカテーテル１０間の接続管５を生体分解性材料で形成するとともに、さらにＸ線不透過材料を混合しているので、施術時の造影が確実になり、バルーンの挿入位置をＸ線で容易に確認でき、バルーンの挿入位置の微調整が容易である。
（３）接続管５の前方部に、逆流防止弁１５を配置することにより、逆流防止弁１５がバルーン２の変形に影響を与えない。バルーン２内に注入した生体材料（骨セメント）は、カテーテル１０内に逆流することはないので、バルーン２内に確実に所定量の生体材料（骨セメント）を注入することができる。
（４）バルーン２、接続管５、逆流防止弁１５の全てを、生体分解性材料で形成することにより、全て体内で分解され、生体材料（骨セメント）のみを体内に補綴することができる。
（５）接続管５とカテーテル１０の接続手段を螺合にすることにより、生体材料（骨セメント）を、バルーン２注入後の取り外しが容易である。

［生体材料注入装置１］
図１は、本発明の生体材料注入装置の概略図、図２の（１）から（３）は、図１の分解図、（４）はマンドレル８の概略図、（５）はマンドレル８と生体材料注入装置を内部に装填する挿入パイプ７の概略図である。
本発明の生体材料注入装置１は、図１に例示するように、バルーン２と接続管５（チューブ）とカテーテル１０（注入管ともいう）とから構成される。
接続管５の前方に逆流防止弁１５が配置されている。

［構成材料］
バルーン２と接続管５に使用される生体分解性材料は、生体内で加水分解および酸素分解により分解されるか、あるいは、生体のもつ生理活性物質、例えば酵素等の働きによって加水分解される高分子材料であれば前記［０００３］のようになんでも良い。
中でもバルーン２に使用される生体分解性材料は、「乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトンの三元共重合体」が、吸収分解期間の調整が容易であり、剛性と柔軟性を備える点で優れているので好ましい。
前記三元共重合体のモル比は２０〜９０％／３〜７５％／５〜４０％のものが好適に使用できる。
またバルーン２に使用される生体分解性材料（前記三元共重合体を含む）の分子量は１００，０００〜１，０００，０００で、２５℃での１０％ヤング率は０．０５〜３０ＭＰａ、伸び率は１０〜１０００％のものが好適に使用できる。
またバルーン２に使用される生体分解性材料（前記三元共重合体を含む）は生体温度で伸び率が最大値となるため、ガラス転移点が、３０℃以下であればバルーン２の適合性が上昇するので好ましい
また、接続管５に使用される生体分解性材料（前記三元共重合体を含む）は、生体への挿入位置を確認できるようにするために、「Ｘ線不透過材料」を添加するのが好ましい。
「Ｘ線不透過材料」は、例えば、りん酸カルシウム等が使用される。本発明で使用されるりん酸カルシウムとしては、りん酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、第二りん酸カルシウム等が例示される。前記三元共重合体との関係に於いて、最も望ましいりん酸カルシウムは、共重合体との親和性が良く、生体内で吸収崩壊して新組織と置換され、組織再生を促進するりん酸カルシウムである。
バルーン２の固定及び、接続管５の内側に接続部６（メス螺子等の螺子山）を形成するために剛性が必要なため、生体分解性材料（前記三元共重合体を含む）とＸ線不透過材料の組成は、６０〜８０質量％：４０〜２０質量％が好ましい。

［バルーン２］
バルーン２は、本発明では、「延伸を施したバルーン」を使用するのが好ましい。「延伸を施したバルーン」とは、成形加工したバルーンを、さらに一定圧で加圧して膨張させたもの（延伸工程により分子配向させたもの）を意味する。
「延伸を施したバルーン」を使用することにより、力学的強度、バリヤー性に優れ、折りたたまれて収納されたバルーン２内に骨セメントを注入する際、バルーン２のブロッキングを防ぐ効果も生じる。よって、バルーン２の膨張が容易に、且つ正確になる。
さらに、生体材料（骨セメント）の注入が容易になり、またバルーン２が折りたたみやすくなり、挿入パイプ７にも収納しやすくなる。
膜厚は、０．０５〜０．３ｍｍに形成し、伸率は２００〜５００％伸びるように調整したものが好適である。
形状は、球状、略球状（楕円、ラグビーボール等）があるが、特に洋梨状が骨欠損部の空洞の隅々まで生体材料（骨セメント）を充填できるため好適である。
「洋梨状」とは、細長い略楕円状のものを意味し、略楕円の短径ＳＬと長径ＬＬの比が１００：１２０〜１５０のものを意味する。
製法の一例として、[１]高分子材料（ポリマー）を、溶媒（例えば、テトラヒドロフラン、クロロホルム）に溶解して、ポリマー溶液を調整する。当該ポリマー溶液の液槽に、デイッピング用の棒を浸漬し、棒にポリマー溶液が十分付着したところで、棒を取り出し、乾燥する。浸漬、付着、乾燥を繰り返すことにより、膜厚を調整する。
または、[２]ポリマー溶液をシリコーン製バルーン注型器に注入し、注型器内部をポリマー溶液で満たした後、ポリマー溶液を除去し、乾燥温度３０〜５０℃で約１０〜３０分間乾燥機に入れ乾燥する。この操作を繰り返すことにより、必要な膜厚を調整することができる。
以上２種の製法のどちらを利用しても良い。

［接続管５］
接続管５は、図２に例示するように、短い管状で、後方内部に接続部６（例えばメス螺子）を形成したものが使用される。前方はバルーン２の後方内部に挿着し、外から生分解性固定糸１２を巻きつけ、もしくは縫合する。または熱溶着、または溶剤接着により固定される。
製法は、生体分解性材料の三元共重合体とりん酸三カルシウムを溶融混練し、管状に成形した接続管を規定寸法の切断する。

［カテーテル１０］
カテーテル１０は、図２に例示するように、細長いチューブ状で、前方外周に（接続管５の接続部６と対応する）接続部１１（例えばオス螺子）を形成したものが使用される。
例えばカテーテル１０の前方外周の所定箇所に接続部１１（オス螺子）のスペーサー（図示せず）を挿入し、その上から接続部１１（オス螺子）を溶着固定する。
カテーテル１０と接続管５は、螺子接合になっているので、生体材料（セメント等）の注入圧に耐えることが可能である。
また螺子構造にしていることによって生体材料（骨セメント等）の注入後の取り外しも容易である。
なおカテーテル１０の構成材料は、潤滑性に優れ、トルク性に優れた材料が好ましく、例えばポリアミド、ナイロン、ウレタン、シリコーン等が挙げられる。トルク性とは「ねじれ方向に対する反発力」のことで、この力が大きい方がバルーン２を取り外す操作が容易であるため、カテーテル１０はワイヤーメッシュ入りのものが好適である。

［逆流防止弁１５］
逆流防止弁１５は、生体分解性材料より形成され、接続管５の前方に配置される。
逆流防止弁１５の例として、例えば図３（１）、（２）に例示するように、円板に略十字または一条のスリットの切り込みをいれたもの、いわゆる「切込付弁」、通常使用されているところのいわゆる「シート状」、「あひるのくちばし状」の弁等が使用される。
接続管５の前方部に、逆流防止弁１５を配置することにより、骨セメント注入後、カテーテル１０を取り外しても、骨セメントの漏れがないよう逆流を防止することができる。

［使用方法］
生体材料注入装置１の使用方法の一例について説明する。
[１][組み立て]
（１）バルーン２の後方の内側に、前方に逆流防止弁１５を配置した接続管５を規定の位置まで挿入し、前記のように生分解性固定糸１２（または熱溶着、溶剤接着）等の手段により固定する。
（２）（１）の接続管５の後方からバルーン２にカテーテル１０を挿入する。
カテーテル１０の先端は、バルーン２の奥まで到達し、バルーン２とカテーテル１０の接続部６、１１同士を螺合する。
[２][操作方法]
（１）うつ伏せの状態の患者の患部に、約３０度の角度から、先端を鋭利に形成したマンドレル８を内部に装着した挿入パイプ７を椎体まで穿刺する。[図４の（１）参照]
（２）挿入パイプ７のみを残してマンドレル８を抜去する。[図４の（２）参照]
（３）挿入パイプ７に前記[１]のように組み立てた生体材料注入装置１をバルーン２を折り畳んだ状態で挿入し、椎体内まで進め、予め準備した生体材料（骨セメント）入り注入シリンジ２０をカテーテルコネクター１３後方部へ接続した後、生体材料（骨セメント）をバルーン２内に注入する。カテーテル１０の先端から骨セメントを注入するため、骨セメントの粘性が高くてもバルーン２全体に骨セメントを満たすことができる。[図４の（３）、図５参照]
接続管５にＸ線不透過材料を混合しているので、Ｘ線で透視しながら、所定の位置に正確に留置することができる。
（４）生体材料（骨セメント）をバルーン２内に注入後、カテーテルシャフトをねじることで、接続管５付のバルーン２部分とカテーテル１０部分を分離する。接続管５付のバルーン２部分のみ椎体内に残し、カテーテル１０と挿入パイプ７を抜去する。[図４の（４）参照]
同時に逆流防止弁１５のスリットも閉塞するので、バルーン２内に注入した生体材料（骨セメント）は、カテーテル１０内に逆流することはない。
患部には、生体材料（骨セメント）を封入したバルーン２、接続管５、逆流防止弁１５が残るが、バルーン２、接続管５、逆流防止弁１５は、生体分解性材料で形成されているので、体内で分解される。

本発明の生体材料注入装置の概略図 （１）から（３）は、図１の分解図、（４）はマンドレル８の概略図、（５）はマンドレル８と生体材料注入装置を内部に装填する挿入パイプ７の概略図 逆流防止弁の一例を示す概略図 （１）から（４）は、操作方法の一例を示す概略図 生体材料（骨セメント）注入時の概略図

符号の説明

１ 生体材料注入装置
２ バルーン
５ 接続管（チューブ）
６ 接続部（メス螺子）
７ 挿入パイプ
８ マンドレル
１０ カテーテル（注入管）
１１ 接続部（オス螺子）
１２ 生分解性固定糸
１３ カテーテルコネクタ
１５ 逆流防止弁
２０ シリンジ

Claims (12)

1. 生体材料を注入するためのバルーン（２）と、当該バルーン（２）の後方に接続される接続管（５）を有し、前記バルーン（２）は、延伸を施してあり、前記接続管（５）は、生体分解性材料とＸ線不透過材料の混合物より形成したことを特徴とする生体材料注入装置（１）。
2. 前記接続管（５）の前方に、逆流防止弁（１５）を配置した請求項１に記載の生体材料注入装置（１）。
3. 前記バルーン（２）が生体分解性材料より形成されている請求項１または２に記載の生体材料注入装置（１）。
4. 前記接続管（５）に螺合により着脱できるように接続されたカテーテル（１０）を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
5. 前記接続管（５）の後方からバルーン（２）内にカテーテル（１０）が挿入され、当該カテーテル（１０）の先端は、バルーン（２）の奥まで到達している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
6. 前記逆流防止弁（１５）を生体分解性材料により形成した請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
7. 前記バルーン（２）の生体分解性材料は、乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトンの三元共重合体であり、モル比；乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン＝２０〜９０％／３〜７５％／５〜４０％である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
8. 前記バルーン（２）の生体分解性材料の分子量が、１００，０００〜１，０００，０００である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
9. 前記バルーン（２）の生体分解性材料の２５℃での１０％ヤング率が、０．０５〜３０ＭＰａである請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
10. 前記バルーン（２）の生体分解性材料の伸び率が、１０〜１０００％である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
11. 前記バルーン（２）の生体分解性材料のガラス転移温度が３０℃以下である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。
12. 前記バルーン（２）の形状が、細長い略楕円状で、短径（ＳＬ）と長径（ＬＬ）の比が１００：１２０〜１５０である請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の生体材料注入装置（１）。

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