DE19644856C2 - Katheter mit einem Sensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katheter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Ein solcher Katheter ist aus US 3,911,902 bekannt. Der Druck wird durch eine elastische Spitze über ein Druckmedium auf ei­ nen Sensor übertragen und zur Anzeige gebracht. Eine Druck­ meßeinrichtung mit einem Halbleiterchip beschreibt die US 5,209,120.

Katheter sind medizinische Vorrichtungen, die in den menschli­ chen Körper eingesetzt werden. Ein Katheter weist eine flexi­ ble Katheterröhre auf, deren Durchmesser einige Millimeter be­ trägt. Die Röhre wird in körperinnere Durchgänge, wie z. B. Blutgefäße, eingeführt. Das distale Ende der Röhre wird an ei­ nen erwünschten Punkt geführt, wo es eine Messung (z. B. eine Blutdruckmessung) oder eine medizinische Behandlung durchführt (z. B. eine Vasodilatation). Der Arzt manipuliert die Röhre von außerhalb des Körpers des Patienten, um das distale Ende der Röhre an den erwünschten Punkt zu führen.

Die körperinneren Durchgänge sind gekrümmt und verzweigt, und ihre Durchmesser variieren von Ort zu Ort. Zusätzlich können Hindernisse, wie z. B. ein Thrombus, die Durchgänge verengen.

Jedoch haben Katheter nach dem Stand der Technik keine Ein­ richtung zum Bestätigen des Zustandes des körperinneren Durch­ gangs an ihren Vorderenden. Deshalb ist es erforderlich, dass der Arzt den Katheter an die erwünschte Position basierend auf seinem oder ihrem Gefühl und Erfahrung manövriert.

Zum Erleichtern des Manövrierens des Katheters gibt es ein Be­ dürfnis für einen Sensor, der an dem distalen Ende einer Katheterröhre angebracht ist, welcher ermöglicht, dass der Zu­ stand des Durchgangs vor dem Katheter erfaßt wird, wenn der Katheter darin fortschreitet.

Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katheter zu schaffen, der mit technisch einfachen Mitteln stets eine sichere und genaue Druckmessung ermöglicht und gleichzeitig einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Katheter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Katheter enthält einen Sensor, der an einem Ende der Ka­ theterröhre gelegen ist, um einen Druck in dem körperinneren Durchgang zu erfassen und den erfaßten Druck in die Katheter­ röhre zu übertragen, ein in der Katheterröhre untergebrachtes Druckmedium zum Steuern des Drucks in der Katheterröhre basie­ rend auf dem von dem Sensor übertragenen Druck sowie eine Vor­ richtung in der Katheterröhre zum Ausgeben eines elektrischen Signals zum Anzeigen von Änderungen des durch das Druckmedium gesteuerten Drucks.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ange­ hängten Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung, ihre Aufgabe und Vorteile können am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt zum Illustrieren des distalen Endes eines Katheters ge­ mäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Oberansicht im Querschnitt zum Illustrieren des distalen Endes des Katheters von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt zum Illustrieren des distalen Endes eines Katheters ge­ mäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt zum Illustrieren des distalen Endes eines Katheters ge­ mäß einer dritten Ausführungsform; und

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt zum Illustrieren des distalen Endes eines Katheters ge­ mäß einer vierten Ausführungsform.

Ein Blutgefäßkatheter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Ein Blutgefäßkatheter 1 weist eine Katheterröhre 2 sowie ei­ nen Manipulator (nicht gezeigt), der am proximalen Ende der Röhre 2 angebracht ist, zum Manipulieren der Röhre 2 von au­ ßerhalb des Körpers auf. Der Manipulator enthält eine Viel­ zahl von in der Röhre 2 vorgesehenen Drähten sowie eine Vor­ richtung zum Bewegen der Drähte.

Der Katheter 1 weist einen Sensor 3 auf, der nachstehend be­ schrieben wird und an dem distalen Ende der Röhre 2 vorgese­ hen ist. Eine Trennplatte 4 ist in der Röhre 2 vorgesehen. Die Trennplatte 4 definiert eine Sensorkammer 5 am distalen Ende der Röhre 2. Ein rechteckiges Substrat 7 ist in der Kam­ mer 5 untergebracht. Ein rechteckiger Chip 6 ist auf dem Substrat 7 angebracht. Der Chip 6 und das Substrat 7 sind mit ihren längeren Seiten parallel zur Längsachse der Röhre 2 (oder parallel zur Linie C1) und mit ihren kürzeren Seiten senkrecht zur Achse der Röhre 2 (oder senkrecht zur Linie C1) angeordnet. Die kürzeren Seiten des Substrats 7 sind etwas kürzer als der Innendurchmesser der Röhre 2, während ihre längeren Seiten etwas länger als der Innendurchmesser der Röhre 2 ist.

Die Benutzung des extrem kleinen Chips 6 minimiert die Größe des Sensors 3. Die Ebene der Druckerfassungsoberfläche 6a des Chips 6 ist parallel zur Längsachse der Röhre 2 angeordnet. Dies ermöglicht, daß der Durchmesser des Sensors 3 kleiner ist, als wenn die Oberfläche 6a senkrecht zur Achse der Röhre 2 angeordnet ist. Demzufolge ist der Durchmesser der Kathe­ terröhre 2 minimiert.

Ein dünner Abschnitt ist auf der Oberfläche des Chips 6 vor­ gesehen. Der dünne Abschnitt weist eine Druckerfassungsober­ fläche 6a auf seiner Oberseite auf. Spannungsmeßeinrichtungen 8 sind auf der Druckerfassungsoberfläche 6a vorgesehen. Eine Vielzahl von Anschlußflecken 9, 10 ist auf dem Chip 6 und auf dem Substrat 7 vorgesehen. Jeder Anschlußfleck 9 ist mit ei­ nem der Anschlußflecken 10 durch einen Bondierungsdraht 11 verbunden. Einer der Zuführungsdrähte 12a in einem Signalka­ bel 12 ist mit einem der Anschlußflecken 10 auf dem Substrat 7 verbunden. Das Kabel 12 erstreckt sich durch die Röhre 2 vom proximalen Ende zum distalen Ende der Röhre 2. Das distale Ende des Kabels 12 erstreckt sich durch das Loch 13 der Platte 4.

Die Kammer 5 ist mit Silikongel 14 gefüllt. Die Öffnung 2a der Röhre 2 ist mit einer Dichtung 15 abgedichtet. Die frei­ liegende Seite der Dichtung 15 dient als eine Druckaufnahme­ oberfläche 15a. Die Dichtung 15 ist aus einem biokompatiblen Harz hergestellt, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Chloroethylen.

Der Betrieb obigen Katheters 1 wird jetzt beschrieben.

Änderungen der Zustände innerhalb eines Blutgefäßes können den Einführungswiderstand der Katheterröhre 2 erhöhen. Dies ändert den auf die obere Druckempfangsoberfläche 15a der Röhre 2 wirkenden Druck. Beispielsweise steigt der Einfüh­ rungswiderstand der Katheterröhre 2, wenn der Katheter 1 ge­ gen ein Hindernis (einen Thrombus oder einen Tumor) oder ei­ nen verengten Teil in einem Blutgefäß gedrückt wird. Dement­ sprechend steigt der an die Oberfläche 15a der Dichtung 15 angelegte Druck. Dies erhöht den Druck des Gels 14 in der Kammer 5, um dadurch den auf die Druckerfassungsoberfläche 6a wirkenden Druck zu erhöhen.

Insbesondere werden Änderungen des äußeren an den Sensor 3 angelegten Drucks auf die Druckerfassungsoberfläche 6a durch das Gel 14 übertragen. Das verspannt die Druckerfassungsober­ fläche 6a und ändert den Widerstandswert der Spannungsmeßein­ richtung 8. Der Chip 6 wandelt die Druckänderungen in elek­ trische Signale um und überträgt die Signale über die Bondie­ rungsdrähte 11 und das Kabel 12 an die elektrische Schaltung am proximalen Ende der Röhre 2. Die Schaltung verarbeitet und visualisiert die Signale. Die visualisierten Daten erlauben dem Arzt eine Beurteilung der Zustände in dem Gefäß, z. B. der Existenz von Hindernissen oder verengten Passagen in dem Ge­ fäß.

Der Arzt stellt die Fortbewegungsrichtung der Röhre 2 durch Manipulieren der Drähte ein, bis die visualisierten Daten eine Abnahme des Einführungswiderstands der Röhre 2 zeigen. Dies ermöglicht dem Arzt, die Katheterröhre unter Vermeidung von Hindernissen oder engen Passagen bis zu dem vorbestimmten Punkt weiter einzuführen.

Der Sensor 3 kann ebenfalls zu anderen Zwecken, beispiels­ weise zur Blutdruckmessung benutzt werden.

Die Trennplatte 4, welche das Innere der Röhre 2 unterteilt, verhindert, daß der Druck, der auf das Gel 14 wirkt, in der proximalen Richtung entweicht. Dies minimiert den Unterschied im erhöhten Druck, der auf die Druckaufnahmeoberfläche 15a wirkt, und dem erhöhten Druck, der auf das Gel 14 wirkt. Dem­ entsprechend wird der auf die Oberfläche 15a wirkende Druck genau auf die Druckaufnahmeoberfläche 6a übertragen. Dies verbessert die Empfindlichkeit des Sensors 3. Die Trennplatte 4 ermöglicht ebenfalls, daß das Gel leicht in die Sensorkam­ mer 5 vom distalen Ende der Röhre 2 eingefüllt wird.

Bei dieser Ausführungsform wird das Silikongel 14 als Druck­ übertragungsmedium benutzt. Dementsprechend werden Änderungen des an die Druckaufnahmeoberfläche 15a angelegten Druck genau auf die Druckerfassungsoberfläche 6a übertragen, sogar falls die Oberflächen 15a, 6a in verschiedenen Richtungen angeord­ net sind. Dies verbessert die Empfindlichkeit des Sensors 3 im Vergleich zu einem Sensor, der einen nicht-fluides Mate­ rial als Druckübertragungsmedium benutzt. Die Dichtung 15 und die Trenneinrichtung 4 gewährleisten ebenfalls die Abdichtung des Gels 14 in der Kammer 5.

Bei dieser Ausführungsform ist die Dichtung 15 aus einem bio­ kompatiblen Material hergestellt. Deshalb bildet bei Berüh­ rung mit einem organischen Material, wie z. B. Blut, der Sen­ sor 3 keinen Thrombus in dem Gefäß. Dies bedeutet, daß der Katheter 1 eine hohe Kompatibilität mit Organismen aufweist. Die Benutzung von Silikongel 14, das ebenfalls ein biokompa­ tibles Material ist, verbessert weiterhin die Kompatibilität des Katheters mit Organismen.

Eine zweite Ausführungsform nach der zweiten Erfindung wird jetzt mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.

Ein Sensor 21 eines Katheters 1 kann einen Kolben 22 anstelle der Dichtung 15 verwenden. Der Kolben 22 besteht aus einem Kolben 24 und einem Flansch 23. Der Kolbenkörper 24 ist ver­ schiebbar in die Röhre 2 eingesetzt. Der Raum zwischen der Öffnung 2a der Röhre 2 und dem Flansch 3 ist mit Silikongummi 25 abgedichtet. Die Außenoberfläche des Flansches 23 dient als eine Druckaufnahmeoberfläche 22a. Der Kolben 22 ver­ schiebt sich in Übereinstimmung mit einem an die Oberfläche 22a angelegten Druck. Dementsprechend wird der Druck auf das Silikongel 14 übertragen.

Der Kolben 22 dieser Ausführungsform ist aus einem biokompa­ tiblen Material hergestellt.

Eine dritte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.

Die Druckerfassungsoberfläche 6a des Chips 6 in einem Sensor 26 ist parallel zur Druckaufnahmeoberfläche 15a angeordnet, d. h. senkrecht zur Längsachse zur Röhre 2 (oder senkrecht zur Linie C1). Obwohl der Sensor 26 einen größeren Durchmesser als der Sensor 3 hat, überträgt er genau den auf die Oberflä­ che 15a wirkenden Druck an die Druckaufnahmeoberfläche 6a.

Eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben.

Ein Relativdrucksensor 31 kann in dem Katheter 1 benutzt wer­ den. Der Sensor 31 weist ein Druckablaßloch 32, das in dem Substrat 7 gebildet ist, auf. Das Loch 32 verbindet den Raum zwischen dem Chip 6 und dem Substrat 7 mit dem Inneren der Röhre 2.

Somit sollen die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als illustrativ und nicht als beschränkend aufgefaßt werden, und die Erfindung soll nicht auf die hier beschriebenen De­ tails beschränkt werden, sondern kann innerhalb des Schutzum­ fangs der angehängten Patentansprüche modifiziert werden. Die Modifikationen umfassen folgende:

• A) Das Substrat 7 kann als Trennplatte 4 verwendet werden. Weiterhin kann das Substrat 7 dadurch weggelassen werden, daß der Chip 6 direkt auf der Innenwand der Katheterröhre 2 ange­ bracht wird.
• B) Anstelle der Sensoren 3, 21, 26, die einheitlich mit der Röhre 2 ausgebildet sind, kann ein getrennt von der Röhre 2 gebildeter Sensor benutzt werden.
• C) Anstelle des Silikongels 14 können andere Gelmaterialien als Druckübertragungsmedium benutzt werden. Weiterhin kann ein fluides Material, wie z. B. Silikonöl, als Druckübertra­ gungsmedium benutzt werden. Jedoch ist unter Berücksichtigung des sogenannten "Schaukel"-Phänomens des Mediums die Verwen­ dung des Gelmaterials, wie z. B. des Silikongels 14, eher vor­ zuziehen.

Claims (8)

1. Katheter (1) mit einer an einem distalen Ende einer Röhre (2) angeordneten Sensorkammer (5), die zum distalen Ende der Röhre (2) hin durch ein Dichtungselement (15, 22) und innerhalb der Röhre (2) durch eine Trennplatte (4) begrenzt ist, und die einen Druckwandler (6) aufweist, welcher von einem in der Sensorkammer befindlichen Druckmedium beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwandler ein auf einem Substrat (7) angebrachter Halbleiterchip (6) ist, mit einer Druckerfassungsoberfläche (6a), auf die Änderungen des an die Druckaufnahmeoberfläche (15a, 22a) des Dichtungselementes (15, 22) angelegten Drucks durch das aus Gel oder Flüssigkeit bestehende Druckmedium (14) genau übertragbar ist.

2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halb­ leiterchip (6) eine Spannungsmeßeinrichtung (8) trägt.

3. Katheter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sub­ strat (7) und der Halbleiterchip (6) jeweils rechteckige Formen mit einer Längsachse, die in der gleichen Richtung wie die Achse der Röhre (2) verläuft, aufweisen.

4. Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dich­ tungselement (15, 22) ein Stopfenelement (15) ist, das aus einem elastischen Harzmaterial hergestellt ist und zum Ab­ dichten des Endes der Röhre (2) dient, aufweist.

5. Katheter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stop­ fenelement (15) aus biokompatiblem Polytetrafluorethylen oder biokompatiblem Vinylchlorid hergestellt ist.

6. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dich­ tungselement ein Kolbenelement (22), das verschiebbar in ei­ nem Ende der Röhre (2) angebracht ist, aufweist, wobei das Kolbenelement 822) derart angeordnet ist, dass es bezüglich des Endes der Röhre (2) basierend auf dem Druck in dem kör­ perinneren Durchgang vorschiebbar und zurückziehbar ist.

7. Katheter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kol­ benelement (22) aus einem biokompatiblen Harz hergestellt ist.

8. Katheter nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in der Röhre (2) gelegene Sensorkammer (5), welche das Dichtungselement (15, 22), das Druckmedium und den Halbleiterchip (6) ent­ hält.