DE2819128A1

DE2819128A1 - Verfahren und vorrichtung zum feststellen der durchblutung eines organs

Info

Publication number: DE2819128A1
Application number: DE19782819128
Authority: DE
Inventors: Ralph-Holger Dr Raben
Original assignee: RABEN RALPH HOLGER DR
Current assignee: RABEN RALPH HOLGER DR
Priority date: 1978-04-29
Filing date: 1978-04-29
Publication date: 1979-11-08

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen der Durchblutung eines Gefäßsystems durch Zugabe einer eine physikalische Eigenschaft des Blutes ändernden Flüssigkeit auf der Eingangsseite und Messung des zeitlichen Verlaufs dieser Eigenschaft auf der Ausgangsseite des Systems, sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung deses Verfahrens.
Bekannt ist es, auf der Eingangsseite eines zu überprüfenden Gefäßsystems einen Farbstoff einzugeben, dessen zeitlicher Konzentrationsverlauf auf der Ausgangsseite gemessen wird. Dies setzt die Entnahme von Blutproben in kurzen Zeitabständen mittels eines Katheters voraus. Das Verfahren ist kompliziert, setzt beträchtlichen apparativen Aufwand voraus und ist sehr ungenau. Es gibt auch Fälle, in denen die Zugabe des körperfremden Farbstoffs bedenklich ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird auf der Eingansseite eine Flüssigkeit mit einer von der Körpertemperatur abweichenden Temperatur eingegeben, und es wird auf der Ausgangsseite der Temperaturverlauf gemessen. Dieses Verfahren wird dann ungenau, wenn die Distanz zwischen Eingang und Ausgang zu lang ist, insbesondere bei Durchfluß durch ein Kapillarsystem. Dies gilt insbesondere bei der Diagnostik des Coronarsystems des Herzes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das geringeren apparativen Aufwand bedingt, wesentlich höhere Genauigkeit erlaubt, auf einer medizinischen unbedenklichen Anderung einer physikalischen Eigenschaft des Blutes beruht und eine bedeutende Erweiterung der Anwendbarkeit ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine die elektrische Leitfähigkeit des Blutes ändernde Flüssigkeit zugegeben wird und die elektrische Leitfähigkeit gemessen wird. Zweckmäßigerweise wird als die elektrische Leitfähigkeit des Blutes ändernde Flüssigkeit physiologische Kochsalzlösung verwendet.
Die zugegebene Flüssigkeit ist medizinisch unbedenklich. Die Leitfähigkeit läßt sich mit bekannten Mitteln sehr genau bestimmen Dabei soll die Messung mit Wechselstromfrequenzen zwischen 10-100 KHz durchgeführt werde, um einerseits die Polarisation der Elektroden zu vermeiden und andererseits durch diese hohen Frequenzen die Organfunktion nicht zu beeinflußen. Die erreichbare Genauigkeit liegt um ein bis zwei Größenordnungen oberhalb derjenigen der bekannten Methoden. Damit wird ein bedeutendes neues Diagnosewerkzeug zur Verfügung gestellt, daß insbesondere in der präoperativen Untersuchung des Herzens (aber selbstverständlich auch anderer Organe und Gefäß systeme) gefahrlos und mit hohem Diagnosewert eingesetzt werden kann. Dabei kann die Auswertung der Messung voll elektronisch und somit mit geringem Aufwand erfolgen.
Das gilt insbesondere dann, wenn nicht nur der zeitliche Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit auf der Ausgangsseite sondern auch derjenige hinter der Zugabestelle auf der Eingangsseite gemessen wird. Man erhält nämlich dadurch zwei qualitativ unmittelbar vergleichbare Signale, die direkt computermäßig miteinander verglichen werden können. Außerdem werden Fehler ausgestaltet, die bei der volumetrischen Abschätzung der eingegebenen Flüssigkeitsmenge und bei den Annahmen über den zeitlichen Verlauf der Flüssigkeitszugabe auftreten können.
(Nach überholter Rechtslehre hätte es zweifelhaft sein können, ob das erfindungsgemäße Verfahren als Diagnoseverfahren dem Patentschutz zugänglich ist. Jedoch ist diese Frage positiv durch die Entscheidung des BGH vom 20.1.1977 - GRUR 1977/652-beantwortet worden, die einen auf therapeutische Verwendung gerichteten Anspruch im Hinblick auf außerhalb der ärztlichen Tätigkeit beteiligte gewerbliche Nutzung zuläßt. In dieser Hinsicht ist zu dem erfindungsgemäßen Verfahren folgendes zu bemerken:) An der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind gewerblich ausübbare Tätigkeiten erheblich beteiligt, weil das Verfahren nur mittels gewerblich lieferbarer Apparaturen verfügbar wird.
Es sind Sonden zur Messung elektrischer Blutwerte in Blutgefäßen bekannt, die mit Elektroden am Sondenumfang versehen sind. Diese Elektrodenanordnung mag für solche Messunqen akzeptabel sein, bei denen die Sonde in Blutströmungsrichtung in das Gefäß eingebracht wird, weil der Geschwindigkeitsgradient über den Querschnitt des Gefäßes eine zentrierende Wirkung auf die Sonde ausübt. Bei Einbringung der Sonde entgegen der Strömungsrichtung des Blutes, die bei Messungen auf der venösen Seite nahe dem zu untersuchenden System unumgänglich ist, kann man sich auf diese zentrierende Wirkung jedoch nicht verlassen. Es besteht daher die Gefahr, daß ein Elektrodenpaar die Gefäßwand berührt, wodurch nicht nur die Meßergebnisse verfälscht, sondern auch das Blutgefäß zu gefährlicher Kontraktion veranlaßt werden kann. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher gefördert durch eine Sondenform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens zwei Elektroden in einer Ausnehmung der Sonde angeordnet sind. Dadurch wird nicht nur die Gefahr eines unmittelbaren elektrischen Kontaktes mit der Gefäßwand erheblich vermindert, sondern es wird dadurch auch erreicht, daß bei exentrischer Sondenlage das Meßergebnis stärker von den Verhältnissen im Strömungszentrura als von denen in der wandnahen Grenzschicht beeinflußt wird. Dies ist wichtig, weil die Strömungsgeschwindigkeit und der radiale Stoffaustausch in Wandnähe stark abnimmt, so daß dort vorgenommene Messungen zusätzliche Verzögerungen vortäuschen.
Die Ausnehmung wird zweckmäßigerweise von einer Umfangseinschnürung gebildet. Ferner ist es zweckmäßig, wenn ein zusammengehöriqes Elektrodenpaar jeweils in derselben Ausnehmunq angeordnet ist, weil sonst dazwischen liegende Umfan<iserhöhungen der Sonde das elektrische Feld zur Gefäßwand hin verdrängen.
Zur Ausübung des Verfahrens, bei dem nicht nur auf der Ausgangssondern auch auf der Eingangsseite die elektrische Leitfähigkeit gemessen wird, wird zweckmäßigerweise ein Katheter verwendet, das ein Elektrodenpaar näher der Spitze des Katheters als die Flüssigkeitsaustrittsöffnung(en) aufweist. Der Abstand zwischen der Flüssigkeitseinspritzung und den Elektroden wird selbstverständlich so groß gewählt, daß bis zu den Elektroden hin eine ausreichende Durchmischung stattgefunden haben kann.
Es wurde bereits erwähnt, daß ein in Strömungsrichtung eingeführtes Katheter bzw. eine Sonde durch den Geschwindigkeitsabfall im laminar durchströmten Gefäß zur Gefäßmitte gedrängt wird. Das gilt selbstverständlich nur dann, wenn das Katheter bzw. die Sonde flexibel genug sind, um einer solchen zentrierenden Kraft nachgeben zu können. In manchen Fällen ist diese Flexibilität nicht groß genug, weil das Katheter bzw. die Sonde zum Zwecke des Einführens eine gewisse Steifigkeit besitzen muß. Die meßtechnisch einwandfreie Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt daher das Problem, wie man zumindest das Ende eines Katheters bzw. einer Sonde einerseits möglichst flexibel machen kann, während andererseits eine gewisse Steifheit unumgänglich ist. Die Erfindung löst dieses Unterproblem (und fördert damit die Lösung des Elauptproblems) dadurch, daß das Katheter bzw. die Sonde stark flexibel ausgebildet ist und einen geschlossenen, an eine variable Druckmittelquelle anschließbaren Längshohlraum enthält.
Wird dieser Elohlraum unter überdruck gesetzt, so wirkt dies versteifend. Wird der 1wohlraum entspannt, ist nur noch die materialbedingte Steifheit des Katheters bzw. der Sonde wirksam, die beliebig hering gewählt werden kann. - Dies ist von besonders großer Bedeutung im Zusammenhang mit der Erfindung; jedoch liegt auf der Hand, daß ein Katheter mit veränderbarer Steifheit auch in anderem Zusammenhang interessant sein kann, beispielsweise um während des Einführens die Steifigkeit den gegebenen Umständen anpassen zu können. Dieser Erfindungsgedanke verdient daher einen von dem Hauptgedanken der Erfindung unabhängigen Schutz.
Die Genauigkeit und Einfachheit des erfindungsgemäßen Verfahrens sichert ihm Interesse auch außerhalb des Bereichs der Cardiodiagnostik für mehr routinemäßige Untersuchungen, sofern die Komplikation der Katheter- und Sondeneinführung verringert werden kann. Sehr vorteilhaft ist deshalb eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, bei der Katheter und Sonden (beide oder nur eines) injektionsnadelartig ausgeführt sind, so daß sie leicht von der Körperoberfläche her eingeführt werden können.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 die Schemadarstellung eines zu untersuchenden Systems, Fig. 2 das Prinzip eines Meßdiagramms, Fig. 3 ein Katheter in einem Blutgefäß, Fig. 4 eine Sonde mit Umfangseinschnürung in einem Blutgefäß, Fig. 5 eine Sonde mit nadelöhrartiger Ausnehmung in einem Blutgefäß und Fig. 6 die Spitze einer als Nadel ausgebildeten Sonde.
Zu untersuchen sei das Organ 1, das durch Gefäßeingang 2 und Gefäßausgang 3 in einem Kranzsystem, von dem zwei Gefäße 4 und 5 angedeutet sind, mit Blut versorgt wird. Ändert man im Eingang 2 durch Einspritzen von physiologischer Kochsalzlösung sprunghaft die elektrische Leitfähigkeit, so wird sich eine entsprechende Ilitfähigkeitsänderung im Ausgang 3 nach einer von der Art des Gefäßsystems 4, 5 abhängigen Zeitfunktion bemerkbar machen. Wenn man in einem vereinfachten Modell annimmt, daß nur die Gefäße 4 und 5 vorhanden seien, und daß diese unter sich gleich seien, so erreicht die Leitfähigkeitsänderung durch beide Gefäße gleichzeitig die Meßstelle im Ausgang 3. Während der Meßstrom is an der Einspritzstelle in der Eingangsseite 2 sprunghaft verläuft über der Zeit t im Diagramm Fig. 2, ergibt sich in der Ausgangsseite ein Leitfähigkeitsverlauf etwa gemäß der gestrichelten Kurve 7. Wenn jedoch eines der beiden Gefäße 4, 5 einen Durchflußwiderstand aufweist, so wird der Leitfähigkeitssprung in der Flüssigkeit durch dieses Gefäß die Meßstelle in der Ausgangsseite 3 später erreichen als durch das gesunde Gefäß. Der zeitliche Leitfähigkeitsverlauf in der Ausgangsseite wird daher beispielsweise den Verlauf der Kurve 8 in Fig. 2 erhalten. Bei 9 erscheint - zurückgehend auf den Transport in dem gesunden Gefäß - ein Maximum der Leitfähigkeitsänderung an derselben Stelle wie in der Kurve 7. Jedoch erscheint bei 10 noch ein weiteres Maximum oder jedenfalls eine Abweichung von dem normalen Kurvenverlauf, die auf das spätere Eintreffen der Leitfähigkeitsänderung durch das verengte Gefäß zurückzuführen ist.
Form unter zeitliche Lage der Kurve 6 können durch volumetrische E3estimmung und Messung der Einspritzzeit und -Dauer annähernd bestimmt werden. Besonders einfach und genau wird die Durchführung des Verfahrens jedoch, wenn die Kurve durch eine der Messung der Kurve 8 analoge Messung bestimmt wird. Die Kurven 6 und 8 können dann computermäßig sehr einfach miteinangler v(?rq# i ##I###n werden.
Fig. 3 zeigt in dem Gefäß 11 ein Katheter 12, das zu diesem Zweck hinter den Einspritzöffnungen 13 für die Flüssigkeit und näher an der Katheterspitze 14 eine Umfangseinschnürung 15 aufweist, in welcher ein Paar von Elektroden 16 angeordnet ist.
Der Abstand zwischen den Öffnungen 13 und den Elektroden 16 ist so groß bemessen, daß eine hinreichende Durchmischung des Blutes mit der eingespritzten Flüssigkeit bis zu den Elektroden 16 stattgefunden hat. Das Katheter 12 weist einen Längskanal 17 auf, der an eine nicht gezeigte, variable Druckquelle anschließbar ist und damit innerhalb eines gewissen Bereichs eine beliebige Veränderung der Katheterflexibilität gestattet.
Fig. 4 zeigt die ausgangsseitig vorzusehende Sonde 18, die ebenfalls in einer Umfangseinschnürung 15 ein Elektrodenpaar 16 aufweist. Gestrichelt ist der Verlauf des elektrischen Felds angedeutet. Man erkennt daraus, daß trotz der Anlage der Spitze 14 der Sonde an der Gefäßwand 11 die Messung in einem zentralen Bereich des Gefäßes erfolgt. Auch diese Sonde könnte mit einem Kanal 17 zur Flexibilitätsveränderung versehen sein.
Fig. 5 zeigt eine Sondenform, bei der die Ausnehmung zur Unterbringung der Sonden 19 in der Form eines Nadelöhrs 20 vorgesehen ist.
Fig. 6 zeigt eine Sonde in der Form einer Injektionsnadel 21.
Diese ist beispielsweise mit einem metallenen Rohr 22 ausgeführt, das als eine Elektrode dient, während die andere Elektrode zentrisch als Draht 24 vorgesehen ist, der von dem Rohr 22 durch eine isolierende Schicht 23 getrennt ist. Statt der dargestellten Form kann auch vorgesehen sein, daß die Elektroden durch zwei in der Sonde angeordnete und in der vorderen Stirnfläche freiliegende Drähte gebildet wird. Daneben kann ein Einspritzkanal für die Probenflfissiqkeit vorh~ln(len sein. Ferner kann ein Kanal vorhanden sein, der durch kurzzeitiqes Absaugen die Feststellung gestattet, ob man das qf wünschte Blutgefäß richtig getroffen hat.
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Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen der Durchblutung eines Organs Patentansprüche 1. Verfahren zum Feststellen der Durchblutung eines Gefäßsystems durch Zugabe einer eine physikalische Eigenschaft des Bluts ändernden Flüssigkeit auf der Eingangsseite und Messung des zeitlichen Verlaufs dieser Eigenschaft auf der Ausgangsseite des Systems, dadurch gekennzeichnet, daß eine die elektrische Leitfähigkeit des Bluts ändernde Flüssigkeit zugegeben wird und die elektrische Leitfähigkeit gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß physiologische Kochsalzlösung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichent, daß der zeitliche Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit auch auf der Eingangsseite hinter der Zugabestelle gemessen und mit dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit auf der Ausgangsseite verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch qekennzeichnet, daß die Messung mit Wechselstrom einer Frequenz oberhalb 10 Khz durchgeführt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Sonde für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Bluts innerhalb eines Gefäßes, die mindestens zwei in Abstand von der Sondenspitze austretende Elektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 19) in einer Ausnehmung (15, 20) der Sonde (12, 19) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) von einer Umfangseinschnürung gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 19) in derselben Ausnehmung liegen.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit einem Katheter zur Einführung der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodenpaar (16) näher der Spitze (14) des Katheters (12) als die Flüssigkeitsaustrittsöffnung(en) (13) angeordnet ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Katheter oder einer Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß das Katheter (12) bzw. die Sonde stark flexibel ausgebildet ist und einen angeschlossenen, an eine variable Druckmittelquelle anschließbaren Längshohlraum (17) enthält.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Katheter oder einer Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß das Katheter bzw. die Sonde (21) als Nadel ausgebildet ist.