DE3615341A1

DE3615341A1 - Katheter fuer dopplermessungen

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Publication number: DE3615341A1
Application number: DE19863615341
Authority: DE
Inventors: Jerome San Mateo Calif. Segal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1986-11-27
Also published as: US4733669A; FR2582213B1; FR2582213A1; JPS6211466A; CA1259541A

Description

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Die Erfindung betrifft Dopplerkatheter und insbesondere einen verbesserten Katheter, der zum Messen der augenblicklichen Blutströmung geeignet ist.

Blutströmungsmessungen sind nützlich als Anzeige des kardiovaskulären Steuermechanismus, der den Blutstrom zu allen Organen und Geweben regelt. Die Messung der Blutströmung erlaubt eine Beurteilung der verschiedenen in der modernen medizinischen Praxis allgemein verwendeten Eingriffe zur Änderung der Herzleistung und der Funktion des Herzens.

Ein Katheter ist ein längliches röhrenartiges Element, das einen oder mehrere Hohlkanäle ("Lumina") enthält, und in ein Blutgefäß eingesetzt wird. Frühere Katheter wurden entwickelt:, um den Druck in einer Arterie oder Vene zu messen. Diese Katheter waren mit einem Fluid gefüllt, das eine Druckübertragung von einer Öffnung an der Katheterspitze ("entfernt liegendes" Ende) zu einem Druckmeßgerät ("Manometer") an dem außerhalb des Körpers liegenden Ende (dem "naheliegenden" Ende) gestattete. Spätere Katheter enthielten einen oder mehrere Wandler am entfernt liegenden Ende, die ein Signal durch das Katheterlumen zu einem Meßelement an dem naheliegenden Ende übertragen konnten. Diese Katheter wurden entwickelt, um die volumetrische Blutströmung und die Blutströmungsgeschwindigkeit zu messen.

Ein Ballon-Sperr-Druck-Katheter wird benutzt, um Druckwerte an der linken Seite des Herzens mit einem in die rechte Seite des Herzens eingesetzten Katheter zu messen. Das wird dadurch erreicht, daß der Katheter durch die rechte Herzseite in die Hauptpulmonalarterie und in ein Pulmonalarterien-Zweiggefäß vorgeschoben wird. Ein Ballon in der Nähe der Katheterspitze wird dann aufgebläht, um das Gefäß abzusperren und dadurch Druckwerte von der rechten Seite des Herzens abzusperren. Die Druckwerte, die durch die Spitze des Katheters gemessen werden, sind die des sehr weit entfernten Pulmonalarterienzweiges, der in direkter Verbindung mit den Pulmonalvenen steht, die wiede-

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rum die Druckwerte an der linken Seite des Herzens wiedergeben.

Verfahren zum Messen der mittleren Volumenblutströmung beim Menschen enthalten thermale Dilutions-, Farb-Dilutions- und "Fick'sche" SauerstoffVerbrauchs-Verfahren. In letzter Zeit wurden Geräte entwickelt zur Messung der augenblicklichen Blutströmung in einem Gefäß oder einer Arterie. Diese benutzten Verfahren, die zum Messen der augenblicklichen Strömung durch Messen von Änderungen eines konzentrischen Feldes quer zum Blutgefäß verwendet werden. Um das konzentrische Magnetfeld zu erzeugen, ist entweder eine chirurgisch um das Gefäß gesetzte Manschette oder ein genau in der Mitte des Blutgefäßes zentrierter Katheter erforderlich.

Ein Verfahren zum Zentrieren eines elektromagnetsxchen Katheters besteht darin, eine schirmartige Feder zu verwenden mit einer Anzahl von V-förmigen Federelementen, bei denen ein Ende des V mit dem Katheter und das andere mit einem an dem Katheter bewegbaren Kragen verbunden ist. Durch Auswärtsbewegen des Kragens werden die Federn dazu gebracht, zu dehnen und von dem Katheter weg nach außen zu fahren, bis die Wände des Blutgefäßes berührt werden. Durch Verwendung einer Anzahl dieser Federn um den Katheter wird die Katheterspitze in der Mitte des Blutgefäßes zentriert. Eine solche Zentriereinrichtung ist in einem Aufsatz mit dem Titel "Registration of Phasic Changes of Bloodflow by Means of a Catheter-type Flow Meter" von H. Piper in The Review of Scientific Instruments, Band 29, Nr. 11 (November 1958) Seite 965 beschrieben.

Verfahren zum Messen der volumetrischen Blutströmung erfordern die Bestimmung des Durchmessers des Blutgefäßes, um das Gesamtvolumen der Blutströmung durch das Gefäß selbst zu bestimmen. Ein Verfahren zur Bestimmung des Durchmessers ist ähnlich dem bereits beschriebenen Zentrierungsgerät. Eine Anzahl von gelenkigen Armen in der Nähe des Endes der Katheterspitze wer-

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den nach außen gefahren, wenn eine Manschette, an der sie angebracht sind, in Längsrichtung des Katheters gleitet. Wenn diese Arme die Wände des Blutgefäßes berühren, wird ein dem Durchmesser des Blutgefäßes proportionales Signal erzeugt und erfaßt. Ein derartiger Mechanismus ist in einem Aufsatz mit dem Titel "Catheter-Tip Gauge for Measuring Blood Flow Velocity and Vessel Diameter in Dogs" von Piper u. Paul, Jornal of Applied Physiology, Band 24, Nr. 2 (Februar 1968) Seite 259 beschrieben.

Positionierungsprobleme können entstehen, wenn es erforderlich ist, einen Strömungswandler an den Eingang zu einem von einem größeren Blutgefäß abzweigenden kleineren Blutgefäß zu setzen. Ein dafür geeignetes Verfahren besteht darin, daß ein Draht an dem Ende des Katheters ähnlich wie eine Bogensehne bei einem Schußbogen angebracht wird. Der Übertrager wird dann in die Mitte des Abschnittes des Katheters gesetzt, der direkt dem zu spannenden Draht gegenüberliegt. Der Katheter wird dann in das Hauptblutgefäß eingesetzt, bis der Wandler dem Eingang des kleineren Blutgefäßes benachbart sitzt. Dann kann der Draht gezogen werden, wodurch der Katheter verbogen wird und der Wandler an den Eingang zu dem kleineren Blutgefäß gedrückt wird. Dies ist in "An Electromagnetic Catheter-Flow Meter" von Kolin u. Archer in Circulation Research, (Dezember 1967) Seite 889 zu ersehen.

Ein Doppler-Ultraschallverfahren zum Messen der Blutströmungsgeschwindigkeit benutzt einen Sender zum Aussenden von Ultraschall quer zu einem Blutgefäß, und einen Empfänger zum Erfassen der Frequenz- und Phasenänderung der reflektierten Ultraschallsignale. Die gemessene Frequenzänderung rührt von der Bewegung der Blutzellen her, die die Signale reflektieren ("Doppler-Effekt").

In einer Bauart eines Doppler-Strömungsmessers ("Dauerstrich") werden zwei Wandler benutzt. Ein Wandler sendet kontinuierlich

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Ultraschallsignale aus und der andere empfängt kontinuierlich die reflektierten Ultraschallsignale. Ein Gewichtungsverfahren kann dann auf die Ablesungen bei dieser Art von Doppler-Strömungsmesser angewendet werden, um die Durchschnittsgeschwindigkeit zu bestimmen.

Ein Impuls-Dopplerverfahren benutzt einen einzigen Kristallwandler, wobei das empfangene Signal in gewissen festgelegten Zeit-Abständen aufgenommen wird. Diese Zeit-Abstände entsprechen unterschiedlichen festgelegten Stellen quer zum Blutgefäß. Die Zeitabstände werden durch die Zeitlänge bestimmt, die eine Ultraschallwelle zum Hin- und Zurücklaufen zu einer bestimmten festgelegten Stelle braucht. Damit kann die Geschwindigkeit an einer Reihe von Stellen über den Durchmesser eines Blutgefäßes ("Erfassungs-Volumina") genau und sofort bestimmt werden.

Die Positionierung eines Impulswellen-Dopplerwandlers in einem Blutgefäß ist deswegen kritisch, weil die Geschwindigkeitsverteilung quer zu einem Gefäß ("das Geschwindigkeitsprofil") ungleichförmig sein kann, und es ist ein fester Referenzwert nötig, um diese unterschiedlichen Geschwindigkeiten über dem Durchmesser des gesamten Blutgefäßes zu messen. Das Einsetzen des Katheters im Zentrum eines Blutgefäßes, wie bei elektromagnetischen Wandlern, ist nicht besonders günstig, da der Doppler-Wandler die Geschwindigkeit in einer linearen Verteilung mißt, so daß sich nur die Messung der Maximalgeschwindigkeit in dem Zentrum des Blutgefäßes oder ein Anteil des gesamten Geschwindigkeitsprofiles ergibt. Um die wahre volumetrische Strömungsrate zu bestimmen, muß die (aus dem gesamten Geschwindigkeitsprofil erhaltene) Durchschnittsgeschwindigkeit und die (aus dem Gefäßdurchmesser erhaltene) Querschnittsfläche des Gefäßes bekannt sein. Sowohl das Geschwindigkeitsprofil als auch der Durchmesser können unter Benutzung eines Impulswellen-Dopplerwandlers bestimmt werden, wenn der Wandler längs einer Gefäßwand angesetzt und das ausgesendete Ultraschallsignal längs des Blutgefäß-Durchmessers gerichtet ist. Ein Verfahren, dies

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zu erreichen, besteht in der Verwendung eines den Doppler-Wandler enthaltenden Kragens, der chirurgisch um das Blutgefäß implantiert wird. Ein solcher Kragen ist in der Dissertation zur Erlangung des Grades eines Ph.D. von James Knutti an der Stanford University mit dem Titel "Totally Implantable Bidirectional Pulsed Doppler Blood Flow Telemetry: Integrated Ultrasonic Receiver, Diameter Detection, and Volume Flow Estimation" von Juli 1977 beschrieben.

In Hinsicht auf die Begrenzungen bekannter Katheter besteht das Verlangen nach einem verbesserten Katheter mit einer Positionierungseinrichtung, um den Katheter intravenös gegen eine der Wände des Blutgefäßes anzusetzen, in dem die Blutströmungsgeschwindigkeit gemessen werden soll.

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Katheter mit einem Mechanismus zum Ansetzen eines an dem Katheter befindlichen Dopplerverschiebungs-Wandlers an eine Seitenwand eines Blutgefäßes gerichtet. Ein Abschnitt des Katheters in der Nähe des entfernt liegenden Endes ist zur Bewegung zwischen einer ersten Stellung, mit der Achse des Katheters ausgerichtet, und einer zweiten Stellung bewegbar, in der dieser Katheterabschnitt die Form eines sich von der Achse des Katheters so nach außen erstrekkenden Bogens besitzt, daß der gekrümmte Abschnitt den Katheterkörper gegen die entgegengesetzt liegende Wand des Blutgefäßes andrückt. Der einstellbare Abschnitt kann durch Benutzung eines Mechanismus in der Nähe des naheliegenden Endes des Katheters außerhalb des Körpers des Patienten bewegt werden.

In einer Ausführung der Erfindung ist der einstellbare Abschnitt des Katheters ein verformbarer Faden oder Draht, der sich durch den Katheter erstreckt und durch einen Schlitz im Katheter in der Nähe des entfernt liegenden Endes freigesetzt ist. Nachdem der Katheter in das Blutgefäß eingesetzt ist, wird dieser Draht durch eine Einstellschraube an dem naheliegenden Ende nach innen gedrückt, wodurch der Abschnitt innerhalb des Schlitzes sich biegt und aus dem Kathetergehäuse nach außen vorsteht, wobei er

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einen Bogen bildet. Wenn der Draht eine Wand des Blutgefäßes berührt, drückt er so den Körper oder das Gehäuse des Katheters gegen die entgegengesetzte Wand des Blutgefäßes und setzt dadurch den Dopplerverschiebungs-Wandler gegen diese andere Wand des Blutgefäßes so, daß der Ultraschallstrahl von diesem Wandler durch die Mitte des Blutgefäßes längs eines Durchmessers gerichtet ist.

Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist der Abschnitt des Katheters in der Nähe des entfernt liegenden Endes zu einer gekrümmten Form wie einem S oder einer Schleife vorgeformt. Ein durch ein Lumen in dem Katheter eingesetzter Versteifungsfaden oder -draht hält den Katheter während des Einsetzens in ein Blutgefäß gerade. Wenn der Katheter an der richtigen Stelle ist, wird der Versteifungsdraht entspannt oder entfernt, so daß der Katheter seine vorgeformte Gestalt annimmt, und so wird der Katheter gegen eine Seitenwand des Blutgefäßes angedrückt. Der Wandler kann entweder auf das Gehäuse des Katheters bei seiner Spitze aufgesetzt oder an dem Scheitel des bogenförmig vorgebildeten Abschnittes angesetzt sein.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung sind der Wandler und der gekrümmte Abschnitt des Katheters mit Abstand von dessen entfernt liegendem Ende vorgesehen. Der Katheter kann dann durch eine Vene eingesetzt und durch die rechte Seite des Herzens in die Pulmonar arter ie in einer der vorbeschriebenen Weise ähnlichen Art vorgeschoben werden. Ein Ballon zwischen dem entfernt liegenden Ende und dem Dopplerverschiebungs-Wandler kann dann aufgebläht werden, so daß ein Druckfühler an der entfernt liegenden Spitze des Katheters Druckwerte an der linken Seite des Herzens erfassen kann, während der Dopplerverschiebungs-Wandler die Blutströmung an der rechten Seite des Herzens überwacht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Katheters, in ein (geschnitten gezeichnetes) Blutgefäß eingesetzt,

Figuren vergrößerte Teilansichten von oben bzw. von der ^u" Seite der bevorzugten Katheterausführung,

Figur 3 eine Seitenansicht ähnlich Figur 2A einer anderen erfindungsgemäßen Katheterausführung für die Messung von Druckwerten an der linken Herzseite,

Figur 4 eine Seitenansicht ähnlich Figur 2A einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Katheters mit einem vorgeformten S-förmigen Kathetergehäuse, und

Figur 5 eine Seitenansicht noch einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Katheters mit einem vorgeformten schleifenartigen Kathetergehäuse.

Figuren 2A und 2B zeigen Ansichten eines Katheters 10 von der Seite bzw. von oben. Der Katheter 10 besitzt einen Draht 14, der durch einen Schlitz 16 in der Nähe des entfernt liegenden Endes des Katheters 10 freigesetzt ist. Ein Wandler 20 ist am entfernt liegenden Ende des Katheters 10 angebracht und besitzt eine Fläche 21, die so gerichtet ist, daß eine senkrecht auf dieser Fläche stehende Linie einen Winkel % mit der Katheterachse bildet. Der Wandler 20 ist mit einer aus Epoxid oder einem anderen Material bestehenden Deckschicht 26 überzogen. Der Katheter 10 besitzt drei Lumina 28, 30 und 32. Der Draht erstreckt sich durch das Lumen 28 bis zu dem naheliegenden Ende 34 des Katheters 10. Das Lumen 28 ist mit einem Ausgangsrohr 36 ^ gekoppelt, das zwei Anschlüsse 38 und 40 besitzt. Das nahelie-^i" gende Ende des Drahtes 14 erstreckt sich durch ein mit Durchbruch versehenes Paßstück im Anschluß 40. Eine Mutter 42 des Anschlusses 40 kann gedreht werden, wodurch der Draht 14 in den Anschluß hineingebracht und in die in Figur 1 gezeigte

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Stellung geschoben werden kann. Der Anschluß 38 ist mit einem außerhalb des Patienten vorhandenen Gerät gekoppelt, um den Blutdruck, wie er durch den Schlitz 16 erfaßt wird, zu messen. Zwei Leitungsdrähte 44 sind am entfernt liegenden Ende des Katheters 10 an dem Wandler 20 angeschlossen und erstrecken sich im Katheter durch das Lumen 32 zum entfernt liegenden Ende und treten dort aus zum Anschluß an eine Ausrüstung zum Steuern des Dopplerwandlers 20. Ein Anschluß 46 ist mit einem Lumen 30 verbunden, das wiederum zu einer Öffnung 48 unter einem Latex-Ballon führt. Der Ballon 22 kann durch Einpumpen von Luft durch den Anschluß 46 in das Lumen 30 und die Öffnung 48 zum Füllen des Ballons aufgebläht werden.

Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Katheters in eine Arterie eingesetzt. Der Katheter 10 ist in der gezeigten Weise gegen einen Seitenwandabschnitt 12 einer Arterie angedrückt. Der Draht 14 steht aus dem Schlitz 16 im Katheter 10 heraus. Der Draht 14 legt sich drückend an einen zweiten Seitenwandabschnitt 18 der Arterie an. Der Dopplerverschiebungs-Wandler 20 am fernliegenden Ende des Katheters ist so in die Arterie hinein gerichtet. Unmittelbar hinter dem Wandler 20 befindet sich der Ballon 22, der nötigenfalls aufgebläht werden kann. Eine Reihe von Punkten 24 zeigt verschiedene Stellen ("Meßvolumina") innerhalb der Arterie an, an denen die Blutgeschwindigkeit durch den Katheter gemessen wird.

Im Betrieb werden eine Reihe von kurzen Impulszügen von Ultraschallwellen oder -Signalen durch den Wandler 20 längs einer durch die Punkte 24 laufenden Linie in Durchmesserrichtung des Gefäßes ausgesendet. Die Punkte 24 liegen"längs einer einen Winkel θ mit der Achse des Katheters 10 und mit der Arterienwand bildenden Linie. Die reflektierten Wellen oder Signale werden in einer Reihe von Abständen aufgenommen, die den Hin- und Rücklaufzeiten zwischen dem Wandler 20 und der entsprechenden Stelle 24 entsprechen. Die Blutströmungsgeschwindigkeit bei jeder Stelle 24 kann dann durch Erfassen der Doppler-Frequenz-

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Verschiebung des ausgesendeten Signals auf bekannte Weise bestimmt werden. Zusätzlich kann die Richtung der Blutströmung dadurch bestimmt werden, daß zwei Referenz-Ultraschallsignale mit um 90° verschobener Phasenlage benutzt werden. Die Blutströmungsrichtung kann dann aus der Phasenverschiebung des reflektierten Dopplersignales durch Vergleich mit den beiden Referenzsignalen in üblicher Weise bestimmt werden.

Unter der Annahme, daß der Gefäßquerschnitt kreisförmig ist, kann man annehmen, daß die Geschwindigkeit des Blutes an jeder Meßstelle 24 gleich der Geschwindigkeit an allen Stellen mit gleichem Abstand von der Mittelachse des Blutgefäßes ist. Um das Strömungsvolumen pro Zeiteinheit im Blutgefäß zu bestimmen, kann die Querschnittsfläche des Blutgefäßes und die Durchschnittsgeschwindigkeit über diesem Querschnitt zu jedem Zeitpunkt (der "Raumdurchschnitt der Geschwindigkeit") errechnet werden, wobei das Produkt aus der Fläche und der Geschwindigkeit: das Strömungsvolumen pro Zeiteinheit ist.

Das Strömungsvolumen pro Zeiteinheit bestimmt sich so:

Q = VA,

V = der Raumdurchschnitt der Geschwindigkeit, A = die Querschnittsfläche in der senkrecht

zum Geschwindigkeitsvektor stehenden

Ebene, und

Q = das Strömungsvolumen pro Zeiteinheit.

Der Raumdurchschnitt der Geschwindigkeit kann bestimmt werden, wenn die aus der Doppelverschiebungsfrequenz an einer Anzahl von Stellen 24 über das Blutgefäß errechneten Geschwindigkeiten bekannt sind. Jede Geschwindigkeitsstelle wird entsprechend der zugehörigen Flächengröße der konzentrischen Bereiche innerhalb des Gefäßes gewichtet.

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Der Raumdurchschnitt der Geschwindigkeit wird durch die folgende Gleichung gegeben:

ι ^N
V = - Σ {[v(r.) + v(r .)] (21-lÄ ,

2N² I=I¹ ^X

wobei r. = Abstand vom Zentrum des Blutgefäßes zum konzentrischen Bereich beim i'ten Meßvolumen (Stelle 24); N = Gesamtzahl der gemessenen Stellen 24, und v(r.) = an dem Meßvolumen i an jeder der Stellen 24 unter Benutzung der Dopplerverschiebungsfrequenz der aus dem Wandler 20 mit einem Winkel θ zur Hauptgehäuseachse des Katheters 10 ausgesendeten Ultraschallstrahls gemessene Geschwindigkeit.

Die Querschnittsfläche der Arterie kann aus ihrem Durchmesser bestimmt werden. Der Durchmesser kann mit dem Dopplerwandler 20 dadurch bestimmt werden, daß die Stelle gemessen wird, an der die Blutströmungsgeschwxndigkeit in der Arterie auf Null abfällt. Diese Stelle liegt in der Nähe der gegenüberliegenden Wand 18 der Arterie. Diese Bestimmung kann kontinuierlich durchgeführt werden, da der Arteriendurchmesser und damit die Querschnittsfläche sich während der Herzschläge ändern kann.

Diese Querschnittsfläche wird durch die folgende Gleichung gegeben:

_A(tl .

wobei A(t) = die Querschnittsfläche als Funktion der Zeit,

und
d(t) = Durchmesser des Blutgefäßes als Funktion der Zeit.

Zu jedem bestimmten Zeitpunkt gilt die folgende Gleichung: tr

d =

2c.sin9 '

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-ji lt, 3 :■;;■■-

wobei d - der wahre Durchmesser des Blutgefäßes in einer senkrecht zum axialen Geschwindigkeitsvektor stehenden Ebene,

tr = Laufzeit für ein Ultraschallsignal zur Durchquerung des Blutgefäßes vom Wandler 20 zur gegenüberliegenden Wand 18 bis zur Rückkehr zum Wandler 20,

c = Geschwindigkeit der Ultraschallwellen, und θ = Winkel zwischen dem Ultraschallstrahl und der Gefäßwand, oder zwischen einer senkrecht zur Fläche 21 des Wandlers 20 stehenden Ebene und der Hauptgehäuseachse des Katheters 10.

Eine Regelschleife in der (nicht dargestellten) Steuerschaltung außerhalb des Körpers des Patienten kann benutzt werden, um die Lage der Stellen 24 so zu setzen, daß eine Stelle irrner an der entgegengesetzt liegenden Wand 18 liegt.

Der Katheter 10 nach Figur 1 besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von 2 mm und besteht aus einem entsprechend flexiblen Material wie Polyethylen. Der Katheter 10 kann über die interne jugulare Vene oder die Oberschenkelvene eingesetzt werden, und der Latexballon 22 kann dann mit Luft aufgepumpt werden. Der Ballon reicht dann über die gesamte Blutströmung und wird durch diese gezogen, wobei der Katheter 10 mitgezogen wird. Der Katheter kann nun in die rechte Vorkammer durch die Trikuspidalklapce, die rechte Kammer und die Pulmcnal-Klappe vorgeschoben werden, wobei der Dopplerwandler 20 in die Haupt-Pulmonalarterie gesetzt wird. Das Einsetzen des Katheters in die Pulmonalarterie kann entweder fluoroskopisch oder durch überwachen der Druckwellenform, die vom Schlitz 16 durch das Lumen 28 zum Anschluß 3 8 übertragen wird und dort von einem (nicht gezeigten) dynamischen Druckaufnahmegerät erfaßt wird, bestätigt werden.

Ein 6MHz-Dopplerkristall kann beispielsweise als Wandler 20

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benutzt werden. Der Kristall sollte fähig sein, die Geschwindigkeit an acht bis zehn Stellen 24 zu bestimmen, die mit vorbestimmten Abständen vom Wandler 20 liegen. Im Betrieb werden die doppler-frequenzverschobenen Rücklaufsignale 90° phasenverschoben erfaßt und mit dem Originalsignal verglichen, um die Geschwindigkeit und die Strömungsrichtung an einer bestimmten Stelle 24 zu bestimmen. Ein zweidimensionales Realzeit-Geschwindigkeitsprofil, das die acht bis zehn Stellen 24 kombiniert, kann dann unter Benutzung entweder eines Nulldurchgangs-Zählers oder von Spektralanalyse des 90° phasenverschobenen Audio-Ausgangssignals des Wandlers 20 aufgebaut werden. Der Winkel θ zwischen dem Doppler-Ultraschallstrahl und dem Geschwindigkeit svektor des Blutes ist durch die Auslegung des Katheters 10 bekannt, da eine senkrecht auf der Fläche 21 des Wandlers 20 stehende Linie einen bekannten Winkel θ mit der Haupt-Gehäuseachse des Katheters 10 bildet, die parallel zum Geschwindigkeitsvektor liegt.

Figur 3 zeigt eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Katheters. Ein Dopplerwandler 50 befindet sich an einer von dem fernliegenden Ende des Katheters entfernt liegenden Stelle. Ein in einem Schlitz 56 befindlicher Führungsdraht 54 befindet sich unmittelbar hinter dem Dopplerwandler 50. Das naheliegende Ende des Führungsdrahtes 54 steht durch ein mit einem Durchbruch versehenes Paßteil des Anschlusses 78 vor. Eine Mutter 79 des Anschlusses 78 kann gedreht werden, wodurch der Draht 54 in den Anschluß hineingeschoben und zu einer gekrümmten Stellung gebracht wird. Eine öffnung 66 am entfernt liegenden Ende des Katheters ergibt eine Druckmessöffnung. Unmittelbar hinter der öffnung 66 befindet sich ein Ballon 68. Zwei Drähte 58 sind am entfernt liegenden Ende des Katheters an dem Wandlerkristall 50 angebracht und reichen durch ein Lumen des Katheters.

Das naheliegende Ende 70 des Katheters besitzt eine Anzahl von Anschlüssen, darunter zwei Druckanschlüsse 72 und 74. Der Druckanschluß 72 ist mit dem Ausgangsrohr 73 gekoppelt, das wie-

derum mit dem Anschluß 78 und einem von vier Lumina zu dem Schlitz 56 gekoppelt ist, um einen Druckmeßwert zu geben. Der Anschluß 74 ist durch ein anderes Lumen mit der öffnung 6 gekoppelt, um einen Druckmeßwert vom fernliegenden Ende zu geben. Der Ballon 58 kann aufgebläht werden, und sperrt dadurch Druckwerte von der rechten Seite des Herzens ab, wodurch die öffnung 66 zum Druckwert in der Pulmonalvene freiliegt, welcher wiederum Druckwerte an der linken Seite des Herzens wiedergibt; dagegen gibt der Schlitz 56 Druckwertsmessungen von der Pulmonalarterie und der rechten Seite des Her-.zens. Die anderen Anschlüsse sind ein Anschluß 76 zum Aufblähen des Ballons und ein Anschluß 78 mit der Einstellmutter

Im Betrieb kann der Katheter nach Figur 3 in gleicher Weise wie ein üblicher Ballon-Sperr-Druckkatheter in die naheliegende Pulmonalarterie durch einen der Haupt-Pulmonalarterienzweige eingeführt werden und in das fernliegende Pulmonalarteriensegment bis zu der Stelle, an der der Ballon in der Arterie festsetzt. Die fernliegende öffnung 66 ist nun in Verbindung mit den Pulmonalvenen, und kann zum Messen der Druckwerte in der Pulmonalvene benutzt werden. Der naheliegende Dopplerkristall 50 kann inzwischen gegen die Wand der Haupt-Pulmonalarterie angesetzt werden, indem der Draht 54 in seine gekrümmte Stellung vorgeschoben wird und sich gegen einen Seitenwandabschnitt der Arterie in gleicher Weise, wie sie mit Bezug auf Figur 1 beschrieben wurde, anlegt. Seine Stellung kann durch Überwachung der übertragenen Druckwelle des Proximaldruckes vom Schlitz 56, wie er am Anschluß 7 2 austritt, bestätigt werden. Ein Geschwindigkeitsprofil durch das Zentrum der Pulmonalarterie kann dann in einer ähnlichen Weise wie der mit Bezug auf Figur 1 beschriebenen erhalten werden. Der Vorteil dieser Auslegung ist die Möglichkeit, die augenblickliche Herz-Abgabe zusammen mit den Druckwerten an der Pulmonalarterie und Pulmonalvene zu überwachen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung ist in Figur 4 gezeigt. Der hier gezeigte Katheter ist S-förmig vorgeformt , wie in der

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Figur zu sehen. Ein Dopplerkristall-Wandler 80 sitzt an der Innenseite der Kurve annähernd an deren Scheitel. Ein Führungsdraht kann durch eines der vier Lumina so eingesetzt werden, daß zunächst der Katheter zum Einführen in das Venensystem gestreckt wird. Der Führungsdraht muß ausreichende Festigkeit zum Strecken des Katheters und ausreichende Biegsamkeit besitzen, damit der Katheter leicht eingesetzt werden kann. Der Katheter wird, wie oben mit Bezug auf Figur 3 beschrieben, eingeschoben. Sobald er seine beabsichtigte Stellung erreicht hat, wird der Führungsdraht entfernt, so daß der Katheter seine vorgeformte Gestalt einnimmt. In dieser vorgeformten Gestalt legt sich der Abschnitt des Katheters in der Nähe des Wandlers 80 gegen eine Seitenwand der Arterie an. Dieser Katheter besitzt eine entfernt liegende Drucköffnung 82 und eine naheliegende Drucköffnung 84, wie in der Figur gezeigt ist. Ein Ballon 86 wird aufgebläht und trennt dann die zwei Druck öffnungen 82 und 84 voneinander, wie mit Bezug auf Figur 3 bereits beschrieben.

Eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Katheters ist in Figur 5 gezeigt. Bei dieser Ausführung ist der Katheter wie gezeigt in Gestalt einer Schleife vorgeformt. Ein Dopplerkristall 88 sitzt im Scheitel der Schleife. Beim Einsetzen in eine Arterie ist der Wandler 88 an einem Abschnitt des Katheters, der gegen.eine Seitenwand der Arterie angelegt ist. Da die Enden der Schleife nebeneinanderliegen, liegt auch der dem Wandler 88 gegenüberliegende Teil ihm nicht genau gegenüber und behindert dadurch nicht die Geschwichtigkeitsmessungen. Auch in dieser Ausführung sind eine entfernt liegende Drucköffnung 90 und eine naheliegende Drucköffnung 92 sowie ein Ballon 94 vorhanden. Der Katheter nach Figur 5 wird ähnlich wie der in Figur 4 eingesetzt unter Benutzung eines internen Führungsdrahtes zum Strecken des Katheters beim Einsetzen, wobei der Führungsdraht entfernt wird, wenn der Katheter an dem Einsatzort festgelegt werden soll.

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Der erfindungsgemäße Katheter erlaubt ein gleichzeitiges Messen der augenblicklichen Volumenströmung, des Blutgefäßdurchmessers, des augenblicklichen Geschwindigkeitsprofiles und der Druckwerte der Pulmonalarterie und/oder der Pulmonalvene. Diese Kombination von hämodynamisehen Parametern erlaubt dem untersuchenden Arzt eine genauere Aufnahme des kardiovaskulären Zustandes des Patienten zu irgendeinem Zeitpunkt, und der Änderungen dieses Zustandes bei verschiedenen physiologischen und pharmakologischen Eingriffen. Eine Aufzeichnung des Geschwindigkeitsprofils der Haupt-Blutgefäße kann dem Arzt auch ein besseres Verständnis der grundlegenden Krankheitsvorgänge dieser Gefäße und des Herzens allgemein verschaffen.

Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet erkenntlich ist, kann die vorliegende Erfindung auch in anderen Ausführungsformen ohne Abweichung von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden. Beispielsweise können andere als die in Figuren 4 und gezeigte Vorform-Gestalten benutzt werden, oder es kann ein Katheter mit drei Lumina statt des Katheters mit vier Lumina durch Weglassen einer der angesprochenen Funktionen Verwendung finden, oder es können mehr Lumina hinzugefügt werden. Auch andere Mittel zum Errechnen der volumetrischen Strömung unter Benutzung der durch Doppler - Frequenzverschiebungs-Messung erhaltenen Information und des Gefäßdurchmessers, der ebenfalls durch Dopplermessung erhalten wird, kann benutzt werden.

- Leerseite -

Claims

- Patentansprüche -

1. Katheter mit einem länglichen Kathetergehäuse, das sich im eingeführten Zustand durch ein Blutgefäß bis zu einem außerhalb des Patienten befindlichen naheliegenden Ende erstreckt, dadurch gekennzeichnet , daß in der Nähe des einen Endes des Kathetergehäuses ein Dopplerverschiebungs-Wandler (20, 50, 80, 88) vorgesehen ist, daß ein länglicher Abschnitt des Kathetergehäuses in der Nähe von dessen fernliegendem Ende zwischen einer ersten Stellung im wesentlichen parallel zur Achse des Kathetergehäuses und einer zweiten Stellung in einem gekrümmten Weg, der sich von der ersten Stellung abhebt, einstellbar ist, und daß Mittel (40, 79} in der Nähe des naheliegenden Endes des Kathetergehäuses zum Einstellen des länglichen Abschnittes

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zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung vorgesehen sind, wodurch in der zweiten Stellung der längliche Abschnitt sich an eine Seitenwand (18) des Blutgefäßes anlegt und dadurch das Kathetergehäuse gegen die gegenüberliegende Seitenwand (12) des Blutgefäßes so andrückt, daß der Dopplerverschiebungs-Wandler (20, 50, 80, 88) an eine Seitenwand des Blutgefäßes angesetzt werden kann.

2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathetergehäuse einen Axialschlitz (16) enthält und daß der längliche Abschnitt ein in dem Axialschlitz eingesetzter verformbarer dünner Körper (14) ist.

3. Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler (20) an dem entfernt liegenden Ende des Katheters angebracht ist.

4. Katheter nach Anspruch 1, weiter dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein aufblasbarer Ballon (22, 68, 86, 94) in der Nähe des entfernt liegenden Endes vorhanden ist.

5. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (80, 88) an dem länglichen Abschnitt so angesetzt ist, daß der Wandler nahe einem Scheitel des gekrümmten Weges sitzt, wenn der längliche Abschnitt sich in der zweiten Stellung befindet.

6. Katheter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in die zweite Stellung vorgeformt ist und weiter einen verformbaren dünnen Körper in seinem Inneren enthält, der den Katheter in der ersten Stellung hält, wenn er in das Blutgefäß eingeführt wird, wobei der Katheter nach Entfernen des verformbaren dünnen Körpers die zweite Stellung einnimmt.

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7. Katheter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Abschnitt S-förmig ist.

8. Katheter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Abschnitt eine 360° umfassende Spiral-Schleife enthält.

9. Katheter mit einem länglichen Kathetergehäuse, das sich durch ein Blutgefäß bis zu einem naheliegenden Ende außerhalb des Körpers eines Patienten erstreckt, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse in der Nähe seines entfernt liegenden Endes einen Dopplerverschiebungs-Wandler (20, 50) aufweist, daß ein verformbarer dünner Körper innerhalb eines Axialschlitzes (16, 54) in dem Katheter in der Nähe seines entfernt liegenden Endes eingesetzt ist, daß der verformbare dünne Körper zwischen einer ersten Stellung in dem Schlitz und einer zweiten Stellung längs eines sich von der ersten Stellung nach außen erstreckenden gekrümmten Weges einstellbar ist und daß Mittel (42, 79) bei dem naheliegenden Ende des Kathetergehäuses vorgesehen sind zur Einstellung des verformbaren dünnen Körpers zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung, wodurch in der zweiten Stellung der nachgiebige dünne Körper sich an eine Seitenwand (18) des Blutgefäßes anlegt und dadurch das Kathetergehäuse gegen eine gegenüberliegende Seitenwand (12) des Blutgefäßes so andrückt, daß der Doppelverschiebungs-Wandler (20, 50) in der Nähe einer Seitenwand des Blutgefäßes angeordnet werden kann.

10. Katheter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige dünne Körper ein Draht (14, 54) ist.

11. Dopplerverschiebungskatheter mit einem länglichen Kathetergehäuse, das sich durch ein Blutgefäß bis zu einem naheliegenden Ende außerhalb eines Körpers eines Patienten er-

OR[QiNAL INSPECTED

streckt dadurch gekennzeichnet , daß ein Dopplerverschiebungs-Wandler (50) an einem entfernt liegenden Endes des Kathetergehäuses angebracht ist, daß ein verformbarer dünner Körper innerhalb eines Axialschlitzes (56) in dem Kathetergehäuse angeordnet ist, wobei der Schlitz so angeordnet ist, daß der Wandler (50) zwischen dem Schlitz und dem entfernt liegenden Ende liegt, und der verformbare dünne Körper zwischen einer ersten Stellung innerhalb des Schlitzes und einer zweiten Stellung längs eines von der ersten Stellung nach außen abstehenden gekrümmten Weges einstellbar ist, und daß Mittel (79) in der Nähe des naheliegenden Endes des Gehäuses zum Einstellen des verformbaren dünnen Körpers zwischen der ersten und der zweiten Stellung vorgesehen sind, daß ein aufblähbarer Ballon (68) an dem Katheter zwischen dem Wandler (50) und dem entfernt liegenden Ende angekoppelt ist, und daß in der Nähe des entfernt liegenden Endes eine Drucköffnung (66) vorgesehen ist, wodurch in der zweiten Stellung der nachgiebige dünne Körper sich an eine Seitenwand des Blutgefäßes anlegt und dadurch das Kathetergehäuse gegen eine gegenüberliegende Seitenwand des Blutgefäßes so drängt, daß der Dopplerverschiebungs-Wandler (50) in die Nähe einer Seitenwand des Blutgefäßes gesetzt werden kann, wobei der Ballon zum Absperren des Blutgefäßes aufblähbar ist, so daß die Druckbohrung (66) einen Druck von dem Wandler isoliert überwachen kann.

12. Katheter mit einem länglichen Gehäuse, das sich durch ein Blutgefäß von einem außerhalb des Körpers eines Patienter. befindlichen naheliegenden Ende zu einem entfernt liegendem Ende in einem Blutgefäß erstreckt, dadurch ge kennzeichnet , daß ein verformbarer Abschnitt des Gehäuses in der Nähe des entfernt liegenden Endes vorgesehen ist, der in einer ersten Stellung längs eines S-förmigen gekrümmten Weges vorgeformt ist, der sich von dem länglichen Gehäuse weg nach außen erstreckt, daß ein

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verformbarer dünner Körper innerhalb des länglichen Gehäuses vorgesehen ist, der den verformbaren Abschnitt in einer zweiten Stellung im wesentlichen parallel zu der Achse des länglichen Gehäuses hält, wobei der verformbare Abschnitt die erste Stellung einnimmt, wenn der verformbare dünne Körper entfernt wird, und daß ein Dopplerverschiebungs-Wandler (80) an einem Scheitel des S-förmigen gekrümmten Weges an den verformbaren Abschnitt gekoppelt ist, wodurch in der ersten Stellung der nachgiebige Abschnitt eine Seitenwand des Blutgefäßes berührt und dadurch das längliche Gehäuse gegen eine gegenüberliegende Seitenwand des Blutgefäßes so andrückt, daß der Dopplerverschiebungs-Wandler (80) in die Nähe einer Seitenwand des Blutgefäßes positioniert werden kann.

13. Katheter mit einem länglichen Gehäuse, das sich von einem außerhalb des Körpers eines Patienten befindlichen naheliegenden Ende zu einem entfernt liegendem Ende in einem Blutgefäß erstreckt, dadurch gekennzeichnet , daß ein verformbarer Abschnitt des Gehäuses in der Nähe des entfernt liegenden Endes in einen eine 360°-Spiralschleife bildenden gekrümmten Weg vorgeformt ist, der von dem länglichen Gehäuse nach außen absteht, daß ein verformbarer dünner Körper innerhalb des länglichen Gehäuses vorgesehen ist, der den verformbaren Abschnitt in einer zweiten Stellung im wesentlichen parallel zur Achse des länglichen Gehäuses hält, wobei der verformbare Abschnitt die erste Stellung einnimmt, wenn der dünne Körper entfernt ist, und daß ein Dopplerverschiebungs-Wandler (88) an den verformbaren Abschnitt in der Nähe eines Scheitels des 360°-Spiralschleifenweges angekoppelt ist, wodurch in der ersten Stellung der verformbare Abschnitt eine Seitenwand des Blutgefäßes berührt und dadurch das längliche Gehäuse gegen eine gegenüberliegende Seitenwand des Blutgefäßes so andrückt, daß der Dopplerverschiebungs-Wandler in die Nähe einer Seitenwand des Blutgefäßes positionierbar ist.