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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein implantierbare Vorrichtungen
und insbesondere implantierbare Vorrichtungen zum Messen von verschiedenen
physiologischen Drücken
in Menschen und Tieren, wie den Blutdruck, den Schädelinnendruck, den
Blasendruck und den Lungendruck.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Messen von physiologischen Drücken ist
sowohl für
den Klinikarzt als auch den Forscher von Interesse. Die an Versuchstieren
erhaltenen physiologischen Druckwerte geben den Forschern wertvolle
Hinweise hinsichtlich der Sicherheit und Wirksamkeit von pharmazeutischen
Mitteln und der Giftigkeit von Chemikalien und führen zu einem besseren Verständnis der
menschlichen Physiologie. Physiologische Druckmessungen zeigen auch
für den
Menschen klinisch verwertbare Ergebnisse, wie diagnostische Informationen,
die Sicherheit und Wirksamkeit von Medikamenten in klinischen Studien
und bei der Kontrolle von implantierbaren medizinischen Vorrichtungen
wie Schrittmachern.
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Von
besonderem Interesse für
den Forscher und den Kliniker ist der arterielle Blutdruck, da sich der
arterielle Blutdruck über
die Zeit in Reaktion auf verschiedenen Bedingungen ändert, etwa
aufgrund der Injektion eines pharmazeutischen oder chemischen Mittels
oder durch den Aktivitätspegel
eines beobachteten Tieres. Die Änderungen
des arteriellen Blutdrucks machen es jedoch oft erforderlich, andauernd
oder häufig
Messungen durchzuführen,
um die Auswirkungen eines injizierten pharmazeutischen oder chemischen
Mittels feststellen zu können
oder um eine implantierbare medizinische Vorrichtung richtig zu
kontrollieren.
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Außer dem
arteriellen Blutdruck sind auch andere Druckwerte von Interesse,
wie der Venendruck, der Lungendruck, der Schädelinnendruck, der Blasendruck,
der Gebärmutter-Innendruck,
der gastrointestinale Druck und andere physiologische Drücke. Zum
Beispiel kann der intrapleurale oder Blutdruck dazu verwendet werden,
neben allgemeinen Informationen über
die Atemfunktion die Atemrate zu bestimmen. Messungen des Schädelinnendrucks
an Versuchstieren werden oft dazu verwendet, verauszusagen, welche
Behandlungsverfahren und Behandlungsweisen am Menschen am wirkungsvollsten
sind.
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Die
fortlaufende Messung von physiologischen Drücken ergibt lebenswichtige
Informationen für
die klinische Versorgung von Menschen. Patienten mit einem hohen
Blutdruck können
aus einer implantierbaren Vorrichtung Nutzen ziehen, die fortlaufend
den Druck als Einrichtung zum Bestimmen der optimalen Dosierung
eines Medikaments oder für eine
Biofeedbacktherapie messen. Eine solche Vorrichtung kann auch als
Einrichtung zum Erhalten einer Rückmeldung
in einem geregelten Medikamentenabgabesystem zum Kontrollieren des
Blutdrucks verwendet werden oder bei einem Herzschrittmacher als
Einrichtung zum Optimieren der Kontrollparameter des Schrittmachers.
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Auch
Kinder können
davon einen Nutzen haben; die ein Risiko für den plötzlichen Kindstod aufweisen.
In diesen Kindern können
Veränderungen
im Intrapleuraldruck als zuverlässige
Meßwerte
für die Atemrate überwacht
werden, so daß sich
diese Kinder in ihren Bettchen umdrehen und frei bewegen können, ohne
durch Drähte
an einer Weste dabei behindert zu werden.
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Die
fortlaufende Überwachung
des Schädelinnendrucks
ist auch bei Kindern mit Hydrocephalitis und bei Patienten mit Kopfverletzungen
wichtig. Die Hydrocephalitis und Kopfverletzungen können einen übermäßigen Druckaufbau
im Gehirn verursachen, mit der Folge des Todes oder von ernsthaften Gehirnschäden. In
den meisten Fällen
sind Gegenmaßnahmen
möglich,
wenn die Erhöhung
des Druckes nur schnell genug erfaßt wird.
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Das
Erfordernis nach genauen und fortlaufenden physiologischen Druckmessungen
in verschiedenen Teilen von Tieren und Menschen ist genauer im Brockway-US-Patent
Nr. 4 846 191 beschrieben, das die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung
hält. Das
Patent '191 von
Brockway et al. beschreibt eine Druckmeßvorrichtung zum Überwachen
des physiologischen Drucks, etwa des Blutdrucks, an verschiedenen
Stellen in einem Tier oder Menschen. Die Druckmeßvorrichtung macht von einem
fluidgefüllten
Druckübertragungskatheter
(PTC) mit einer Gelmembran an der Spitze des PTC Gebrauch. Die Spitze
des PTC wird an die Stelle gebracht, an der der physiologische Druck
zu messen ist. Der PTC erstreckt sich von einem kleinen implantierbaren
Gehäuse
weg, das einen Wandler, eine Signalverarbeitungs- und Telemetrieschaltung
sowie eine Batterie enthält.
Der fluidgfüllte
PTC leitet den Druck aus dem Bereich, in dem der Druck zu messen ist,
zum Wandler im Gehäuse,
der ein elektrisches Drucksignal erzeugt, das den zugeleiteten Druck
darstellt. Die Signalverarbeitungs- und Telemetrieschaltung im Gehäuse nimmt
das vom Wandler erzeugte Drucksignal auf und erzeugt ein Telemetriesignal, das
das Drucksignal darstellt. Die Signalverarbeitungs- und Telemetrieschaltung überträgt das Telemetriesignal
zu einem Empfänger
außerhalb
des Tieres oder Menschen.
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Bei
manchen Anwendungen der im Patent '191 von Brockway et al. beschriebenen
Druckmeßvorrichtung
kann das Gehäuse
aufgrund physikalischer Einschränkungen
und praktischer Überlegungen
hinsichtlich des chirurgischen Prozesses nicht in unmittelbarer
Nähe des
Bereiches implantiert werden, in dem der Druck zu messen ist. Wenn
sich das Gehäuse
nicht in unmittelbarer Nähe
des Bereiches befindet, in dem der Druck zu messen ist, kann die dann
erforderlich werdende Länge
des Katheters zu groß werden,
so daß Fehler,
die sich aus dem dann schlechteren dynamischen Verhalten oder bei
einer Änderung
der Haltung ergeben, für
die jeweilige Anwendung nicht mehr innerhalb akzeptabler Grenzen liegen.
Es tritt zum Beispiel ein Fehler in der Druckmessung auf, wenn sich
der vertikale Abstand von der PTC-Spitze zum Wandler aufgrund einer Änderung
der Haltung verändert.
Jeder Zentimeter Veränderung
im vertikalen Abstand ergibt einen Fehler von etwa einem Millimeter
Hg in der Druckmessung bei dem bevorzugten niedrigviskosen Fluid
im Katheter. Dieser Fehler bei der Druckmessung ist als "Kopfdruckartefakt" bekannt und bei
bestimmten Anwendungen von großer
Bedeutung. Mit zunehmender Länge
des PTC ver schlechtert sich auch das dynamische Verhalten der Druckmeßvorrichtung.
Bei bestimmten Anwendungen ist die erforderliche Länge des
PTC so groß,
daß kein
ausreichendes dynamisches Ansprechverhalten mehr gegeben ist.
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Außerdem umfaßt das Patent '191 von Brockway
et al. keinen vorkompensierten, wegwerfbaren und leicht ersetzbaren
Wandler. Da sich statt dessen der Wandler im Gehäuse befindet, muß bei einem
Ausfall des Wandlers des Patents '191 von Brockway et al. die ganze Druckmeßvorrichtung
für den
Austausch an den Hersteller zurückgeschickt werden,
damit die richtige Kompensation und Anbringung des Wandlers und
das richtige Verschließen des
Implantierkörpers
sichergestellt ist.
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Aus
den oben angegebenen Gründen
und aus anderen Gründen,
die genauer im Abschnitt mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
angegeben sind, besteht ein Bedürfnis
nach einer Druckmeßvorrichtung,
mit der Drücke
bei mehr tierischen und menschlichen Anwendungen gemessen werden
können,
die ein besseres dynamisches Ansprechverhalten aufweist und mit
der genauere Druckmessungen möglich
sind wie bei den gegenwärtig
zur Verfügung
stehenden Druckmeßvorrichtungen.
Außerdem
sollen der Wandler und der Katheter der Druckmeßvorrichtung leichter ersetzbar sein
als bei den gegenwärtig
zur Verfügung
stehenden Druckmeßvorrichtungen.
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Die
DE-A-19644856 beschreibt einen medizinischen Katheter für eine Druckmessung
mit einem Rohr mit einer Spitze, die durch eine flexible Abdichtung
oder durch einen Kolben verschlossen wird. Ein Gel im Rohr leitet
den an der Spitze einwirkenden Druck an einen elektrischen Drucksensor
weiter.
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Auch
die WO-A-97/32518 beschreibt einen medizinischen Katheter, in dem
ein starrer, nicht nachgiebiger Hohlraum einen Fluidweg für die Weiterleitung
des Fluiddrucks zu einem Sensor festlegt. Das Material, das den
Hohlraum umgibt, ist ebenfalls nicht nachgiebig.
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Die
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den anhängenden
Patentansprüchen
genannt.
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Eine
Ausführungsform
umfaßt
eine Druckmeßvorrichtung
zum Messen von physiologischen Drücken in Tieren und Menschen.
Die Druckmeßvorrichtung
umfaßt
einen Druckübertragungskatheter, der
mit einem Druckübertragungsmedium
gefüllt
ist und der in den Bereich mit dem physiologischen Druck implantierbar
ist. Mit dem Druckübertragungsmedium
steht ein Wandler in Verbindung, der auf elektrischen Leitungen
ein Drucksignal erzeugt, das Änderungen
im physiologischen Druck wiedergibt. Ein Verbindungskatheter führt die
elektrischen Leitungen zu einer Signalverarbeitungs- und Telemetrieschaltung,
die das Drucksignal aufnimmt und ein dem Drucksignal entsprechendes
Telemetriesignal erzeugt. Ein Gehäuse enthält die Signalverarbeitungs-
und Telemetrieschaltung. Der Wandler ist räumlich vom Gehäuse entfernt.
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Der
Druckübertragungskatheter
weist vorzugsweise eine Länge
auf, die kurz genug ist, um einen merklichen Kopfdruckartefakt zu
vermeiden und um ein ausreichendes dynamisches Ansprechverhalten
sicherzustellen, und die andererseits groß genug ist, um den chirurgischen
Einschränkungen
und Toleranzbedenken Rechnung zu tragen. Zum Beispiel weist in Abhängigkeit
von der jeweiligen Anwendung der Druckmeßvorrichtung der Druckübertragungskatheter
typisch eine Länge
irgendwo im Bereich von etwa fünf
Millimeter bis zu etwa vier Zentimeter auf. Bei den meisten Anwendungen
umfaßt
das Druckübertragungsmedium
ein Gel und eine Flüssigkeit.
Da bei den Ausführungsformen
der Druckübertragungskatheter
wesentlich kürzer
ist als es bisher möglich war,
umfaßt
bei bestimmten Anwendungen das Druckübertragungsmedium auch nur
ein Gel. In einer Ausführungsform
ist der Wandler integral mit dem Druckmeßkatheter ausgebildet und bildet
einen mit einem Wandler versehenen Katheter.
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Die
Druckmeßvorrichtung
der Ausführungsformen
kann dazu verwendet werden, genau einen niedrigen Druck zu messen,
bei dem Kopfdruckartefakte einen wesentlichen Anteil an dem zu messenden
Druck bilden können.
Diese Drücke
können
sein der Venendruck; der Lungendruck; der Schädelinnendruck; der Blasendruck
und andere. Die Druckmeßvorrichtung
mißt diese
Drücke
ohne merklichen Kopfdruckartefakt und mit einem ausreichenden dynamischen
Ansprechverhalten.
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Der
Wandler ist vorzugsweise Temperatur-vorkompensiert und wegwerfbar
ausgestaltet. Auf diese Weise kann der Wandler, der vom Gehäuse getrennt
ist, leicht ersetzt werden, ohne daß die ganze Druckmeßvorrichtung
ersetzt werden muß.
Bei vielen Anwendungen der Druckmeßvorrichtung kann das Gehäuse räumlich entfernt
von dem Bereich implantiert werden, der den physiologischen Druck
aufweist.
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In
einer Ausführungsform
umfaßt
der Druckübertragungskatheter
einen Hohlraum, der mit dem Druckübertragungsmedium gefüllt ist.
Den Hohlraum umgibt ein Innenschichtmaterial, und das Innenschichtmaterial
ist von einem Außenschichtmaterial umgeben.
Das Außenschichtmaterial
weist eine andere Härte
auf als das Innenschichtmaterial. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Innenschichtmaterial härter
als das Außenschichtmaterial.
Vorzugsweise bestimmt das härtere
Schichtmaterial im wesentlichen das Frequenzverhalten des Druckübertragungskatheters
so, daß im
Vergleich zu einem Katheter, der nur aus einem weicheren Material
besteht, der Katheter der vorliegenden Ausführungsform ein verbessertes
Frequenzverhalten aufweist. Vorzugsweise macht das weichere Schichtmaterial
den Druckübertragungskatheter
flexibler und knickfester als wenn der Katheter nur aus einem härteren Material
bestehen würde.
Der Übergang
zwischen dem Innenschichtmaterial und dem Außenschichtmaterial kann ein
scharfer Übergang
sein oder ein allmählicher Übergang.
In einer Ausführungsform
umfaßt das
Innenschichtmaterial 72 D-Urethan und das Außenschichtmaterial 80 A-Urethan.
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Mit
der Druckmeßvorrichtung
nach den Ausführungsformen
wird eine genauere Messung des physiologischen Drucks erreicht,
sie können
bei vielen neuen Anwendungen zur Druckmessung in Tieren und Menschen
verwendet werden. Die Druckmeßvorrichtung
nach den Ausführungsformen
ermöglicht
hochwertige Messungen mit einem vernachlässigbaren Kopfdruckfehler bei
Anwendungen, bei denen der Abstand von der distalen Spit ze des Druckübertragungskatheters
zum Wandler derart ist, daß sich
mit herkömmlichen
Vorrichtungen ein erheblicher Kopfdruckfehler ergibt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Darstellung einer Druckmeßvorrichtung.
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2A–D sind
etwas genauere Darstellungen von verschiedenen Beispielen eines
Teils eines Druckübertragungskatheters
(PTC) bei der Druckmeßvorrichtung
der 1.
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3 ist
eine etwas genauere Darstellung eines Beispiels für einen
Wandler und die Verbindung des Wandlers mit dem PTC und für einen
Verbindungskatheter bei der Druckmeßvorrichtung der 1.
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4 ist
eine Darstellung eines alternativen Beispiels für die Druckmeßvorrichtung.
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5 ist
eine Darstellung des Querschnitts durch eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Multi-Durometer-Katheters.
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6 ist
eine Darstellung einer Anwendung der Druckmeßvorrichtung der 1 zum
Messen des Venendrucks.
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7 ist
eine Darstellung einer Anwendung der Druckmeßvorrichtung der 1 zum
Messen des Lungendrucks.
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8 ist
eine Darstellung einer Anwendung der Druckmeßvorrichtung der 1 zum
Messen des Schädelinnendrucks.
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9 ist
eine Darstellung einer alternativen Druckmeßvorrichtung.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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In
der folgenden genauen Beschreibung von Beispielen und der bevorzugten
Ausführungsform der 5 erfolgt
ein Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil davon
bilden und in denen beispielhaft bestimmte Ausführungsformen gezeigt sind,
wie die Erfindung ausgeführt
werden kann. Es können
natürlich
auch andere Ausführungsformen
verwendet werden und strukturelle oder logische Abänderungen
erfolgen, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die folgende genaue Beschreibung ist daher nicht einschränkend zu
verstehen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch
die anhängenden
Patentansprüche
definiert.
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Bei 20 in
der 1 ist allgemein eine beispielhafte Druckmeßvorrichtung
dargestellt. Die Druckmeßvorrichtung 20 ist
eine implantierbare Miniaturvorrichtung, mit der in Menschen und
Tieren innere physiologische Körperdrücke gemessen
werden können.
Die Grundprinzipien, nach denen die Druckmeßvorrichtung 20 den
Druck mißt,
sind im Detail im Patent '191
von Brockway et al. beschrieben. Es werden daher der Klarheit wegen
viele der Merkmale der Druckmeßvorrichtung 20,
die bei der im Patent '191
von Brockway et al. beschriebenen Druckmeßvorrichtung ähnlich sind,
hier nicht erläutert.
Diejenigen Merkmale, die sich von denen bei der Druckmeßvorrichtung
des Patents '191
von Brockway et al. unterscheiden, werden jedoch im folgenden genau erläutert.
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Die
Druckmeßvorrichtung 20 umfaßt einen Druckübertragungskatheter
(PTC) 22 mit einer distalen hohlen Spitze 24,
die im Körper
eines Menschen oder Tieres an der Stelle angeordnet wird, an der
der Druck zu messen ist. In einem Beispiel ist der PTC 22 flexibel,
in einem anderen Beispiel ist der PTC 22 starr. Welches
Beispiel des PTC 22 gewählt
wird, hängt
von der jeweiligen Anwendung der Druckmeßvorrichtung 20 ab.
Der PTC 22 ist mit einem Druckübertragungsmedium 26 gefüllt, das
den Druck an der distalen Spitze 24 des PTC 22 zu
dem hohlen proximalen Ende 28 des PTC 22 leitet.
Ein Teil des Druckübertragungsmediums 26 bildet
daher an der distalen Spitze 24 mit der Substanz in dem
Bereich des Körpers,
in dem der Druck zu messen ist, eine Grenzfläche, etwa mit dem Blut in einer
Arterie.
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Am
proximalen Ende 28 des PTC 22 steht ein Wandler 30 mit
dem Druckübertragungsmedium 26 in
Verbindung. Der Wandler 30 befindet sich in einem Wandlergehäuse 32.
Der Wandler 30 reagiert auf Änderungen im Druckübertragungsmedium
am proximalen Ende 28 und erzeugt ein elektrisches Drucksignal,
das Änderungen
im physiologischen Druck an der distalen Spitze 24 auf
elektrischen Zuleitungen 34 wiedergibt. Die elektrischen
Zuleitungen 34 befinden sich in einem Verbindungskatheter 36. Durch
Trennen des PTC 22 vom Verbindungskatheter 36 kann
die durch den Pfeil 48 angezeigte Länge des Verbindungskatheters 36 unabhängig von
der durch den Pfeil 50 angezeigten Länge des PTC 22 festgelegt
werden. Die durch den Pfeil 48 angezeigte Länge des
Verbindungskatheters 36 liegt in Abhängigkeit von der Anwendung
der Druckmeßvorrichtung 20 im
Bereich von Null bis zu sehr lang.
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Die
elektrischen Zuleitungen 34 sind mit dem Elektronikmodul 38 eines
Senders 40 verbunden. Das Elektronikmodul 38 wird
von einer Batterie 42 mit Energie versorgt. Die Batterie 42 und
das Elektronikmodul 38 befinden sich in einem Sendergehäuse 44. Das
Elektronikmodul 38 umfaßt eine Signalverarbeitungs-
und Telemetrieschaltung und eine Sendeantenne zum Erzeugen und Übertragen
eines Telemetriesignals, das das Drucksignal vom Wandler 30 darstellt,
zu einem externen Empfänger
(nicht gezeigt), der sich außerhalb
des Menschen oder Tieres befindet. Das vom Wandler 30 erzeugte
elektrische Drucksignal wird von der Signalverarbeitungsschaltung
im Elektronikmodul 38 verstärkt und gefiltert und dann von
der Telemetrieschaltung im Elektronikmodul 38 für die Übertragung
zum externen Empfänger
einem Hochfrequenz-Trägersignal
aufmoduliert. Im Patent '191
von Brockway et al. ist ein geeignetes Telemetriesystem beschrieben.
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Bei
einem Beispiel der Druckmeßvorrichtung 20 ist
der Katheter 36 mit einem wasserdichten oder nicht wasserdichten
Verbinder 46 mit dem Sender 40 verbunden. Bei
diesem Beispiel stehen die elektrischen Zuleitungen 34 im
Verbindungskatheter 36 mit dem Elektronikmodul 38 über den
Verbinder 46 in Verbindung. Der wasserdichte oder nicht
wasserdichte Verbinder 46 ermöglicht es, daß die Anordnung 47 aus
dem Verbindungskatheter 36, dem Wandler 30 und
dem PTC 22 getrennt vom Sender 40 hergestellt
und vertrieben wird. Der Verbinder 46 ermöglicht auch
eine größere Flexibilität bei der
Herstellung der Anordnung 47 und des Senders 40 und eine
weitere Flexibilität
für die
Abnehmer bei der Auswahl der Länge
des Verbindungskatheters 36 und des PTC 22 unabhängig vom
Wandler 40.
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In
der 2A ist ein Beispiel für den PTC 22 genauer
dargestellt. Bei diesem Beispiel des PTC 22 ist an der
distalen Spitze 24 des PTC 22 eine dickflüssige Gelmembran 52 angeordnet.
Ein dünnwandiger Abschnitt 54 definiert
einen offenen Hohlraum 56. Der Stiel 55 des PTC 22 verläuft vom
dünnwandigen Abschnitt 54 zum
proximalen Ende 28 des PTC 22, wie es in der 1 gezeigt
ist. Wie in der 2A gezeigt, befindet sich die
Gelmembran 52 im distalen Bereich des offenen Hohlraums 56.
Der offene Hohlraum 56 ist mit dem Hohlraum 58 des
PTC 22 verbunden. Der Abschnitt des offenen Hohlraums 56, der
nicht mit dem hochviskosen Gel 52 gefüllt ist, und der Hohlraum 58 sind
mit einem dünnflüssigen Fluid 60 gefüllt. Auf
diese Weise wird der physiologische Druck von der distalen Spitze 24 des
PTC 22 über
die Wände
des PTC und über
das hochviskose Gel 52 im dünnwandigen Abschnitt 54 auf
das Fluid 60 niedriger Viskosität übertragen, das den Druck direkt
zum Wandler 30 am proximalen Ende 28 des Hohlraums 58 leitet.
Die niederfrequenten Komponenten des physiologischen Drucks werden
im wesentlichen über
das hochviskose Gel 52 übertragen,
während die
hochfrequenten Komponenten des physiologischen Drucks im wesentlichen über die
Wände des PTC übertragen
werden.
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Bei
einem Beispiel wird der PTC 22 aus einem Urethanmaterial
oder einem anderen geeigneten biokompatiblen Material hergestellt.
Die hochviskose Gelmembran 52 besteht aus einem biokompatiblen
und blutkompatiblen Gel oder einem anderen gelartigen Material,
das mit dem Gewebe oder dem Fluid, an dem der Druck zu messen ist,
etwa mit dem Blut in einer Arterie, eine direkte Grenzfläche bildet. Das
hochviskose Gel 52 stellt ein Mittel zum Halten des Fluids
im Hohlraum 58 dar und ist von einer Viskosität, die viel
größer ist
als die des Fluids 60 niedriger Viskosität. Das hochviskose
Gel 52 kann aus jedem Material bestehen, das im PTC 22 fließen oder sich
bewegen kann, wie es ein hochviskoses Fluid oder ein Stopfen tut,
der geringfügig
gleiten oder sich verformen kann, und das intramolekulare Kräfte aufweist,
die es sehr unwahrscheinlich machen, daß sich etwas von dem Material
auflöst,
abbricht, sich ablöst
oder weggespült
wird, wenn der physiologische Druck in einem Menschen oder Tier
gemessen wird. Das hochviskose Gel 52 muß viskos
genug sein, um nicht aus dem PTC 22 gespült zu werden, seine
Viskosität
muß andererseits
aber auch niedrig genug sein, daß es ohne wesentlichen Druckunterschied "fließen" kann. Bei einem
Beispiel ist das hochviskose Gel 52 ein Silikongel, das
kreuzvernetzte molekulare Einheiten enthält.
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Das
niedrigviskose Fluid 60 weist vorzugsweise eine minimale
biologische Aktivität
auf (für
den Fall, daß ein
Verschluß versagt)
und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten, ist im
Gel 52 nicht löslich,
besitzt ein niedriges spezifisches Gewicht und eine vernachlässigbare
Migrationsrate durch die Wände
des PTC 22 und eine niedrige Viskosität bei Körpertemperatur. Bei einer Ausführungsform
ist das niedrigviskose Fluid 60 ein inerter Perfluorkohlenwasserstoff.
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Bei
anderen Beispielen der Druckmeßvorrichtung
ist der PTC 22, der starr oder flexibel sein kann, sehr
kurz, etwa 2 mm lang. Ein solches Beispiel ist in der 2B gezeigt.
Bei dem in der 2B gezeigten Beispiel ist die
Länge des
PTC 22 sehr kurz. Der PTC 22 ist in der Regel
dann ganz mit dem hochviskosen Gel 52 gefüllt (d.h.
es wird kein niedrigviskoses Fluid 60 verwendet), zeigt
aber trotzdem ein ausreichendes dynamisches Ansprechverhalten.
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Der
dünnwandige
Abschnitt 54 verringert die Bewegung des hochviskosen Gels 52 bei
Ereignissen, die entweder das Volumen des niedrigviskosen Fluids 60 oder
das interne Volumen des Hohlraums 58 des PTC 22 ändern, etwa
bei einer thermischen Expansion oder Kontraktion, dem Biegen und
einer Hydratation des Kathetermaterials des PTC 22. Das Verringern
des Ausmaßes
der Verschiebung des Gels 22 beim Biegen des PTC 22 hat
den Effekt des Verringerns von Meßartefakten, die bei normalen
Bewegungen des Menschen oder Tieres auftreten können, in den bzw. das die Druckmeßvorrichtung 20 implantiert
ist. Das Verringern des Ausmaßes
der Verschiebung des Gels 22 beim Biegen des PTC 22 verringert
auch die Größe des toten
Raums im PTC 22 und jenseits des Gels 52 und trägt damit
zu einer verbesserten Durchgängigkeit
im Blut bei. Der dünnwandige
Abschnitt 54 verbessert auch das Frequenzverhalten des
PTC 22 durch das Bereitstellen eines Mittels, mit dem aufgrund
der nachgiebigen dünnen Wände der
Spitze die hochfrequenten Komponenten des Drucksignals in den Hohlraum 58 übertragen werden.
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In
den 2C und 2D sind
zwei weitere Beispiele für
einen PTC 22 dargestellt. In diesen Beispielen weist der
PTC 22 keinen offenen Hohlraum 56 auf, der von
einem dünnwandigen
Abschnitt 54 definiert wird, sondern statt dessen verläuft der
Abschnitt des Hohlraums 58 mit geringem Durchmesser ganz
bis zu distalen Spitze 24 durch. Dieses Beispiel kann bei
Anwendungen verwendet werden, bei denen die obigen Vorteile eines
dünnwandigen
Abschnitts nicht so wichtig sind, um eine zufriedenstellende Druckmessung
zu erhalten. Bei dem Beispiel der 2C für einen
PTC 22 befindet sich an der distalen Spitze 24 des
PTC 22 eine hochviskose Gelmembran 52, während der
Rest des Hohlraums 58 mit einem niedrigviskosen Fluid 60 gefüllt ist.
Bei dem Beispiel für
einen PTC 22, das in der 2D dargestellt
ist, ist der PTC vollständig
mit dem hochviskosen Gel 52 gefüllt (d.h. es wird kein niedrigviskoses Fluid 60 verwendet).
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Die 3 zeigt
eine genauere Darstellung eines Beispiels für einen Wandler 30 und
die Verbindung des Wandlers 30 mit dem PTC 22 und
dem Verbindungskatheter 36. Wie gezeigt ist der PTC 22 über einen
Ansatz 62 am Wandler 30 angebracht. Das Wandlergehäuse 32 ist
ein hermetisch verschlossenes Titangehäuse. Der Wandler 30 befindet
sich in einer geschlossenen Kammer 64. Die geschlossene Kammer 64 schützt den
Wandler 30 vor Körperflüssigkeiten.
Die elektrischen Anschlüsse
des Wandlers 30 sind mit einer Leiterplatte 68 verbunden.
Die Leiterplatte 68 umfaßt eine Schaltung 67 für eine Temperaturkompensation
des Wandlers 30. In einem alternativen Beispiel wird die
Temperatur des Wandlers 30 durch einen Sensor 69 auf
der Leiterplatte 68 gemessen und eine räumlich entfernte Recheneinrichtung
(nicht gezeigt) verwendet die Temperaturmeßwerte zur Tem peraturkompensation
des Wandlers 30. Die elektrischen Anschlüsse der
Leiterplatte 68 werden über
Glas-Metall-Durchführungen 70 nach außen geführt und
die elektrischen Zuleitungen 34 im Verbindungskatheter 36 daran
angeschlossen.
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Der
Wandler 30 ist zwar in der Regel kleiner als bei der im
Patent '191 von
Brockway et al. beschriebenen Druckmeßvorrichtung, damit der Wandler 30 räumlich entfernt
vom Sendergehäuse 44 angeordnet
werden kann; die allgemeine Arbeitsweise und der allgemeine Aufbau
eines geeigneten Wandlers 30 ist dennoch im einzelnen im
Brockway-Patent '191 beschrieben.
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In
der 4 ist eine alternative Druckmeßvorrichtung 120 teilweise
dargestellt. Die Druckmeßvorrichtung 120 ist
der Druckmeßvorrichtung 20 der 1 ähnlich,
abgesehen davon, daß der
PTC 22 bei der Druckmeßvorrichtung 120 unter
einem rechten Winkel an das Wandlergehäuse 32 angeschlossen
ist. Dies wird durch einen Ansatz 162 möglich, der L-förmig ausgebildet
ist, um das proximale Ende 28 des Hohlraums 58 des
PTC 22 zum Verbinden des niedrigviskosen Fluids 60 mit
dem Wandler 30 aufzunehmen. Diese rechtwinklige Konstruktion
ist nur eines von vielen Beispielen für die große Flexibilität, die dadurch
entsteht, daß der
PTC 22 getrennt vom Verbindungskatheter 30 ausgebildet
wird und der Wandler 30 vom Sendergehäuse 44 räumlich entfernt
ist.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Druckmeßvorrichtung,
die im Patent '191
von Brockway et al. beschrieben ist, enthält das Sendergehäuse ein
Elektronikmodul, eine Batterie zum Betreiben des Elektronikmoduls
und einen Wandler. Bei manchen Anwendungen stellt das Anordnen des
Wandlers im Sendergehäuse
einen gewissen Nachteil beim genauen Erfassen von Druck dar. Zum
Beispiel entsteht bei dem bevorzugten niedrigviskosen Fluid 60 ein
Kopfdruckfehler von etwa einem mm Hg für jeden Zentimeter vertikalen
Abstand zwischen der Spitze des PTC und dem Wandler. Dieser Kopfdruckfehler
kann im Vergleich mit den gemessenen Drücken bei bestimmten Anwendungen
von großer
Bedeutung sein. Ein anderer Nachteil ist, daß das dynamische Verhalten
des PTC umgekehrt proportional zu seiner Länge ist. Wenn die für einige
Anwendungen erforderliche Länge
des PTC zu groß wird,
verringert sich das dynamische Verhalten in einem Ausmaß, das nicht
mehr ausreicht, eine hochwertige Wellenform zu erzeugen. Ein weiterer
Nachteil der im Patent '191
von Brockway et al. beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
ist, daß für einige
Kombinationen des bei dem PTC verwendeten Materials die größere Menge
des im Hohlraum des PTC enthaltenen niedrigviskosen Fluids ein größeres Ausmaß der thermischen
Expansion und Kontraktion zur Folge hat und ein größeres Ausmaß der Bewegung
der Gelmembran. Wenn die Bewegung der Gelmembran zu groß ist, kann
in der Spitze des PTC ein Hohlraum entstehen, der eine Totraumthrombose
zur Folge hat. Folglich verringert ein kurzer PTC das Volumen des im
PTC enthaltenen niedrigviskosen Fluids, was bei einigen Anwendungen
zu einer verbesserten Durchgängigkeit
des Blutes führt.
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Die
hier beschriebene Druckmeßvorrichtung wie
die Druckmeßvorrichtung 20 überwindet
alle obigen Nachteile durch das Vorsehen eines Mittels zum Verkürzen der erforderlichen
Länge des
PTC 22 bei vielen Anwendungen. Die Länge des PTC 22 geht von
der distalen Spitze 24 bis zum proximalen Ende 28 und
wird durch den Pfeil 50 angezeigt. Die verringerte Länge 50 kann
den Kopfdruckfehler stark verringern und das dynamische Verhalten
so verbessern, daß es
für den
Forscher und den Kliniker, die die Druckmeßvorrichtung verwenden, akzeptabel
ist.
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Ein
viel kürzerer
PTC ist möglich,
da bei der Druckmeßvorrichtung 20 der
Wandler 30 räumlich entfernt
vom Sendergehäuse 44 angeordnet
ist. Außerdem
wird bei der Druckmeßvorrichtung 20 ein Verbindungskatheter 36 verwendet,
der vom PTC 22 getrennt ist, um die elektrischen Zuleitungen 34 aufzunehmen,
die das Drucksignal vom Wandler 30 zum Elektronikmodul 38 des
Senders 40 leiten. Dadurch kann die Länge des Verbindungskatheters 36 und des
PTC 22 jeweils unabhängig
bestimmt werden.
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Der
Kopfdruckfehler wird erheblich dadurch verringert, daß die distale
Spitze des PTC 22 und der Wandler 30 bei vielen
Anwendungen näher
zusammengebracht werden können.
Da das dynamische Verhalten zur Länge 50 des PTC 22 umgekehrt
proportional ist, verbessert ein kürzerer PTC 22 das
dynamische Verhalten, so daß bei
vielen Anwendungen bessere Wellenformen als mit den früheren Druckmeßvorrichtungen
erzeugt werden können,
deren PTC zu lang ist, um gute Wellenformen hervorzubringen. Außerdem ist
die Menge des niedrigviskosen Fluids 60 im Hohlraum 58 des
PTC 22 bei einem wesentlich kürzeren PTC 22 auch
kleiner. Die kleinere Menge ergibt eine wesentlich geringere thermische Expansion
und Kontraktion und ein geringeres Ausmaß an Bewegung der hochviskosen
Gelmembran 52. Mit einer sich weniger bewegenden Gelmembran 52 werden
Hohlräume
an der distalen Spitze 24 des PTC 22 und eine
Totraumthrombose vermieden. Der kürzere PTC 22 verringert
somit die Menge an niedrigviskosem Fluid 60 und verbessert
damit die Durchgängigkeit
in Blut. Wie oben in Verbindung mit der 2B beschrieben,
kann, da der PTC 22 in vielen Fällen sehr kurz gemacht werden
kann, der PTC 22 alternativ bei bestimmten Anwendungen
vollständig mit
hochviskosem Gel 52 gefüllt
sein und trotzdem annehmbar funktionieren. Da das Wandlergehäuse 32 viel
kleiner ist als das Sendergehäuse 44,
ist es möglich,
den Wandler 30 viel näher
an der Druckquelle anzuordnen, mit weniger physiologischen Auswirkungen
und einer besseren Annehmlichkeit aus der chirurgischen Perspektive.
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Die
beschriebenen Beispiele beseitigen auch bestimmte logistische Probleme
bei Druckmeßvorrichtungen
auf dem Tiersektor. Wenn zur Zeit ein Katheter beschädigt wird
oder wenn ein Abnehmer versehentlich zu viel Druck aufbringt und
den Wandler zerbricht, ist es erforderlich, die ganze Druckmeßvorrichtung
zum Hersteller zurück
zu schicken. Mit dem vom Sendergehäuse 44 räumlich entfernt
angeordneten Wandler 30, der über den wasserdichten oder
nicht wasserdichten Verbinder 46 und die elektrischen Zuleitungen 34 im
Verbindungskatheter 36 elektrisch mit dem Sender 40 verbunden
ist, kann der Wandler 30 leicht abgenommen werden. Auf
diese Weise können
vorkompensierte Wandler 30 an die Abnehmer als Wegwerfprodukt
verkauft werden, die vom Abnehmer angebracht werden, ohne daß es erforderlich
ist, den Sender 40 zur Reparatur einzuschicken.
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Multi-Durometer-Katheter
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Die
obige Druckmeßvorrichtung
ermöglicht eine
wesentliche Verringerung der für
manche Anwendungen erforderlichen Länge des PTC. Es sind jedoch
viele Eigenschaften des fluid/gelgefüllten PTC kritisch zum Sicherstellen,
daß der
dem Wandler 30 zugeleitete Druck eine genaue Wiedergabe
des an der distalen Spitze 24 des PTC 22 herrschenden
physiologischen Drucks ist. Insbesondere wenn der PTC 22 keine
hochfrequenten Komponenten des physiologischen Drucks an der distalen
Spitze 24 zum Wandler 30 übertragen kann, bewirken die
nicht übertragenen
Druckinformationen, daß der
Wandler 30 eine ungenaue Darstellung des physiologischen Drucks
erzeugt.
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Die
physikalischen Eigenschaften, die die Fähigkeit des PTC 22 zum
genauen Übertragen
des physiologischen Drucks beeinflussen, umfassen die Viskosität des Fluids
im PTC; den Oberflächenbereich
des dünnwandigen
Abschnitts 54, der dem niedrigviskosen Fluid 60 ausgesetzt
ist; die Nachgiebigkeit der Wände
des PTC; den Innendurchmesser des PTC und die Länge des PTC. Die Viskosität des Fluids
ist abhängig
von den zur Verfügung
stehenden Materialien und liegt in starkem Maße außerhalb der Einflußmöglichkeiten
des Konstrukteurs. Wie oben angegeben weist die Druckmeßvorrichtung 20 einen Wandler 30 auf,
der zwischen dem PTC 22 und dem Sender 40 angeordnet
ist, wobei der Verbindungskatheter 36 die Leitungen zum
Weiterleiten des Drucksignals vom Wandler zum Sender aufnimmt. Dadurch wird
bei manchen Anwendungen die erforderliche Länge des PTC wesentlich kleiner.
Der Innendurchmesser des PTC und die Nachgiebigkeit der Wände des
PTC sind zwei Faktoren, die die Güte der Wiedergabe des gemessenen
Drucks stark beeinflussen. Nach dem Erreichen eines kritischen Innendurchmessers
ergibt eine weitere Verringerung einen schnellen Abfall des dynamischen
Verhaltens des PTC. Das Frequenzverhalten des PTC verbessert sich,
wenn die Nachgiebigkeit der PTC-Wände abnimmt (d.h. die Steifigkeit
der Wände
zunimmt). Die Nachgiebigkeit der Wände ist eine Funktion der Materialien,
die zum Herstellen des PTC verwendet werden, des Aufbaus des PTC
und der Dicke der PTC-Wände.
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Bei
den gegenwärtig
kommerziell zur Verfügung
stehenden Druckmeßvorrichtungen
mit einem fluidgefüllten
PTC für
das Weiterleiten des Drucks von einem interessierenden Punkt zu
einem Wandler ist der Außendurchmesser
des PTC ausreichend groß,
damit der Innendurchmesser ausreichend groß ist und die PTC-Wände ausreichend
dick, um ein ausreichendes Frequenzverhalten zu ergeben. Wenn jedoch
der physiologische Druck in sehr kleinen Blutgefäßen zu messen ist, etwa denen
in Mäusen
oder in menschlichen Herzkranzgefäßen, liegt der erforderliche
Außendurchmesser
des PTC in der Regel im Bereich von etwa 0,014 bis 0,022 Zoll (0,36 bis
0,56 mm). In einem solchen PTC muß der Innendurchmesser des
PTC-Stiels 55 sehr klein sein (z.B. kleiner als etwa 0,008
Zoll (0,20 mm)), und die Wände
des PTC-Stiels müssen
sehr dünn
sein (z.B. weniger als etwa 0,005 Zoll (0,13 mm)). Der sehr kleine Innendurchmesser
des PTC-Stiels 55 und die dünnen Wände des PTC-Stiels ergeben
ein verringertes Frequenzverhalten, wenn zum Herstellen des PTC ein
flexibler thermoplastischer Kunststoff verwendet wird.
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Eine
Maßnahme
zum Verbessern des Frequenzverhaltens bei dünnen PTC-Stielwänden und einem
PTC-Stiel mit sehr kleinem Durchmesser ist die Herstellung des PTC-Stiels 55 aus
einem harten Material, etwa 75-Shore-D-Urethan. Ein PTC-Stiel aus
diesem harten Material ist jedoch für eine leichte Handhabung bei
dem chirurgischen Eingriff zu steif und knickt zu leicht ab. Eine
andere Maßnahme
zum Verbessern des Frequenzverhaltens eines PTC-Stiels mit einem
sehr kleinen Innendurchmesser und dünnen Wänden ist die Verringerung der
Nachgiebigkeit der Wände
durch schraubenförmiges
Umwickeln des PTC-Stiels mit einem Draht. Diese Maßnahme mit
einem Umwickeldraht ist in der Herstellung jedoch sehr aufwendig
und sehr schwierig zuverlässig
auszuführen,
wenn die Wanddicke des PTC kleiner ist als 0,004 Zoll (0,10 mm).
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Der
Querschnitt eines Multi-Durometer-Katheters gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist bei 200 in der 5 dargestellt.
Der Multi-Durometer-Katheter 200 bildet
den Stielabschnitt eines fluidgefüllten Katheters (PTC), etwa
den Stiel 55 des oben beschriebenen PTC 22. Dieser Stielabschnitt überträgt den Druck
von der Spitze des PTC zum Wandler.
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Der
Multi-Durometer-Katheter 200 umfaßt einen Hohlraum 202.
Der Hohlraum 202 ist von einer Innenschicht 204 aus
härterem
Material umgeben. Die Innenschicht 204 aus härterem Material
ist von einer Außenschicht 206 aus
einem weicheren (nachgiebigeren) Material umgeben. Der Übergang
zwischen der Innenschicht 204 aus härterem Material und der Außenschicht 206 aus
weicherem Material wird durch eine Grenzschicht 208 gebildet.
Die Grenzschicht 208 kann eine Gradienten-Grenzschicht
sein mit einem allmählichen Übergang
von der Innenschicht zur Außenschicht
oder alternativ eine Grenzfläche
mit einem scharfen Übergang
von der Innenschicht zur Außenschicht.
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Der
Multi-Durometer-Katheter 200 weist den durch den Pfeil 210 bezeichneten
Außendurchmesser
auf, der durch die Außenfläche 212 definiert
wird. Der durch den Pfeil 210 bezeichnete Außendurchmesser
liegt typisch im Bereich von etwa 0,014 bis 0,022 Zoll (0,36 bis
0,56 mm)). Die Innenschicht 204 aus härterem Material und die Außenschicht 206 aus weicherem
Material bilden die Wand 214 des Katheters 200.
Wenn der äußere Katheterdurchmesser
im Bereich von etwa 0,014 bis 0,022 Zoll (0,36 bis 0,56 mm) liegt,
ist der durch den Pfeil 216 bezeichnete Innendurchmesser
des Hohlraums 202 typisch kleiner als etwa 0,008 Zoll (0,20
mm), und die Dicke der Wand 214, die von dem Pfeil 218 bezeichnet
wird, ist typisch kleiner als etwa 0,005 Zoll (0,13 mm). Bei einer
Ausführungsform
eines Multi-Durometer-Katheters 200 mit solchen Abmessungen
ist die Dicke der Innenschicht 204 aus härterem Material,
die durch den Pfeil 220 bezeichnet wird, kleiner als etwa
0,002 Zoll (0,051 mm). Bei dieser Ausführungsform ist daher die Dicke
der Außenschicht 206 aus
härterem Material,
die durch den Pfeil 222 bezeichnet wird, kleiner als etwa
0,003 Zoll (0,076 mm).
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Die
Art des härteren
Materials 204 und des weicheren Materials 206,
die zufriedenstellend zum Herstellen des Katheters 200 verwendet
werden können,
hängt von
der jeweiligen Ausführung
und Anwendung des PTC ab. Bei einer Ausführungsform besteht die Innenschicht 204 aus
härterem
Material aus 72-D-Urethan, während
die Außenschicht 206 aus weicherem
Material aus 80-A-Urethan besteht. Bei dieser Ausführungsform
eines 5 cm langen Multi-Durometer-Katheters 200 mit den
obigen Abmessungen beträgt
für einen
hydratisierten Katheter bei 37°C
der Abfall im Frequenzverhalten nur etwa 1 dB bei 100 Hz. Bei manchen
Anwendungen ist eine Ablösung der
beiden verschieden harten Schichten aus Urethan möglich, die
die Innenschicht 204 aus härterem Material und die Außenschicht 206 aus
weicherem Material bilden. Dieses Ablösungsproblem kann durch Erzeugen
einer chemischen Verbindung zwischen der Innenschicht 204 aus
härterem
Material und der Außenschicht 206 aus
weicherem Material während
einer echten Koextrusion beseitigt werden.
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Der
Multi-Durometer-Katheter 200 ist mittels einer echten Koextrusionstechnik
oder durch Extrudieren der Außenschicht über der
Innenschicht in einem zweiten Durchlauf durch den Extruder billig
und einfach herzustellen. Bei der echten Koextrusionstechnik wird
in der Regel ein allmählicher Übergang
zwischen der Innenschicht und der Außenschicht erhalten und bei
der Extrusionstechnik mit zwei Durchgängen in der Regel ein scharfer Übergang
von der Innenschicht zur Außenschicht.
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Der
Multi-Durometer-Katheter 200 gemäß den Ausführungsformen stellt ein Mittel
zum Erhalten eines guten Frequenzverhaltens in einem dünnwandigen
Katheter mit sehr kleinem Durchmesser dar, wobei eine ausgezeichnete
Flexibilität
erhalten bleibt. Die Nachgiebigkeit des Katheters 200 ergibt sich
hauptsächlich
aus den Eigenschaften des härteren
Materials 204 und sorgt für das ausreichende Frequenzverhalten.
Die Schicht 206 aus weicherem Material macht den Katheter 200 knickfest
und flexibel. Der Katheter 200 ist daher bei der Operation
gut handzuhaben und knickfest. Bei Anwendungen, bei denen klein
flexibler Katheter 200 erforderlich ist, ergibt ein steifes
Multi-Durometer-Katheter 200 immer noch ein noch besseres
Frequenzverhalten als ein herkömmliches
steifes Einfach-Durometer-Katheter.
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In
einer Ausführungsform
des Multi-Durometer-Katheters 200 besteht die Innenschicht 204 aus härterem Material
aus einem strahlungsundurchlässigen
Material. Zum Beispiel besteht in einer Ausführungsform die Innenschicht 204 aus
härterem
Material aus 72-D-Urethan mit etwa 20–30% Barium. Ein Problem mit
strahlungsundurchlässigem
Material in Einfach-Durometer-Kathetern ist, daß strahlungsundurchlässige Materialien
oft thrombogen sind. Dieses Problem wird mit dieser Ausführungsform
des Multi-Durometer-Katheters 200 beseitigt,
da die Außenschicht 206 aus
weicherem Material nur nicht-thrombogenes
Material umfaßt.
Auf diese Weise ist diese Ausführungsform
des Multi-Durometer-Katheters 200 strahlungsundurchlässig und
nicht-thrombogen. Alternativ kann auch eine weiche Innenschicht
aus einem strahlungsundurchlässigen
Material zwischen der Innenschicht 204 aus härterem Material
und der Außenschicht 206 aus
weicherem Material angeordnet werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Multi-Durometer-Katheters 200 umfaßt eine
Außenschicht
aus härterem
Material und eine Innenschicht aus weicherem Material. Bei dieser alternativen
Ausführungsform
ergibt sich die Nachgiebigkeit des Multi-Durometer-Katheters 200 im
wesentlichen immer noch durch die Eigenschaften des härteren Materials,
um ein ausreichendes Frequenzverhalten zu erhalten, wobei die Schicht
aus dem weicheren Material den Katheter knickfest macht.
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Beispielhafte
Anwendungen der Druckmeßvorrichtung
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Die
Druckmeßvorrichtung
kann vorteilhaft dazu verwendet werden, für alle in dem Patent '191 von Brockway
et al. beschriebenen beispielhaften Anwendungen den Druck in Tieren
und Menschen zu erhalten, wie beim Messen des Blutdrucks in der
Arterie eines Tieres; beim Messen des Intrapleuraldrucks in Tieren
und beim Messen des Schädelinnendrucks
in Tieren. Die folgenden drei beispielhaften Anwendungen der Druckmeßvorrichtung
zeigen jedoch drei besonders nützliche
Anwendungsfälle, bei
denen die Merkmale wie ein PTC 22 verringerter Länge, ein
vom Verbindungskatheter 36 getrennter PTC 22 und
ein vom Sendergehäuse 44 räumlich getrennter
Wandler 30 besonders vorteilhaft sind.
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Anwendungen der Druckmeßvorrichtung
zum Messen des Venendrucks
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Die 6 zeigt
ein Beispiel der Druckmeßvorrichtung 20 beim
Messen des Venendrucks, etwa des Venendrucks in einer Laborrate.
Der Venendruck ist relativ niedrig, der Kopfdruckfehler kann daher groß sein und
ist hochgradig unerwünscht.
Bei diesem Beispiel beträgt
die Länge
des PTC 22 (in der 1 mit dem
Pfeil 50 bezeichnet) typisch etwa 4 cm und die Länge des
Verbindungskatheters 36 (in der 1 mit dem
Pfeil 48 bezeichnet) typisch etwa 25 cm. Bei dieser Anwendung
umfaßt
der PTC 22 in der Regel an der distalen Spitze 24 einen
etwa 2 bis 3 mm langen Gelstopfen 52, wobei der Rest des
PTC 22 mit dem niedrigviskosen Fluid 60 gefüllt ist.
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Um
die Druckmeßvorrichtung
chirurgisch in der Vene einer Ratte oder eines anderes Versuchstiers
zu implantieren, wird die Vene 80 freigelegt, etwa eine
Bauchvene. Der PTC 22 wird in die Vene 80 eingesetzt,
um den Druck des Blutes 81 zu erfassen, und an der Stelle
befestigt, an der der PTC 22 die Vene 80 verläßt, wozu
medizinisches Klebeband oder chirurgisches Nahtmaterial verwendet
wird. Wie in der 6 gezeigt, wird etwa die Hälfte des
etwa 4 cm langen PTC 22 in die Vene 80 eingesetzt.
Das Wandlergehäuse 32 mit
dem Wandler 30 wird außerhalb
der Vene 80 angeordnet und unmittelbar neben der Vene 80 und
so nahe wie möglich
an der distalen Spitze 24 des PTC 22 an Gewebe
befestigt. Der Sender 40 wird an einem Muskel oder in einer
subkutanen Tasche an einer Stelle befestigt, an der Chirurg diese
Maßnahme
leicht ausführen
kann. Wenn der PTC 22 in die Bauchvene einer Laborratte
eingesetzt wird, wird das Wandlergehäuse 32 in der Regel
an den neben der Bauchvene verlaufenden Muskel angenäht. Bei
dieser Anwendung wird das Sendergehäuse 44 in der Regel
an einen ventralen Bauchmuskel am Einschnitt angenäht, durch
den die Bauchhöhle
geöffnet
wurde.
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Anwendungen
der Druckmeßvorrichtung
zum Überwachen
des Lungendrucks
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Die 7 zeigt
ein Beispiel der Druckmeßvorrichtung 20 zum Überwachen
des Lungendrucks in einem Menschen. Bei dieser Ausführungsform
ist der PTC 22 typisch etwa 1 bis 2 cm lang und der Verbindungskatheter 36 typisch
etwa 50 cm lang. Bei dieser Anwendung muß der Verbindungskatheter 36 ziemlich
lang sein (z.B. etwa 50 cm). Da der zu überwachende Lungendruck niedrig
ist, stellt der Kopfdruckartefakt ein Problem dar, das durch die
Verwendung des kurzen PTC 22 (mit z.B. etwa 1 bis 2 cm Länge) überwunden
wird. Bei dieser Anwendung weist der PTC 22 in der Regel
sowohl die hochviskose Gelmembran 52 als auch das niedrigviskose
Fluid 60 auf. Der PTC 22 kann bei dieser Anwendung
wegen der geringen Länge
des PTC 22 aber auch vollständig mit dem hochviskosen Gel 52 gefüllt sein,
wie es in der 2B gezeigt ist, und trotzdem
akzeptabel arbeiten. Außerdem
wird bei dieser Anwendung in Abhängigkeit
von den thermischen Eigenschaften des PTC 22, des Wandlers 30 und
des niedrigviskosen Fluids 60 wahlweise ein PTC 22 ohne
einen dünnwandigen
Abschnitt 54 mit größerem Durchmesser
verwendet, wie er in der 2C gezeigt
ist.
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Um
die Druckmeßvorrichtung 20 bei
dieser Anwendung chirurgisch zu implantieren, wird der PTC 22,
das Wandlergehäuse 32 und
der Verbindungskatheter 36 in die Schlüsselbeinvene 82 eingeführt, durch
die rechte Kammer 84 des Herzens 86 geführt und
durch die Lungensemilunarklappe 88 in die Lungenarterie 90 geleitet.
Nach dieser Maßnahme
zum Positionieren des PTC 22 und des Verbindungskatheters 36 wird
das Sendergehäuse 44 in
einer subkutanen Tasche 92 in der Nähe des Eintritts in die Schlüsselbeinvene 82 angeordnet.
Wie in der 7 gezeigt, befinden sich bei
dieser Anwendung der Druckmeßvorrichtung 20 der
PTC 22 vollständig und
der Verbindungskatheter 36 zu einem großen Teil innerhalb des Kreislaufsystems.
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Anwendungen der Druckmeßvorrichtung
zum Überwachen
des Schädelinnendrucks
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In
der 8 ist ein Beispiel der Druckmeßvorrichtung 120 zum Überwachen
des Schädelinnendrucks
dargestellt. Der Schädelinnendruck
ist relativ niedrig, so daß Kopfdruckfehler
von großer
Bedeutung sein können.
Bei dieser Anwendung ist es meist nicht erwünscht, das Sendergehäuse 44 unter
der Kopfhaut anzuordnen, da es aufgrund seiner Größe Unannehmlichkeiten
verursachen kann. Das Sendergehäuse 44 mit
dem Sender 40 wird daher in der Regel subkutan, wie es
bei 94 gezeigt ist, an einer geeigneten Stelle am Hals
des Patienten oder am oberen ventralen Brustkorb angeordnet, was
immer der Chirurg vorzieht. Der PTC 22 ist etwa 1,5 cm
lang und tritt vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 90° aus dem
Wandlergehäuse 32 aus.
Bei dieser Anwendung wird daher vorzugsweise die rechtwinklige Druckmeßvorrichtung 120 der 4 verwendet.
Der rechte Winkel ermöglicht
eine bessere chirurgische Plazierung. Bei dieser Anwendung ist der
Verbindungskatheter 36 in der Regel etwa 70 cm lang. Bei dieser
Anwendung weist der PTC 22 in der Regel an der distalen
Spitze 24 die hochviskose Gelmembran 52 auf, und
der Rest des PTC 22 ist mit dem niedrigviskosen Fluid 60 gefüllt.
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Die
chirurgische Implantation umfaßt
bei dieser Anwendung das Herstellen einer subkutanen Tasche 96 an
der Stelle 94, an der der Sender 40 angebracht
werden soll. Der PTC 22 und der Verbindungskatheter 36 werden
unter der Haut von der Stelle 94 zu der Stelle 97 im
Schädel 98 geführt, an
der der Druck zu überwachen
ist. Nach dem Freilegen des Schädels 98 an
der Stelle 97, an der der Druck zu überwachen ist, wird ein Loch
durch den Schädel 98 gebohrt.
Der PTC 22 wird dann durch das Loch in den subarachnoiden
Raum 100 geführt.
Damit das Wandlergehäuse 32 nicht über die
normale Höhe
der Kopfhaut vorsteht, wird im Schädel 98 eine flache
Höhle 102 ausgebildet.
Das Wandlergehäuse 32 wird
in der flachen Höhle 102 angeordnet.
Bei diesem Beispiel weist das Wandlergehäuse 32 ein flaches
Profil auf, damit es unter der Haut nicht umherwandert und damit
es vom Patienten besser toleriert wird.
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Alternative Druckmeßvorrichtung
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In
der 9 ist bei 320 eine alternative Druckmeßvorrichtung
gezeigt. Die Druckmeßvorrichtung 320 umfaßt einen
Druckübertragungskatheter (PTC) 322 mit
einer distalen hohlen Spitze 324, die im Körper eines
Menschen oder Tieres an der Stelle angeordnet wird, an der der Druck
zu messen ist. Ein Beispiel des PTC 322 ist flexibel, während eine
andere Ausführungsform
des PTC 322 starr ist. Welche Ausführungsform des PTC 322 gewählt wird,
hängt von
der vorgegebenen Anwendung der Druckmeßvorrichtung 320 ab.
Der PTC 322 ist vollständig
mit einem Druckübertragungsgel 352 gefüllt, das
den Druck an der distalen Spitze 324 des PTC 322 zu dem
proximalen hohlen Ende 328 des PTC 322 leitet. Ein
Abschnitt des Druckübertragungsgels 352 an
der distalen Spitze 324 bildet daher mit der Substanz in dem
Bereich des Körpers,
in dem der Druck zu messen ist, etwa dem Blut in einer Arterie,
eine Grenzfläche
aus.
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Am
proximalen Ende 328 des PTC 322 steht ein Wandler 330 mit
dem Druckübertragungsgel 352 in
Verbindung. Wie gezeigt ist der PTC 322 mittels eines Ansatzes 362 am
Wandler 330 angebracht. Der Wandler 330 befindet
sich in einem Wandlergehäuse 332.
Der Wandler 330 reagiert auf Änderungen im Drückübertragungsgel
am proximalen Ende 328 und erzeugt ein elektrisches Drucksignal,
das Änderungen
im physiologischen Druck an der distalen Spitze 324 auf
elektrischen Zuleitungen wiedergibt, die mit dem Elektronikmodul 338 eines
Senders 340 verbunden sind. Das Elektronikmodul 338 wird
von einer Batterie 342 mit Energie versorgt. Die Batterie 342, das
Elektronikmodul 338 und das Wandlergehäuse 332 sind in einem
Sendergehäuse 344 enthalten. Das
Elektronikmodul 338 umfaßt eine Signalverarbeitungs-
und Telemetrieschaltung und eine Sendeantenne zum Erzeugen und Aussenden
eines Telemetriesignals, das das Drucksignal vom Wandler 330 wiedergibt,
an einen externen Empfänger
(nicht gezeigt), der außerhalb
des Menschen oder Tieres angeordnet ist. Das vom Wandler 330 erzeugte
elektrische Drucksignal wird von der Signalverarbeitungsschaltung
im Elektronikmodul 338 verstärkt und gefiltert und dann
von der Telemetrieschaltung im Elektronikmodul 338 für die Übertragung
zum externen Empfänger
einem Hochfrequenz-Trägersignal
aufmoduliert.
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Bei
der alternativen Druckmeßvorrichtung 320 befindet
sich der Wandler 330 im Sendergehäuse 344, und der PTC 322 ist
zur Gänze
mit dem Druckübertragungsgel 352 gefüllt (d.h.
es wird kein niedrigviskoses Fluid verwendet). Dieses Beispiel kann
bei An wendungen verwendet werden, bei denen der PTC 322 sehr
kurz ist und das Sendergehäuse 344 ausreichend
klein, um es an der Druckquelle anzuordnen.
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Das
Druckübertragungsgel 352 ist
ein biokompatibles und blutkompatibles Gel oder gelartiges Material,
das mit dem Gewebe oder Fluid, an dem der Druck zu messen ist, etwa
dem Blut in einer Arterie, eine direkte Grenzfläche bildet. Das Gel 352 stellt ein
Mittel zum Zurückhalten
des Fluids im PTC 322 dar und kann aus jedem Material bestehen,
das wie ein viskoses Fluid fließen
kann und das intramolekulare Kräfte
aufweist, die es sehr unwahrscheinlich machen, daß ein Teil
des Materials sich auflöst,
abbricht, sich ablöst
oder abgewaschen wird, wenn der physiologische Druck in einem Menschen
oder Tier gemessen wird. Das Gel 352 muß viskos genug sein, damit
es nicht aus dem PTC 322 herausgewaschen wird, die Viskosität muß aber auch
niedrig genug sein, daß es
ohne wesentlichen Druckunterschied "fließen" kann. In einem Beispiel ist das Druckübertragungsgel 352 ein
Silikongel, das kreuzvernetzte Molekülstrukturen aufweist.
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Schlußfolgerungen
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Die
Druckmeßvorrichtung
gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann zum Erfassen von vielen internen
Körperdrücken in Menschen
und Tieren verwendet werden, wie dem Lungendruck, dem Venendruck,
dem linken Herzkammerdruck, dem Schädelinnendruck, dem Blasendruck
und anderen physiologischen Drücken.
Die mit der Druckmeßvorrichtung
gemäß den Ausführungsformen
erfaßten
Druckinformationen können
für diagnostische
Zwecke, die Forschung oder die Rückkopplung
in Regelschleifen von Infusionspumpen zum Zuführen von pharmazeutischen Mitteln
verwendet werden.
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Die
Druckmeßvorrichtung
der Ausführungsformen überwindet
die oben erwähnten
Nachteile der bekannten Druckmeßvorrichtungen,
eröffnet
neue Möglichkeiten
für eine
genauere Messung des Druckes und erschließt neue Anwendungsgebiete für die Druckmessung
in Menschen und Tieren. Die Druckmeßvorrichtung der Ausführungsformen
ermöglicht hochwertige
Messungen mit einem vernachlässigbaren
Kopfdruckfehler bei Anwendungen, bei denen der Abstand von der distalen
Spitze des PTC zum Sender groß ist.
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Auch
wenn zum Zwecke der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
bestimmte Ausführungsformen
dargestellt und erläutert
wurden, ist dem Fachmann klar, daß die gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen
durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungen zum
Erreichen des gleichen Zweckes ersetzt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Mechanik,
der Elektromechanik, der Elektrik und des Computers erkennt sofort,
daß die
vorliegenden Erfindung mit einer großen Vielzahl von verschiedenen
Ausführungsformen
ausgeführt
werden kann. Die vorliegende Anmeldung soll alle Anpassungen und
Abänderungen
der genannten bevorzugten Ausführungsformen
abdecken. Die Erfindung wird daher nur durch die Patentansprüche und
deren Äquivalente
begrenzt.