WO1994013204A1

WO1994013204A1 - Gasinjektor

Info

Publication number: WO1994013204A1
Application number: PCT/EP1993/003401
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Kloess; Martin Zwaan
Original assignee: Wolfgang Kloess; Martin Zwaan
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1994-06-23
Also published as: EP0671894A1; DE9216558U1

Abstract

Der Gasinjektor zum Einleiten eines Gases in ein flüssigkeitsgefülltes Gefäßsystem weist als Druckquelle eine Kohlendioxidflasche (1) auf, die mit den Eingängen von Proportionalventilen (8, 11) verbunden ist. Das Kohlendioxid ist über das Proportionalventil (8) und den Katheter (23) mit regelbarem Volumenstrom in das Blutgefäß (26) einleitbar. Zusätzlich kann das Blutgefäß mittels des Ballons (24) blockiert werden, der über das Proportionalventil (8) und das Lumen (23a) des Katheters (23) aufblasbar ist.

Description

Gasinjektor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten gasförmiger Medien in ein flüssigkeitsgefülltes Gefäßsystem, mit einer Druckquelle für das gasförmige Medium, einem Dosierventil zum Einstellen des Gasflusses, einem mit dem Gefäßsystem verbindbaren Gasauslaß und einem zwischen Dosierventil und Gasauslaß angeordneten Sensor zum Erfassen des Drucks, Massenstroms oder Volumenstroms des gasförmigen Mediums, wobei aus dem Ausgangssignal des Sensors eine Regelgröße für das Dosierventil ableitbar ist.

Ein solcher Gasinjektor findet bspw. bei der Angiographie Verwendung. Unter Angiographie versteht man das röntgenographische Abbilden von Blut¬ gefäßen unter Zuhilfenahme eines in die Blutbahn eingeführten Kontrastmit¬ tels. Grundsätzlich sind in der Radiologie zur Verbesserung der Erkennbar¬ keit anatomischer Strukturen positive Kontrastmittel, die die Strahlenab¬ sorption erhöhen, und negative Kontrastmittel, die die Strahlenabsorption erniedrigen, bekannt. In der Angiographie werden üblicherweise jodhaltige Flüssigkeiten als positive Kontrastmittel benutzt. Jedoch weist ein erheb¬ licher Teil (ca. 13% bei ionischen und 3% bei nichtionischen Kontrastmit¬ teln) der angiographierten Patienten allergische Reaktionen gegen Kon¬ trastmittel auf, die zu schweren und sogar tödlichen Zwischenfällen führen können.

Es ist ebenfalls bekannt, Kohlendioxid als gasförmiges negatives Kontrast¬ mittel bei der Angiographie zu verwenden. CC belastet den Organismus nur wenig, da es sich sehr schnell physikalisch in Blut löst und binnen eines Atemzuges über die Lunge wieder abgeatmet wird. Das C0_? muß unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen in die Blutbahn eingeführt werden. Injektion mit zu geringem Druck führt dazu, daß in dem zu an- giographierenden Gefäßabschnitt das Blut nicht vollständig verdrängt wird, sondern lediglich ein Gas/Blut-Gemisch entsteht (sogenannte "Bubbles"). Die verbliebenen Blutreste können im Angiogra m fälschlicherweise als Stenose gedeutet werden. Die Injektion von CC unter zu hohem Druck kann Gefäßverletzungen hervorrufen.

Bei einem aus DE-B 3802 128 bekannten Gasinjektor der eingangs genannten Art wird zur Regelung des Gasflusses ein Servoventil mit einem nachge¬ schalteten Dosierwiderstand verwendet. Ein Servoventil ist ein üblicher¬ weise als Längsschieber- oder Drehschieberventil aufgebautes Wege-Ventil. Ausführungsbeispiele sind in der Zeitschrift "Ölhydraulik und Pneumatik" 35 (1991), S.43-47 beschrieben. Solche elektromotorisch einstellbaren Servoventile sind verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und benötigen zudem eine Signalrückführung des zurückgelegten Stellweges, d.h. zur Ermittlung des momentanen Stellzustandes des Servoventils ist ein separa¬ ter Wegeaufnehmer erforderlich, der ein entsprechendes Signal erzeugt. Servoventile benötigen zudem relativ hohe Arbeitsdrucke, die gewünschten niedrigen Gasdrücke entsprechend dem im Blutgefäß herrschenden Druck können sie jedenfalls nicht direkt abgeben, so daß ein nachgeschalteter Drosselwiderstand erforderlich ist, der nach dem Gebrauch dieses vorbe¬ kannten Injektors aus hygienischen Gründen jedesmal gewechselt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht oder in geringerem Maße aufweist und die einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Dosierventil als Propor¬ tionalventil ausgebildet ist.

Ein Proportionalventil im Sinne der Erfindung ist jedes Sitz-Ventil, dessen Öffnungsquerschnitt proportional der (in der Regel elektrischen) Stellgröße ist und bei dem keine Signalrückführung des Ventilweges zur Ermittlung des momentanen Stellzustandes des Ventils erforderlich ist, da sich der jeweilige Stellzustand (Öffnungsquerschnitt) des Proportionalventils unmittelbar aus der zugeführten (elektrischen) Stell¬ größe ableiten läßt. Ein solches Proportionalventil ist erheblich kosten¬ günstiger als das im Stand der Technik eingesetzte Servoventil. Zudem hat sich herausgestellt, daß ein Proportionalventil das gasförmige Medium unmittelbar mit dem zur Einleitung in ein Blutgefäß erforderlichen ver¬ hältnismäßig niedrigen Überdruck abgeben kann, ein zusätzlicher Dosier¬ bzw. Drosselwiderstand wie in der DE-B 38 02 128 ist nicht erforderlich. Mit dem erfindungsgemäßen Gasinjektor lassen sich kleine Gasvolumenströme (je nach Gefäßgröße etwa 5-40 ml/s) auch gegen den pulsierenden Blutdruck genau und flatterfrei dosieren.

In einem anderen Zusammenhang (Druckregelung eines bekannten Volumens) beschreibt die US-A-5 094260 ein sogenanntes "proportional valve", bei dem es sich aber tatsächlich nicht um ein Proportionalventil im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt, sondern um ein herkömmliches Servoventil, das mittels eines Stellmotors eingestellt wird. Sein Funktionsprinzip ent¬ spricht dem in DE-B 3802 128 eingesetzten Ventil. Ein gerade in der Medi¬ zintechnik besonders schwerwiegender Nachteil dieser Servoventile liegt auch darin, daß solche elektromotorisch betriebenen Ventile bei einem Spannungsausfall in der zuletzt eingestellten Stellung offenbleiben, während sich das erfindungsgemäß verwendete Proportionalventil einem Span- nungsausfall selbstätig schließt. Es bietet also eine wesentlich höhere inhärente Sicherheit.

Es sei noch angemerkt, daß die Injektion von CO« nur einen verhältnismäßig geringen Negativkontrast gegenüber der normalen Blutfüllung des Gefäßes schafft. Um trotz dieses geringen Kontrastunterschiedes die Gefäße gut sichtbar zu machen, wird die sogenannte digitale Subtraktionsangiographie (DSA) eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird ein sogenanntes Maskenbild (das Gefäß im mit Blut gefüllten Normalzustand) und ein Füllungsbild (das Gefäß mit der Gasfüllung) aufgenommen. Die Bilder werden digitalisiert und zur Kontrastverstärkung voneinander subtrahiert.

Die den Sensor und das Proportionalventil enthaltende Regelschleife ist zweckmäßigerweise zur Regelung des Gasvolumenstroms ausgebildet. Es hat sich gezeigt, daß der Gasvolumenstrom der wesentliche die Qualität des Angiogramms beeinflussende Parameter ist, so daß die Regelbarkeit und Reproduzierbarkeit dieses Parameters besonders wichtig ist. Der zwischen dem Proportionalventil und dem Gasauslaß angeordnete Sensor kann unmittel¬ bar zur Messung des Volumenstroms oder Massenstroms ausgebildet sein. In der Regel ist dieser Sensor jedoch ein Druckaufnehmer, der dann den am Ausgang des Proportionalventils herrschenden Druck mißt. Der am Propor¬ tionalventil eingangsseitig anstehende Druck ist der ja bekannte Aus¬ gangsdruck der Druckquelle. Es läßt sich dann aus dem Druckabfall über das Proportionalventil , dessen Öffnungsquerschnitt ja jeweils bekannt ist, der ausgangsseitig am Proportionalventil resultierende Gasvolumenstrom errech¬ nen und regeln. Auf diese Weise wird auch der ausgangsseitig an der Druck¬ quelle herrschende Primärdruck mit überwacht, ohne daß dazu ein zusätzli¬ cher Druckaufnehmer erforderlich wäre. Wird nämlich bei einem bestimmten Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils ein bestimmter Gasdruck an der Ausgangsseite des Proportionalventils nicht mehr erreicht, deutet dies auf einem Druckabfall der Druckquelle, bspw. eine leere Gasflasche hin. Der Injektor kann sich dann automatisch abschalten und ein Alarmsignal auslö¬ sen.

Bei der Einleitung des Gases in das Gefäßsystem kommt es darauf an, daß das Gas an der Verbindungsstelle zwischen Gasauslaß und Gefäßsystem mit dem gewünschten Druck und Volumenstrom abgegeben wird. Da aber der Druck und Volumenstrom am Ausgang des Proportionalventils gemessen werden und da Gas ein kompressibles Medium ist, müssen Druck und Volumenstrom am Ausgang des Proportionalventils nicht identisch mit Druck und Volumenstrom an der Verbindungsstelle Gasauslaß/Gefäßsystem sein. Es ist daher zweckmäßig, daß die Regelschleife zur Regelung des Gasvolumenstroms mit Korrekturfaktoren entsprechend der Kompressibilität des verwendeten Gases und dem Fließwi¬ derstand des verwendeten Gasauslasses beaufschlagbar ist. Diese Korrektur¬ faktoren können bspw. einer Datenbank entnommen und dem Regelkreis als Steuergröße zugeführt werden. Es läßt sich so sicherstellen, daß das Gas tatsächlich mit dem gewünschten Druck und Volumenstrom in das Gefäßsystem abgegeben wird.

Vorteilhafterweise ist eine Temperiervorrichtung für das gasförmige Medium vorgesehen. Sie kann beispielsweise als dem Proportionalventil vorge¬ schaltete Temperierkammer mit elektrischen Heizeinrichtungen ausgebildet sein. Zusätzlich oder statt dessen kann auch das Proportionalventil selbst mit Heizelementen versehen sein, um das gasförmige Medium zu erwärmen bzw. ein Abkühlen des erwärmten Mediums zu verhindern. Auf diese Weise läßt sich das Medium vor dem Einleiten in das Blutgefäßsystem auf Körpertempe¬ ratur (37°C) erwärmen, so daß die bei Injektionen flüssiger oder gas¬ förmiger Medien in Blutgefäße sonst auftretenden Gefäßspasmen (spastisches Verschließen des Blutgefäßes) vermieden werden. Zur Überwachung der Gastemperatur können Temperatursensoren in der Temperierkammer und/oder zwischen Proportionalventil und Gasauslaß vorgesehen sein. Die Abkühlung des Gases durch Rohrströmungen kann bei den geringen Durchmessern und Längen der verwendeten Gasauslässe vernachlässigt werden.

Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einstellbare Maximal engenbegrenzung für das an das Gefäßsystem eingeleitete Gas auf. Diese Begrenzung verhindert, daß aus Unachtsamkeit dem Organismus eine ihm unzulässig stark belastende Kohlendioxidmenge zugeführt wird.

Der Gasauslaß ist in der Regel als in das Gefäßsystem einführbarer Kathe¬ ter ausgebildet. Die oben schon angesprochene Verbindungsstelle zwischen Gasauslaß und Gefäßsystem ist dann die Katheterspitze, aus der das Gas in den zu angiographierenden Bereich des Gefäßsystems abgegeben wird. Da Kohlendioxid eine niedrige Viskosität aufweist, können mit entsprechend dünnen Kathetern auch kleine Blutgefäße angiographiert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Propor¬ tionalventil und Gasauslaß ein zusätzliches Schaltventil angeordnet. "Zwischen" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß das Schaltventil in Fluß¬ richtung des Gases zwischen Proportionalventil und Gasauslaß angeordnet ist. Auch in den übrigen Ansprüchen ist der Begriff "zwischen" in diesem Sinne zu verstehen. Unter "Schaltventil" ist ein Ventil zu verstehen, das zwischen den zwei Zuständen "geschlossen" und "geöffnet" hin- und her- schaltbar ist. Ein solches zusätzliches Schaltventil ermöglicht es, den Gasauslaß vom übrigen Injektor pneumatisch zu trennen. Einerseits kann auf diese Weise bei Störfällen das Gerät sofort vom Gefäßsystem getrennt werden, andererseits kann so verhindert werden, daß bspw. beim Einführen des Katheters Blut in den Injektor zurücksteigt, und diesen kontaminiert. Vorteilhafterweise ist zwischen Schaltventil und Gasauslaß ein zusätzli¬ cher Drucksensor vorgesehen. Nach dem Einführen des Katheters mißt dieser Sensor den im Gefäßsystem herrschenden Blutdruck. Somit ist auch bei noch geschlossenem Schaltventil der Druck schon bekannt, gegen den das Gas in das Gefäßsystem eingeleitet werden muß. Schon vor dem Öffnen des Schalt¬ ventils läßt sich daher der am Proportionalventil ausgangsseitig herr¬ schende Druck entsprechend einregulieren, so daß beim Öffnen des Schalt¬ ventils einerseits kein Blut in den Injektor zurückströmt und andererseits kein Kohlendioxid mit übermäßig hohem Druck in das Gefäßssystem abgegeben wird. Somit dient dieser zusätzlicher Drucksensor dazu, vor Beginn des Injektionsvorgangs den im Gefäßsystem herrschenden Gegendruck zu messen und die Injektionsparameter darauf abzustimmen.

Zwischen dem Schaltventil und dem Gasauslaß kann zusätzlich ein Filter angeordnet sein. Ein solcher Filter ist zweckmäßigerweise als Mikrofilter mit einem Netzgeflecht von etwa 0,2 μm Porenweite ausgebildet. Es dient einerseits als Feinstfilter für das in das Gefäßsystem einzuleitende Gas und andererseits als Reservoir mit hydrophoben Eigenschaften (blutundurch¬ lässig), das bspw. bei Fehlfunktionen des Gerätes zurückströmendes Blut zunächst einmal auffängt, bevor dieses in den Injektor eintreten kann. Es können hier in Narkosegeräten üblicherweise verwendete Mikrofilter benutzt werden, die nach jedem Gebrauch gewechselt werden.

Der Filter kann zusätzlich mit einer hydrophoben Membran als Gas-Flüssig- keitsschranke versehen sein. Auf diese Weise wird verhindert, daß Flüs¬ sigkeit (Blut) vom Patienten in die Gaskanäle des Injektors strömt. Die wechselseitige Kontamination sowohl des Patienten als auch der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung wird verhindert.

Als zusätzliche Sicherungen gegen das Zurückschlagen von Blut in den Injektor können zwischen Schaltventil und Gasauslaß noch zusätzlich ein Rückschlagventil und/oder ein Flüssigkeitsdetektor angeordnet sein. Das Rückschlagventil verhindert, daß überhaupt eine Rückströmung stattfindet. Der Flüssigkeitsdetektor löst dann, wenn Flüssigkeit zu ihm zurückströmt, Alarm aus, schließt das Schaltventil und legt den Injektor still. Zum Auslösen der Gasinjektion kann ein Fußschalter vorgesehen sein, so daß der bedienende Arzt die Händen für andere Tätigkeiten frei hat.

Vorteilhafterweise sind alle mit dem gasförmigen Medium in Berührung kommende Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung hitze- und chemikalienbe¬ ständig ausgeführt. Sie können dann durch Erwärmung auf Temperaturen um 65°C und/oder Begasung bspw. mit Ethylenoxid oder Formaldehyd sterilisiert werden.

Ein weiteres Verfahren zum Untersuchen von Blutgefäßen ist die Angios- kopie. Bei diesem Verfahren wird ein Angioskop (Endoskop) mit einer Kamera oder vergleichbaren optischen Einrichtung an der Spitze in das zu untersu¬ chende Blutgefäß eingeführt. Der zu angioskopierende Gefäßabschnitt muß mit einem optisch durchlässigen Medium freigespült werden. Im Stand der Technik geschieht dies in der Regel mit einer physiologischen Salzlösung. Diese Flüssigkeit muß über einen Katheter mit einem verhältnismäßig hohem Druck appliziert werden, damit das Blut vollständig weggespült und der entsprechende Gefäßabschnitt für das Angioskop sichtbar wird. Dies führt zu Turbulenzen im Gefäßinneren, die wiederum die Gefäßinnenwände beschädi¬ gen können. Da zudem große Mengen Spülflüssigkeit (zwischen 120 - 1100 ml/min) injiziert werden müssen, kann es zu einer Volumenüberlastung des Herzens kommen. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, CO2 als Spülmedium für die Angioskopie zu verwenden. Dies ist allerdings insbeson¬ dere dann problematisch, wenn kleinere Blutgefäße in der Nachbarschaft stromab gelegener größerer Gefäße angioskopiert werden sollen. Aufgrund des Venturi-Effektes dieser größeren Gefäße wird das applizierte C0_? sofort abgesogen, ohne daß zumindest für einen begrenzten Zeitraum klare Sicht in dem zu untersuchenden Gefäß auftritt.

Bei Einsatz des Gasinjektors für die Angioskopie ist zur Lösung dieses Problems erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Katheter mindestens zweilumig ist und daß ein Lumen mit einem den Außenumfang des Katheters ringförmig umschließenden aufblasbaren Ballon verbunden ist. Durch Aufblasen des Ballons kann das Blutgefäß stromaufwärts des zu untersuchenden Abschnitts blockiert und so das Nachströmen von Blut verhindert werden. Das injizier¬ te C0_? wird nicht sofort wieder vom nachströmenden Blut verdrängt, die klare Sicht im Blutgefäß bleibt länger erhalten. Ein vorteilhaftes Materi¬ al für den Ballon ist Latex.

Das Aufblasen des Ballons soll mit einem Druck erfolgen, der ausreicht, um das unerwünschte Nachströmen von Blut weitgehend zu blockieren, der ande¬ rerseits aber auch nicht so groß ist, daß Beschädigungen der Gefäßinnen¬ wände auftreten. Es ist daher zweckmäßig, wenn das mit dem Ballon verbun¬ dene Katheterlumen über ein zweites Proportionalventil mit der Druckquelle für das gasförmige Medium verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich der Ballon mit einem vorbestimmten, definierten Druck aufblasen. Vorteilhaft¬ erweise ist zwischen dem zweiten Proportionalventil und dem Ballon auch noch ein Druckaufnehmer angeordnet, damit sich sicher feststellen läßt, ob der zur Blockade des Blutgefäßes erforderlicher Ballondruck erreicht ist.

Um eine möglichst weitgehende Reproduzierbarkeit der angioskopischen Aufnahmen zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Ballon zunächst mit einem vorbestimmten Gasdruck aufblasbar und anschließend die Gaseinleitung in das Gefäßsystem mit einstellbarer Zeitverzögerung auslösbar ist.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, die für die Angioskopie Verwendung finden, wird das Angioskop durch das gleiche Kathe¬ terlumen in das Gefäß eingeführt, durch das auch das CO« in das Gefäß eingeleitet wird. Dies ist möglich, da moderne Angioskope einen Außen¬ durchmesser von lediglich 0,5 mm haben. Die Querschnittsverengung dieses Katheterlumens durch das Angioskop kann aber dazu führen, daß der Druckab¬ fall über dieses Katheterlumen auf kaum kalkulierbare Weise ansteigt. Zudem kann das Angioskop am Katheterausgang durch den Gasstrom in Flatter¬ bewegungen versetzt oder an die Gefäßwand gedrückt werden, so daß keine zufriedenstellenden angioskopischen Bilder entstehen. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn der Katheter ein separates, zusätzliches Lumen zum Einführen eines Angioskopes (Endoskopes) aufweist. Erfindungsgemäß weist also ein Katheter zur Verwendung als Gasauslaß einer obenstehend beschrie¬ benen Vorrichtung mindestens drei Lumina auf. Störungen des Gasflusses durch das Angioskop erfolgen dann nicht mehr. Bei einem solchen Katheter weist das Lumen zum Aufblasen des Ballons und das Lumen zum Einleiten des Kohlendioxids in ds Gefäßsystem einen Durchmesser von etwa 0,4 mm auf, das Lumen zum Einführen des Angioskops hat einen Durchmesser von etwa 1 mm. Vorteilhafte Materialien für einen solchen Katheter sind PVC, Polyurethan oder Polyethylen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich¬ nung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gasinjektors;

Fig. 2 ein Proportionalventil im Längsschnitt;

Fig. 3 schematisch einen vierlu igen Katheter;

Fig. 4 den Katheter aus Fig. 3 im Querschnitt;

Fig. 5 in einer Explosionsdarstellung den hinter dem Ausgang des Schaltventils verwendeten Mikrofilter.

Der Gasinjektor weist als Druckquelle eine Kohlendioxidflasche 1 auf, die über ein Druckminderventil 2 und einen Mikrofilter 3 mit einem per Hand betätigbaren Notabschaltventil 4 verbunden ist. Durch Betätigung dieses Ventils 4 wird in Notfällen die Druckquelle 1 vom Gasinjektor getrennt. Es folgt dann ein elektrisch betätigtes Eingangsventil 5, mit dem ebenfalls die Druckquelle vom Gasinjektor getrennt werden kann. In von der automa¬ tischen Steuerung des Gasinjektors erkannten Notsituationen dient dieses Eingangsventil 5 als Notabschaltventil. Der ausgangsseitig am Eingangs¬ ventil 5 herrschende Druck wird mit einem Druckaufnehmer 5a überwacht, ferner sind Druckschalter und Sensoren 6 zur Grenzdruckerkennung der zulässigen Minimal- und Maximaldrucke vorgesehen, die beispielsweise 3 bzw. 5 bar betragen können. Ausgangsseitig an das Eingangsventil 5 schließt sich die Temperierkammer 7 mit einer elektrischen Heizeinrichtung an, in der das Gas auf die gewünschte Temperatur, in der Regel die Körpertemperatur von 37°C, erwärmt wird. Diese Temperatur wird mittels des Temperatursensors 7a überwacht. An dieser Temperierkammer 7 sind ausgangs¬ seitig die Proportionalventile 8 und 11 parallel angeschlossen. Jedes dieser Proportionalventile 8, 11 weist ausgangsseitig einen Druckaufnehmer 8a, 11a auf, der den jeweiligen Ausgangsdruck des Proportionalventils erfaßt und in ein elektrisches Signal umwandelt, das dann wieder als Regelgröße zur Ansteuerung des Proportionalventils zurückgeführt wird. Die Proportionalventile 8, 11 werden elektromagnetisch betätigt und sind weiter unten näher erläutert. Sie werden mittels der elektrischen Heizwen¬ deln 8b, 11b erwärmt, um eine Abkühlung des in der Temperierkammer 7 erwärmten Gases zu verhindern. Die Temperatur des Gases an der Ausgangs¬ seite des Proportionalventils 8 wird mittels des Temperatursensors 10 überwacht. Der Druckaufnehmer 12 überwacht den ausgangsseitigen Druck des Proportionalventils 11, zusätzlich ist aus Sicherheitsgründen ein Grenzdruckschalter 18 vorgesehen, der beim Überschreiben eines zulässigen Maximaldrucks (beispielsweise zwischen 1 und 3 bar) ein Alarmsignal abgibt. Der Druck an der Ausgangsseite des Proportionalventils 8 wird mit einem Druckaufnehmer 9 überwacht, zusätzlich ist ebenfalls ein Grenzdruck¬ schalter 13 vorgesehen, der bei Überschreiten eines zulässigen Maximal¬ drucks ein Alarmsignal abgibt. Ausgangsseitig an die Proportionalventile 8, 11 schließen sich elektromagnetisch betätigte Schaltventile 14, 19 an, denen jeweils ein Druckaufnehmer 16, 20 zugeordnet ist, der im geschlos¬ senen Zustand dieser Schaltventile 14, 19 den an diesen jeweils ausgangs¬ seitig anstehenden Druck mißt. Hinter dem Schaltventil 14 ist ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes zusätzliches Entlüftungsventil 15 vorgesehen, mittels dem der aufgeblasene Ballon 24 entlüftet werden kann. Hinter dem Schaltventil 19 ist ein Temperatursensor 17 zur Überwachung der Gastempe¬ ratur vorgesehen. Ausgangsseitig an das Entlüftungsventil 15 und an das Schaltventil 19 schließen sich Mikrofilter 21, 22 an, deren Aufbau weiter unten genauer erläutert ist. Der Ausgang des Schaltventils 19 speist über diesen Mikrofilter 22 das Lumen 23b eines Katheters 23. Dieses Lumen 23b ist an der Katheterspitze 25 offen und dient der Einleitung von C0₂ in das Blutgefäß 26. Das Schaltventil 14 ist ausgangsseitig über das Entlüftungs¬ ventil 15 und den Mikrofilter 21 mit dem Lumen 23a des Katheters 23 verbunden, über das der Ballon 24 aufgeblasen werden kann. Zur Überwachung sämtlicher Funktionen des Gasinjektors und zur Steuerung der Ventile ist ein Steuergerät 27 vorgesehen. Dieses Steuergerät 27 weist aus Sicher¬ heitsgründen eine Mikroprozessorsteuerung mit zweifacher Redundanz auf.

Der Aufbau der Mikrofilter 21, 22 ist in Fig. 5 näher erläutert. In das Filtergehäuse 57 sowie den Schraubdeckel 52 sind jeweils O-Ringe 56, 53 eingesetzt. Als eigentliche Filterelemente dienen ein Stahlgitter 54 mit einer Maschenweite von 5μm und eine hydrophobe Membran 55 mit einer Poren¬ größe von 0,2 μm. Diese Filterscheibe bzw. Membran 55 ist hydrophob und läßt Flüssigkeiten wie Blut nicht durchdringen. Sie stellt daher eine Gas-Flüssigkeitsschranke dar. Die Mikrofilter werden über Luer-Lock-An- schlüsse 58, 59 mit dem Gasleitungssystem verbunden.

Der Aufbau der Proportionalventile 8, 11 ist in Fig. 2 näher erläutert. Das Ventilgehäuse 31 weist einen Druckeingang 28, einen Druckausgang 29 und einen Entlüftungsausgang 30 auf. Im Ruhezustand des Ventils ist die Verbindung zwischen dem Druckeingang 28 und dem Ausgang 29 durch den Hauptkolben 32 gesperrt, der von einer Feder 33 abdichtend gegen den Ventilsitz 34 gedrückt wird. Die in der Zeichnung nur schematisch angedeu¬ tete Magneteinrichtung 35 betätigt über eine Kolbenstange 36 den Regelkol¬ ben 37, der im Ruhezustand auf einer Axialfläche des Hauptkolbens 32 abdichtend anliegt. Hauptkolben 32 und Regelkolben 37 sind als im wesent¬ lichen zylindrische Hohlkörper ausgebildet. Der Regelkolben 37 weist an seiner der Magneteinrichtung 35 zugewandten Axialfläche Öffnungen auf, die seinen Innenraum mit der Entlüftungsöffnung 30 verbinden. Wenn die Magnet¬ einrichtung 35 auf den Regelkolben 37 in Richtung des Pfeils A in Fig. 2 eine Kraft ausübt, die die Haltekraft der Feder 33 übersteigt, bewegt sich der Regelkolben 37 in Richtung dieses Pfeils A und hebt dabei den Haupt¬ kolben 32 von seinem Ventilsitz 34 ab. Der Druckeingang 28 steht jetzt mit dem Ringraum 38 und damit auch mit dem Druckausgang 29 in Verbindung. Der Öffnungsquerschnitt des Ventils hängt von der Kraft ab, die die Magnetein¬ richtung 35 auf den Regelkolben 37 ausübt, und ist proportional zum Strom¬ fluß durch die Magneteinrichtung 35. Der durch die Magneteinrichtung 35 fließende Strom ist also direkt ein Maß für den Öffnungsquerschnitt des Ventils; ein separater Wegeaufnehmer zum Bestimmen des Stellzustandes des Ventils ist, anders als bei Servoventilen, nicht erforderlich.

Wenn der Druckausgang 29 entlüftet werden soll, zieht die Magneteinrich¬ tung 35 den Regelkolben 37 entgegengesetzt der Richtung des Pfeils A in Fig. 2 so weit, daß er von der Axialfläche des Hauptkolbens 32 abhebt und damit den Druckausgang 29 mit seinem inneren Hohlraum und damit auch mit dem Entlüftungsausgang 30 verbindet. Die Funktion des Injektors wird nachfolgend am Beispiel einer Gasinjektion mit vorheriger Ballonblockade des Blutgefäßes beschrieben. Folgende Injek¬ tionsparameter werden in das Steuergerät 27 eingegeben oder sind in diesem bereits gespeichert:

1. Kompressibilität des Gases

2. Kathetertyp (Volumen, Fließwiderstand, Zahl der Lumina, Katheter mit oder ohne Ballon)

3. Dauer und Beginn der Ballonblockade (vor, während oder nach einer Gasinjektion)

4. Gasdruck, mit dem der Ballon aufgeblasen werden soll

5. maximal zu injizierendes Gasvolumen

6. gewünschter Gasvolumenstrom

Der Katheter 23 wird in das zu untersuchende Blutgefäß eingeführt. Seine beiden Lumina 23a und 23b werden mit den entsprechenden Anschlüssen des Injektors verbunden. Es muß sichergestellt sein, daß das gesamte gasfüh¬ rende System jetzt keinerlei Fremdgase außer Kohlendioxid mehr enthält, da es ansonsten zu Lufte bolien kommen könnte. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der Katheter 23 mit physiologischer Salzlösung gespült sein. Statt¬ dessen kann auch eine automatische Spülung der gesamten Toträume des Gas¬ injektors, die noch Umgebungsluft enthalten können, mit C0₂ vorgesehen sein.

Das Steuergerät 27 öffnet jetzt das Eingangsventil 5. An den Eingängen der Proportiona-1ventile 8 und 11 steht nun Kohlendioxid mit einem definierten, durch die Einstellung des Druckminderventils 2 bestimmten Druck an (i.d.R. 4 bar). Der Ausgangsdruck des Proportionalventils 8 wird jetzt so einge¬ stellt, daß er dem gewünschten Fülldruck des Ballons 24 entspricht. Er wird durch den Druckaufnehmer 8a überwacht. Der Ausgangsdruck des Propor¬ tionalventils 11 (überwacht durch den Druckaufnehmer 11a) wird so einge¬ stellt, daß er etwas höher liegt als der durch den Druckaufnehmer 20 gemessene Blutdruck im Blutgefäß 26. Das Maß, um das er höher eingestellt wird als dieser Blutdruck, bestimmt sich zum einen durch den im Katheter stattfindenden Druckabfall und zum anderen durch den gewünschten Volumen¬ strom, mit dem das C0₂ in das Blutgefäß 26 injiziert werden soll. Das Schaltventil 14 wird jetzt geöffnet und verbindet den Ausgang des Proportionalventils 8 mit dem Lumen 23a des Katheters 23 und damit mit dem Ballon 24. Dieser Ballon wird jetzt mit dem gewünschten Druck aufgeblasen und blockiert das Blutgefäß 26. Nach Erreichen des gewünschten Ballon- drucks kann das Schaltventil 14 wieder geschlossen werden, der Druckauf¬ nehmer 16 überwacht dann den Ballondruck. Nach Ablauf einer einstellbaren Zeitverzögerung öffnet sich das Schaltventil 19 und verbindet den Ausgang des Proportionalventils 11 mit dem Lumen 23b des Katheters 23. C0_? kann jetzt aus der Katheterspitze 25 in das Blutgefäß 26 einströmen. Der Volu¬ menfluß des einströmenden Kohlendioxids wird erforderlichenfalls durch Verstellen des Proportionalventils 11 geregelt und über die gewünschte Zeitdauer konstant gehalten. Der Gasvolumenstrom am Ausgang 25 des Kathe¬ ters 23 wird dabei aus folgenden Parametern errechnet:

1. Eingangsdruck am Proportionalventil 11 (der bekannte Ausgangsdruck des Druckminderventils 2)

2. Ausgangsdruck am Proportionalventil 11 (gemessen durch den Druckauf¬ nehmer 11a)

3. Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils 11 (proportional dem Strom durch die Magneteinrichtung 35)

4. Fließwiderstand und Druckabfall über das Lumen 23b des Katheters 23 (entnommen aus einer Datenbank im Steuergerät 27)

Nach Abschluß der Injektion kann der Ballon 24 über den entsprechenden Entlüftungsausgang des zusätzlichen Schaltventils 15 wieder entlüftet werden. Die Gasinjektion wird durch Schließen des Schaltventils 19 been¬ det. Währed des gesamten Injektionsvorganges wird das Gas in der Tempe¬ rierkammer 7 und mittels der in den Proportionalventilen 8, 11 vorge¬ sehenen Heizelemente 8b, 11b erwärmt, die Überwachung bzw. Regelung der gewünschten Temperatur erfolgt mittels der Thermosensoren 7a, 10, 17. Die Druckaufnehmer 9, 12 überwachen zusätzlich zu den Druckaufnehmern 8a, 11a den ausgangsseitig an den Proportionalventilen 8, 11 herrschenden Druck und bieten so eine erhöhte Sicherheit gegen Fehlfunktionen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen vierlumigen Katheter zur Verwendung als Gas¬ auslaß für einen erfindungsgemäßen Injektor. Dieser Katheter weist an seinem geräteseitigen Ende vier Anschlüsse 39-42 auf, die mit den jeweili¬ gen Lumina verbunden sind. Der Anschluß 39 steht über das Lumen bzw. den Kanal 49 (Durchmesser 0,33mm) mit dem in der Nähe des patientenseitigen Endes des Katheters angeordneten Latexballon 44 in Verbindung. Durch Einleiten von Gas in den Anschluß 39 kann also dieser Latexballon aufge¬ blasen werden. Anschluß 40 dient dem Einführen des Angioskops und steht mit dem Angioskopiekanal 48 (Durchmesser 1mm) in Verbindung. Anschluß 41 steht mit einem zusätzlichen Arbeitskanal 50 (Durchmesser 0,66mm) in Verbindung, der zur Aspiration bzw. als Instrumentierkanal dient. Anschluß 42 steht mit dem Gaskanal 51 (Durchmesser 0,33mm) in Verbindung, durch den das Kohlendioxid in das Gefäß eingeleitet wird. Die Kanäle 48, 50 und 51 sind zum patientenseitigen Ende des Katheters hin offen, was in Fig. 3 durch die Bezugszeichen 45, 46 und 47 angedeutet ist. Der Kanalintegrator bzw. KanalSeparator 43 führt die vier Anschlüsse 39-42 zusammen und ver¬ bindet diese mit den jeweiligen Lumina des Katheters. Die gezeigte Ausfüh¬ rungsform des Katheters weist eine Länge von 1,3m und einen Außendurchmes¬ ser von 2,1mm auf. Der Latexballon 44 ist so dimensioniert, daß sich damit Gefäße bis zu einem maximalen Innendurchmesser von 25mm verblocken lassen.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Einleiten gasförmiger Medien in ein flüssigkeitsge- fülltes Gefäßsystem (26), mit einer Druckquelle (1) für das gasförmige Medium, einem Dosierventil (11) zum Einstellen des Gasflusses, einem mit dem Gefäßsystem (26) verbindbaren Gasauslaß (25) und einem zwi¬ schen Dosierventil und Gasauslaß angeordneten Sensor (11a) zum Erfas¬ sen des Drucks, Volumenstroms oder Massenstroms des gasförmigen Medi¬ ums, wobei aus dem Ausgangssignal des Sensors (11a) eine Regelgröße für das Dosierventil (11) ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (11) als Proportionalventil ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sensor (11a) und das Proportionalventil (11) enthaltende Regelschleife zur Regelung des Gasvolumenstroms ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel¬ schleife mit Korrekturfaktoren entsprechend der Kompressibilität des verwendeten Gases und dem Fließwiderstand und/oder Volumen des verwen¬ deten Gasauslasses beaufschlagbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperiervorrichtung für das gasförmige Medium vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pro¬ portionalventil (11) mit einer Heizeinrichtung (11b) zum Erwärmen des gasförmigen Mediums versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maximalmengenbegrenzung für das in das Gefäßsystem (26) eingeleitete Gas einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß als in das Gefäßsystem (26) einführbarer Katheter (23) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Proportionalventil (11) und Gasauslaß (25) ein zusätzli¬ ches Schaltventil (19) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schaltventil (19) und Gasauslaß (25) ein zusätzlicher Drucksensor (20) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwi¬ schen Schaltventil (19) und Gasauslaß (25) ein Filter (22) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (22) mit einer hydrophoben Membran (55) als Gas-Flüssigkeitsschranke ausgerüstet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schaltventil (19) und Gasauslaß (25) ein Rückschlagventil angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schaltventil (19) und Gasauslaß (25) ein Flüssigkeitsde¬ tektor angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fußschalter zum Auslösen der Gaseinleitung vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit dem gasförmigen Medium in Berührung kommenden Teile hitze- und chemikalienbeständig ausgeführt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Katheter (23) mindestens zweilumig ist und daß ein Lumen (23a) mit einem den Außenumfang des Katheters (23) ringförmig umschließenden Ballon (24) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Ballon (24) verbundene Katheterlumen (23a) über ein zweites Propor¬ tionalventil (8) mit der Druckquelle (1) für das gasförmige Medium verbindbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballon (24) mit einem vorbestimmten Gasdruck aufblasbar und anschlie¬ ßend die Gaseinleitung mit einstellbarer Zeitverzögerung auslösbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Katheter ein zusätzliches Lumen zum Einführen eines Endoskops (Angioskops) aufweist.

20. Katheter zur Verwendung als Gasauslaß einer Vorrichtung zum Einleiten eines gasförmigen Mediums in ein flüssigkeitsgefülltes Gefäßsystem, insbesondere zur Verwendung als Gasauslaß einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens dreilumig ist.