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Dokumentenidentifikation DE102006029022A1 20.12.2007
Titel Druckmesskatheter für eine Druckmessvorrichtung
Anmelder Brandenburgische Technische Universität Cottbus, 03046 Cottbus, DE
Erfinder Falter, Bernd, 12559 Berlin, DE;
Knörig, Joachim-Michael, 12589 Berlin, DE
Vertreter Rothkopf Theobald Elbel, Patentanwälte, Partnerschaft, 10117 Berlin
DE-Anmeldedatum 14.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006029022
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse G01L 11/02(2006.01)A, F, I, 20060614, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 6/00(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   A61B 5/021(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   A61B 5/02(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein Druckmesskatheter (1) mit einer Lichtleitfaser (25, 25') und einem an die Lichtleitfaser (25, 25') angekoppelten ersten optischen Drucksensor (27) zur Verfügung gestellt. Der erste optische Drucksensor (27) umfasst wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes. Wenigstens eine physikalische Eigenschaft des reflektierten Lichtes hängt von dem auf den ersten optischen Drucksensor (27) ausgeübten Druck ab. Mit axialem Abstand zum ersten optischen Drucksensor (27) ist ein zweiter optischer Drucksensor (29) an die Lichtleitfaser (25, 25') angekoppelt, welcher wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes umfasst. Wenigstens eine messbare physikalische Eigenschaft des im zweiten optischen Drucksensors (29) reflektierten Lichtes hängt von dem auf ihn ausgeübten Druck ab.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmesskatheter für eine Druckmessvorichtung, insbesondere für den Einsatz in der Herzchirurgie.

Eine Vielzahl der Operationen in der Herzchirurgie (ca. 80%) beziehen sich auf Bypassoperationen. In einer Bypassoperation wird eine Gefäßverengung in einem Herzkranzgefäß durch Einnähen von Gefäßen überbrückt, um die Durchblutung eines definierten Herzmuskelgebietes zu sichern. Die eingenähten Gefäße besitzen einen Durchmesser von S mm bis 1 mm. Sie werden mit Nähten genäht, die einen Durchmesser von ca. 7 × 10–2 mm aufweisen. Das Erstellen der Verbindung ist deshalb äußerst schwierig und kompliziert. Eine Überprüfung der Verbindung ist daher wünschenswert.

Bisher besteht die Möglichkeit, die Gefäßverbindung, auch Anastomose genannt, mittels einer Flussmessung zu überprüfen. Dabei wird der Fluss an einer genähten Gefäßbrücke elektromagnetisch gemessen. Dieser gemessene Fluss ist jedoch von vielen Einflussfaktoren abhängig. So spielt z.B. die Beschaffenheit des Gefäßes, durch das der Abfluss stattfindet, eine wesentliche Rolle. Durch starke Verkalkungen kann dieses Gefäß eingeengt sein. Auch Stresshormone können die Gefäße verengen. Ebenso hat der Druck in der Herzkammer Einfluss auf die Durchblutung der Herzkranzgefäße. Beispielsweise erfolgt die Durchblutung der Herzkranzgefäße in der Phase der Herzerschlaffung. Dies alles macht die Interpretation der elektromagnetisch gemessenen Flusswerte sehr subjektiv und die Messwerte daher schwer beurteilbar. Nur ein gemessener Nullwert oder ein sehr hoher Fluss lassen eine sichere Interpretation zu. Für Langzeitprognosen über die Bypassbrücken und die Lebenserwartung der Patienten ist jedoch ein ungestörter Blutfluss über die Gefäßverbindung wichtig.

Als reproduzierbarer Messwert steht der Druck vor und hinter der Gefäßverbindung zur Verfügung. Für die Kardiologie werden zur Zeit Druckmessgeräte angeboten, die im Rahmen einer Katheterdiagnose von Gefäßverengungen angewendet werden. Hierbei wird über die Leiste ein Herzkatheterdraht vorgeschoben und über einen Führungskatheter der Druckmesskatheter mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 0,5 mm in die Herzkranzgefäße vorgebracht. Nun wird der Druck hinter der Herzkranzgefäßeinengung gemessen und langsam über die Einengung zurückgezogen. Der gemessene Drucksprung ergibt Auskunft über die Bedeutsamkeit der Einengung des Herzkranzgefäßes. Ein derartiges Verfahren kann grundsätzlich auch zum Messen des Druckes vor und hinter einer Gefäßverbindung Verwendung finden.

Aus EP 0 997 721 A1 und US 2002/0162399 A1 sind Drucksensoren für Druckmesskatheter bekannt, die auf optischer Fabry-Perot Interferometrie beruhen. Diese Sensoren sind am Ende 101 einer Lichtleitfaser 100 angebracht (1), wobei das Ende der Lichtleitfaser mit Zinksulfid 102 (ZnS) teildurchlässig verspiegelt ist. An das teildurchlässig verspiegelte Ende 101 schließt sich ein kranzförmiger Abstandshalter 104 an, an dem wiederum ein Diaphragma 106 so angeordnet ist, dass es die vom kranzförmigen Abstandshalter umgebene Öffnung 108 verschließt. Im Zentrum des Diaphragmas 106 ist eine mit Aluminium verspiegelte Spiegelfläche 110 angeordnet. Die Spiegelfläche 110 ist so angeordnet, dass sie von der Lichtleitfaser kommendes Licht zurückreflektiert. Die teilverspiegelte Fläche 102 weist in dieselbe Richtung wie die Spiegelfläche des Diaphragmas 106. Wenn nun ein Druck auf das Diaphragma einwirkt, beeinflusst dies den Abstand zwischen der teilverspiegelten Fläche 102 und der Spiegelfläche 110 des Diaphragmas 106, wobei der Abstand vom Druckwert abhängt. Wenn Licht durch die Lichtleitfaser 100 zum Drucksensor geleitet und von der teilverspiegelten Fläche 102 sowie der Spiegelfläche 110 des Diaphragmas 106 reflektiert wird, entsteht auf Grund der unterschiedlich langen Laufwege eine Interferenz zwischen dem von der teilverspiegelten Fläche 102 reflektierten Licht und dem von der Spiegelfläche 110 des Diaphragmas 106 reflektierten Licht. Das Interferenzmuster hängt dabei vom Abstand der beiden Flächen voneinander ab, welcher von dem herrschenden Druck abhängt. Aus dem Interferenzmuster kann daher auf den Abstand und aus diesem wiederum auf den auf das Diaphragma 106 einwirkenden Druck geschlossen werden, so dass eine optische Druckmessung möglich ist. Eine Druckmessvorrichtung mit einem derartigen Drucksensor ist beispielsweise in Kentaro Totsu, et al. in „Ultra-miniature fiber optic pressuer sensor using with white light interferometrie" beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine optische Faser, an deren distalem Ende die Druckmessvorrichtung angeordnet ist. Die optische Faser ist über einen Faserkoppler an eine weißes Licht aussende Lichtquelle angeschlossen. Weiterhin ist ein Spektrometer über den Faserkoppler an die optische Faser angeschlossen. Das vom Drucksensor reflektierte Licht wird vom Faserkoppler an das Spektrometer weitergeleitet, wo eine Spektralanalyse stattfindet. Das Ergebnis der Spektralanalyse wird von einem PC ausgewertet.

Ein weiterer zur Verwendung in Kathetern geeignete optische Druckmesssensor ist in JP 7328128 beschrieben. Dieser Druckmesssensor weist eine Engstelle 202 kurz vor dem Ende einer optischen Faser 200 (2) auf. Das Ende 204 der optischen Faser 200 ist so verspiegelt, dass durch die optische Faser 200 zu dem Ende 204 gelangendes Licht zurück reflektiert wird. Wenn nun ein Druck auf das Ende der optischen Faser 200 ausgeübt wird, führt dies zu einer Verbiegung der Engstelle 202, da diese gegenüber dem Rest der optischen Faser 200 eine geringere Biegefestigkeit aufweist. Aufgrund der Verbiegung erhöht sich der Transmissionsverlust der Faser, sodass aus der Intensität des reflektierten Lichtes auf die Biegung der Faser in der Engstelle und damit auf den am Faserende herrschenden Druck geschlossen werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Druckmesskatheter und eine verbesserte Druckmessvorrichtung, insbesondere für die Herzchirurgie, zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Druckmesskatheter nach Anspruch 1 bzw. eine Druckmessvorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßer Druckmesskatheter umfasst eine Lichtleitfaser und einen ersten an die Lichtfaser angekoppelten optischen Drucksensor, welcher wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes umfasst und bei dem wenigstens eine messbare physikalische Eigenschaft des reflektierten Lichtes von dem auf ihn ausgeübten Druck abhängt. Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Druckmesskatheter einen mit Abstand zum ersten optischen Drucksensor an die Lichtleitfaser angekoppelten zweiten optischen Drucksensor, welcher wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes umfasst und bei dem wenigstens eine messbare physikalische Eigenschaft des reflektierten Lichtes von dem auf ihn ausgeübten Druck abhängt. Unter Licht soll hierbei nicht nur elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich verstanden werden, sondern auch solche außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches, beispielsweise Wellenlängen im infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere im nahen Infrarot oder nahen Ultraviolett. Die Lichtleitfaser kann insbesondere auch aus mehreren hintereinander geschalteten Faserabschnitten bestehen. Außerdem können die physikalischern Eigenschaften, die im ersten und im zweiten Drucksensor beeinflusst werden, verschieden sein.

Der erfindungsgemäße Druckmesskatheter ermöglicht es, die Druckdifferenz über eine Gefäßnaht zu messen, ohne dass der Druckmesskatheter dazu bewegt werden muss. Aufgrund des longitudinalen Abstandes der beiden Druckmesssensoren voneinander kann der eine Druckmesssensor vor der Gefäßnaht und der andere Druckmesssensor hinter der Gefäßnaht angeordnet werden. Wenn nun beispielsweise weißes Licht durch den Druckmesskatheter zu den Druckmesssensoren geleitet wird und von diesen reflektiert wird, so kann durch eine Spektralanalyse des reflektierten Lichtes beispielsweise auf die Transmissions- bzw. Reflektionseigenschaften im Bereich der beiden Druckmesssensoren geschlossen werden, was wiederum einen Rückschluss auf die an den Druckmesssensoren herrschenden Drücke zulässt. Wenn beispielsweise Druckmesssensoren, wie sie in EP 0 997 721 A1 beschrieben sind, Verwendung finden, die auf Fabry-Perot Interferometrie beruhen, so kann anhand des Auftretens von Intensitätsmaxima im reflektierten Licht auf den Druck geschlossen werden. Zwischen den Signalen der beiden Drucksensoren kann hierbei beispielsweise aufgrund der Laufzeitunterschiede von Lichtpulsen aus weißem Licht unterschieden werden. In diesem Fall können die Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften der Drucksensoren identisch sein.

Die Drucksensoren des Druckmesskatheters können jedoch auch so ausgebildet sein, dass sich ihre Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften voneinander unterscheiden. So können sich etwa die Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften des ersten Drucksensors auf einen anderen Wellenlängenbereich beziehen als die Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften des zweiten Drucksensors. Dies wird beispielsweise möglich, wenn bei Drucksensoren, wie sie in EP 0 997 721 A1 beschrieben sind, Abstandshalter mit unterschiedlichen axialen Längen Verwendung finden. Die durch den ersten Drucksensor herbeigeführte Interferenz liefert dann Intensitätsmaxima und Intensitätsminima in anderen Spektralabschnitten als die durch den zweiten Drucksensor herbeigeführte Interferenz. In diesem Fall kann die Unterscheidung zwischen den Signalen der beiden Drucksensoren dadurch getroffen werden, dass Maxima und Minima in unterschiedlichen Spektralabschnitten des Spektrums des eingestrahlten weißen Lichtes vorliegen. Zwar erfordert diese Ausführungsform verschieden ausgestaltete Drucksensoren, jedoch kann dafür auf das gepulste Einkoppeln von Licht in die optische Faser des Katheters verzichtet werden.

Wenn der Druckmesskatheter zur Druckmessung an Anastomosen in der Herzkranzchirurgie Verwendung finden soll, weisen die Lichtleitfaser, der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor Querschnittsabmessungen von nicht mehr als 150 &mgr;m, vorzugsweise von nicht mehr als 100 &mgr;m auf. Bei diesen Abmessungen ist die Beeinflussung des Blutflusses durch die miteinander verbundenen Blutgefäße zu vernachlässigen.

Der Druckmesskatheter ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem sterilisierbaren Material hergestellt oder von einem solchen vollständig umgeben. Als sterilisierbares Material kommt beispielsweise Teflon in Frage, das sich auch als Mantelmaterial für die optische Faser eignet. Die Sterilisierbarkeit würde des mehrmalige Wiederverwenden des Druckmesskatheters ermöglichen.

Der erste Drucksensor kann vor dem distalen Ende der Lichtleitfaser angeordnet sein. Der zweite Drucksensor ist dann zwischen dem ersten Drucksensor und dem distalen Ende der Lichtleitfaser oder am distalen Ende selbst angeordnet. In diesem Fall ist der wenigstens eine Reflektor des Drucksensors als Strahlteiler ausgebildet. Der Strahlteiler kann hierbei grundsätzlich ein geometrischer Strahlteiler oder ein physikalischer Strahlteiler sein. In einem geometrischen Strahlteiler erfolgt die Aufteilung eines Strahlenbündelquerschnittes durch spiegelnde Flecken, Streifen, etc., die lediglich einen Teil des Strahlenbündelquerschnittes ausmachen. Die auf die Flecken, Streifen, etc. auftreffenden Teile des Strahlenbündels werden reflektiert, während diejenigen Teile des Strahlenbündels, die zwischen den Flecken, Streifen, etc. auf den Strahlteiler auftreffen, ohne Reflektion durch ihn hindurch gehen. In einem physikalischen Strahlteiler bleibt der Querschnitt des Strahlenbündels hingegen unverändert. Die Aufteilung erfolgt gleichmäßig über den gesamten Strahlenbündelquerschnitt durch eine teildurchlässige Spiegelfläche. Die Verwendung eines Strahlteilers für den Reflektor oder die Reflektoren des ersten Drucksensors kann dieselbe optische Faser zum Leiten des Lichtes zu den beiden Drucksensoren Verwendung finden.

Wenn der Strahlteiler des ersten Drucksensors als geometrischer Strahlteiler ausgebildet ist, also reflektierende und durchlässige Abschnitte aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die reflektierenden Abschnitte aller Reflektionsflächen des Strahlleiters zusammen 50% seiner Querschnittsfläche ausmachen. In diesem Fall sind der vom ersten Drucksensor reflektierte Teilstrahl und der von ihm durchgelassene Teilstrahl gleich intensiv. Wenn der durchgelassene Teilstrahl dann am zweiten Druckmesssensor vollständig reflektiert wird, liefern beide Druckmesssensoren ein gleich starkes Signal. Für den reflektierten Strahl sollte der Strahlteiler dabei vollständig durchlässig sein.

Wenn der Strahlteiler als physikalischer Strahlteiler ausgebildet ist, also der Reflektor bzw. die Reflektoren als teildurchlässige Spiegelflächen ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, wenn der Reflexionsgrad aller teildurchlässigen Spiegelflächen des Strahlteilers im ersten Drucksensor zusammen 50% beträgt. In diesem Fall sind der reflektierte und der hindurchgelassene Teilstrahl gleich intensiv, sodass beide Drucksensoren ein gleich intensives Signal liefern, wenn der zweite Drucksensor den hindurchgelassenen Teilstrahl zu 100% reflektiert und der Strahlteiler des ersten Drucksensors den reflektierten Strahl zu 100% passieren lässt.

Der erfindungsgemäße Druckmesskatheter ist nicht auf das Vorhandensein von zwei Drucksensoren beschränkt. Vielmehr kann wenigstens ein dritter Drucksensor vorhanden sein, der an die Lichtleitfaser mit axialem Abstand zum ersten optischen Drucksensor und zum zweiten optischen Drucksensor angekoppelt ist. Dieser umfasst ebenfalls wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes. Für die Ausgestaltung des dritten Druckmesssensors gilt das zu dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor ausgeführte sinngemäß. Die Zahl der Drucksensoren, die mit axialem Abstand zueinander an die Lichtleitfaser angekoppelt sein können, wird lediglich dadurch begrenzt, dass die von den Drucksensoren reflektierten Signale am proximalen Ausgang der Lichtleitfaser genügend Intensität aufweisen müssen, damit eine Spektralanalyse der Signale möglich ist.

Eine erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung umfasst einen erfindungsgemäßen Druckmesskatheter, eine Lichtquelle, ein Spektrometer sowie einen optischen Koppler. Der optische Koppler weist wenigstens drei Eingänge bzw. Ausgänge auf, wobei die Lichtleitfaser, die Lichtquelle und das Spektrometer jeweils an einen Eingang angeschlossen sind. Über den optischen Koppler wird das Licht der Lichtquelle dann in den Druckmesskatheter eingekoppelt und das von den Drucksensoren des Katheters reflektierte Licht aus dem Katheter ausgekoppelt und an das Spektrometer geleitet. Die Lichtquelle kann hierbei insbesondere eine primäre Lichtquelle, also eine selbst Licht erzeugende Lichtquelle etwa eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe, sein. Sie kann aber auch eine sekundäre Lichtquelle sein, also eine nicht selbst Licht erzeugende Lichtquelle, etwa der Ausgang einer Lichtleitfaser.

Die Lichtquelle kann insbesondere zur Abgabe von weißem Licht ausgebildet sein, was insbesondere von Vorteil ist, wenn die Druckmesssensoren derart ausgebildet sind, dass sie verschiedene Wellenlängenbereiche des Spektrums beeinflussen. In diesem Fall kann mit einer Einkopplung zeitlich kontinuierlichen weißen Lichtes in den Druckmesskatheter gearbeitet werden.

Die Druckmessvorrichtung kann aber auch eine Steuereinheit umfassen, die mit der Lichtquelle gekoppelt und derart ausgestaltet ist, dass die Lichtquelle zur gepulsten Abgabe von Licht veranlasst wird. Die Unterscheidung zwischen dem Signal des ersten Drucksensors und dem des zweiten Drucksensors wird dann durch eine Laufzeitmessung der Lichtpulse möglich. In diesem Fall können beide Drucksensoren identisch ausgebildet sein.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen für die Druckmessvorrichtung und den Druckmesshalter unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

1 zeigt einen ersten optischen Drucksensor nach Stand der Technik.

2 zeigt einen zweiten optischen Drucksensor nach Stand der Technik.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Druckmesskatheter.

4 zeigt den ersten Drucksensor des Katheters aus 1 in einer schematischen Schnittsansicht.

5 zeigt den zweiten Drucksensor des Druckmesskatheters aus 1 in einer schematischen Schnittansicht.

6 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse des in 2 gezeigten Drucksensors mit einer Draufsicht auf seine reflektierende Fläche.

7 zeigt eine Alternative zur in 4 gezeigten Darstellung.

Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben. Die Druckmessvorrichtung umfasst einen Druckmesskatheter 1, eine Lichtquelle 3, ein Spektrometer 5 und einen optischen Koppler 7.

Der Lichtquelle 3 ist eine Einkoppelvorrichtung 9 zugeordnet, die in 1 als Parabolspiegel angedeutet ist. Die Einkoppelvorrichtung bündelt das von der Lichtquelle 3 ausgehende Licht in Richtung auf das Eintrittsende 11 eines Lichtleiters 13. Der Lichtleiter 13 ist an einen ersten Eingang 15 des optischen Kopplers 7 angeschlossen. Der optische Koppler 7 weist außerdem einen Ausgang 17 und einen Eingang/Ausgang 19 auf. An den Ausgang 17 ist ein weiterer Lichtleiter 21 angeschlossen, dessen anderes Ende an einen Eingang 23 des Spektrometers 5 angeschlossen ist. An den Eingang/Ausgang 19 des optischen Kopplers 7 ist der Druckmesskatheter 1 angeschlossen.

Der Druckmesskatheter 1 umfasst eine Lichtleitfaser 25, in der mit Abstand zueinander zwei optische Drucksensoren 27, 29 angeordnet sind. Obwohl einer der Drucksensoren, nämlich der Drucksensor 29, im vorliegenden Ausführungsbeispiel am distalen Ende 31 der Lichtleitfaser 25 angeordnet ist, kann er auch entfernt vom distalen Ende angeordnet sein. In diesem Fall kann das distale Ende 31 für andere Zwecke verwendet werden.

In 3 ist die Lichtleitfaser 25 direkt an den Eingang/Ausgang 19 des optischen Kopplers angeschlossen. Der Katheter kann jedoch ein Kopplungsstück aufweisen, mit dem er an den Eingang/Ausgang 19 angeschlossen wird. Dieses Kopplungsstück kann kopplerseitig einen Durchmesser aufweisen, der für einen Standardeingang/-ausgang geeignet ist. Lichtleitfaserseitig ist das Kopplungsstück dann zur Aufnahme einer Lichtleitfaser 25 mit einem Durchmesser von maximal 150 &mgr;m, insbesondere von maximal 100 &mgr;m, ausgebildet. Derart dünne Lichtleitfasern ermöglichen den Einsatz des Druckmesskatheters in Herzkranzgefässen und Gefäßverbindungen mir Durchmessern von 1 mm oder weniger.

Der Druckmessvorrichtung ist außerdem eine Prozessoreinheit 33 zugeordnet, die an das Spektrometer 5 angeschlossen ist. Die Prozessoreinheit 33, die beispielsweise ein PC sein kann, dient dazu, die mit dem Spektrometer 5 gewonnenen Analysedaten auszuwerten.

4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Drucksensors 27. Dieser umfasst eine zweiseitige Fassung 35 zum Aufnehmen von Lichtleitfasern 25, 25' und eine axial zentrisch in der Fassung 35 angeordnete Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37. Die Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel so ausgestaltet, wie sie mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Der einzige Unterschied zu der mit Bezug auf 1 beschriebenen Interferometrieeinheit besteht darin, dass beide Spiegelflächen teildurchlässig verspiegelt sind. Der Transmissionsgrad der teilverspiegelten Flächen ist so, dass von der Lichtleitfaser 25 zu der Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37 geleitetes Licht zu 50% reflektiert wird und zu 50% durch die Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37 hindurch in die Lichtleitfaser 25' eintritt. Bei einer Farby-Perot-Interferometrieeinheit wie sie in 1 dargestellt ist, kann dies dadurch erreicht werden, dass die teilverspiegelte Fläche 102 einen Reflektionsgrad von 16, 6 und die Spiegelfläche 110 des Diaphragmas 106 eine Reflektionsgrad von 33, 3 aufweist. Das Diaphragma 106 selbst besitzt einen Reflektionskoeffizienten von Null oder nahe Null. Zudem sind alle verspiegelten Flächen so ausgestaltet, dass von der Lichtleitfaser 25' zu der Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37 geleitetes Licht zu 100% in Richtung auf die Lichtleitfaser 25 durch die Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37 hindurchtritt.

Der zweite, am distalen Ende 31 der Lichtleitfaser 25' angeordnete Drucksensor ist schematisch in einer Schnittansicht in 5 gezeigt. Er umfasst eine einseitige Fassung 39 mit einer Aufnahme 41 für die Lichtleitfaser 25'. In axialer Richtung ist die Fassung 39 durch eine Fabry-Perot Interferometrieeinheit 43, wie sie mit Bezug auf 1 beschrieben ist, abgeschlossen. Diese Interferometrieeinheit entspricht im Wesentlichen vollständig der in EP 0 997 721 A1 beschriebenen Interferometrieeinheit. Für die genaue Ausgestaltung der Interferometrieeinheit wird daher auf diese Druckschrift verwiesen.

Alternativ können jedoch auch andere Drucksensoren Verwendung finden, beispielsweise solche wie sie in JP 7328128 beschrieben sind. Derartige Drucksensoren, in denen der herrschende Druck die Transmissionseigenschaften eines leicht zu biegenden Abschnittes im Drucksensor beeinflusst, benötigen lediglich eine einzige reflektierende Fläche im Gegensatz zu den zwei reflektierenden Flächen eines auf Fabry-Perot Interferometrie beruhenden Sensors. Auch bei Verwendung eines Drucksensors nach JP 7328128 ist die reflektierende Fläche des Drucksensors 27 teilverspiegelt, vorzugsweise mit einem Transmissions- bzw. Reflektionsgrad von 50%. Die reflektierende Fläche des Drucksensors 29 ist hingegen so ausgebildet, wie in JP 7328128 beschrieben, d.h. sie reflektiert zu 100%.

Damit die eigentliche Sensoreinheit 37 im Drucksensor 27 den Druck im Blutgefäß spüren kann, weist die Fassung 35 wenigstens einen mit einer elastischen Hülle abgedichtetes Fenster auf, das beispielsweise zu einem gasgefüllten Raum führt, in dem die eigentliche Sensoreinheit 37 angeordnet ist. Das Gas ist vorzugsweise so gewählt, dass das Licht möglichst verlustfrei durch den Gasraum hindurch in die Lichtleitfaser 25' bzw. in die Lichtleitfaser 25 eintreten kann.

Die mit Bezug auf die 4 beschriebene Fabry-Perot Interferometrieeinheit 37 weist zwei teilverspiegelte Reflektionsflächen auf, mit anderen Worten die Reflektionsflächen sind als physikalische Strahlteiler ausgebildet. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit wenigstens eine der Reflektionsflächen als geometrischen Strahlteiler auszubilden. In diesem Fall würde nur ein Teil der Reflektionsflächen tatsächlich reflektierend ausgebildet sein. Der restliche Teil der Reflektionsfläche würde dagegen nicht reflektieren. Beispiele für derartige Reflektionsflächen sind in den 6 und 7 dargestellt. In beiden Beispielen beträgt der Reflektionsgrad der Gesamtfläche 50%. Die Figuren zeigen die Draufsicht auf eine Reflektionsfläche der Interferometrieeinheit in Axialrichtung der Drucksensors. Während die in 6 dargestellte Reflektionsfläche halbseitig verspiegelt ist, ist die in 7 dargestellte Reflektionsfläche in vier Sektoren 45a bis 45d unterteilt, die im Wechsel reflektierend und nicht reflektierend ausgebildet sind. Die Aufteilung der Reflektionsfläche kann jedoch auch anders als in den 6 und 7 sein, beispielsweise in Form ringförmiger Segmente. Bei der Aufteilung ist jedoch zu beachten, dass unerwünschte Beugungseffekte auftreten können, wenn die Segmentierung der reflektierenden Fläche zu fein gewählt wird.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Druckmesskatheter 1 wird nachfolgend mit Bezug auf 8 und 3 näher erläutert. 8 zeigt die Verbindung eines Bypass-Blutgefäßes 47 mit einem Herzkranzgefäß 49. Der Druckmesskatheter 1 mit den beiden Drucksensoren 27 und 29 wird beispielsweise über die Leiste in das Blutgefäßsystem eingeführt und bis zur Gefäßverbindung 51 geschoben. Er wird so positioniert, dass sich der erste Drucksensor 27 noch im Bypassblutgefäß 47 befindet, während sich der zweite Druckmesssensor, also der am distalen Ende der Lichtleitfaser 25 angeordnete Druckmesssensor 29, bereits im Herzkranzgefäß 49 befindet.

Wenn der Druckmesskatheter 1 richtig positioniert ist, veranlasst eine Steuerung 53 die Lichtquelle 3, die als genormte Lichtquelle ausgebildet ist, kurze Lichtpulse mit weißem Licht abzugeben. Die Lichtpulse werden mit Hilfe der Einkopplungsvorrichtung in den Lichtleiter 13 eingekoppelt, der sie zum optischen Koppler 7 leitet. Dort werden die Lichtpulse in die Lichtleitfaser 25 des Druckmesskatheters eingekoppelt. Die Lichtleitfaser 25 leitet die Lichtpulse dann zum ersten Drucksensor 27, wo sie teilweise reflektiert werden und teilweise in die Lichtleiterfaser 25' eintreten. Von der Lichtleitfaser 25' werden sie dann an den zweiten Drucksensor 29 weitergeleitet, wo sie vollständig reflektiert werden.

Die reflektierten Lichtpulse weisen gegenüber den von der Lichtquelle 3 abgegebenen weißen Lichtpulsen Unterschiede in ihrem Spektrum auf. Diese Unterschiede beruhen auf Interferometrieeffekten, wenn ein Drucksensor verwendet wird, wie er in EP 0 997 721 A1 beschrieben ist, und auf Transmissionsverlusten, wenn ein Druckmesssensor, wie er in JP 7328128 beschrieben ist, Verwendung findet. Der Grad der Änderung des Spektrums hängt dabei von dem am jeweiligen Drucksensor herrschenden Druck ab.

Die reflektierten Lichtpulse mit geändertem Spektrum werden über die Lichtleitfaser 25' bzw. 25 zum optischen Koppler 7 zurückgeleitet, wo sie schließlich in den Lichtleiter 21 eingekoppelt werden. Der Lichtleiter 21 leitet die Lichtpulse dann an das Spektrometer 5 weiter, wo eine Spektralanalyse der Lichtpulse vorgenommen wird. Das Ergebnis der Spektralanalyse wird an die Prozessoreinheit 33 weitergegeben, wo aus dem Analyseergebnis der Druck im Bereich der beiden Drucksensoren 27, 29 ermittelt wird. Zwischen den beiden Drucksensoren 27, 29 wird hierbei aufgrund der Laufzeitunterschiede der von den beiden Drucksensoren reflektierten Lichtpulse unterschieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es einem Arzt, die Druckdifferenz über eine Gefäßverbindung 51 oder an einer Engstelle eines Herzkranzgefässes zu messen, ohne dass das Strömen des Blutes wesentlich beeinträchtigt wird. Die über die Gefäßverbindung 51 auftretende Druckdifferenz liefert eine Aussage über die Güte der genähten Gefäßverbindung bzw. den Grad der Einengung. So kann die Feststellung einer Druckdifferenz eine Einengung in der Gefäßverbindung nachweisen, die äußerlich nicht sichtbar ist. Der Chirurg kann dann gegebenenfalls die Gefäßverbindung neu nähen und damit dem Patienten eine hohe Lebenserwartung verschaffen.

Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel Lichtpulse zu den Drucksensoren 27, 29 geleitet werden kann die Erfindung auch mit kontinuierlicher Einstrahlung von weißem Licht realisiert werden. In diesem Fall sind die Drucksensoren 27, 29 unterschiedlich ausgestaltet, sodass sie unterschiedliche Bereiche des Spektrums des weißen Lichtes beeinflussen. Beispielsweise kann in einem Fabry-Perot Interferometer der Abstand der beiden Spiegel unterschiedlich gewählt sein, sodass unterschiedliche Wellenlängen beeinflusst werden. Wenn beispielsweise die Abstände zwischen den beiden Spiegeln in den jeweiligen Drucksensoren 27, 29 so gewählt sind, dass einer der beiden Drucksensoren beispielsweise ein Signal im grünen Wellenlängenbereich liefert, während der andere ein Signal im roten Wellenlängenbereich liefert, so können die Drücke in der Umgebung der beiden Sensoren durch den jeweiligen Wellenlängenbereich, in dem Maxima und Minima in der reflektierten Intensität auftreten, jeweiligen voneinander unterschieden werden.

Während im vorliegenden Ausführungsbeispiel Interferometrieeffekte bzw. Transmissionsverluste als physikalische Effekte zum Messen des Druckes herangezogen werden, sind auch andere physikalische Effekte für optische Druckmessungen geeignet. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Drucksensoren Elemente umfassen, welche eine Polarisation des Lichtes bei Reflektion und/oder Transmission beeinflussen.

Der Druckmesskatheter 1 kann nach Gebrauch sterilisiert werden, wenn er aus geeigneten Materialien hergestellt ist. Eine Lichtleitfaser besteht aus einem Kern und einer Ummantelung, die einen geringeren Brechungsindex als der Kern aufweist. Ein geeignetes Material mit geringem Brechungsindex für die Ummantelung ist beispielsweise Teflon. Dieses Material ist auch extrem wärmeständig und kann daher ohne Probleme in einem Autoklaven, also einem gasdicht verschließbaren Druckbehälter, dampfsterilisiert werden. Die Drucksensoren können ebenfalls mit einer Teflonschicht umgeben werden. Der sterilisierte Druckmesskatheter 1 kann dann nach jeder Sterilisation erneut verwendet werden.


Anspruch[de]
Druckmesskatheter mit (1)

– einer Lichtleitfaser und (25, 25')

– einem an die Lichtleitfaser (25, 25') angekoppelten ersten optischen Drucksensor (27), welcher wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes umfasst und bei dem wenigstens eine physikalische Eigenschaft des reflektierten Lichtes von dem auf ihn ausgeübten Druck abhängt,

gekennzeichnet durch

– einen mit axialem Abstand zum ersten optischen Drucksensor (27) an die Lichtleitfaser (25, 25') angekoppelten zweiten optischen Drucksensor (29), welcher wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes umfasst und bei dem wenigstens eine messbare physikalische Eigenschaft des reflektierten Lichtes von dem auf ihn ausgeübten Druck abhängt.
Druckmesskatheter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die messbare physikalische Eigenschaft von den Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften der Drucksensoren (27, 29) beeinflusst wird. Druckmesskatheter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften des ersten Drucksensors (27) von denen des zweiten Drucksensors (29) bei gleichem Druck unterscheiden. Druckmesskatheter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften des ersten Drucksensors (27) auf einen anderen Wellenlängenbereich beziehen, als die Transmissions- und/oder Reflektionseigenschaften des zweiten Drucksensors (29). Druckmesskatheter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem die Lichtleitfaser (25, 25'), der erste Drucksensor (27) und der zweite Drucksensor (29) Querschnittsabmessungen von nicht mehr als 150 &mgr;m aufweisen. Druckmesskatheter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem sterilisierbaren Material hergestellt oder von einem solchen vollständig umgeben ist. Druckmesskatheter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drucksensor vor dem distalen Ende der Lichtleitfaser angeordnet ist, der zweite Drucksensor zwischen dem ersten Drucksensor (27) und dem distalen Ende (31) oder am distalen Ende (31) angeordnet ist und der wenigstens eine Reflektor des ersten Drucksensors (27) als Strahlteiler ausgebildet ist. Druckmesskatheter (1) nach Anspruch 7, in dem der Strahlteiler reflektierende (45b, 45d) und durchlässige Abschnitte (45a, 45c) aufweist. Druckmesskatheter (1) nach Anspruch 7, in dem der Reflektor als teildurchlässige Spiegelfläche ausgebildet ist. Druckmesskatheter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens einen mit axialem Abstand zum ersten optischen Drucksensor (27) und zum zweiten optischen Drucksensor (29) an die Lichtleitfaser (25, 25') angekoppelten dritten optischen Drucksensor umfasst, welcher wenigstens einen Reflektor zum Reflektieren einfallenden Lichtes umfasst und bei dem wenigstens eine messbare physikalische Eigenschaft des reflektierten Lichtes von dem auf ihn ausgeübten Druck abhängt. Druckmessvorrichtung mit einem Druckmesskatheter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit

– einer Lichtquelle (3);

– einem Spektrometer (5) und

– einem optischen Koppler (7), der wenigstens drei Eingänge bzw. Ausgänge (15, 17, 19) aufweist, wobei die Lichtleitfaser (25, 25'), die Lichtquelle (3) und das Spektrometer (5) jeweils an einen Eingang bzw. Ausgang (15, 17, 19) angeschlossen sind.
Druckmessvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) zur Abgabe von weißem Licht ausgebildet ist. Druckmessvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, mit einer Steuereinheit (53), die mit der Lichtquelle (3) gekoppelt ist und derart ausgestaltet ist, dass die die Lichtquelle zur gepulsten Abgabe von Licht veranlasst.






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