CN107771054A - 用于测量患者心脏内的压力的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于测量患者心脏内的压力的装置，包括传感器装置(13,14,15,21,22,25,27,32,34,35,44,45,48,49,50,51,67)，它检测在一方面是心脏(2)内的一个点与另一方面位于胸部(8)以内心脏以外的空间之间的压差，其中，例如传感器装置的一个元件如一传感器布置在被连至心脏的装置如心脏泵(3,3'55)或心脏起搏器(17)上。

Description

用于测量患者心脏内的压力的装置和方法
本发明处于机电工程领域并且可以尤其有利地被用在医学技术领域中。确切说，本发明涉及借助传感器装置的患者心脏内压测量。
在医学领域中已经研发出大量装置，它们被用来监视或帮助患者并且可以被完全或部分植入患者体中。它们例如包括心脏起搏器、除颤器以及还有呈部分或完全植入的心脏泵形式的心脏辅助系统。
对于某些这种植入式装置，例如在心室或心房内的心脏内的流体压力的监视是重要的。
为了这种测量数据的物理和生理分析，与参考压力的比较或者考虑参考压力是必不可少的。为了像这样的目的，于是与体外大气压测量相结合地在心脏内采用了绝对压力传感器。这种压力测量的例子由文献US2007/0282210A1、EP1415672B1和US6328699B1公开了。文献WO2013/122459A1描述了与装置运行无关的一种诊断系统，其测量右心房内压力与心包之间的压差以识别心脏填塞。
本发明的目的是，鉴于现有技术背景，产生一种用于测量患者心脏内的压力的装置，该装置可以在连至患者心脏的装置的运行的协力下测量修正压力，而且还是以高效且最简单经济的方式，这也使患者的紧张感最小。
该目的通过权利要求1的特征实现。权利要求2至11描述了解决方案的具体实施方式。权利要求12涉及一种解决问题的方法，权利要求13涉及一种计算机程序产品，权利要求14和15涉及控制装置。
该目的通过一种用于测量患者心脏内压的装置实现，其特点是具有传感器装置，其检测在一方面是心脏内的一个点与另一方面是胸内部心脏外的空间之间的压差。在此，传感器装置的至少一个元件可以布置在与心脏相连的装置且尤其是心脏泵、心脏起搏器或除颤器上。
心脏内的压力受到由心脏本身内的静态和动态状况所产生的实际心室压力和在胸内心脏外主要存在的压力以及在患者体外且作用于患者的大气压的影响。
为了与心脏监视相结合地确定某生理变量，通常仅心脏内绝对压力与心包内或胸内绝对压力之差是重要的，其也被称为透壁压力且对作用于心脏壁的力负责。因此几乎无法只依据心内压力测量结果来识别主要存在的状况。只考虑大气压也是没有帮助的，因为胸压例如在呼入和呼出时定期改变，因而心内压力也是定期变化。例如在通过在心脏内的心脏导管抽吸血液的植入的心脏泵的情况下，无法与在心脏壁上的套管的吸气相关地仅通过心内压力(心室或心房)的测量结果做出明确断定，因为压力波动也可能由胸内压力波动引起。透壁压力不太受这种作用的影响。
本解决方案容许透壁压力的测量，因此允许可以更好地控制与心脏相连的特定装置如心脏泵、心脏起搏器或除颤器。
为此，该传感器装置可以既被连接至心脏内/心脏壁内的空间，也可以被连接至在心包内或胸内的心脏外的空间。在此，如以下还将详细解释地，所述连接可以通过电气方式或液压方式(通过流道)或通过其它类型的连通来产生。在任何情况下，至少一部分传感器装置与一装置的连接都是有利的，使得生产支出和还有整个组件植入的支出被优化。因此可以将手术中的错误起源减至最少，并且可以获得在患者体内的可靠安放。
该传感器装置的至少一个传感器并且适用的话还有一个与该传感器相连的或其中设有该传感器的流道可以被固定连接至一装置如心脏泵，或可以被固定至该装置。
例如，该解决方案的一个实施例可以规定，该传感器装置的至少一个元件布置在与心脏相连的装置且尤其是心脏泵上。在此情况下可以规定，该传感器装置只具有呈压差传感器形式的单个压力传感器。该传感器例如可以具有测量膜，其中，来自心脏内的压力出现在该膜的第一侧，而来自胸部区域的压力出现在该膜的第二侧。例如，这种膜或传感器装置可以直接封闭心脏壁内的穿孔，或者可以设置在心脏壁内。但是，这种压差传感器也可以在该膜的一侧或两侧被一方面连至心脏内部，另一方面连至胸部区域，均是通过流道，从而待比较的两个压力作用于压差测量元件且尤其是所述膜上。对应的流道可以通过固定管件或套管或导管来形成。它们也可以通过在固体如装置壳体中的、例如在心脏泵之内或之上的内孔和/或通道来形成。
该解决方案的另一实施例例如也可以规定，该压差传感器一方面被连至泵内区域或其进口区或其泵送区，另一方面被连至泵壳体外的区域。这种测量原则上意味着在一方面是泵内(不论是在进口区或泵送区)且另一方面是胸内泵外之间的压差被测量。由泵运行造成的在进口区和泵送区之间的压差可以在确定血管内压力和心脏内压力时被考虑进来。于是，这导致所有通道在这种泵上或在泵内和泵外的泵区域中的很有利布置，从而由传感器装置和这种心脏泵形成的整个组件可以被很有利地制造、植入和运行。
该解决方案的另一实施例可以规定，该通道延伸穿过泵壳体的内部且至少部分、尤其在多个部分被经泵输送的血液四面包围。如果这种通道在泵内延伸，则该组件是尤其节省空间的并且不易受影响。但在这里，与泵壳体内的空间要求相关的问题需要被解决，因为例如那里的活动部件需要空间并且不能被通道阻碍。特殊问题可能例如出现在使用轴流输送转子泵的情况下，因为在这种泵中，泵壳体的大部分内部在输送转子转动时被扫过。
例如利用这种转子提供了良好的解决可能方式，所述转子在其转动轴线区域内或在毂套内具有空腔，在该空腔中可以布置这种流道。这种泵例如也可以沿轴向抽吸血液并沿径向输送血液。另一方面，这种流道也可以与泵的内部分开地在泵的壳体壁之中或之上延伸，或者能以在泵壳体壁中的内孔形式形成。
该解决方案也可以如此实现，传感器装置具有两个绝对压力传感器，其中的第一绝对压力传感器布置在心脏内或通过流道连至心脏内部，其中的第二绝对压力传感器布置在胸部以内心脏以外或通过流道被连至一个胸部以内心脏以外区域，这两个传感器被连接至压差确定装置。在此情况下，根据该装置且尤其是心脏泵的布置，至少其中一个所述绝对压力传感器可以被固定至装置壳体并且可以测量壳体外或壳体内的压力。在心脏泵的情况下，例如在泵壳体布置在心脏以外的情况下，绝对压力传感器可以布置在壳体外侧面上且也可被适当固定至壳体外侧面，并且能与心包或心包外的胸部直接或通过流道相连。这种绝对压力传感器也可以布置在泵壳体内并且可以通过穿过泵壳体的通道与心脏外的对应区域连通。绝对压力传感器也可以固定安置在心脏内在泵壳体外侧或内侧上并且可以被连接至该壳体。
于是可以规定，压差确定装置布置在胸部以内心脏以外或在患者体外。另外可以规定，所述传感器被连接至用于发送测量值的无线电装置或穿过心脏壁的电线。所述传感器也能作为被动表面波传感器、以发射机应答器形式构成，其可被无线电问询。
因为要确定在两个压力传感器的所确定的测量值之间的压差，故这些测量值可以首先被传输给压差确定装置。在此，所述值能以电气方式或通过无线电传输或其它并非物理结合的传输方式来传输。压差确定装置于是可以按照模拟方式或数字方式形成差值并且可以提供压差值或直接将其发送给该装置的且尤其是心脏泵的控制装置。该装置的控制装置也可以直接担负起压差确定工作。
借助被两个待比较压力作用的独立的压差传感器，这种差值的形成当然不是必需的，或者直接借助相应的压差传感器原理来进行。
该目的也通过一种用于在考虑在患者心脏内测量的压力情况下开环控制或闭环控制患者体内的组件的方法来实现，其中，该压力以在心脏内侧与胸部以内心脏以外区域之间的压差形式被测量并且被用作开环控制或闭环控制的基础。
为了实施该方法，可以尤其与被植入的装置如心脏泵、心脏起搏器或除颤器的控制装置相结合地采用上述装置。
此外，该解决方案涉及一种计算机程序产品，其包括用于在考虑在患者心脏内测量的压力情况下开环控制或闭环控制患者体内的组件的计算机程序，其中该压力作为心脏内与胸部以内心脏以外区域之间的压差被确定并在该计算机程序中被用作参数。这种计算机程序例如被用于运行微控制器，该微控制器处理测得的检测数据。但该程序也可以伴随相应组件如心脏泵的控制装置的运行地作为子程序或程序模块来运行。
为了解决该问题，还提供一种用于控制心脏泵的控制装置，其中，参数例如像心脏充盈压基于通过根据权利要求1至11之一的装置所确定的、在心脏内压与胸部以内心脏以外的压力之间的压差被利用，且泵排量被用作被控变量。
此外，与心脏起搏器相结合的解决方案也能规定一种用于控制心脏起搏器的控制装置，其中，参数例如像心脏充盈压基于通过根据权利要求1至11之一的装置所确定的在心脏内侧与胸部以内心脏以外空间之间的压差被利用，并且心脏排量被用作控制的目标变量。
以下将在附图中呈现所述问题解决方案并还将进一步解释，在附图中：
图1以示意图示出患者身体，示出了心脏和心脏泵，
图2示出带有心脏泵的呈腔道形式的心脏的示意图，心脏泵与传感器相连，
图3示意性示出带有两个传感器的心脏，传感器连至一装置，
图4示出具有两种可能的装置布置的心脏的示意图，每个所述装置具有用于压力测量的传感器，
图5示出带有压差传感的轴流泵/径流泵的结构，和
图6示出带有压差传感器的轴流泵的结构。
图1示意性示出患者身体1，其中，心脏2被单独示出且被示意性示出有植入的心脏泵3。
心脏泵3具有转子，转子可绕轴线4转动并同时输送血液进入导管5。泵3将血液从心脏内例如从心房或心室抽送经过穿过心脏2的壁的吸入口6并经管道/导管5送入血管。
还示出了控制装置7，它例如通过电信号控制泵3。泵3被具有绕组和磁体的电动机驱动。电动机可以是无刷电动机，例如通过脉宽调制法被控制。
泵3的转子可以作为径向转子来形成，它在轴向上加速径向流入的流体。输送流体/血液于是被集中在径向靠外的集中空间内且通过所产生的压力沿径向被向外送入管道5。
为了通过控制装置7控制所述泵3，相比于主要存在于胸部8以内心脏以外的压力，考虑心脏2内的压力状况是重要的。心脏2内的空间与胸部8内之间的压差通过传感器装置来测量，以下将进一步对此更详加解释。
图2以横截面图示意性示出患者的心脏2，它在此仅以腔道形式被示出且布置在胸部8内。设有心脏泵3'，其以包括转子9的轴流输送泵形式形成。例如所述泵将血液从心脏2内沿箭头10方向输送，因此将血液从心脏通过吸入套管11抽出并经流出套管12向血管(未示出)排出。为了测量心脏2内侧与胸部之间的压差，可以设置传感器装置的至少两个传感器。图2示出了共三个传感器，其中，这些传感器13、14打算作为替代方案并且均测量心脏内的压力。在此，传感器13直接安置在心脏内，而泵内的传感器14通过吸入口11被连至心脏内侧并直接测量心脏内的压力，流阻暂且不论。相比之下，传感器15在胸部8内布置在泵3'外且测量那里的压力。
这三个传感器13、14、15均配备有无线电装置或感应线圈，其允许传感器发出测量值给压差确定装置16。装置16例如能以微控制器形式形成并且可以配备有用于接收测量数据的接收器。在微控制器上运行的计算机程序确定由传感器装置的各不同传感器13、14、15测定的压差。这随后可以被送至泵3'的控制装置。传感器13、14、15被直接安置在心脏泵3'上且被固定至心脏泵3'或泵的吸入口11。它们在此可以被固定至泵壳体的外侧，就像例如利用传感器15时的那样，但也可以在泵腔内被固定在壳体内侧上，就像利用传感器14是的那样。
图3示出了心脏起搏器17，其被植入在患者的胸部8内。心脏起搏器17通过各种导线18、19、20被连接至电极，电极被直接施加至心脏2的壁。为了考虑透壁压力即心脏2内侧与胸部8之间的压差，设有两个传感器21、22，其中，第一传感器21布置在心脏2内且通过电线23被连接心脏起搏器17。传感器22被直接固定至心脏起搏器17的壳体的外侧并且被用于测量胸部内的压力。两个传感器21、22通过导线被连接至压差确定装置24，该装置被集成在心脏起搏器17中。所确定的压差于是可以在心脏起搏器17的各种算法中被利用。
图4示意性示出患者的心脏2，其具有两个可择一使用的组件，每个组件允许确定压差。在图的右侧部分中，仅以盒状示意性示出了心脏起搏器17。压差传感器25被附接至心脏起搏器，该压差传感器在测量腔26内提供分隔膜27。在膜27的面向心脏2的一侧的第一子腔室28通过套管29被连至心脏内侧。位于膜27的远离心脏2的一侧的第二子腔室30通过套管31被连至胸部8的内侧。弹性软膜27的膜位置直接表示心脏2内侧与胸部之间的压差。这通过传感器和微控制器32来测量和评估且作为压差值被直接提供给控制装置33。它又可以作用于心脏起搏器17并且能与之相连。
图4还示出了心脏泵3，该心脏泵以轴流泵/径流泵形式形成并具有吸入口6，吸入口穿透心脏2的壁且牢固安装在心脏壁的开口内。第一传感器34安置在吸入口6内且经吸入口6内部与心脏2内部相连并且测量在那里占优的绝对压力。此外，传感器35布置在泵3的外侧上且探测泵3周围的绝对压力，就是说胸部内的压力。两个传感器34、35通过无线电或通过电线连接至压差确定装置36，该装置确定心脏内侧与胸部之间的压差。
在图5中更详细地举例示出了轴流泵/径流泵3。该泵具有带有吸入口6的壳体37，吸入口穿过心脏2的壁。进流通道/吸入通道6'形成在吸入口6中，血液经此沿箭头38、39方向被吸入。
泵马达具有内定子40，在内定子上可以在径向和轴向上通过液静压和/或磁性的方式安装转子41。泵马达能以无刷电动机形式形成。血液流道被集成到转子中并允许血液沿轴向流动并通过离心作用沿径向被排出。环形集中腔42围绕转子41地形成在壳体37中，血液集中在集中腔内且在周向上流向排流口43，它从这里继续进入流出套管。
在图5中基于泵示出了压差测量的两个例子。首先示出了带有膜45的压差传感器44，其中，该传感器一方面通过定子内的通道46与在吸入口的泵进口区相连通，另一方面通过流道47与泵外面连通。在评估装置48中评估压差且因此送至一组件。
在这种泵上可替代想到的第二压差装置具有带有膜50的压差传感器49和评估装置51。传感器49在膜50的一侧通过通道52被连至心脏内侧，通道平行于吸入通道6'地延伸于壳体37之内或之上。通道52可以由外置在壳体37上的弧形管或者在壳体37壁中的内孔或者在壳体37内壁上延伸的管形成。
传感器49在所述膜的另一侧通过插管53与在胸内的泵壳体37的外界周围连通。压差确定装置51与组件54连通。
图6示出了带有部分呈圆柱形的壳体56的轴流泵55，在该壳体内可转动地内装有转子57。转子57具有包括输送元件59的毂套58。毂套58可转动安装在两个轴承60、61内且通常通过附图未示出的电动机或软轴被驱动。软轴通常经壳体56的排流口62伸出。进流口由63标示。
通道64被连至进流口63且在壳体56壁的外表面上延伸并且通到在压差传感器67的膜66的一侧的第一子腔室65。压差传感器67的第二子腔室68通过开口和/或流道被连通至泵壳体56的外界周围。流道64也可以在壳体56的壳体壁内延伸或者在壳体56的壳体壁内侧上在进流口63与压差传感器67之间延伸。
通过上述解决方案，可以通过简单方式确定患者心脏内的绝对压力与胸部内绝对压力之间的压差，在此，制造和植入都通过将传感器装置至少部分集成在可植入组件中变得方便。
心脏的实际充盈压可以利用上述的传感器装置来确定，而没有呼吸、“压迫”或病理学变化对胸压的潜在影响。因此可以利用与之前相同数量的压力传感器来测得更有利的信号。这允许比过去更快速地控制心脏泵，所述控制就这些干扰有限而言更耐用。这将会导致必然防止吸入和通过更快速适应身体负荷而导致改善的患者生活质量。胸压病理学变化的检测(例如心包积液、心包填塞)也看起来是可想到的。

Claims (15)

1.一种测量患者心脏(2)内的压力的装置，其特征是，设有传感器装置(13,14,15,21,22,25,27,32,34,35,44,45,48,49,50,51,67)，所述传感器装置检测一方面是心脏内的一个点与另一方面是胸部(8)以内心脏以外的空间之间的压差。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述传感器装置具有穿过所述心脏的外壁的通道(6,11,29,46,52,64)，该通道既与在胸部(8)以内所述心脏(2)以外的空间连通，也与位于所述心脏(2)内的区域连通，并且压差传感器(25,27,32,44,45,48,49,50,51,67)与所述心脏外的第一区域和所述心脏内的第二区域都相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述压差传感器(25,27,32,44,45,48,49,50,51,67)具有封闭心脏壁中的穿孔的装置(6)。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述通道(6,11,29,46,52,64)形成在血泵(3,3',55)之中或之上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述压差传感器(25,27,32,44,45,48,49,50,51,67)一方面被连接至所述泵(3,3',55)内的一个区域或其进口区域或其出口区域，另一方面被连接至泵壳体(37,56)外的一个区域和血管。
6.根据权利要求2或任一随后权利要求所述的装置，其特征是，所述通道(46)经过泵壳体(37,56)内部且至少部分地、尤其在多个部分被由所述泵(3,3',55)输送的血液四面包围，其中尤其规定该泵沿轴向吸入血液并沿径向输送血液。
7.根据权利要求2或任一随后权利要求所述的装置，其特征是，设有带有通道(52,64)的泵(3,3',55)，所述泵的该通道与泵腔分开地在所述泵的壳体壁(37,56)上延伸。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述传感器装置具有两个绝对压力传感器(13,14,15,21,22)，其中的第一绝对压力传感器(13,14,21)布置在所述心脏(2)内或通过流道连通至所述心脏(2)的内侧，其中的第二绝对压力传感器(15,22)布置在所述胸部(8)以内所述心脏(2)以外或者通过流道与所述胸部(8)以内所述心脏以外的一个区域连通，这两个绝对压力传感器被连接至压差确定装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征是，所述压差确定装置(24,32)布置在胸部(8)以内心脏(2)以外，或者布置在患者体外。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征是，所述第一传感器被连接至用于发送测量值的无线电装置或穿过心脏壁的电线。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征是，所述传感器装置的至少一个传感器以表面波滤波器形式形成，和/或感应线圈设置用于发送传感器数据和/或传感器的供电。
12.一种用于在考虑在患者心脏(2)内所测定的压力情况下开环控制或闭环控制患者体内的组件的方法，其特征是，所述压力以心脏内部与胸部(8)以内心脏以外区域之间的压差形式来测量并形成所述开环控制或闭环控制的基础。
13.一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有计算机程序，该计算机程序用于在考虑在患者心脏(2)内所测定的压力情况下开环控制或闭环控制患者体内的组件(3,3',17,55)，其中所述压力以所述心脏(2)内与胸部(8)以内心脏以外区域之间的压差形式来确定并在该计算机程序中被用作参数。
14.一种用于控制心脏泵(3,3',55)的控制装置，其中，通过根据权利要求1至11中任一项所述的装置所确定的、心脏(2)内的压力与胸部(8)以内心脏(2)以外的压差被用作测量变量，且所述泵(3,3',55)的排量被用作被控变量。
15.一种用于控制心脏起搏器(17)的控制装置，其中，通过根据权利要求1至11中任一项所述的装置所确定的、在心脏(2)内与在胸部(8)以内心脏(2)以外空间之间的压差被用作测量变量，且所述心脏(2)的排量被用作控制的目标变量。
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