DD268055A1

DD268055A1 - INTO A CATHETER ADJUSTABLE MEASURING SENSOR, ESPECIALLY PRESSURE MEASURING SENSOR

Info

Publication number: DD268055A1
Application number: DD31208188A
Authority: DD
Inventors: Kathrin Schulze; Andreas Lippold; Hans G Kunze; Christiane Schwarzenberg; Annemarie Freudenberg
Original assignee: Messgeraetewerk Zwonitz Veb K
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1988-01-06
Publication date: 1989-05-17
Also published as: DE3842544A1

Abstract

Die Erfindung dient der Messung von einem oder gleichzeitig mehreren Differenzdruckwerten in fluessigen Medien als auch von Verschlusskraeften in kollabierenden Organen, vorzugsweise zur intrakorporalen Druckmessung in physiologischen Fluessigkeiten des Menschen. Sie weist einen Halbleitersensor auf, der in einem Umhuellungskoerper aus hochelastischem Material eingebettet ist. Der Umhuellungskoerper wird in radialer Richtung durch ein Kanuelengehaeuse mit einer seitlichen Oeffnung und in axialer Richtung durch Epoxydharzpfropfen inkompressibel umgrenzt. Durch den Umhuellungskoerper und die Epoxydharzpfropfen sind Lumen zur Fluessigkeitszufuhr oder -entnahme geformt. Fig. 3The invention serves to measure one or more differential pressure values in liquid media as well as occlusive forces in collapsing organs, preferably for intracorporeal pressure measurement in physiological fluids of humans. It has a semiconductor sensor which is embedded in a Umhüllungskoerper of highly elastic material. The Umhüllungskoerper is bounded incompressible in the radial direction by a Kanuelengehaeuse with a lateral opening and in the axial direction by Epoxydharzpfropfen. The Umhüllungskoerper and Epoxydharzpfropfen lumens are formed for liquid supply or removal. Fig. 3

Description

Title of the invention

In einen Katheter einsetzbarer Meßfühler, insbesonder DruckmeßfühlerIn a catheter insertable sensor, in particular pressure sensor

Field of application of the invention

Die Erfindung dient der Messung von einem oder gleichzeitig mehreren Differenzdruckwerten in flüssigen Medien als auch von Verschlußkräften in kollabierenden Organen, vorzugsweise zur intrakorporalen Druckmessung in physiologischen Flüssigkeiten des Menschen. Die Anwendung erfolgt insbesondere in der Urologie aber auch in der Kardiologie.The invention serves to measure one or more differential pressure values in liquid media as well as closure forces in collapsing organs, preferably for intracorporeal pressure measurement in physiological fluids of humans. The application is particularly in urology but also in cardiology.

Characteristic of the known state of the art

Ein prinzipiell für das oben genannte Anwendungsgebiet geeignf . >r Meßfühler ist im DD-WP 23^.559 dargestellt. Die Druckmessung erfolgt auf der Basis einer in Silizium integrierten piezoresistiven Widerstandsstruktur, die zum Schutz gegen mechanische und chemische Einflüsse in einem Körper aus hochelastischem Material eingebettet ist, dessen Schichtdicke die Stärke der Siliziummembran um ein Vielfaches überschreitet. Dieser Wandler kann jedoch nur an der Spitze eines Katheters montiert werden. Er j st nicht reihfähig, weshalb eine Meßeinrichtung zur gleichzeitigen Messung mehrerer Druckwerte iuf dieser Grundlage nicht realisierbar ist. Er verfügt weiterhin über keine Möglichkeiten der 'juführung von Medikamenten, Kältemitteln o. ä bzw. zur Probenentnahme über den Katheter.A geeignf in principle for the above application. > r sensor is shown in DD-WP 23 ^ .559. The pressure measurement is based on a silicon-integrated piezoresistive resistance structure, which is embedded to protect against mechanical and chemical influences in a body made of highly elastic material whose layer thickness exceeds the thickness of the silicon membrane by a multiple. However, this transducer can only be mounted at the tip of a catheter. It is not repeaterable, which is why a measuring device for the simultaneous measurement of several pressure values on this basis is not feasible. He also has no means of jupührung of drugs, refrigerants o. Ä. Or for sampling via the catheter.

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Um bei Druckmessungen in physiologischen Flüssigkeiten einen kleinen Kriechfehler zu erreichen, weist dieser Wandler zwei gegenüberliegende Öffnungen auf. Damit wirkt auf das Sensorelement von der Obei- und Unterseite der gleiche Druck, eine ungünstige Verschiebung aus der Ruhelage ist damit ausgeschlossen. Bei richtungsabhängigen Messungen in kollabierenden Organen wird jedoch durch die der Meßmembran abgewandte Öffnung ein Störkraftanteil auf den Sensor übertragen, dor die Meßergebnisse verfälscht. Im EP 115.548 wird ein Meßfühler vorgestellt, der in Katheter verschiedener Durchmesser einsetübar ist und der über eine Möglichkeit der Lumenvorbe.i führung verfügt. Dies wird , erreicht, inaem der Meßfühler in einem längsgeschnittenen cylinder eingesetzt ist, dessen Durchmesser kleiner als der des Katheters ist. Der Meßfühler ist exzentrisch im Katheter angeordnet. Zwischen dem längsgeschnittenen Zylinder und der Innenwand des Katheters entsteht ein sichelförmiger Freiraum, durch den flüssigkeiten geleitet oder zusätzliche Leitungen zu weiteren Meßfühlern geführt werden können. Damit besteht die Möglichkeit der Mehrfachanordnung von Meßfühlern sowie der Zuführung von Medikamenten o. ä. bzw. der Probenentnahme über den Katheter.In order to achieve a small creep error in pressure measurements in physiological fluids, this transducer has two opposing openings. Thus acts on the sensor element from the top and bottom of the same pressure, an unfavorable shift from the rest position is thus excluded. In direction-dependent measurements in collapsing organs, however, a Störkraftanteil is transmitted to the sensor through the opening facing away from the measuring diaphragm, which distorts the measurement results. In EP 115,548 a probe is presented which can be used in catheters of different diameters and which has a possibility of lumen guidance. This is achieved when the probe is inserted in a longitudinally-cut cylinder whose diameter is smaller than that of the catheter. The sensor is arranged eccentrically in the catheter. Between the longitudinally cut cylinder and the inner wall of the catheter creates a crescent-shaped space, can be passed through the liquid or additional lines to other sensors can be performed. Thus, there is the possibility of multiple arrangement of sensors and the delivery of drugs o. Ä., Or the sampling via the catheter.

Nachteilig ist ein fehlender mechanischer und chemischer Schutz des Halbleiterfühlerelement3, das in der Katheteröffnung frei liegt. liei Druckbe- und -entlastung kommt es zu einer Verschiebung des mit Silikongummi im Katheter befestigten Halbleiter^ühlerelements, wobei störende Kriechfehler entstehen. Ursache dafür ist, daß der Meßdruck nur einseitig auf dieses Element wirken kann.The disadvantage is a lack of mechanical and chemical protection of the Halbleiterfühlerelement3, which is exposed in the catheter opening. There is a shift of the semiconductor sensor element, which is fastened with silicone rubber in the catheter, causing annoying creep faults. The reason for this is that the measuring pressure can only act on one side of this element.

Messungen in kollabierenden Organen sind nur mit Perfusionsflüssigkeit möglich, da die druckempfindliche Membran unterhalb des Katheteraußendurchmessers liegt. Insgesamt gesehen ergeben sich somit für beide Lösungen Einschränkungen der medizinischen Gebrauchswerte.Measurements in collapsing organs are only possible with perfusion fluid, since the pressure-sensitive membrane lies below the catheter outer diameter. Overall, this results in restrictions of medical use values for both solutions.

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Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Erhöhung der medizinischsn Anwendungsbreite und einer Verbesserung der Gebrauchswerteigenschaften beim Einsatz auf verschiedenen Anwendungsgebieten und geringem technologischen Aufwand bei der Herstellung.The object of the invention is to increase the medical scope and improve the utility properties when used in various fields of application and low technological complexity in the production.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist ein universell anwendbarer Miniaturdruckmeßwandler, der eine Mehrfachanordnung von Meßfühlern in einem Katheter erlaubt, die Möglichkeit der Flüssigkeitszufuhr oder -entnahme über den Katheter realisiert, kleine Kriechfehler aufweist, Messungen in kollabierenden Organen ohne Perfusion ermöglicht und einen hohen Schutz gegen mechanische und chemische Einflüsse besitzt.The object of the invention is a universally applicable Miniaturdruckmeßwandler that allows a multiple arrangement of sensors in a catheter, the possibility of liquid supply or removal via the catheter realized, has small creep, allows measurements in collapsing organs without perfusion and high protection against mechanical and chemical Has influences.

Erfindungsgernäß verfügt der Meßfühler über ein Halbleiterplättchen aus vorzugsweise monokristallinem Silizium mit einem dünnen, flexiblen, als Membran ausgebildeten Mittelteil, in dessen Oberfläche in Brücke geschaltete piesoresistive Widerstände eingearbeitet sind. Das Halbleiterplättchen ist mit einem Gegenkörper aus Silizium verbunden, wobei der Gegenkörper im Bereich der Membran eine Ausnehmung aufweist, so daß er zusammen mit dem Halbleiterplättchen eine Kammer bildet, die mit einem Referenzdruck beaufschlagbar istAccording to the invention, the sensor has a semiconductor chip of preferably monocrystalline silicon with a thin, flexible, designed as a membrane center part, are incorporated in the surface in bridge piesoresistive resistors. The semiconductor chip is connected to a counter body made of silicon, wherein the counter body in the region of the membrane has a recess so that it forms a chamber together with the semiconductor chip, which can be acted upon by a reference pressure

Halbleiterplättchen und Gegenkörper sind in einem Umhüllungskörper aus hochelastischem Material eingebettet, dessen Schichtdicke die Membranstärke um ein Vielfaches übex'schreitet und das an den Oberflächen der Membran und des Gegenkörpers dicht anliegt. Der Umhüllungskörper aus hochelastischem Material wird in radialer Richtung durch ein Kanülengehäuse mit einer seitlichen Öffnung und in axialer Richtung durch zwei Epoxydharzpfropfen inkoinpressibel umgrenzt. Durch den Umhüllungs-Körper und die Epoxydharzpfropfen sind Lumen zur Flüssigkeitszufuhr oder -entnahme mit vorzugsweise kreisTörmigem Querschnitt geformt und elektrische Anschlußleitungen geführt. Semiconductor platelets and counter-bodies are embedded in a cladding body of highly elastic material whose layer thickness exceeds the membrane thickness by a multiple and which rests tightly against the surfaces of the membrane and the counter-body. The wrapping body of highly elastic material is defined in the radial direction by a cannula housing with a lateral opening and in the axial direction by two Epoxydharzpfropfen incoinpressible. The envelope body and the Epoxydharzpfropfen lumens for liquid supply or removal are formed with preferably kreisTörmigem cross-section and out electrical leads.

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Für bestimmte Anwendungsfälle ist der Umhüllungskörper so gestaltet, daß er das Kanülengehäuse im Bereich der seitlichen Öffnung konvex überragt.For certain applications, the wrapping body is designed so that it projects beyond the cannula housing convex in the region of the lateral opening.

Bei Anlegen eines Meßdruckes an die seitliche Öffnung des Kanülengehäuses breitet sich der Druck im inkompressiblen und hochelastischen Uiihüllungskörper allseitig aus, so daß er sowohl auf der Membranseite als auch auf der Gegenkörperseite wirkt. Damit wird die Einheit Halbleiterplättchen Gegenkörper nicht aus ihrer Ruhelage verschoben, wodurch Krtechfehler minimiert werden. Überraschenderweise beeinflussen auch die eingeformten Lumen bei geringem Durchmesser Sie Inkompressibilität des Umhüllungskörpers und damit den allseitigen Druckausbreitungseffekt nicht. Der Meßfühler kann distal oder proximal in einen Katheter montiert werden. Eine Aufreihung mehrerer Meßfühler ist möglich.Upon application of a measuring pressure to the lateral opening of the cannula housing, the pressure in the incompressible and highly elastic Uiihüllungskörper spreads on all sides, so that it acts on both the membrane side and on the opposite side of the body. Thus, the unit is not moved semiconductor wafer counter-body from its rest position, whereby Krtechfehler be minimized. Surprisingly, even the molded-in lumens with a small diameter do not influence the incompressibility of the cladding body and thus the all-round pressure propagation effect. The probe can be mounted distally or proximally in a catheter. A stringing of several sensors is possible.

Durch einen konvex überstehenden Umhüllungskörper können Verschlußkräfte von kollabierenden Organen richtungsselektiv und ohne zupätzliche Flüssigkeitsankopplung erfaßt werden. Bei allen Anwendungsfällen ist ein hoher Schutz/gegen mechanische und chemische Einflüsse gegeben.By a convex protruding envelope body closure forces of collapsing organs can be detected directionally selective and without zupätzliche fluid coupling. In all applications, a high protection / against mechanical and chemical influences is given.

Ausführung3beispiel

Die Zeichnungen zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Meßfühlers, jeweils in einen Katheter eingesetzt .The drawings show two preferred embodiments of the probe according to the invention, each inserted in a catheter.

Fig. 1 Längsschnitt durch den Meßfühler bei distaler Montage am Kopf eines KathetersFig. 1 longitudinal section through the probe during distal mounting on the head of a catheter

Fig. 2 Querschnitt durch den Meßfühler bei distaler Montage am Kopf eines Katheters nach Fig. 12 shows a cross-section through the probe during distal mounting on the head of a catheter according to FIG. 1

Fig. 3 Längsschnitt durch den Meßfühler bei Montage innerhalb des KathetersFig. 3 longitudinal section through the probe when mounted inside the catheter

Ein mindestens e^nlumiger Katheter 1 dient der Einführung und Positionierung des Meßfühlers zum gewünschten Meßort im menschlichen Körper, der Zuführung des Referenzdruckes sowie der elektrischen Anschlußleitungen und der Flüssigkeitszufuhr bzw. -entnahme. Bei Verwendung eines einlumigen Katheters 1 erl'olgt die Zuführung des Referenzdruckes über einen Druckschlauch 2, Jn dom auch die elektrischen Anschlußleitungen 12 geschützt verlegt sind. Die elektrischen Anschlußleitungen 12 sind in Fig. 1 der besseren Übersicht halber nicht dargestellt. Der Katheter 1 ist über den Stutzen 3 mit dem Kanülengehäuse 4 verbunden. Das Kanülengehäuse 4 (Durchmesser z. B. 2,2 mm) weist eine seitliche Öffnung 5 auf. Durch diese wird über den elasstischen Umhiillungakörper 6 aus Silikonkautschuk der Meßdruck auf die Siliziumchip-Membran 7 als auch auf die Seite des Gegenkörpers 8 des Sensors geleitet. Durch die seitliche Einspannung des Umhüllungskörpers 6 mittels der Epoxydharzpfropfen 9 und den geschlossenen Wandbereich des Kanülengehäuses 4 breitet sich der Druck um das Siliziumchip gleichmäßig aus, so daß sich dessen mechanische Nullage bei Druckbelastung nicht verschiebAn at least annular catheter 1 is used to introduce and position the probe to the desired location in the human body, the supply of the reference pressure and the electrical leads and the liquid supply or removal. When using a single-lumen catheter 1, the supply of the reference pressure via a pressure hose 2, Jn dom also the electrical leads 12 are laid protected. The electrical leads 12 are not shown in Fig. 1 for the sake of clarity. The catheter 1 is connected via the neck 3 with the cannula housing 4. The cannula housing 4 (diameter, for example, 2.2 mm) has a lateral opening 5. Through this, the measuring pressure is conducted to the silicon-chip membrane 7 as well as to the side of the counter-body 8 of the sensor via the elastic sheath 6 made of silicone rubber. Due to the lateral clamping of the enclosure body 6 by means of the Epoxydharzpfropfen 9 and the closed wall portion of the cannula housing 4, the pressure around the silicon chip spreads evenly, so that its mechanical zero position does not shift under pressure load

Überraschenderweise verschlechtern auch in den Umhüllungskörper 6 eingeformte Lumen 10 mit einem Durchmeser ^ 0,3 mm dieses Verhalten im Druckbereich bis 50 kPa nicht. Sollen größere Lumen 10 am Sensor vorbeigeführt werden, so ist die in Fig. 1 und Fig. 2 durch gestrichelte Darstellung angedeutete Durchführung mittels eines dünnen Kanülenrohres vorteilhaft. Die Verwendung von zusätzlichen Lumen 10 für die Medikamentengabe parallel zur präzisen Druckmessung am Zielort ermöglicht insbesondere in der Kardiologie eine patientenoptliierte Therapie.Surprisingly, even in the envelope body 6 molded lumens 10 with a diameter ^ 0.3 mm do not worsen this behavior in the pressure range up to 50 kPa. If larger lumens 10 are to be guided past the sensor, then the passage indicated by dashed lines in FIG. 1 and FIG. 2 is advantageous by means of a thin cannula tube. The use of additional lumens 10 for drug delivery parallel to the precise pressure measurement at the destination allows, especially in cardiology a patient-optimized therapy.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 überragt der Umhüllungskörper 6 im Bereich der Öffnung 5 das Kanülengehäuse 4 konvex, Damit wird ohne Perfusionsflüssigkeit eine Ankopplung an die Gefäßwandung von kollabierenden Organen wie der Urethra bei der Cystourethroßraphie erreicht.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the covering body 6 protrudes beyond the cannula housing 4 convexly in the region of the opening 5. Thus, without perfusion fluid, coupling to the vessel wall is achieved by collapsing organs such as the urethra in cystourethraßraphy.

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Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der Umhüllungskörper 6 in axialer Richtung durch die Stirnflächen der Stutzen 3 direkt begrenzt. Die Bohrung der Stutzen 3 ist dabei so klein zu wählen, daß die Inkompressibilität des Umhüllungskörpers 6 erhalten bleibt. Die beiden Epoxydharzpfropfen 9 können dadurch entfallen. Negative Auswirkungen auf die Wandleroigenschaften durch Feuchtequellen und Wärmedehnung werden damit vermieden.In another embodiment, not shown, the wrapping body 6 is bounded in the axial direction by the end faces of the nozzle 3 directly. The bore of the nozzle 3 is to be chosen so small that the incompressibility of the wrapping body 6 is maintained. The two Epoxydharzpfropfen 9 can be omitted. Negative effects on the transducer properties due to moisture sources and thermal expansion are thus avoided.

Claims

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claims

1. In a catheter einbctrer sensor, in particular pressure sensor, with a semiconductor chip of preferably monocrystalline silicon with a thin, flexible, designed as a diaphragm middle part, in the surface of which piezoresistive resistors are incorporated in the bridge, wherein the semiconductor chip is connected to a counter body made of silicon and the counter body in the region of the membrane has a recess so that it forms a chamber together with the semiconductor chip, which can be acted upon by a reference pressure, wherein the semiconductor chip and the counter body are embedded from highly elastic material whose layer thickness exceeds the membrane thickness by a multiple and which tightly abuts against the surfaces of the membrane and the mating body, characterized in that the wrapping body (6) of highly elastic material in the radial direction through a cannula housing (4) with a lateral opening (5 ) and in the axial direction by two Epoxydharzpfropfen (9) is enclosed incompressible and that formed by the Umhüllungskörper (6) and the Epoxydharzpfropfen (9) lumen (10) for liquid supply or removal with preferably circular, shaped cross section and electrical leads (12 ) are guided.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the wrapping body (6) projects beyond the cannula housing (4) convexly in the region of the lateral opening (5).

3. Sensor according to claim 1, characterized in that the Umhüllung'jkörper (6) made of highly elastic material in the axial direction through the end faces dor nozzle (3) is limited.

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