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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmesskatheter für eine Druckmessvorichtung, insbesondere
für den
Einsatz in der Herzchirurgie.
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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 ½ 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Druckmesskatheter
und eine verbesserte Druckmessvorrichtung, insbesondere für die Herzchirurgie,
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Druckmesskatheter nach Anspruch 1 bzw.
eine Druckmessvorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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 μm, vorzugsweise
von nicht mehr als 100 μm
auf. Bei diesen Abmessungen ist die Beeinflussung des Blutflusses
durch die miteinander verbundenen Blutgefäße zu vernachlässigen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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1 zeigt
einen ersten optischen Drucksensor nach Stand der Technik.
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2 zeigt
einen zweiten optischen Drucksensor nach Stand der Technik.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung
mit einem erfindungsgemäßen Druckmesskatheter.
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4 zeigt
den ersten Drucksensor des Katheters aus 1 in einer
schematischen Schnittsansicht.
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5 zeigt
den zweiten Drucksensor des Druckmesskatheters aus 1 in
einer schematischen Schnittansicht.
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6 zeigt
einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse des in 2 gezeigten
Drucksensors mit einer Draufsicht auf seine reflektierende Fläche.
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7 zeigt
eine Alternative zur in 4 gezeigten Darstellung.
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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.
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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.
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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.
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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 μm,
insbesondere von maximal 100 μm,
ausgebildet. Derart dünne Lichtleitfasern
ermöglichen
den Einsatz des Druckmesskatheters in Herzkranzgefässen und
Gefäßverbindungen
mir Durchmessern von 1 mm oder weniger.
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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.
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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.
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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.
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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%.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.