DE2150378A1

DE2150378A1 - Katheterspitzen-Druckwandler

Info

Publication number: DE2150378A1
Application number: DE19712150378
Authority: DE
Inventors: Hutchins Thomas Boyd; Edwards Miles Lowell
Original assignee: American Hospital Supply Corp
Current assignee: American Hospital Supply Corp
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-10-08
Publication date: 1972-04-20
Also published as: FR2124007A5; CA940736A; JPS5217354B1; DE2150378B2; AU3388771A; US3710781A; AU454468B2; GB1332062A

Description

Katheterspitzen-Druckwandler

Die Erfindung betrifft eine für eine Katheter vorgesehene Blutdruckmeßvorrichtung in Form einer Katheterspitzen-Druckwandleranordnung, die in ein Blutgefäß des Körpers einführbar ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Druckwandler hoher Empfindlichkeit und schnellen Ansprechverhaltens, welcher die Form bzw. Spektren von Druckwellen des Bluts für die Analyse von Herzzuständen und für andere Zwecke zu messen und aufzuzeichnen vermag.

Die bisher für diesen Zweck vorgeschlagenen Vorrichtungen waren nicht genügend ansprechempfindlich und gewährleisteten kein ausreichend schnelles Ansprechverhalten, um medizinischen Anforderungen zu genügen. Ein Grund hierfür liegt in der geringen Größe einer Katheterspitze, welche eine Miniaturisierung des Wandlers verlangt. Bei den bekannten Vorrichtungen war die Membranfläche zu klein, um genau auf die kleinen, zu messenden Änderungen des Blutdrucks ansprechen zu können. Der Arzt ist nämlich nicht nur an den Höchst- und Mindestwerten, sondern auch an den Wellenformen interessiert, welche zwischen den Scheiteln

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und Tälern der Druckschwankungen auftreten. Die bisherigen Katheter-Druckwandler waren für diesen Zweck nicht zuverlässig.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer verbesserten Katheterspitzen-Druckwandleranordnung zur Messung des Blutdrucks, die im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen gegenüber Druckschwankungen ansprechempfindlicher und -schneller ist. Diese Druckwandleranordnung soll in der Lage sein, die Formen bzw. den Verlauf von Blutdruckwellen zu messen und aufzuzeichnen, außerdem eine vergleichsweise große, dem Blutdruck ausgesetzte Membranfläche besitzen, bezüglich Schwankungen der Temperatur und des Atmosphärendrucks kompensiert sein und zudem vergleichsweise einfache und kostensparende Konstruktion besitzen, so daß sie als wegwerfbares Gerät verwendet werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion werden die angestrebten Eigenschaften der Ansprechempfindlichkeit und des schnellen Ansprechens dadurch gewährleistet, daß an einer oder mehreren Seiten des. Katheters in der Druckwandleranordnung eine langgestreckte Membranfläche vorgesehen ist, so daß die dem zu messenden Blutdruck ausgesetzte Fläche ein Mehrfaches der Querschnittsfläche des Katheters betragen kann, die eine unvermeidbare Einschränkung in den Fällen darstellt, in welchen das Ende des Katheters zur Übertragung des Blutdrucks auf das empfindliche Element herangezogen wird.

Bei den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind zwei derartige, an gegenüberliegenden Seiten des Katheters befindliche Membranflächen vorgesehen und werden zwei druckempfindliche Elemente verwendet, die in Brüokensehaltung zusammengeschaltet und demzufolge tempe-

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raturstabilisiert sind. Die die druckempfindlichen Elemente enthaltende Katheterspitze ist von einer flexiblen Hülle umschlossen, welche die äußeren Fluidumdrueksehwankungen auf die empfindlichen Elemente überträgt und gleichzeitig eine Abdichtung gegen einen Bluteintritt herstellt.

Die vorgenannte Aufgabe wird bei einer Katheterspitzen-Druckwandleranordnung zur Anbringung am distalen Abschnitt

dadurch eines Katheter-Schlauches erfindungsgemäß/gelöst» daß ein im wesentlichen zylindrisches Tragglied in seiner einen Seite eine längliche Ausnehmung und an mindestens einem Ende dieser Ausnehmung mindestens eine Auflage bzw. leiste aufweist, daß in dieser Ausnehmung mindestens ein auf der End-Leiste aufliegendes Druokwandler-Trägerelement montiert ist, daß die Anordnung von einer undurchlässigen, flexiblen Hülle umhüllt ist und daß am Tragglied zu beiden Seiten der Ausnehmung Seitenwandteile vorgesehen sind, deren Kanten in der Ebene des Trägereleipents liegen und die Hülle in Berührung mit der Außenfläche des Trägerelements halten.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeiohnung näher erläutert. Selbstverständlich sind zahlreiche Änderungen der Konstruktioneinzelheiten und der Teileanordnung möglich und können gewisse Merkmale ohne andere Merkmale angewandt werden, doch soll der erweiterte Schutzumfang alle diese Änderungen und Abwandlungen mit einschließen.

In der Zeiohnung zeigen:

Pig. 1 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Längsschnitt durch eine Katheterspitzen-Druckwandleranordnung mit den Merkmalen der Erfindung, mit teilweise in Seitenansicht dargestellten Teilen,

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Pig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 Mg. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Pig. 1,

Pig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Tragglieds für den Druckwandler,

Pig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 5-5 in Pig. 4,

Pig. 6 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 4,

Pig. 7 eine Pig. 1 ähnelnde Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, in welcher gewisse Teile weggelassen sind,

Pig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Pig. 7 und

Pig. 9 ein Schaltbild der Druckwandlerelemente.

Die erfindungegemäße Katheterspitzen-Druckwandleranordnung weist einen Katheter-Schlauch 10 auf, der vorzugsweise aus einem Kunststoff-Strangpreßprofil besteht und mehrere Durchgänge 11, 12 und 13 aufweist, von denen Durchgang 11 offen ist, während die Durchgänge 12 und 13 am in die Körperhöhle einzuführenden bzw. distalen Ende des Schlauches durch Stopfen 14 bzw. 15 verschlossen sind. Eine in der Schlauchwandung vorgesehene öffnung 16 kommuniziert mit dem Durohgang 12 und bildet einen Zulaß, um je nach Pail Blutproben entnehmen oder Substanzen in den .Blutstrom injizieren zu können.

Der Durohgang 13 steht für das Aufblasen einen Ballons zur Verfügung, wenn am Katheter ein Ballon vorgesehen

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sein soll. In einen der Durchgänge ist eine aus biegsamem Draht bestehende Sonde 17 einführbar, welche die Führung des Katheters in eine Verzweigung des Blutgefäßes erleichtert. Gewünschtenfalls können noch weitere Durchgänge vorgesehen sein.

Ein steifes Tragglied 20 dient zur -Aufnahme von zwei Druckwandler-Elementen 21, 22 und zur Halterung derselben innerhalb einer aus flexiblem Gummi bestehenden Hülle Das Tragglied 20 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff -Gußteil, während die Hülle 25 vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff besteht wie die üblicherweise an Kathetern vorgesehenen Ballons. Die Hülle ist ein· zylindrische Manschette mit geschlossenem di^stalem Ende, so daß sie das Tragglied 20 und die darin angeordneten Wandler-Elemente 21, 22 umhüllt und abdichtet.

Das Tragglied 20 weist einen dünneren, rohrförmigen Schaft 30 und ein geschlossenes, halbkugeliges distales Ende auf. Diese beiden Endabschnitte sind durch zwei einander gegenüberliegende Wandteile 32 miteinander verbunden, deren Außenflächen zylindrische Krümmung besitzen. Zwischen den seitlichen Wandteilen 32 erstreokt sich ein innerer Steg 33, der einstückig mit den Wandteilen 32 ausgebildet ist und mit ihnen einen I-trägerartigen Querschnitt festlegt. An den Schaft 30 schließt sich ein zylindrischer Endabsohnitt 34 an.

Der zylindrische Endabschnitt 34 und das distale Ende sind mit zwei flachen Auflagen bzw. Leisten 40, 41 sum Auflegen der Endabschnitte der Druckwandler-Elemente 21, 22 versehen. Diese Leisten befinden sich mit Abstand über und unter dem zentralen Steg 33, so daß sie einen Abstand zwischen den Druckwandler-Elementen 20, 21 und dem Steg 33 festlegen. Die Druckwandler-Elemente 2O₉ 21

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sind schmäler als der Abstand zwischen den seitlichen Wandteilen 32 beträgt und legen somit gemäß Fig. 3 Zwischenräume 42 zwischen ihren Seitenkanten und den Wandteilen 32 des Tragglieds 20 fest. Infolgedessen sind die Druckwandler-Elemente 20, 21 in länglichen Ausnehmungen montiert, weiche gemäß Pig. 4 durch den Steg 33 und die seitlichen Wandteile 32 gebildet werden.

Die Druckwandler-Elemente 21, 22 werden vorzugsweise unter der Elastizität der sie umhüllenden Gummi-Hülle 25 in ihrer auf den Leisten 40 bzw. 41 aufliegenden Lage gehalten) wahlweise können sie aber auch an den Leisten 40, 41 angeklebt sein. Die Druckwandler-Elemente 2t, 22 werden mithin durch ihre Enden auf den Leisten 40, 41 in Fora einfacher Träger bzw. Balken gehaltert, welche einer einwärts gerichteten Durchbiegung unterworfen sind, wenn die Hülle 25 von äußerem Fluidumdruck beaufschlagt wird. Die effektive Membranfläohe jedes dieser dem Fluidumdruck ausgesetzten Druckwandler-Elemente 21, 22 entspricht dabei der Breite des betreffenden Elements multipliziert mit dem Abstand zwischen den Leisten 40, 41. Hierdurch wird eine große Membranfläche geschaffen, die schnelles und genaues Ansprechen auf geringste Änderungen des äußeren Fluidumdrucks gewährleistet.

Ia Ende 31 und im Endabschnitt 34 vorgesehene Quernuten 45 bilden Verdrahtungsdurehgänge, die mit einer im rohrförmigen Schaft 30 ausgebildeten öffnung 46 kommunizieren und zur Herstellung von Leitungs-Ansohlüssen 37 mit den Druckwandler-Elementen 21, 22 dienen. Die öffnung 46 kommuniziert mit dem nicht verschlossenen Durchgang 11, über welohen die Leitungen 47 zum zugewandten bzw. proximalen Ende des Katheter-Schlauches 10 geführt sind. Außerdem leiten der Durohgang 11 und die Öffnung 46 Atnosphärendruok zu den Innenflächen der Druckwandler-Elemente

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21, 22, so daß alle Blutdruckmessungen auf Atmosphärendruck bezogen sind.

Beim Anbringen des Tragglieds 20 am Katheter-Sohlauch ■werden die die Durchgänge 11, 12 und 13 voneinander trennenden Innenwände so weit vom Ende des Schlauches aus entfernt, daß der zylindrische Schaft 50 eingeführt und im Schlauch verklebt werden kann, wobei das distale Ende des Schlauches gemäß Fig. 1 an einer am Ende des zylindrischen Endabschnitts 34 ausgebildeten Schulter 48 anstößt. Hierauf wird die Hülle 25 über das Tragglied 20 und die Druckwandler-Elemente 21, 22 gezogen und wird das proximale Ende der Hülle mittels einer über dem Schaft 30 liegenden Schnurabbindung 49 am Schlauch 10 festgelegt und abgedichtet. Die Schnurabbindung 49 wird innerhalb der Dicke der Schulter 48 gehalten, so daß an der Katheter-Außenfläche ein glatter Übergang vom Sehlauch 10 zur Hülle 25 gewährleistet wird.

Im Gebrauch drückt der Fluidumdruck des die Hülle 25 umgebenden Bluts erstere gegen die Außenflächen der Druckwandler-Elemente 21, 22, während deren Innenflächen dem Atmosphärendruok ausgesetzt sind. Die Hülle 25 gewährleistet somit eine flexible Kapselung für die Wandler-Elemente.

Bei der Ausführungsform,gemäß Fig. 7 sind die Auflagen bzw. Leisten 41 zur Unterstützung der distalen Enden der Druckwandler-Elemente 21a, 22a am halbkugeligen Ende 31 des Tragglieds 20a weggelassen. Die proximalen Enden der Elemente sind an den am zylindrischen Endabsohnitt vorgesehenen Leisten 40 angeklebt, so daß sich ihre distalen Enden in Abhängigkeit vom äußeren Pluidumdruok als freitragende Träger bzw. Balken durchbiegen können.

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Das gleiche Ergebnis läßt sich erreichen, wenn die Druckwandler-Elemente einfach zu kurz ausgebildet werden, um die Leisten 41 am Ende 31 zu erreichen. In diesem lall kann das Tragglied 20a gemäß Fig. 7 mit dem Tragglied gemäß Fig. 4 identisch sein. Der Katheter-Schlauch 10 und die Hülle 25 sind in Fig. 7 nicht dargestellt, da sie den betreffenden Teilen gemäß Fig. 1 entsprechen.

Die Druckwandler-Elemente 21, 22, 21a, 22a sind vorzugsweise piezoresistive bzw. piezoelektrische Vorrichtungen und können von bliebiger bekannter Art sein, wie sie üblicherweise für mechanische Spannungsmesser, Plattenspieler-Tonabnehmer und für andere Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann jedes Element einen auf einer isolierenden Grundsohicht 61 angeordneten Silizium-Kristall 60 aufweisen oder aus einer dünnen P-Syp-Silizium-Sehicht 60 bestehen, die epitaxial auf einer dickeren SeTyp-Silizium-Sehieht 61 angeordnet ist, wobei die beiden Schichten eine Diode bilden, bei welcher die N-Typ-Schicht als isolierende Grundschicht wirkt. Herstellung und Eigenschaften solcher Elemente sind bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden. Es kann auch ein dreilagiges Druckwandler-Element angewandt werden, das zwei Schichten 60 zu beiden Seiten einer Grundschicht 61 aufweist.

Obgleich nur ein Element 21 oder 22 bzw. 21a oder 22_a erforderlich ist, wird durch Verwendung zweier Druckwandler-Elemente, deren Oberflächen gemäß Fig. 1 und 7 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, die Ansprechempfindlichkeit verdoppelt und eine Temperaturkompensation erreicht. Die verschiedenartigen Metalle 60, 61 wirken als Bimetall-Thermostat, wenn siejeiner Temperaturänderung ausgesetzt sind. Diese Wirkung wird neutralisiert, wenn die Schicht 60 bei den Elementen 21 und 21a an der

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Außenseite und bei den Elementen 22 und 22a an der Innenseite angeordnet wird und die beiden Elemente auf die beispielsweise in Fig. 9 dargestellten Weise in zwei Zweige einer Brüokenschaltung eingeschaltet sind.

Die Brüokenspannung wird von einer Batterie 65 geliefert und das Anzeigeinstrument 67 der Brücke, das auch ein registrierendes Meßgerät 67 sein kann, ist zwischen den Abgriff 68 eines über die Batterie 65 geschalteten Potentiometers 66 und eine Verbindung 69 zwisohen den Elementen 21 und 22 eingeschaltet. Der gleiche Schaltkreis wird für die Wandler-Elemente 21a, 22a gemäß Pig. 7 verwendet. Die vorstehend beschriebene zwangsläufige Temperaturkompensation ermöglicht einen Abgleich der Brückenschaltung bei Umgebungstemperatur, ohne daß der Abgleioh durch die Änderung auf Körperte^^jiperatur, wenn der Katheter in ein Blutgefäß eingeführt wird, beeinträchtigt wird.

Gemäß Fig. 1 biegt der von außen einwirkende 3?luidumdruck die Druckwandler-Elemente 21, 22 nach innen, wobei die Schicht 60 auf dem Element 21 verkürzt bzw. zusammengedrückt und die Schicht 60 auf dem Element 22 gestreckt wird. Diese entgegengesetzten mechanischen Verformungen erzeugen entgegengesetzte Änderungen des elektrischen Widerstands, die in der Brückenschaltung, wie durch das Meßgerät 67 angedeutet, summiert werden. Gemäß Pig. 7 hat die Einwärtsbiegung der Wandler-Elemente 21a, 22a eine Streckung der auf dem Element 21a befindlichen Schicht 60 und eine Zusammendrüokung der auf den Element 22a vorgesehenen Schicht 60 zur Folge, wobei die resultierenden, durch das Meßgerät 67 angezeigten Widerstandsänderungen additiv sind. Die Änderungen des elektrischen Widerstands in der Brückensohaltung liefern auf dem Meßgerät 67 augenblicklich die jeweiligen Blutdruckwerte.

Gemäß den Pig. 3, 7 und 8 befinden sich die Kanten der

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Wandteile 32 der Tragglieder 20 und 20a in den Ebenen der Außenflächen der Druckwandler-Elemente 21, 22 und 21a und 22a, so daß sie die Hülle 25 in Berührung mit den Außenflächen der Elemente halten, ohne daß letztere durch die Hülle durchgebogen bzw. ausgelenkt werden.

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Claims

Patent an Sprüche

Katheterspitzen-Druckwandleranordnung zur Anbringung am distalen Abschnitt eines Katheter-Schlauches, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen zylindrisches Tragglied (20) in seiner einen Seite eine längliche Ausnehmung und an mindestens einem Ende dieser Ausnehmung mindestens eine Auflage bzw. Leiste (40, 41 ) aufweist, daß in dieser Ausnehmung mindestens ein auf der End-Leiste aufliegendes Druckwandler-Trägerelement (21, 22; 21a, 22a) montiert ist, daß die Anordnung von einer undurchlässigen, flexiblen Hülle (25) umhüllt ist und daß am Tragglied zu beiden Seiten der Ausnehmung Seitenwandteile (32) vorgesehen sind, deren Kanten in der Ebene des Trägerelements liegen und die Hülle in Berührung mit der Außenfläche des Trägerelements halten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die End-Leiste (40, 41) eine zentrale Quernut (45) zur Herstellung von Schaltkreis-Anschlüssen zum Druckwandler-Trägerelement (21, 22; 21a, 22a) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung nahe der End-Leiste (40, 41) geringfügig verengt ist und daß die Seitenkanten des Trägerelements (21, 22; 21a, 22a) Abstand von den Seitenwandteilen (32) des Tragglieds (20) besitzen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Jedem Ende der Ausnehmung eine End-Leiste (40, 41) vorgesehen ist und jeweils ein

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Druckwandler-Trägerelement (21, 22; 21a, 2th) an seinen beiden Enden unterstützt.

i>. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ■ daß die Hülle (25) das Druckwandler-Trägerelement (21, 22; 21a, 2ib) in Betriebslage auf den End-Leisten (40, 41) hält.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (20) in seiner anderen Seite eine zweite längliche Ausnehmung aufweist, welche ebenso wie die erstgenannte Ausnehmung eine End-Leiste (40, 41) und ein Druckwandler-Trägerelement (21, 22; 22a, 22b) aufnimmt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (20) einen Steg (33) aufweist, weloher die beiden Seitenflächen zwischen den beiden Ausnehmungen verbindet.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am einen Ende des Tragglieds (20) ein rohrförmiger Schaft (30) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (30) im Ende des die Katheter-Spitze tragenden Schlauche (10) befestigt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Tragglied (20)vorgesehene Ausnehmung über einen im Schlauch (10) vorgesehenen Durchgang (11) mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist und daß dieser Durchgang (11) Schaltkreis-Anschlüsse zum Druckwandler-Träger-Element (21, 22; 21a, 21b) enthält.

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11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (25) ein geschlossenes distales Ende aufweist, welches das distale Ende des Tragglieds (20) umhüllt, während das proximale Ende der Hülle (25) das Ende/Schlauches (10) umgreift, und daß über dem Schaft (30) liegende Mittel (49) zur Abbindung des proximalen Endes der Hülle am Schlauch vorgesehen sind.

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