DE2348402C2

DE2348402C2 - Fiberoptischer Katheter

Info

Publication number: DE2348402C2
Application number: DE2348402A
Authority: DE
Inventors: David Stanley Dudley Mass. Ostrowski; Michael Lajos Webster Mass. Polanyi
Original assignee: Warner Lambert Technologies Inc Dallas Tex; Warner Lambert Technologies Inc
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1972-12-04
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1984-08-23
Also published as: JPS576933B2; DE2348402A1; US3807390A; JPS4988384A

Description

Die Erfindung betrifft einen fiberoptischen Katheter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fiberoptische Katheter, die vor ihrer (in vivo) Anwendung sterilisiert werden, müssen zusammen mit der zugeordneten elektrooptischen Ausrüstung kalibriert werden, so daß bei der Bestimmung der Sauerstoffsättigung des Blutes oder bei der Messung der Farbstoffverdünnung mit derartigen Kathetern absolute und genaue Werte und/oder deren Veränderungen in Abhängigkeit von der Zeit erhalten werden. Bisher ist es bei der Katheterkalibrierung erforderlich, daß das distale Ende des Katheters in ein steriles Suspensionsmedium, wie Magnesiumoxid, gebracht wird, wodurch ein bestimmtes ReflexionsverhiUtnis von Wellenlängen des Lichts, wie z. B. 805 nm und 660 nm, erhalten wird, die für das Überprüfen der Sauerstoffsättigung des Blutes oder der Farbstoffverdünnung angewandt werden können. Dieses in vivo ausgeführte Kalibrieren von Kathetern ist jedoch potentiell für Patienten gefährlich, da Teile des Suspensionsmediums, die an dem Katheter festhaften, in den Blutstrom der Patienten eingeführt werden können. Da derartige Einschlüsse nicht isotonisch mit dem Blut

ίο sind und zu Embolien Veranlassung geben können, sind dieselben gefährlich für den Patienten und können wenigstens die Genauigkeit der Bestimmung der Sauerstoff Sättigung und/oder anderer Messungen nachteilig beeinflussen, die mit dem Katheter und der zugeordneten Ausrüstung in vivo vorgenommen werden.

Aus der US-PS 30 68 742 ist ein fiberoptischer Katheter mit einer Mehrzahl von lichtleitenden Fasern bekannt, deren Stirnflächen am distalen und am proximalen Ende des Katheters freiliegen. Die Fasern sind am distalen Ende zu einem Bündel zusammengefaßt und am proximalen Ende in zwei separate Bündel aufgetrennt. Außerdem ist am distalen Ende ein sog. Käfig vorgesehen, der eine reflektierende Oberfläche aufweist

Bei einem anderen, aus dem JP-Gebrauchsmuster 47-19 187 bekannten fiberoptischen Katheter der eingangs genannten Art sind am vorderen Ende von zwei oder drei Stäben befestigte Elemente an ihren den Austrittsenden der Fasern gegenüberliegenden Seiten als Spiegel ausgebildet, wobei diese spiegelnden Flächen dazu dienen, von den freien Enden der Fasern austretendes Licht nach außen in die Umgebung der Katheterspitze zu reflektieren oder Licht, welches von außen auf die Spiegel auffällt, zu der Stirnfläche des Katheters zu leiten, wenn mit Hilfe des Katheters eine Untersuchung durchgeführt wird. Die reflektierenden Flächen, welche darüber hinaus mit Spitzen oder Kanten versehen sind, reichen zu diesem Zweck bis sehr nahe an die Stirnfläche heran, so daß ein Blutdurchfluß zwischen dem Element und der Stirnfläche behindert wird. Die spitzen und kantigen Flächen fördern darüber hinaus auch eine Anlagerung von Fibrin, so daß mit diesem bekannten Katheter exakte Messungen kaum möglich sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fiberoptischen Kather zur in vivo-Untersuchung von Blutproben zu schaffen, bei dem vor Gebrauch eine einfache und ungefährliche Kalibrierung gewährleistet und eine exakte Messung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dünnen Stäbe eine starre Kugel in einem derartigen Abstand vor den freiliegenden Flächen der Fasern halten, daß aus den freiliegenden Flächen der Fasern austretendes Licht nicht bis zu der Kugel gelangt, wenn das distale Ende des Katheters in Blut eintaucht, und daß die Kugel eine Oberfläche aufweist, welche einen bestimmten Anteil von Licht, zumindest zweier Wellenlängen, das von den freiliegenden Flächen der Fasern auf die Oberfläche gerichtet wird, auf diese zurückreflektiert, wenn das distale Ende des Katheters in Luft oder eine klare Flüssigkeit eintaucht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Der erfindungsgemäße fiberoptische Katheter kann in vivo kalibriert werden, ohne daß sich im Anschluß hieran die Gefahr des Einführens von Fremdstoffen in den Blutstrom ergibt. Außerdem ist es möglich, den Kather zu kalibrieren, ohne seine Stirnfläche in eine Magnesiumoxid-Suspension oder eine andere Kalibrierlösung eintauchen zu müssen. Ein weiterer Vorteil beruht

darin, daß ein genügend großer freier Raum zwischen den Stirnflächen des Katheters und der Kugel gebildet ist, der einen freien Durchtritt des Blutes gewährleistet, wobei die glatte Oberfläche der Kugel verhindert, daß sich an ihr Verunreinigungen ansetzen.

Bei intravaskularen oder intracardialen fiberoptischen Katheteruntersuchungen treten so keine Probleme auf.

Der Käfig weist eine Doppelgabel-Konfiguration auf, z. B. eine einzige Drahtschlaufe mit einer Kugelspitze, deren Durchmesser angenähert der Dicke des Katheters entspricht Die Kugel ist aus einer Substanz gefertigt, die ein bestimmtes Reflexionsverhältnis der Lichtwellen ergibt, die von der Katheterfläche dann ausgesandt werden, wenn sich die Katheterspitze in Luft oder in einer klar durchsichtigen sterilen Lösung nach der Sterilisation befindet In dieser Weise kann das bestimmte Reflexionsverhältnis für das Kalibrieren des Katheters und dessen zugeordneter Instrumentierung angewandt werden, so daß absolute Ablesungen, z. B. der Sauerstoffsättigung oder andere genaue Messungen, erhalten werden. Bei Kalibrierung in sauberer Luft oder einer sauberen Salzlösung, die bezüglich der Körperflüssigkeiten isotonisch ist, werden Gefahren wie eine Verunreinigung des Blutes des Patienten oder das Erzeugen von Embolien in demselben aufgrund eines Rückstandes der herkömmlichen, der Kalibrierung dienenden Suspensionsmedien vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen fiberoptischen Katheters, wie er zum Durchführen der in vivo-Untersuchung des Blutes angewandt wird;

F i g, 2 eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht des distalen Endes des Katheters nach Fig. 1; und

Fig.3 eine längsseitige Ansicht des Katheterteils nach F i g. 2 im Querschnitt.

Ein fiberoptischer Katheter 10 weist ein Stück eines herkömmlichen Herzkatheterschlauches 12 auf, der ein Bündel 14 ab- und zuführender lichtleitender Fasern 16 (Fig.2 und 3) enthält. Im Innern des Bündels 14 der lichtleitenden Fasern 16 ist ein Rohr 18 vorgesehen, das mittig bezüglich des Bündels 14 oder an einer Seite desselben (vgl. F i g. 2) angeordnet sein kann.

Das Rohr 18. dss für die Überwachung des Blutdrucks oder die Entnahme von Blutproben oder das Einführen von Medikamenten angewandt werden kann, ist von herkömmlicher Art. Weiterhin sind bei solchen Kathetern lichtleitende Fasern üblich, von denen einige das Licht durch den Katheter 10 in Richtung auf das distale Ende abführen, während die anderen das Licht empfangen und in Richtung auf das proximale Ende leiten. Die Fasern 16 im Bündel 14 können wahllos zueinander benachbart am distalen Ende des Katheters 10 vermischt und in entsprechender Weise einzeln in Verzweigungen 20 und 22 am proximalen Ende des Katheters 10 (vgl. Fig. 1) getrennt sein. Wahlweise können die Fasern 16 getrennt gebündelt über die gesamte Länge des Katheters 10 gehalten werden. Einzelheiten bezüglich der Bauart von fiberoptischi-n Kathetern und/oder der Bauart und Funktion einzelner Fasern finden biuh z. B. in den US-PS 30 68 742 und 30 68 739.

Bei der Bestimmung ^von z. B. der Sauerstoffsättigung des Blutes in vivo mittels deü Katheters 10 wird Licht von einer Lampe 24 in d'U- in der Verzweigung 20 des Katheters 10 vorliegenden Fasern 16 eingeführt, um das Licht durch den Katheter 10 zu leiten und an einer Fläche 26 direkt in Blut austreten zu lassen, das in einem Blutgefäß oder der Herzkammer des kardiovaskulären Systems fließt, in das der Kathecsr 10 eingeführt ist

^r> Beim Eintritt in das Blut wird das Licht diffus rückwärts und teilweise auf die Fläche 26 reflektiert, so daß es von den entsprechenden Fasern empfangen wird, die das reflektierte Licht zurück durch den Katheter 10 und nach außen bezüglich der Verzweigung 22 leiten. Dieses

ι» Licht wird sodann durch einen Photodetektor 28 empfangen, der eine Messung der Intensität dieses Lichts ausführen kann.

Soweit bisher der Katheter 10 und dessen Arbeitsweise bei der Bestimmung der Sauerstoffsättigung des BIutes beschrieben worden sind, sind dieser Katheter 10, die zugeordnete Lampe 24 und der Photodetektor 28 von herkömmlicher Bauart; Einzelheiten hierüber finden sich in den US-PS 30 68 742 und 30 68 739. Wie in diesen Patentschriften ebenfalls erläutert, liegen die ty-

2<) pischen Wellenlängen des Lichts, wie sie für das Durchführen der in vivo Bestimmungen der Sauerstoffsättigung geeignet sind, bei 850 nm und 660 nm. Licht dieser Wellenlängen kann abwechselnd oder intermittierend der Verzweigung 20 des Katheters 10 dadurch zugeführt werden, daß geeignete Lichtfilter 30 und 32 in dem Lichtweg, ausgehend von der Lampe 24, vorgesehen werden. Die Filter 30 und 32 können in einer drehbaren Scheibe 34 (vgl. Fig. 1) angeordnet werden oder in einem Gleitmechanismus, wie in den obigen US-Patent-Schriften erläutert, vorliegen. Wahlweise können die Filter 30 und 32 durch einen geeigneten dichroitischen Strahienspalter ersetzt werden, der so angeordnet wird, daß das Licht empfangen wird, welches mittels des Katheters durch die Verzweigung 22 zurückgeführt wird, und es werden ausgewählte einzelne Wellenlängen dieses Lichts längs getrennter Strahlengänge zu zwei oder mehr Photodetektoren geführt, die ähnlich zu dein Photodetektor 28 aufgebaut sind; dadurch kann aus dem Intensitätsverhältnis der unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts die Sättigung des Blutsauerstoffs ermittelt werden. Die Strahlenaufspaltung und individuelle photoelektrische Feststellung unterschiedlicher Wellenlängen des Lichts sind in der US-PS 32 96 922 erläutert.
Damit der Katheter 10 und das zugeordnete elektrooptische System eine absolute und/oder genaue Messung der Sauerstoffsättigung oder Farbstoffverdünnung in vivo bei jeder Anwendung des Katheters 10 am Körper vornehmen kann, muß der Katheter 10 und das zugeordnete elektrooptische System kalibriert werden,

so wie dies in den US-PS 30 68 742,30 68 739 und 32 96 922 erläutert ist. Diese Kalibrierung erfordert somit, daß ein Teil des durch die Fläche 26 des Katheters hindurchgeführten und davon ausgesandten Lichts hierdurch mit einem bestimmten Reflexionsverhältnis zurückgestrahlt

wird, z. B. in einem Verhältnis von-— .Dies ist bisher

660 nm

dadurch erreicht worden, daß die Fläche 26 des Katheters 10 in ein Suspensionsmedium, z. B. in eine Magnesiumoxid-Suspension, gebracht und sodann eine NuII-

bo oder andere vorgewählte Ablesung eines elektrooptischen Meßsystems durchgeführt wird, das im Zusammenhang mit dem Katheter 10 verwendet wird. Diese Ablesung kann als Bezugspunkt für das Deuten der Ablesung der Sättigung des Blutsauerstoffs oder der Farb-

b5 Stoffkonzentration in vivo herangezogen werden.

Beim erfindungsgemäßen Katheter wird ein bestimmtes Reflexionsverhältnis des von der Fläche 26 des Katheters 10 ausgesandten Lichts in Luft oder in einer klar

durchsichtigen Salzlösung oder dergleichen, d. h. ohne Verunreinigung des Katheters 10 durch ein nicht isotonisches Medium, wie Magnesiumoxid, in der folgenden Weise erreicht: Der Katheterschlauch 12 ist längsseitig benachbart zu der Fläche 26 an diametral gegenüberliegenden Seiten geschlitzt, um jedes der freien Enden 36 eines zwei Zinken aufweisenden Käfigs 38 in Form einer Haarklammer aufzunehmen, wobei sich der Käfig 38 von dem geschlitzten Katheterschlauch 12 aus nach vorn über die Fläche 26 hinaus erstreckt. Eine Kugel 40 am Ende des Käfigs 38 weist eine Ausnehmung auf und wird über einem Schlaufenende 42 des Käfigs 38 angeordnet bzw. zuvor darin eingeformt. Die Kugel 40 kann aus Metall bestehen und an Ort und Stelle eingeklebt oder verlötet werden; vorzugsweise erfolgt das Einformen der Kugel 40 aus einem weißpigmentierten Epoxid-Kunststoff, der durch die Gassterilisation, z. B. mittels Äthylenoxidgas, keinerlei Abbau oder Verschlechterung erfährt. Die Kugel 40 ist vorzugsweise sehr gut poliert oder in anderer Weise mit einer glatten Oberfläche versehen und weist einen Durchmesser auf, der angenähert gleich der diametralen Dicke des Katheterschlauchs 12 ist. Die Enden 36 des Käfigs 38 sind bleibend am Katheter 10, vorzugsweise mittels eines Bindedrahts oder einer Schnur 44, befestigt, die in einem Umfangsschlitz, der sich um den Katheterschlauch 12 erstreckt, herumgeschlungen ist. Sobald die Enden 36 des Käfigs 38 an Ort und Stelle befestigt sind, werden die Schlitze mit einem geeigneten Klebstoff gefüllt, vorzugsweise mit einem Epoxid-Klebstoff, der eine glatte äußere Oberfläche bildet, die bezüglich der äußeren Hautoberfläche des Katheterschlauchs 12 fluchtend und kontinuierlich verläuft. Alle möglicherweise scharfen Kanten des Katheters 10 werden mittels Abrunden und/ oder Polieren entfernt, und alle Ecken zwischen der Fläche 26 und dem Käfig 38 sowie zwischen der Kugel 40 und den Drahtschenkeln des Käfigs sind offen und zur Säuberung und Sterilisierung leicht zugänglich.

Bei Benutzung wird das distale Ende des Katheters 10 in das kardiovaskuläre System eingeführt; dabei führt die eine glatte Oberfläche aufweisende Kugel 40 den Katheter 10, wobei eine geringstmögliche Reibung und/ oder Irritierung der vaskularen Wände des Endokardiums eintritt, und gleichzeitig wird die Fläche 26 des Katheters 10 in einem ausreichenden Abstandsverhältnis hierzu gehalten, um ständig einen freien Fluß des Blutes über die Fläche 26 sicherzustellen.

Vor der Benutzung oder erneuten Benutzung des Katheters 10 muß dieses in jedem Fall sterilisiert werden, z. B. indem es der Einwirkung von Äthyienoxidgas ausgesetzt und sodann zusammen mit dem eiektro-opiischen System kalibriert wird, mit des es zur Messung der Sauerstoffsättigung oder der Farbstoffverdünnung verwendet werden kann. Diese Kalibrierung kann bei dem Käfig 38 einfach in sauberer Luft ausgeführt werden, indem Licht mit den für die Prüfung vorgesehenen Wellenlängen durch die Fasern 16 des Bündels 14 geführt, so dann von der Fläche 26 ausgesendet und von der Kugel 40 reflektiert wird (vgl. die Pfeile in F i g. 3); die Reflexion erfolgt zurück auf die Fläche 26. Alle Reflexionsrichtungen liegen fest und sind konstant, und die Kalibrierung des Katheters 10 sowie der zugeordneten Instrumentierung kann entsprechend dem Verhältnis der Lichtwellen, z. B. 805 nm und 660 nm, erfolgen, die durch den Katheter 10 zurückgeführt werden. Die Meßvorrichtung des Instruments kann so eingestellt werden, daß in diesem Zeitpunkt eine Null-Ablesung erfolgt; wahlweise kann die Einstellung so erfolgen, daß der Prozentsatz der Sauerstoffsättigung des Blutes, z. B. 85%, abgelesen wird, für den bekannt ist, daß das gleiche Verhältnis der Lichtwellenlängen reflektiert wird.
Diese Kalibrierung wird in jedem Fall ohne Verunreinigung des Katheters im Gegensatz zu dem bisherigen Erfordernis, daß dasselbe in einem nicht-isotonen Medium angeordnet werden muß, durchgeführt. Es versteht sich, daß die Kalibrierung des Katheters 10 mit der Kugel 40 des Käfigs 38 in einer klar durchsichtigen, isotoni-

sehen Flüssigkeit, gegebenenfalls einer Salzlösung, vorgenommen werden kann.

Nach Einführen des Katheters 10 in das kardiovaskuläre System und dem Füllen des Raumes zwischen der Kugel 40 und der Fläche 26 mit Blut, hat die Kugel 40

keine Wirkung auf die Reflexion des Lichts von dem Blut zurück in die Fläche 26. Die Dichte des Bluts verhindert, daß Licht, insbesondere mit Wellenlängen von 805 nm und 660 nm, merklich darin eindringt, bevor die diffuse Reflexion erfolgt. Das Abstandsverhältnis zwisehen der Fläche 26 und der Kugel 40 ist wesentlich größer als eine Strecke im Blut, die durch das Licht durchdrungen werden kann, und insbesondere größer als eine Strecke, durch die Licht geführt und durch Reflexion im Blut zurückgeführt werden kann.

Zusätzlich zu der Möglichkeit, den Katheter 10 ohne Eintauchen von dessen distalem Ende in ein fremdes Kalibricrungsmedium zu kalibrieren, macht es die Bauart des Käfigs 38 mit lediglich zwei Stäben 48 in spezieller Weise möglich, daß dieser Katheter 10 vergleichs-

weise mit denjenigen nach dem Stand der Technik leich-· ter gesäubert und vollständig sterilisiert werden kann; weiterhin wird dem Zirkulieren des Bluts durch den Käfig des Katheters weniger Widerstand entgegengesetzt, wodurch sich die Neigung zur Blutgerinnung verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fiberoptischer Katheter mit einer Mehrzahl von lichtleitenden Fasern, deren Stirnflächen am distalen und proximalen Ende des Katheters freiliegen, wobei die Fasern am distalen Ende zu einem Bündel zusammengefaßt und am proximalen Ende in zwei separate Bündel aufgetrennt sind und mit einem Käfig am distalen Ende des Katheters, der von einem mit reflektierender Oberfläche versehenen, auf der distalen Seite abgerundeten Element und von zwei im Randbereich des Katheters festgelagerten dünnen Stäben gebildet ist, welche das Element im Abstand gegenüber den freiliegenden Flächen der Fasern am distalen Ende des Katheters halten, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Stäbe (38) eins starre Kugel (40) in einem derartigen Abstand vor den freiliegenden Flächen der Fasern (16) halten, daß aus den freiliegenden Flächen der Fasern (16) austretendes Licht nicht bis zu der Kugel (40) gelangt, wenn das distale Ende des Katheters (10) in Blut eintaucht, und daß die Kugel (40) eine Oberfläche aufweist, welche einen bestimmten Anteil von Licht, zumindest zweier Wellenlängen, das von den freiliegenden Flächen der Fasern (16) auf die Oberfläche gerichtet wird, auf diese zurückreflektiert, wenn das distale Ende des Katheters in Luft oder eine klare Flüssigkeit eintaucht.

2. Fiberoptischer Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (40) aus einem weiß pigmentierten Kunststoff besteht.

3. Fiberoptischer Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (40) aus Metall besteht und poliert ist.

4. Fiberoptischer Katheter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (48) diametral zueinander angeordnete Verlängerungen eines Drahtschlcufenstücks darstellen, und daß die Kugel (40) an dem mittleren Schlaufenteil des Drahtes befestigt ist.

5. Fiberoptischer Katheter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (40) über dem schlaufenförmigen Zwischenteil des Drahtes angeformt ist.

6. Fiberoptischer Katheter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (48) wenigstens teilweise in einen den Katheter umgebenden Schlauch (12) eingebettet sind, wobei dieser über den Stäben (48) eine glatte Oberfläche aufweist.