DE2758039A1

DE2758039A1 - Vorrichtung zur fortlaufenden und quantitativen bestimmung der haemodynamischen parameter wie blutstroemungsgeschwindigkeit, blutdruck, herzschlag-volumen

Info

Publication number: DE2758039A1
Application number: DE19772758039
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dr Chmiel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-24
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1979-07-05
Also published as: DE2758039C3; DE2758039B2

Description

Vorrichtllng zur fortlaufenden und quantitativen Be-
stimung er hamodynamischen Parameter wie Blutströmungsgeschwindigkeit, Blutdruck, Herzschlag-Volumen.
nie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur fortlaufenden und quantitativen Bestimmung der hämodynamischen Parameter wie n tströmungsgeschwindigkeit, Blutdruck, Herzschlag-Volunen. Bei der Beurteilung der Hämodynamik kommt der Bestimmung des Schlagvolumens bzw. des Herzminutenvolumens (HZV) große Bedeutung zu.
Für die Bestimmung dieses Parameters sind bereits mehrere, insbesondere Indikator-Verfahren bekannt; sie werden routinemäßig bei der klinischen Untersuchung mit mehr oder weniger großer Genauigkeit eingesetzt. Allen diesen bekannten Verfahren, sowohl den invasiven als auch den noninvasiven, haften aber Mängel an, da sie für einen bestimmten Bereich bzw. ab einem bestimmten Bereich der Diagnosestellung ungeeignet sind bzw. werden.
So sind z. E. elektromagnetische Flowmeter nicht anwendbar, da hierbei das zu untersuchende Blutgefäß auf operativem Wege freigelegt werden muß, um den dabei verwendeten Meßkopf außerhalb des Blutgefäßes um dieses anlegen zu können.
Die noninvasive Bestimmung des Herzschlag-Volumens mittels Ultraschall eignet sich aus Gründen der Ungenauigkeit ebenfalls nicht. Bei diesem Verfahren wird nämlich ein Schallwandler auf das Präkordium appliziert und die Aorta detektiert. Hiermit läßt sich zwar das zeitliche Strömungsprofil und die mittlere Geschwindigkeit durch das eingebaute Tiefenfenster relativ gut ermitteln, jedoch ist die Bestimmung des Gefäßdurchmessers nicht möglich, da der jeweilige Winkel zwischen Schallwandler und Gefäß als Meßgröße nicht erfaßbar ist. Die HZV-Bestimmung mittels der Impedanzkardiographie ist vorwiegend Patienten vorbehalten, deren Insuffizienz nicht primär dynamisch ist, also z.B. Probanden der Sportmedizin, Schrittmacherpatienten, Patienten mit pulmonarer Hypertonie.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bisher bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und eine quantitative Messung des Herzschlag-Volumens zu ermöglichen, ohne erst auf operativem Wege ein Blutgefäß, an dem ene Messung vorgenommen werden soll, freizulegen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 transkutan unter Anwendung der bekannten Insertionstechnik ohne Arteria sectio gelöst.
Die am besten geeignete Meßstelle (1 in Fig. 1) zur Messung des Herzschlag-Volumens ist derjenige Teil der Aorta ascendens (2), an der vor der ersten Verzweigung der Kopf-Blutgefäße (3) und in genügender Entfernung von der Aorta-Klappe (4) mit einer möglichst gleichmäßigen Blutströmung gerechnet werden kann.
Die auf Anwendung von Ultraschall basierende erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine genaue und klinisch routinemäßig anwendbare Bestimmung des Herzschlag-Volumens mit Hilfe eines modifizierten Tip-Katheters, mit dem im Bedarfsfall gleichzeitig die Blutströmungsgeschwindigkeit, der Blutdruck und der pulsartile Gefäßdurchmesser fortlaufend ermittelt werden kann. Aus diesen Meßwerten wird dann das instantane Herzschlag-Volumen berechnet.
Wetere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand des Ausführungsbeispiels erörtert.
Es zeigt: Fig. 2 die erfindungsgemäße Katheter-Sonde sowie mehrere Einzelheiten dieser Sonde.
Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Katheter-Sonde zeigt die Wandler-Elemente zur Ermittlung der hämodynamischen Parameter Blutströmungsgeschwindigkeit, intravasalen Blutdruck und pulsatilen Durchmesser eines Blutgefäßes.
Die Katheter-Sonde 5, itie aTIS einem an sich })elcannten Millar-Tip-Katheter mit einer Druckmembran 6 zur örtlichen Messung des Blutdrucks besteht, trägt an ihrer Spitze einen Blei-Zirkonat-Titanat-Schwinger 7, durch den die Blutströmungsgeschwindigkeit nach der Doppler-Effekt-Methode erfaßt werden kann.
Für die Messung des Durchmessers des untersuchten Blutgefäßes nach der Methode der Ultraschall-Laufzeit-Messung sind - von der Katheter-Spitze aus gesehen - hinter der Druckmembran 6 ringförmig um die Sonde in gleichen Winkelabständen mindestens 4 Schwingelemente 8 aus Blei-Zirkonat-Titanat angebracht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht also aus drei voneinander unabhängigen Meßsystemen für: a) den pulsatilen Gefäßdurchmesser und Gefäß-(zuerschnitt F (t), b) die #trömungsgeschwindigkeit v (t), c) den Blutdruck.
Der Blutfluß Q in einem Gefäß errechnet sich danach aus dem Strömungsquerschnitt und der über diesen Querschnitt gemittelten Strömungsgeschwindigkeit: u = F<t) Vft) Diese Meßwerte werden dann in an sich bekannter, hier aber nicht näher dargestellten Weise elektronisch weiterverarbeitet und angezeigt.
Die Bestimmung des intravasalen Gefäßdurchmessers basiert auf der bekannten Laufzeitmessung von Ultraschall und erfordert extrem kurze Impulse von z.B. 10 ns Breite bei einer Amplitude von z.B. 120 V.
Die Interferenzschwingungen, die unvermeidbar dabei am Schwingerelement auftreten, werden durch eine spezielle Schaltung unwirksam gemacht, d. h. von der Rückflanke des Sendeimpulses wird eine Einrichtung getriggert, die einen 10 ns-breiten Impuls mit umgedrehter Phasenlage auf den Schallwandler schaltet. Dadurch wird eine Dämpfung auf akustische Art erreicht. Dies ist notwendig, da der Katheter nie zentral in einem Gefäß placiert werden kann, sondern mit größter Wahrscheinlichkeit auf einer Seite, d.h.
mindestens 1 oder 2 Elemente haben dann Kontakt mit der Gefäßwandung. Wilrde diese akustische Dämpfung nicht durchgeführt, so käme es bereits zu einem Echoeinlauf, bevor der Sendeimpuls beendet ist. Eine Auswertung wäre somit nicht möglich. Bei der Einrichtung werden alle midestens 4 Segmente, die zirkulär um den Katheter angeordnet sind, im Uhrzeigersinn erregt. Darunter ist folgendes zu verstehen: nach Abgabe des Sendeimpulses auf eines der Schwingelemente wird nach 100 Vs der Wandler auf Empfang geschaltet, um einlaufende Echos von den Gefäßwänden aufzunehmen und in der nachgeschalteten Elektronik zu verarbeiten. Nach Beendigung eines derartigen Sendeempfangsvorganges wird über die Elektronik auf das nächste Segment geschaltet, wo sich dieser Vorgang wiederholt usw., wie angeführt im Uhrzeigersinnumlauf. Auf Grund der Schall- Laufzeit von 1560m/sec in Blut bei 370 wird z.B. vorteilhaft hierzu ein Quarzoszillator mit einer Frequenz von 7,8 MHz entsprechend dem Reziprokwert der doppelten Schall-Laufzeit für0,1 mm im Blut für die Verrechnung verwendet. Dies erfolgt dadurch, daß mit Abgabe des Sendeimpulses das Gate für dennætgeschalteten Zähler und Rechenspeicher geöffnet und mit Eintreffen des ersten Echos geschlossen wird. Das in digitaler Form angezeigte Zählergebnis entspricht somit dem Gefäßinnendurchmesser mit einer Auflösungsgenauigkeit von 0,1 mm. Nach Umwandlung dieser Zahlendarstellung in eine analoge Form kann eine fortlaufende Gefåßdurchmesserdarstellung in Form einer analogen Kurve erfolgen.
Die durch den sehr kurzen Sendeimpuls angeregten starken mechanischen Eigen-Schwingungen (Interferenzschwingungen) des Wandler-Elementes werden also durch einen gegenphasigen Impuls unterdriick-l.. In einem Ausfilhrringsbei spiel winde für die ringförmig angeordneten Wandler-Elemente 8 eine Frequenz von 15 MHz und für das Wandler-Element 7 an der Katheter-Spitze eine Frequenz von 5 MHz verwendet.
Die Messung der Blutströmungs-Geschwindigkeit erfolgt nach dem Prinzip der Doppler-Frequenzverschiebung in an sich bekannter Weise durch Abstrahlung von Ultraschall-Sendeimpuls-Paketen von z.B. 1,5 Ms Breite mit einer Wiederholungsquote von z.B. 50 kHz.
Zur eindeutigen Messung werden nur Echo-Impulse in einem vorbestimmten zeitlichen Intervall herangezogen. Wegen der im allgemeinen nicht achssymmetrischen Lage der Katheter-Sonde im Blutgefäß ist es vorteilhaft, einen divergent abstrahlenden Wandler 7 zu verwenden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Herz-Katheters mit erfindungsgemäßer Sonde hat eine Länge von etwa 120 cm bei einer Sonden-Länge von etwa 8 mm und einem Sonden-Durchmesser von 2,8 mm.

Claims

P a t e n t a n s p r ii c h e 1. Vorrichtung zur fortlaufenden und quantitativen Bestimmung der hamodynamischen Parameter wie Blutströmungsgeschwindigkeit, Blutdruck, Herzschlag-Voleimen, dadurch g e k e n n z e F c h n e t , daß die Vorrichtung als eine in das zu untersuchende BlutgePan einführbare Katheter-Sonde ausgebildet ist, an der entweder je einzeln für sich oder aber - von der Spitze aus gesehen - gemeinsam hintereinander angeordnet sind: a) an der Spitze ein Ultraschallwandler zur Erfassung der Blutströmungsgeschwindigkeit, b) ein Druck-Aufnehmer zum Messen des intravasalen/ intracardialen Blutdrucks c) mehrere ringförmig am Sonden-Umfang angeordnete Ultraschallwandler mit einer Resonanzfrequenz, die sich von derjenigen des an der Sondenspitze angebrachten Schallwandlers deutlich unterscheidet, zum Messen des intravasalen Gefäßdurchmessers.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Spitze der Katheter-Sonde angebrachte Ultraschallwandler derart gesteuert ist, daß er Ultrasohall-Impuls#akete aussendet, z.B. von 1,5 ps Breite mit einer Wiederholungsquote von 50 kHz.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 n 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Spitze der #atheter-#or#de -tngehrachte Ultraschallwandler divergent abstrahlen3 ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß dem an der Spitze der Katheter-Sonde angebrachten Ultraschallwandler eine Einrichtung zugeordnet ist, die Echo-Impulse nur in einem vorbestimmten zeitlichen Bereich auswertet (Tiefenfenster).
5. VorlXichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtllng vorgesehen ist, durch die die ringförmig an der Katheter-Sonde angeordneten Ultraschallwandler nacheinander erregt werden und dabei zur Latifzeitmessung je einen sehr kurzen Impuls von z.B. 10 nsec aussenden.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die von der Rückflanke eines Sendeimpulses getriggert wird und einen ebenfalls sehr kurzen Impuls, von z.B. 10 nsec., mit umgekehrter Phasenlage auf den zugehörigen Ultraschallwandler schaltet.