DE29521096U1

DE29521096U1 - Katheter zur mechanischen Entfernung von Ablagerungen auf Gefäßwänden

Info

Publication number: DE29521096U1
Application number: DE29521096U
Authority: DE
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1995-07-29
Filing date: 1995-07-29
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2005-07-30

Description

Katheter zur mechanischen Entfernung von Ablagerungen auf Gefäßwänden

Die Neuerung betrifft ein Katheter zur mechanischen Entfernung von Ablagerungen auf Gefäßwänden gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Verschiedene Ausführungsformen solcher Katheter werden unter anderem in der Veröffentlichung "Directional Atherectomy" von T. Hinohara et al in Circulation Supplement IV. VoI 81, No. 3, March 1990 beschrieben. Die Katheter bestehen aus einem langen/ biegsamen Schaft und einer Katheterspitze, die einen aufblasbaren Ballon und rotierende Messer enthält. Mit den rotierenden Messern werden durch ein seitliches Fenster in der Katheterspitze Ablagerungen (Plaques) von den Gefäßwänden entfernt, nachdem der Ballon auf der dem Fenster gegenüberliegenden Seite aufgeblasen wurde und das Fenster somit an der Gefäßwand anliegt. Die Messer werden durch eine biegsame Torsionswelle, deren proximales Ende sich außerhalb des Körpers des Patienten befindet, mit Hilfe eines geeigneten, in der Hand zu haltenden Motors mit ca. 2000 Umdrehungen pro Minute in Rotation versetzt. Die Katheter weisen sowohl in der Katheterspitze als auch im Schaft einen zentralen Hohlraum auf, der zur Aufnahme eines Führungsdrahts bestimmt ist. Um den Katheter in die Behandlungsposition zu bringen, wird zuerst der Führungsdraht bis in das betreffende Gefäß vorgeschoben. Danach wird das proximale Ende des Führungsdrahts in den zentralen Hohlraum der Katheterspitze eingefädelt. Der Katheter wird am Schaft erfaßt und die Spitze über den Führungsdraht in die Behandlungsposition geschoben.

In der Veröffentlichung "New Technologies for the Treatment of Obstructive Arterial Desease" von T. A. Fischell und M. L. Stadius in Catheterization and Cardiovascular Diagnosis 22 (1991) 205-233 wird außer diesen Kathetern auch ein Katheter mit der Markenbezeichnung Rotablator^R beschrieben. Der Rotab-

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lator trägt am distalen Ende der Katheterspitze einen rotierenden Fräskopf aus einem mit Diamanten besetztem Metall. Er wird ebenfalls mit Hilfe eines Führungsdrahts an die zu behandelnde Stelle vorgeschoben. Der Antrieb des Fräskopfs erfolgt über eine hohle, metallische Antriebswelle durch eine außerhalb des Körpers befindliche, luftbetriebene Turbine mit ca. 150.000 Umdrehungen pro Minute. Mit Hilfe des Fräskopfes werden die Ablagerungen in kleine Partikel zerteilt, die mit dem Blutfluß weggeschwemmt werden. In der Veröffentlichung wird außerdem über weitere mechanisch wirkende Katheter berichtet.

Der Rotablator ist auch in GEO Nr. 12 (1993) 40-41 beschrieben.

Die aus diesen Veröffentlichungen bekannten Katheter benötigen eine Torsionswelle als Antriebswelle, die von der Katheterspitze bis außerhalb des menschlichen Körpers reicht. Die Torsionswelle muß ausreichend belastbar sein, damit sie sich bei den hohen Umdrehungszahlen nicht verformt oder abreißt; das heißt, sie darf nicht zu dünn sein. Andererseits wird dadurch notgedrungen der Katheterschaft relcitiv steif und läßt sich deshalb nur schwer um Biegungen der Blutgefäße führen. An starken Gefäßkrümmungen treten durcli Reibung mit dem Katheterschaft nicht vorhersehbare Reibungsverluste auf, so daß das nutzbare Drehmoment unbestimmt ist.

In der Presseinformation 18/94 des Kernforschungszentrums Karlsruhe (seit 1/1995: Forschungszentrum Karlsruhe) wird über die Entwicklung eines flüssigkeitsgetriebenen Werkzeugs zum mechanischen Entfernen von Ablagerungen in menschlichen Herzkranzgefäßen berichtet. Für das Werkzeug ist ein rotierender Fräskopf oder ein linear bewegliches Messer vorgesehen. Die Wahl des geeigneten Instruments ist abhängig von den Herstellungsmöglichkeiten und den jeweiligen Kräften und Drehmomenten, die durch Druck und Durchfluß der Flüssigkeit erreichbar sind. Die Entwicklung umfaßt die Konzeption von Mikrokomponen-

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ten, die mit einer Kochsalzlösung angetrieben werden. Als Vorteil wird herausgestellt, daß elektrische Ströme und Spannungen im Herzbereich, wie sie ein elektrischer Antrieb erfordern würde, vermieden werden. Außerdem wird auf die Fertigung der Mikrokomponenten nach dem LIGA-Verfahren (einem Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen im Mikrometerbereich) hingewiesen. Die Presseinformation wurde unverändert oder mit redaktionellen Änderung in einer Vielzahl von Tageszeitungen abgedruckt.

Aufgabe der Neuerung ist es, einen Katheter der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einem weichen und flexiblen Katheterschaft versehen werden kann. Außerdem sollen Reibungsverluste in Gefäßkrümmungen, die durch den Kontakt der Torsionswelle mit der Innenseite des Katheterschafts entstehen, vermieden werden.

Die Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die weiteren Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen des neuerungsgemäßen Katheters.

Gegenstand der Neuerung ist ein Katheter, bei dem der Antrieb in die Katheterspitze integriert ist und der demzufolge nur eine sehr kurze, in der Katheterspitze angeordnete Antriebswelle benötigt. Der Antrieb besteht aus einem Zuführungssystem für eine Flüssigkeit und einem mit der Antriebswelle für den rotierenden Kopf starr verbundenen Turbinenlaufrad. Zusätzlich kann eine Düsenplatte mit Öffnungen vorgesehen werden.

Als Zuführungsleitung kann ein dünner, flexibler Schlauch dienen, dessen distales Ende in der Katheterspitze angeordnet ist und dessen proximales Ende aus dem Körper des Patienten ragt. Das proximale Ende wird z. B. mit einer Pumpe verbunden, die eine körperverträgliche Flüssigkeit wie z. B. eine physiologi-

sehe Kochsalzlösung oder eine Glukoselösung in die Katheterspitze fördert.

Das distale Ende der Zuführungsleitung ist so angeordnet und das Turbinenlaufrad so gestaltet, daß die am distalen Ende der Zuführungsleitung austretende Flüssigkeit das Turbinenlaufrad in Rotation um die Antriebswelle versetzt. Dies wird dadurch erreicht, daß das Turbinenrad entsprechende Strukturelemente trägt. Geeignete Strukturelemente sind Öffnungen und schaufelartige Vorsprünge, die vom Strahl der austretenden Flüssigkeit getroffen werden.

Die Strukturelemente des Turbinenrads können einfacher gestaltet werden, wenn am distalen Ende der Zuführungsleitung eine mit Öffnungen versehene Düsenplatte vorgesehen wird, die der Flüssigkeitsstrahl durchströmt. Durch die Öffnungen wird der Flüssigkeitsstrahl in Teilstrahlen aufgeteilt, die in Richtung auf das Turbinenrad umgelenkt werden. In diesem Fall können die Strukturelemente auf dem Turbinenrad radialsymmetrisch angeordnete Turbinenblätter sein. Hierbei sollen die Teilstrahlen in einem Winkel von 10° bis 80°, besser 30° bis 60°, auf den Turbinenblättern auftreffen. Deren Länge und Breite ist so bemessen, daß die durch die öffnungen in der Düsenplatte erzeugten Teilstrahlen möglichst vollständig auf einem Turbinenblatt auftreffen.

Auf dem Ende der Antriebswelle, das dem Antriebssystem gegenüber liegt, ist außerdem der rotierende Kopf angebracht, der somit durch das Turbinenlaufrad in Rotation versetzt wird.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird außer der Zuführungsleitung eine Abflußleitung vorgesehen. Die Abflußleitung nimmt die das Turbinenleiufrad antreibende Flüssigkeit auf und leitet sie aus dem Körper des Patienten. Zuführungsleitung und Abflußleitung werden vorzugsweise zumindest in der Katheterspitze konzentrisch angeordnet.

Die Antriebswelle des erfindungsgemäßen Katheters befindet sich ausschließlich in der Katheterspitze; sie muß nicht durch den Katheterschaft geführt werden. Damit kann der Katheterschaft flexibel gestaltet werden, wenn für die Zuführungsleitung ein entsprechend flexibler Zuführungsschlauch verwendet wird. Drehmomentverluste durch die Reibung der Antriebswelle am Katheterschaft sind damit ausgeschlossen. Der rotierende Kopf, &zgr;. B. ein Fräskopf, kann problemlos am distalen Ende der Katheterspitze angebracht werden, so daß auch fast völlig durch Plaque verschlossene Gefäße geöffnet werden können.

Die Neuerung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Katheterspitze mit einer Axialturbine, Fig. 2 eine Katheterspitze mit einer Radialturbine,

Fig. 3 ein Turbinenlaufrad für eine Radialturbine, die keine Düsenplatte aufweist,

Fig. 4 ein Turbinenlaufrad für eine Axial- oder Radialturbine mit einer Düsenplatte,

Fig. 5 eine Düsenplatte für eine Axialturbine und Fig. 6 eine Düsenplatte für eine Radialturbine.

In Fig. 1 ist eine Katheterspitze mit einer Axialturbine dargestellt. Die Katheterspitze ist von einem Gehäuse 1 umschlossen. Im Gehäuse 1 sind konzentrisch eine Zuführungsleitung 2 und eine Abflußleitung 3 angeordnet. Im distalen Ende der Zuführungsleitung 2 befindet sich eine Düsenplatte 4 mit Öffnungen 5. Die Strukturelemente stellen Öffnungen 5 dar; sie zerlegen den durch die Zuführungsleitung 2 geförderten Flüssig-

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keitsstrahl in Teilstrahlen, die umgelenkt und auf die Blätter des Turbinenlaufrads 6 geleitet werden. Hierdurch wird das Turbinenlaufrad 6 in Rotation versetzt.

Das Turbinenlaufrad 6 sitzt auf der Antriebswelle 7. Die Antriebswelle 7 ist in distaler Richtung durch einen Gehäusedeckel 8 geführt; auf ihrem dem Turbinenlaufrad 6 gegenüberliegenden Ende ist ein Schneidkopf 9 angebracht. Die Katheterspitze (und der nicht dargestellte Katheterschaft) enthalten einen zentralen Hohlraum 11, der den Führungsdraht aufnimmt. Fig. 1 enthält außerdem Angaben in [Mm] zur Größe der Katheterspitze und ihrer Komponenten.

Fig. 2 stellt eine Katheterspitze mit einer Radialturbine dar. Die Bezugszeichen haben dieselbe Bedeutung wie in der Beschreibung zu Fig. 1. Bei dieser Ausführungsform sind die Düsenplatte 4 und das Turbinenlaufrad 6 konzentrisch in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Strukturelemente in Form von Öffnungen 5 in der Düsenplatte lenken die Teilstrahlen der Flüssigkeit in radialer Richtung auf die Turbinenblätter.

Fig. 3 zeigt ein Laufrad 6 für eine Radialturbine, das Strukturelemente in Form von sechs radialsymmetrischen Öffnungen aufweist, die in der Weise gestaltet sind, daß keine Düsenplatte 4 benötigt wird. Im jeweils ersten Teil 12 der Öffnungen 5 tritt die Flüssigkeit ein. Die schmalen Bereiche 10 dienen zur Umlenkung. Schließlich tritt die Flüssigkeit jeweils im Bereich des dritten Teils 14 der öffnung wieder aus.

In Fig. 4 ist ein weiteres Turbinenlaufrad 6 dargestellt. Es besteht aus einem körperverträglichein Werkstoff wie z. B. Gold oder Polymethylmethacrylat (PMMA) und kann sowohl in der Radial- als auch in der Axialturbine eingesetzt werden.

Fig. 5 zeigt eine Düsenplatte 4 mit ihren Öffnungen 5, die für eine Axialturbine geeignet ist. Sie besteht z. B. aus dem Werkstoff Polymethylmethacrylat (PMMA).

Schließlich ist in Fig. 6 eine Düsenplatte 4 für eine Radialturbine dargestellt. Sie enthält 11 Öffnungen 5 und kann ebenfalls aus den genannten Werkstoffen gefertigt werden.

Die Herstellung der Einzelkomponenten des erfindungsgemäßen Katheters kann durch Lithographie- oder Abformverfahren erfolgen. Diese Verfahren sind insbesondere dann besonders geeignet, wenn das Turbinenlaufrad und die Düsenplatte wie in den Figuren gezeigt Öffnungen 5 mit senkrechten Wänden aufweisen.

Das Turbinenlaufrad kann aus einem röntgenstrahlenempfindlichen Material wie z. B. PMMA gefertigt werden, wenn eine Platte aus PMMA, deren Dicke der Dicke des herzustellenden Turbinenlaufrads entspricht, über eine Maske durch senkrecht auffallende Röntgenstrahlung belichtet wird, wobei die geschlossenen Bereiche der Maske die Form des Turbinenlaufrads aufweisen. Die bestrahlten Bereiche werden anschließend durch Entwickeln mit einem geeigneten Entwickler selektiv entfernt. Soll das Turbinenlaufrad aus einem Metall oder einer Metallegierung bestehen, wird zur Bestrahlung eine Maske eingesetzt, deren offene Bereiche die Form des Turbinenlaufrads aufweisen. Der Hohlraum, der sich beim selektiven Entwickeln der bestrahlten Bereiche ergibt, wird galvanisch mit dem Metall oder der Metallegierung aufgefüllt, wobei eine elektrisch leitfähige Schicht am Grund des Hohlraums als Kathode geschaltet wird. Alternativ hierzu kann die Abformtechnik eingesetzt werden, wobei z. B. ein mit den entsprechenden Strukturen versehener Prägestempel bei erhöhter Temperatur in einen geeigneten Kunststoff eingepreßt wird.

In gleicher Weise läßt sich die in Fig. 6 gezeigte Düsenplatte herstellen. Die schräg verlaufenden öffnungen 5 der in Fig. 5

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dargestellten Düsenplatte 4 lassen sich durch Bohrungen unter einem Winkel von beispielsweise 45° fertigen.

Als Antriebswelle eignet sich ein kurzer Abschnitt eines Chrom/Nickel-Stahlrohrs, auf das Fräskopf und Turbinenlaufrad aufgeschoben und verklebt bzw. verlötet werden.

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Claims

Forschungszentrum Karlsruhe, den 13. Juni 1996 Karlsruhe GmbH PLA 9655 Rü/he ANR 5661498 Schutzansprüche:

1. Katheter zur mechanischen Entfernung von Ablagerungen auf Gefäßwänden mit

a) einer Katheterspitze, die einen rotierenden Kopf (9) trägt,

b) einer mit dem rotierenden Kopf (9) verbundenen Antriebswelle (11),

c) einem Antriebssystem, das die Antriebswelle (11) in eine axiale Rotation versetzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) das Antriebssystem in die Katheterspitze integriert ist und

eine Zuführungsleitung (2) für eine Flüssigkeit mit einem distalen und einem proximalen Ende sowie ein mit der Antriebswelle (11) starr verbundenes, um deren Achse drehbares Turbinenlaufrad (6) mit mehreren radialsyinmetrisch zur Antriebswelle (11) angeordneten Strukturelementen (5) aufweist, wobei

e) das distale Ende der Zuführungsleitung (2) so angeordnet und die Strukturelemente (5) so gestaltet sind, daß eine unter Druck in das proximale Ende der Zuführungsleitung (2) eingespeiste und am distalen Ende austretende Flüssigkeit in der Weise auf die Strukturelemente (5) gelenkt wird, daß das Turbinenlaufrad (6) und mit ihm die Antriebswelle (11) in die axiale Rotation versetzt werden.

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2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das distale Ende der Zuführungsleitung (2) eine Düsenplatte (4) mit einer Vielzahl von durchgehenden Öffnungen (5) darstellt, die in der Weise angeordnet sind, daß aus dem distalen Ende der Zuführungsleitung (2) austretende Flüssigkeit umgelenkt, in Teilstrahlen aufgeteilt und auf die Strukturelemente (5) geleitet wird.

3. Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abflußleitung (3) mit einem distalen und einem proximalen Ende vorgesehen ist, wobei das distale Ende in der Katheterspitze in der Weise angebracht ist, daß die das Turbinenlaufrad (6) in Rotation versetzende Flüssigkeit von der Abflußleitung (3) aufgefangen wird.

4. Katheter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (2) und die Abflußleitung (3) in der Katheterspitze konzentrisch angeordnet sind.

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