DE3500822A1

DE3500822A1 - Einrichtung zur druckmessung

Info

Publication number: DE3500822A1
Application number: DE19853500822
Authority: DE
Inventors: Klaus Affeld; Viktor 1000 Berlin Hilgendorf; Andreas Spiegelberg
Original assignee: Spiegelberg Andreas Dipl Ing 1000 Berlin
Current assignee: SPIEGELBERG, ANDREAS, DR., 2100 HAMBURG, DE
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1986-07-10
Also published as: WO1986003957A1; EP0208746A1

Description

Einrichtung zur Druckmessung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Druckes in Körperhöhlen und Gefäßen des menschlichen und tierischen- Körpers und in anderen geschlossenen Systemen.
Die Messung des Druckes in Körperhöhlen und Gefäßsystemen des menschlichen und tierischen Körpers ist ein wichtiges Mittel zur Gewinnung- von Informationen über den Zustand und die jeweilige Funktionslage des Organismus. Insbesondere die Messung von Blutdrücken ist für Diagnose und Therapieverlaufskontrolle bei zahlreichen Krankheiten von entscheidender Bedeutung: Der Druck in den Herzkammern ist zur Beurteilung der Funktion des Herzens und seiner Klappen von Bedeutung. Der Druck in der Vena Cava, der sogenannte zentrale Venendruck (ZVD) ist eine Kenngröße für den Flüssigkeitshaushalt des Körpers. Dieser Parameter hat eine zentrale Bedeutung in der Intensivmedizin sowohl im diagnostischen als auch therapeutischen Bereich. Anhand der Grösse des ZVD werden Medikamente verabreicht, Infusionsregime und Flüs-sigkeitsbilanzen erstellt.
Die Messung des Druckes im Gehirn wird bei verschiedenen Krankheiten, die mit einer Erhöhung dieses Druckes einhergehen, angewandt. Die Messung des Druckes in Körperhöhlen wie dem Magen und dem Darm hat in der Forschung Bedeutung erlangt.
Zur Messung des Druckes an weniger zugänglichen Stellen des Körpers, z. B. in der Vena Cava, in der Aorta, in den Herzkammern oder im Lungenkreislauf ist es bekannt, flüssigkeitsgefüllte Kunststoffschläuche, sogenannte Katheter, in den Körper einzuführen, so daß ihr Ende an den Meßort gelangt. Der Druck wird dann über die Flüssigkeit im Schlauch übertragen-und am Ende des Schlauches, vorzugsweise außerhalb des Körpers gemessen. Dies kann mit U-Rohr Manometern, durch einfache Messung des Flüssigkeitsstandes im Katheter oder durch Anschluß von Druckaufnehmern erfolgen. Dies Verfahren wird insbesondere zur Messung des zentralen Venendruckes, d. h. des Druckes in der Vena Cava angewandt. Das Einführen des Katheters erfolgt üblicherweise durCh Anstechen (Punktion) einer gut zugänglichen Vene im Hals- oder Schlüsselbeinbereich oder der Ellenbeuge entweder mit einer Stahlkanüle durch die hindurch der Katheter bis zum geeigneten Messpunkt vorgeschoben werden kann, oder nach Art der Seldinger-Technik. Hierbei wird nach Punktion der Vene mit einer kleinkalibrigen Kanüle durch diese zunächst ein Führungsdraht, ein sogenannter Mandrin, in die Vene eingebracht. Über diesen Führungsdraht kann im weiteren der Katheter vorgeschoben werden, nachdem die Kanüle zuvor entfernt worden ist.
Dieser Katheter dient sowohl der Druckmessung als auch zum Einbringen von Infusionen und zum Entnehmen von Blut. Das Problem bei diesem Verfahren ist, daß wegen des Gewichtes der Flüssigkeit im Schlauch die Messung des Druckes genau in Höhe des Meßortes, d.h. der Katheterspitze erfolgen muß. Zur genauen Bestimmung der Lokalisation der Katheterspitze existiert nun aber in der klinischen Anwendung kein praktikables Verfahren. Bildgebende Methoden sind zwar denkbar, jedoch zeitlich und finanziell zu aufwendig. Das klinisch meistgebräuchliche Verfahren geht von der Annahme aus, es bestehe ein bestimmtes Verhältnis des Brustkorbdurchmessers einerseits und der Lage der Vena Cava andererseits. Der Durchmesser des Brustkorbes wird in seiner Brustbein/Rücken-Ausdehnung mit einem Meßschieber gemessen, die Lage der Vena Cava wird dann bei 3/5 des Durchmessers festgelegt, vom Rücken aus gemessen. Unberücksichtigt sind in dieser Formel jedoch natürliche anatomische Variationen, die von der Größe, dem Ernährungszustand und dem Geschlecht des Patienten abhängen. Unüberwindbare Hindernisse ergeben sich in Extremfällen, wie z.B. bei Brustkorbdeformitäten.
Selbst wenn mit dieser Methode die Lage der Vena Cava richtig ermittelt werden k-önnte, ist damit noch nicht unbedingt die Lage der Katheterspitze bekannt, die es ja eigentlich zu bestimmen gilt. Denn die Vena Cava weist im Durchschnitt einen Durchmesser von 3 bis 4 cm auf. Ob die Katheterspitze im Gefäß nun mehr brustbeinwärts oder mehr zum Rücken liegt, bleibt völlig unbekannt.
Mithin ergeben sich deutliche Fehler, wenn die Lage der Katheterspitze und damit die Nullpunktsfestlegung nach dieser Methode erfolgt.
Berücksichtigt man ferner die Größe der Meßwerte (Normalwert des ZVD ca. 2 bis 6 cm Wassersäule) wird die Dimension des Meßfehlers deutlich: er liegt in der gleichen Größenordnung wie die zu messenden Drücke selbst. D.h. der relative Fehler kann 100 oder 200 oder noch mehr Prozent leicht übersteigen.
Weiterhin ist es bekannt, einen Druckaufnehmer an der Spitze einer Sonde anzubringen. Der Druckaufnehmer wird dann mit der Sonde bis an den Meßort vorgeschoben. Problematisch bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß alle bisher bekannten Druckaufnehmer keinen stabilen Nullpunkt aufweisen. Das bedeutet, daß der Druckaufnehmer regelmäßig mit einem bekannten Druck, bevorzugt dem Atmosphärendruck, beaufschlagt werden muß. Das dabei gemessene Signal dient dann als Nullpunktreferenz. Hierzu muß jedoch die Katheterspitze aus dem Gefäß herausgezogen werden. Bei einer Druckmessung, die über längere Zeit erfolgen soll, stellt dies eine zusätzliche Belastung für den Patienten dar. Der aus der Nullpunktdrift resultierende Meßfehler liegt bei venösen Drücken wiederum in der Größenordnung der eigentlichen Meßwerte.
Weiterhin ist es, insbesondere in der experimentellen Chirurgie, bekannt, einen nur teilweise mit einem Gas oder Luft gefüllten Ballon an den Meßort zu bringen. Da der Ballon nur teilweise gefüllt ist, in seiner Wand also keine Zugspannungen vorliegen, ist der Druck in seinem Inneren dem Druck an seiner Außenseite gleich. Der Druck wird durch einen gas- oder luftgefüllten Schlauch, der mit dem Ballon verbunden ist, auf einen Druckaufnehmer übertragen. Da der Druckaufnehmer außerhalb des Körpers angebracht sein kann, ist es problemlos möglich, ihn regelmäßig mit dem Athmosphärendruck zu beaufschlagen und so die Drift zu kompensieren. Das geringe Gewicht des druckübertragenden Gases bewirkt keinen hydrostatisch bedingten Fehler. Das Problem bei dieser Methode liegt darin, daß das Gas wegen Undichtigkeiten im Meßsystem und wegen Diffusion durch die Schlauch- und Ballonwand aus dem Meßsystem verschwindet. Um daraus resultierende Meßfehler zu vermeiden, muß der Ballon regelmäßig leergesaugt und anschließend mit einer genau bestimmten Menge Gas gefüllt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung des Druckes im Inneren des menschlichen oder tierischen Körpers zu schaffen, die leicht anzuwenden ist, keine Belastung für den Körper darstellt, und die nicht mit hydrostatisch oder durch Nullpunktdrift verursachten Meßfehlern behaftet ist.
Erfindungsgemäß wird ein Ballon, dessen dünnes Wandmaterial einen hohen Elastizitätsmodul aufweist, im Bereich der Spitze eines doppellumigen Katheters so angebracht, daß der Ballon die Spitze nicht überschreitet und der Ballon den Katheter mantelförmig umgibt. Das eine - dünnere - Lumen des Katheters ist mit dem Ballon verbunden, es dient der Übertragung des Druckes und dem Füllen und Entleeren des Ballons. Das andere Lumen kann zu Infusionen und zur Entnahme von Blut, wie in nahezu allen Bereichen der Medizin üblich, verwendet werden. Der Ballon kann in evakuiertem Zustand dicht an den Katheter angelegt werden und wird wie die üblichen einlumigen Katheter durch eine in ein Gefäß eingeführte Kanüle eingebracht. Er kann auch gemäß der sogenannten Seldinger-Technik über einen Mandrin direkt in das Gefäß geschoben werden. Weiterhin wird erfindungsgemäß der Ballon mit einem gasförmigen Medium nur teilweise gefüllt, so daß in seiner Wand keine Zugspannungen wirken. Der Druck im Inneren des Ballons ist also gleich dem Druck auf seiner Außenseite. Erfindungsgemäß ist der Ballon mit einem zur Meßzeit geschlossenen, zur Abgleichzeit aber offenen System verbunden, das auch mit dem einem Druckmeßwandler verbunden ist. Die für die getreue Übertragung wichtige Teilfüllung des Ballons wird durch einen oder mehrere Kolben oder durch einen oder mehrere Kolben in Verbindung mit einem oder mehreren Ventilen gesteuert.
Fig. 1 zeigt eine Ausbildung des Katheters. Der Ballon 1 ist am Ende des Katheters 2 angebracht, er ist mit einem Lumen des Katheters verbunden, während das andere Lumen offen endet. Am anderen Ende des Katheters 2 sind beide Lumina mit Verbindungselementen 3 und 4 versehen.
Fig. 2 zeigt eine Ausbildung der Erfindung, bei der das Leeren und Füllen des Ballons durch die Kombination einer Kolbenpumpe mit einem Ventil erfolgt. Der Ballon 1 am Ende des doppellumigen Katheters 2 ist über das eine Lumen des Katheters und den Verbindungsschlauch 5 mit der Kolbenpumpe 6 verbunden. Ein Druckaufnehmer 7 ist mit dem System verbunden. Über das Ventil 8 kann das System zur Umgebung hin geöffnet werden. Der Füllvorgang geht folgendermaßen vor sich: Das Ventil 8 wird geöffnet, so daß das System mit der Umgebung verbunden ist. Jetzt erfolgt der Ableich des Nullpunktes. Dazu wird der Referenzwert für den Druckaufnehmer gewonnen. Dann wird die Kolbenpumpe 6 bis zu einem Referenzpunkt bewe#gt. Nun wird das Ventil 8 geschlossen. Die Kolbenpumpe 6 saugt nun den Ballon 1 leer.
Kennzeichnend für den Zustand "leer" ist ein bestimmter, der Größe des Ballons eigentümlicher Unterdruck. Dann wird mit der Kolbenpumpe 6 ein bestimmtes, der Größe des Ballons eigentümliches Volumen in den Ballon gepumpt. Nun wird mit dem Druckaufnehmer 7 der Druck gemessen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Gasvolumen, mit dem der Ballon gefüllt wird, nicht konstant, sondern von dem zu messenden Druck abhängig.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann durch ein zweites Ventil 9 die Kolbenpumpe während der Messung von dem System Ballon-Katheter-Druckaufnehmer getrennt werden. Dies verbessert die Dynamik des Systems.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Systems erfolgt das Füllen und Leeren des Ballons mit einer Kombination aus zwei Kolbenpumpen. Fig. 3 zeigt ein Schema der Anordnung. Der Ballon 1 am Ende des doppellumigen Katheters 2 ist über das eine Lumen des Katheters und den Verbindungsschlauch 5 mit der Kolbenpumpe 6 verbunden. Ein Druckaufnehmer 7 ist mit dem System verbunden. Das Innere der Kolbenpumpe 6 ist durch die Bohrung 15 in der Zylinderwand der Kolbenpumpe 6 mit der Umgebung verbunden. Durch den Verbindungsschlauch 11 ist die Kolbenpumpe 6 mit der Kolbenpumpe 12 verbunden. Der Füllvorgang geht folgendermaßen vor sich: Die Kolbenpumpe 6 wird in ihre Endlage 13 gebracht. Jetzt ist das System durch die Bohrung 10 mit der Umgebung verbunden und der Referenzwert des Druckaufnehmers wird gewonnen. Dann wird die Kolbenpumpe 12 in ihre Endlage 14 gebracht und der Kolben der Kolbenpumpe 6 wird in die Lage 15 gebracht, so daß die Bohrung 10 geschlossen ist. Nun wird mit der Kolbenpumpe 12 der Ballon leergesaugt. Dann wird mit der Kolbenpumpe 6 der Ballon mit einem definierten Volumen gefüllt. Jetzt kann die Messung erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die Verbindung zwischen den beiden genannten Kolbenpumpen durch eine Bohrung in der Zylinderwand der ersten Kolbenpumpe.
Fig. 4 zeigt ein Schema der Anordnung. Die Verbindung zwischen Kolbenpumpe 6 und Kolbenpumpe 12 erfolgt hier durch die Bohrung 15 in der Zylinderwand der Kolbenpumpe 6. Jetzt wird während der Ballon durch die Kolbenpumpe 6 gefüllt wird, die Kolbenpumpe 12 vom System getrennt, was zu einer Verbesserung der Dynamik füh-rt.
Gemäß einer Ausbildung der Erfindung sind das System zum Entleeren und Füllen, sowie der Druckaufnehmer auf einer Platine angeordnet, die mit einem Vebindungsstecker versehen ist, so daß die komplette Einhei-t wie eine Elektronik-Platine eingebaut werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind in der Platine Ausnehmungen für die einzelnen Komponenten angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Platine durch Tiefziehen hergestellt.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind an einem mehrlumigen Katheter mehrere Ballons befestigt, wobei jeder der Ballons du#rch jeweils ein Lumen des Katheters mit einer eigenen Einrichtung zur Druckmessung und zum Leeren und Füllen verbunden ist.
Obwohl die Anwendung der Erfindung in Hinsicht auf die Messung von Drücken im menschlichen oder tierischen Körper beschrieben wurde, ist sie keineswegs auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann auch zur Messung von Drücken an anderen unzugänglichen Orten verwendet werden. Sinnvoll erscheint die Verwendung bei geschlossenen technischen Systemen, z. B. Reaktoren möglich.

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur getreuen Übertragung eines Druckes aus dem Inneren des menschlichen oder tierischen Körpers oder aus dem Inneren eines hermetisch abgeschlossenen technischen Bereiches zu einem außerhalb des Körpers oder des besagten technischen Bereiches gelegenen Druckmeßwandler durch einen flexiblen Ballon, der mit einem gasförmigen Medium nur teilweise gefüllt ist und mit einem zur Meßzeit geschlossenen, zur Abgleichzeit aber offenen System verbunden ist, das auch mit dem Druckmeßwandler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die für die getreue Übertragung wichtige Teilfüllung des Ballons über einen oder mehrere Kolben oder über einen oder mehrere Kolben in Verbindung mit einem oder mehreren Ventilen gesteuert wird.
2. Einrichtung zur getreuen Übertragung eines Druckes aus dem Inneren des menschlichen oder tierischen Körpers oder aus dem Inneren eines hermetisch abgeschlossenen technischen Bereiches zu einem außerhalb des Körpers oder des besagten technischen Bereiches gelegenen Druckmeßwandler durch einen flexiblen Ballon, der mit einem gasförmigen Medium nur teilweise gefüllt ist und mit einem zur Meßzeit geschlossenen, zur Abgleichzeit aber offenen System verbunden ist, das auch mit dem Druckmeßwandler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Ballon und dem Druckmeßwandler durch ein Lumen eines doppel- oder mehrlumigen Katheters erfolgt, während ein oder mehrere andere Lumina anderen Zwecken dienen.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der nicht zur Druckmessung verwendeten Lumina des Katheters zum Einbringen von Flüssigkeiten an den Meßort dient.
4. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eines der nicht zur Druckmessung verwendeten Lumina des Katheters zum Entnehmen von Flüssigkeiten vom Meßort dient.
5. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmeßwandler ein Druckaufnehmer ist.
6. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entleeren und Füllen des Ballons aus der Kombination einer Kolbenpumpe mit einem Ventil, das zum Öffnen des Systems zur Umgebung hin dient, besteht.
7. Einric-htung gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Ventil die Kolbenpumpe während der Druckmessung von dem übrigen System trennt.
8. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entleeren und Füllen des Ballons aus zwei Kolbenpumpen be#steht, deren Innenräume miteinander verbunden sind und deren ;eine Bohrung in der Zylinderwand aufweist, die das -System, wenn sie durch den Kolben freigegeben i#st, zur Umgebung hin öffnet.
9. Einrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluss der Verbindung zwischen den beiden Kolbenpumpen über eine Bohrung in der Zylinderwand der einen Kolbenpumpe erfolgt, so daß die Verbindung durch den Kolben dieser Kolbenpumpe verschlossen werden kann.
10. Einrichtung# gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zugleich zur Messung des Druckes in Gefäßen des menschlichen oder tierischen Körpers und der Zufuhr von Infusionen oder der Entnahme von Gefäßinhalt dient.
11. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zugleich zur Messung des Druckes in Körperhöhlen des menschlichen oder tierischen Körpers und der Zufuhr von Infusionen oder der Entnahme von Inhalt dient.
12. Einrichtung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Füllen und Entleeren des Ballons und die Einrichtung zur Druckmessung auf einer Platine angeordnet sind.
13. Einrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine mit einem Steckverbinder versehen ist.
14. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine mit Ausnehmungen versehen ist, in denen die auf ihr angeordneten Elemente befestigt sind.
15. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine durch Tiefziehen hergestellt ist.
16. Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllungszustand des Systemes vom zu messenden Druck abhängig gesteuert wird.