DE3836349A1 - Katheter zur messung von motilitaet und peristaltik in schlauchfoermigen, ihren inhalt transportierenden organen mittels simultaner multipler impedanzmessung - Google Patents

Katheter zur messung von motilitaet und peristaltik in schlauchfoermigen, ihren inhalt transportierenden organen mittels simultaner multipler impedanzmessung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Katheter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Diagnostik von krankheitsbedingten Störungen der Moti­ lität bzw. der Peristaltik stehen heute zwei grundsätzlich unterschiedliche Verfahrensmöglichkeiten zur Verfügung, nämlich
  • a) die Manometrie mittels der Perfusionsmeßtechnik oder mittels Halbleiterdruckaufnehmern und
  • b) bildgebende Verfahren, die sich entweder der röntgenolo­ gischen Darstellung bzw. Szintigraphie der mit Kontrast­ mitteln versehenen Inhalte bedienen.
Zu a):
Bei der Manometrie wird eine Druckänderung zur Charakteri­ sierung der Kontraktionsabläufe in einem schmalen Abschnitt des zu untersuchenden Organs herangezogen. Die größte Ver­ breitung hat bei dieser Art von Messung die Perfusionsmeß­ technik erfahren. Dabei wird die Druckänderung bestimmt, die sich im Katheter, der mit einem konstanten Flüssig­ keitsstrom durchflossen wird, bei Behinderung des Ausflus­ ses durch die Kontraktion eines betreffenden Organs ergibt, gemessen. Da hierbei aber pro Kanal Schläuche mit einem in­ neren Durchmesser von über 1 mm verwendet werden müssen, ist ein Multikatheter mit bis zu acht Kanälen hinsichtlich seines Durchmessers gerade noch zu akzeptieren. Ein weite­ rer wichtiger Nachteil ist aber, daß von einem Perfusions­ katheter in die Organe Flüssigkeit eingeleitet wird, welche die Funktion des zu messenden Organs gerade bei einer Lang­ zeitmessung wesentlich beeinträchtigen kann.
Zu b):
Bildgebende Verfahren sind prinzipiell geeignet, den Nach­ weis der Motilität beispielsweise in der Speiseröhre zu er­ bringen. Die Diagnostik im Darmbereich dagegen gestaltet sich wegen der vielen Überlagerungen problematisch. Darüber hinaus muß der hohe Kostenaufwand für die Anschaffung, den Betrieb und nicht zuletzt auch für die Auswertung der ge­ wonnenen Bilder in Betracht gezogen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine relativ einfach zu realisierende Meßvorrichtung zur Beurteilung von Motilität und/oder Peristaltik in schlauch­ förmigen, ihren Inhalt transportierenden Organen zu schaf­ fen, das sich universeller einsetzen läßt und zu verläßli­ chen Diagnoseergebnissen führt.
Die Erfindung sieht zur Gewinnung von Signalen zur Beurtei­ lung von Motilität und/oder Peristaltik in schlauchförmi­ gen, ihren Inhalt transportierenden Organen bzw. zur Be­ stimmung der dynamischen Nachgiebigkeit von schlauchförmi­ gen Leitungsorganen mittels simultaner multipler Impedanz­ messung die Verwendung eines Katheters vor, der im wesent­ lichen aus einem vorzugsweise flexiblen elektrisch nicht­ leitenden Kunststoffschlauch oder Kunststoffstrang besteht, der im Meßbereich eine Mehrzahl von in definiertem gegen­ seitigem, jedoch nicht notwendigerweise gleichem Abstand angeordnete, den Kunststoffschlauch wenigstens teilweise ringförmig umgebende Elektroden trägt, deren Signalzulei­ tungen oder -ableitung im Inneren des Schlauchs oder Strangs verlaufen bzw. in diesen eingebettet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kathe­ ters sind in weiteren Patentansprüchen angegeben und unter anderem in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Eine Meßvorrichtung zur Bestimmung von Motilität und/oder Peristaltik in schlauchförmigen, ihren Inhalt transportie­ renden Organen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Ka­ theters ist Gegenstand des Patentanspruchs 15 und weiterer abhängiger Patentansprüche.
Der erfindungsgemäße Katheter erlaubt es, Signale und Daten zu gewinnen, die zur Beurteilung der Art der Motilität und Peristaltik räumlich und zeitlich dienen, nämlich von sta­ tionären, propulsiven, repulsiven Wellen, von Kontraktions­ ausbreitung usw. Das zugrunde liegende Meßverfahren kann zur Bestimmung von Charakteristika, wie z. B. der Passage­ zeit und Passagegeschwindigkeit, der Kontraktionsfrequenz und der Kontraktionshäufigkeit einzelner Organabschnitte herangezogen werden.
Der Katheter wird zur Aufnahme in ein Organ eingeführt und in einer definierten Lage gegen eine Längsverschiebung fi­ xiert. Die gemäß dem Meßverfahren zu verwendenden Signale werden durch eine simultane oder quasi simultane Erfassung der Impedanz von mindestens drei bis vielen Kanälen gewon­ nen, wobei typischerweise 32 und mehr Kanäle verwendet wer­ den.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie weitere Einzelheiten derselben werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher er­ läutert. Es zeigen:
Fig. 1 die vergrößerte perspektivische Darstellung eines Meßbereichabschnitts eines schlauchförmigen Kathe­ ters mit erfindungsgemäßen Merkmalen;
Fig. 2 eine vergrößerte Ausschnittdarstellung im Längs­ schnitt durch einen Meßbereich eines Katheters er­ findungsgemäßer Art;
Fig. 3 veranschaulicht ein Verfahren zur simultanen Regi­ strierung der Speiseröhrenaktivität mit einem mul­ tiplen Meßkatheter erfindungsgemäßer Art;
Fig. 4 verdeutlicht auch in Verbindung mit Fig. 3 eine bestimmte Ausführungsform eines Katheters erfin­ dungsgemäßer Art,;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild zur Verdeutli­ chung eines Meßaufbaus unter Verwendung eines er­ findungsgemäßen Katheters; und
Fig. 6 verschiedene Möglichkeiten zur schaltungsmäßigen Anordnung einzelner Meßkanäle.
Die Fig. 1 läßt einen Teilabschnitt des Meßbereichs eines schlauchförmigen, vorzugsweise flexiblen Katheters 1 gemäß der Erfindung erkennen, der im wesentlichen aus einem Schlauch aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff besteht. Als Materialien kommen hier z. B. Polyurethan, Po­ lyamid, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlo­ rid oder auch bestimmte Siliconkautschukverbindungen in Frage.
Um die Außenseite des Schlauchs 2 sind in ungefähr gleich­ abständiger, jedoch nicht notwendigerweise gleichabständi­ ger Folge ringförmige Elektroden 4 gelegt, die, wie die Fig. 2 erkennen läßt, aus einem flachen Bandmaterial herge­ stellt und mit dem Grundkörper des Katheters, also mit dem Schlauch 2, festhaftend verbunden sind. Die Kanten der Elektroden 4 sind abgerundet und so ausgebildet und in das Schlauchmaterial eingelassen, daß es zu keinen Verletzungen kommen kann. Als Materialien für die Elektroden kommen Me­ talle, Elektrodenmaterialien zweiter Art und leitfähige Kunststoffe in Frage. Wichtige Eigenschaften der Elektroden 4 sind deren Niederohmigkeit geringer Polarisationsspannung in der oberen Elektrodenschicht und ihre Langzeitstabili­ tät. Da eine Elektrode 4 einen Übergang zu einem Elektroly­ ten bildet, muß sie, um diese geforderten Eigenschaften zu haben, mit einer Schicht 9, z. B. Silber-Silberchlorid, versehen sein. Der Abstand zwischen den Elektroden 4 kann konstant oder nach einem räumlichen Muster ausgebildet sein. Weitere Variablen im Bereich der Elektroden sind de­ ren Breite und der gegenseitige Abstand eines Elektroden­ paars, das bei der Impedanzmessung einem Meßkanal zugeord­ net wird. Die Breite der Elektroden 4 kann unterschiedlich ausgebildet sein; sie richtet sich nach dem Durchmesser des Schlauchs 2 und nach den zu messenden Anwendungen.
Die Elektrodenzuleitungen verlaufen im Inneren des Schlauchs 2 beispielsweise einem separaten Kanal 14, der durch Zwischenwände von weiteren, im Schlauchinneren ver­ laufenden Einzelkanälen 6 getrennt ist, deren Funktion spä­ ter erläutert wird. An einer inneren Kontaktstelle 8 ist eine jeweilige Zuleitung 7 mit der zugeordneten Elektrode 4 verbunden.
Der Katheter 1 kann mit einem oder mehreren Lumen 5 verse­ hen werden, durch die an unterschiedlichen Stellen aus dem Organ Stoffe für Analysezwecke entnommen oder Stoffe oder Flüssigkeiten als Kontrastmittel oder zur Funktionsstimula­ tion eingegeben werden können. Eine solche funktionelle Stimulation kann jedoch nicht nur über eine Flüssigkeit, sondern auch elektrisch über die Meßelektroden 4 selbst er­ folgen. Darüber hinaus können die Elektroden zur Aufnahme von elektrischen Biosignalen verwendet werden.
Die Prinzipdarstellung der Fig. 3 verdeutlicht die simulta­ ne Registrierung der Speiseröhrenaktivität mit einem multi­ plen Meßkatheter 1 erfindungsgemäßer Art.
Ein Meßkanal wird dabei entweder zwischen zwei Elektroden 4 (E 1/E 2 bzw. E 2/E 3 bzw. E 3/E 4) zur Messung der Längsimpedanz oder zwischen einer Elektrode auf dem Katheter 1 und einer zentralen großflächigen Elektrode (nicht dargestellt) auf dem Körper ausgebildet.
Die Längsimpedanz kann, wie die Fig. 6 verdeutlicht, entwe­ der (a) sequentiell, (b) probenweise oder (c) mit Überlap­ pung ermittelt werden.
In der Fig. 3 ist mit MG ein Referenzkanal bezeichnet, wäh­ rend die durch jeweilige Abstandspfeile markierten Größen R 1, R 2, R 3 und R 4 Impedanzveränderungen in den Kanälen 1, 2, 3 und 4 angeben. Im dargestellten Beispiel charakteri­ sieren die Signale R 1 bis R 4 eine propulsive Kontraktions­ welle. Aus den Laufzeiten zwischen zwei Kanälen kann die Passagezeit oder Passagegeschwindigkeit im jeweils unter­ suchten Organ errechnet werden.
Fig. 4 verdeutlicht weitere Einzelheiten einer abgewandel­ ten Ausführungsform eines Katheters mit erfindungsgemäßen Merkmalen. Die Darstellung läßt erkennen, daß der Katheter­ schlauch 2 am vorderen Ende 3 gut abgerundet verschlossen ist und mit seinen im Inneren verlaufenden Zuleitungen 7 an einen Stecker 10 angeschlossen ist. Der Durchmesser d kann bis zu wenigen mm betragen. Der Katheter ist flexibel, je­ doch kann der Meßteil I M des Katheters 1 unterschiedlich flexibel oder sogar starr ausgebildet sein kann. Die Länge des Meßteils I M und der Zuleitungen I Z können unterschied­ lich mit bis zu einigen Metern Länge ausgebildet sein. Auf­ grund des Schlauchinnenraums kann der Katheter vorüberge­ hend, beispielsweise während der Messung, versteift werden.
Der Katheter 1 ist mit wenigen (mindestens drei) bis zu vielen (z. B. 32 und mehr) Elektroden 4 (E 1, E 2, E 3, E 4, ...) versehen. Die Elektroden sind über die Zuleitungen 7 elektrisch leitend mit dem Stecker 10 einer Impedanzmeßan­ ordnung verbunden, die in beispielsweiser Ausführungsform in Fig. 5 veranschaulicht ist.
Außer mit den Lumen 5, deren Zweck und Funktion bereits er­ läutert wurde, kann der Katheter 1 mit einem oder mehreren Temperaturmeßfühlern (nicht dargestellt) entlang seiner Längsachse versehen sein.
Der Katheter 1 kann zusätzlich zur Impedanzmessung und gleichzeitig auch zur Aufnahme von EMG-Signalen herangezo­ gen werden, die der mechanischen Kontraktion eines Organs voraneilen.
Über die Elektroden erlaubt der Katheter auch eine gleich­ zeitige funktionelle elektrische Stimulation oder Reizung des untersuchten Organs.
Darüber hinaus können in den Meßkatheter noch weitere Bio­ signal-Wandler 15 zur gleichzeitigen Aufnahme von elektri­ schen Biosignalen (z. B. EMG, EKG) mit kanalweise vorgese­ henen Verstärkern zur Signaltrennung oder Stimulationsein­ richtungen in einzelnen oder allen Kanälen, z. B. Strom­ quellen 16 zur elektrischen Stimulation oder Elemente für die Druckaufnahme oder zur Stimulation mit einem Druckbal­ lon integriert werden.
Mit einem erfindungsgemäßen Meßkatheter und dem zugrunde­ liegenden Verfahren lassen sich die Motilitäts- und Peri­ staltikabläufe in gesunden wie auch erkrankten Organen, z. B. in der Speiseröhre, im Darm, im Urether, etc. er­ fassen. Die Fortbewegung der Inhalte dieser Organe ist in der Regel in eine Richtung orientiert, obwohl z. B. im Darm auch zahlreiche Mischvorgänge vorkommen und bekannt sind, bei denen die Inhalte hin- und hertransportiert werden. Zur Fortbewegung der Inhalte müssen die Kontraktionsabläufe streng synchronisiert werden. Das Nachlassen bzw. ein tota­ les Versagen der Spontanaktivität bereits eines kleinen Ab­ schnitts kann zu Fehlfunktionen des gesamten Organs führen. Mit dem hier vorgestellten Verfahren und dem erfindungsge­ mäßen Katheter lassen sich die Abschnitte des Organs mit einer fehlerhaften Funktion gut diagnostizieren.
Neben der Anwendung des Verfahrens im medizinischen Bereich ist auch eine technische Anwendung möglich, so z. B. zur Messung der dynamischen Nachgiebigkeit von Schlauchwänden bei Applikation einer Impuls-Druckwelle zur Ermittlung der dynamischen Belastung der Wände. Damit lassen sich alters­ bedingte Veränderungen einer Schlauchwand rechtzeitig er­ kennen und beseitigen.

Claims (17)

1. Katheter zur Gewinnung von Signalen zur Beurteilung von Motilität und/oder Peristaltik in schlauchförmigen, ih­ ren Inhalt transportierenden Organen bzw. zur Bestimmung der dynamischen Nachgiebigkeit von schlauchförmigen Lei­ tungsorganen mittels simultaner multipler Impedanzmessung mit einem elektrisch nichtleitenden Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang, der im Meßbereich eine Mehrzahl in definiertem gegenseitigem Abstand angeordnete, den Kunst­ stoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang wenigstens teilwei­ se ringförmig umgebende Elektroden (4) trägt, deren Signal­ zuleitungen oder -ableitungen im Inneren des Schlauchs (2) oder Strangs verlaufen bzw. in diesen eingebettet sind.
2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Kunststoffschlauchs dieser am vorderen Ende (3) verschlossen ist.
3. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang am vorderen Ende mit einem Meßkopf versehen ist.
4. Katheter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoff­ strang am vorderen Ende mit einer Einrichtung zur spezifi­ schen Organreizung versehen ist.
5. Katheter nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang am vorderen Ende mit einer Einrichtung zur Fixierung des Katheters an der Innenwand des Organs, z. B. durch Ansaugen, versehen ist.
6. Katheter nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang flexibel ist.
7. Katheter nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang im Meßbereich weitgehend starr ist.
8. Katheter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) oder Kunststoffstrang im Meßbereich Keramikmaterial enthält oder aus Keramikmaterial besteht.
9. Katheter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoffschlauch (2) in eine Mehrzahl von axialen Längskanälen (6) unterteilt ist, in deren einem die Signalzuleitungen bzw. -ableitungen der Elektroden ver­ laufen, während die anderen Längskanäle in Öffnungen (5) der äußeren Schlauchwand oder des Katheter-Meßkopfs münden.
10. Katheter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) in der Schlauchwand in Längsrichtung des Schlauchs (2) definierte gegenseitige Abstände aufwei­ sen und vorzugsweise im Bereich zwischen zwei Elektroden (4) angeordnet sind.
11. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elektroden (4) aus einem elektrisch gut leitenden Bandmaterial bestehen und/oder zusätzlich auf der Außenseite eine langzeitstabile Oberflächenschicht mit hoher elektrolytischer Leitfähigkeit und geringer Polarisa­ tionsspannung aufweisen.
12. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4) unterschiedliche Breite in Längs­ richtung des Schlauchs (2) bzw. Strangs aufweisen.
13. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Elektroden (4) etwa gleich ist.
14. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Elektroden (4) wenigstens in einem Teilabschnitt anders ist als in einem anderen Teilabschnitt des Schlauchs (2) bzw. Strangs.
15. Meßvorrichtung zur Bestimmung von Motilität und/oder Peristaltik in schlauchförmigen, ihren Inhalt transportie­ renden Organen mit einem Katheter gemäß einem der vorste­ henden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit den Si­ gnalableitungen (7) vom Katheter verbundenen Mehrkanal-Im­ pedanz-Spannungswandler (12), dessen Signalausgänge (13) auf ein Mehrkanalanzeige- oder -schreibgerät (14) und/oder eine Signalerfassungseinrichtung (17) geschaltet sind.
16. Meßvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur gleichzeitigen Aufnahme von elektrischen Biosignalen (EMG, EKG etc.) mittels einzelner Bioverstärker (15) mit Signaltrennung.
17. Meßvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung zur einfachen oder funktio­ nellen elektrischen Stimulation des Organs über Stromquel­ len (16).
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