DE4036355A1

DE4036355A1 - Medical pressure measurement catheter for internal use - has pressure sensor mounted in channel housing via sealing, incompressible, elastic coupling body

Info

Publication number: DE4036355A1
Application number: DE19904036355
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Dr Schultze; Hans Dieter Dr Wolf; Hans Gerd Kunze; Kathrin Schulze
Original assignee: MESSGERAETEWERK ZWOENITZ GmbH
Current assignee: Raumedic AG
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2010-11-16
Also published as: DE4036355C2

Abstract

A pressure measurement catheter has a channel housing (1) set into the catheter tube with at least one pressure measurement window (2) and an associated pressure sensor (3) with a semiconducting membrane (4) with pressure sensitive elements. The channel housing and catheter tube contg. connected hollow chambers for introducing a reference pressure and connecting wires. The pressure sensor is mounted on the inner longitudinal side of the channel housing via a sealing, highly elastic and incompressible coupling body (6) stuck to the top of the sensor including the pressure sensitive region and the inner housing parts enclosing the measurement window. The body has free lateral surface regions unbounded by housing parts or the sensor. USE/ADVANTAGE - Pref. for intrabody pressure measurement in human physiological fluids. Catheter is universally applicable, enables directional pressure measurement and exhibits low creep errors.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung von einem oder gleichzeitig mehreren Differenzdruckwerten in flüssigen Medien als auch von Verschlußkräften in kollabierenden Organen, vorzugsweise die intrakorporale Druckmessung in physiologischen Flüssigkeiten des Menschen.The invention relates to the field of measuring one or at the same time several differential pressure values in liquid media as well as Occlusive forces in collapsing organs, preferably the intracorporeal Pressure measurement in human physiological fluids.

Aus dem DD-WP 2 34 559 ist ein in Kathetern einsetzbarer Meßfühler zur Ermittlung von Differenzdruckwerten bekannt.DD-WP 2 34 559 is a probe that can be used in catheters Determination of differential pressure values known.

Die Druckmessung erfolgt auf der Basis einer in Silizium integrierten piezoresistiven Widerstandsstruktur, die zum Schutz gegen mechanische und chemische Einflüsse in einem Körper aus hochelastischen Material eingebettet ist, dessen Schichtdicke die Stärke der Siliziummenbran um ein Vielfaches überschreitet.The pressure measurement is based on a silicon integrated Piezoresistive resistance structure that protects against mechanical and chemical influences in a body made of highly elastic material is embedded, the layer thickness of the thickness of the silicon membrane around exceeds a multiple.

Um bei Druckmessungen in physiologischen Flüssigkeiten einen kleinen Kriechfehler zu erreichen, weist dieser Wandler zwei gegenüberliegende Öffnungen auf. Damit wirkt auf das Sensorelement von der Ober- und Unterseite der gleiche Druck, eine ungünstige Verschiebung aus der Ruhelage ist damit ausgeschlossen. Bei richtungsabhängigen Messungen in kollabierenden Organen wird jedoch durch die der Halbleitermembran abgewandte Öffnung ein Störkraftanteil auf den Sensor übertragen, der die Meßergebnisse verfälscht.To make a small measurement of pressure in physiological fluids To achieve creep errors, this converter has two opposite Openings on. This acts on the sensor element from the top and Bottom of the same pressure, an unfavorable shift from the Rest position is excluded. With direction-dependent measurements in collapsing organs is, however, averted from that of the semiconductor membrane Opening transmit an interference component to the sensor that detects the Falsified measurement results.

Im EP 1 15 548 wird ein Meßfühler beschrieben, der mittels Silikongummi unterhalb einer seitlichen Öffnung im Katheter eingeklebt ist. Nachteilig ist ein fehlender mechanischer und chemischer Schutz des Halbleiterfühlerelementes, das in der Katheteröffnung frei liegt. Diese Öffnung wird bei Messungen im Blut durch Ablagerungen verlegt und es kommt zu einer Verfälschung des Drucksignales. Weiterhin sind Messungen in kollabierenden Organen nut mit Perfusionsflüssigkeit möglich, da die druckempfindliche Membran unterhalb des Katheteraußendurchmessers liegt und somit keinen Druckkontakt zum Organ aufweist. EP 1 15 548 describes a sensor which is made by means of silicone rubber is glued below a side opening in the catheter. Disadvantageous is a lack of mechanical and chemical protection of the semiconductor sensor element, that is exposed in the catheter opening. This opening is moved through deposits during measurements in the blood and it comes to a falsification of the pressure signal. Furthermore, measurements are collapsing Organs can only be made with perfusion fluid because the pressure sensitive Membrane is below the outer diameter of the catheter and thus has no pressure contact with the organ.

Aus der DE-OS 38 42 544 ist ein Druckmeßfühler bekannt, dessen Sensorelement einseitig in einem Epoxydharzpfropfen eingespannt und vollständig in einem Umhüllungskörper als hochelatischen Material eingebettet ist. Dieser Umhüllungskörper wird in radialer Richtung durch ein Kanülengehäuse mit einer seitlichen Öffnung und in axialer Richtung durch zwei Epoxydharzpfropfen inkompressibel umgrenzt. Bei Anlegen eines Meßdruckes an die seitliche Öffnung des Kanülengehäuses breitet sich der Druck im inkompressiblen und hochelastischen Umhüllungskörper allseitig aus, so daß er sowohl auf der drucksensitiven Membranseite als auch auf der Gegenkörperseite des Sensorelementes wirkt. Dadurch gibt es keine Verschiebung des Sensorelementes aus der Ruhelage, wodurch Kriechfehler minimiert werden. Auf Grund der einseitigen Aufhängung und starren Einbettung des Sensorelementes können sich jedoch auf das Sensorgehäuse wirkende Störeinflüsse auf die Halbleitermembran fortsetzen und zu Verfälschungen des Meßsignals führen.From DE-OS 38 42 544 a pressure sensor is known, the sensor element clamped on one side in an epoxy resin plug and completely embedded in a wrapping body as a highly elastic material is. This sheathing body is in the radial direction by a cannula housing with a side opening and in the axial direction two epoxy resin plugs incompressibly bordered. When applying a measuring pressure spreads to the side opening of the cannula housing All-round pressure in the incompressible and highly elastic wrapping body off, so that it is on both the pressure-sensitive membrane side and the counter body side of the sensor element acts. So there is none Displacement of the sensor element from the rest position, causing creep errors be minimized. Due to the one-sided suspension and rigid Embedding the sensor element can affect the sensor housing continue to act on the semiconductor membrane and lead to adulteration of the measurement signal.

Insbesondere handelt es sich hierbei um über den Katheter übertragene Kräfte bei der Rückzugsmanometrie in der Urologie und um thermische Spannungen auf Grund der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Gehäusematerial und Sensorelement.In particular, these are transmitted via the catheter Forces in retraction manometry in urology and around thermal Stresses due to the different coefficients of thermal expansion of housing material and sensor element.

Insgesamt gesehen ergeben sich damit für alle drei Lösungen Einschränkungen hinsichtlich des medizinischen Gebrauchswertes.Overall, there are restrictions for all three solutions with regard to the medical use value.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, einen universell anwendbaren Druckmeßkatheter zu schaffen, der richtungsabhängige Druckmessungen ermöglicht, kleine Kriechfehler aufweist, Messungen in kollabierenden Organen ohne Perfusion realisiert sowie einen hohen Schutz gegen mechanische und chemische Einflüsse besitzt, wobei über das Sensorgehäuse wirkende Störeinflüsse das Meßsignal nicht verfälschen sollen.The problem underlying the invention is a universal to create applicable pressure measurement catheter, the directional Pressure measurements enables small creeping errors, measurements in collapsing organs realized without perfusion as well as a high Has protection against mechanical and chemical influences Interference caused by the sensor housing does not falsify the measurement signal should.

Das Problem wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. The problem is solved by the invention characterized in claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are in the others Claims specified.

Überraschenderweise führt die schwimmende Aufhängung des Druckmeßfühlers mittels des den drucksensitiven Bereich der Halbleitermembran abdeckenden Ankoppelkörpers nicht zu einer Verschlechterung des Linearitätsfehlers und zu keiner Erhöhung des Kriechfehleranteils. Der außerhalb des Meßfensters anliegende Druck wird linear auf den drucksensitiven Bereich der Halbleitermembran übertragen, obwohl der Ankoppelkörper keine vollständige inkompressible Umgrenzung durch feste Gehäuseteile oder andere Konstruktionselemente aufweist. Damit kann der Vorteil eines hohen Schutzes der Halbleitermembran gegen mechanische und chemische Einflüssse durch den Ankoppelkörper voll genutzt werden, ohne die beim Stand der Technik bisher vorhandenen Meßwertverfälschungen durch Störeinflüsse in Kauf nehmen zu müssen. Kräfte, die von thermischen Fehlanpassungen oder von Störeinflüssen auf das Gehäuse herrühren, wirken vorzugsweise parallel zur Sensoroberfläche und werden durch die elastische Aufhängung absorbiert, indem eine das Meßsignal nicht verfälschende Relativbewegung des Meßfühlers zum Gehäuse in dieser Richtung ermöglicht wird.Surprisingly, the floating suspension of the pressure sensor leads by means of that covering the pressure-sensitive area of the semiconductor membrane Coupling body does not worsen the linearity error and no increase in the amount of creep errors. The outside the pressure of the measuring window becomes linear on the pressure sensitive Area of the semiconductor membrane transferred, although the coupling body no complete incompressible boundary due to solid housing parts or other structural elements. So that can be the advantage high protection of the semiconductor membrane against mechanical and chemical Influences can be fully used by the coupling body without the in the prior art existing falsifications of measured values Having to put up with interference. Forces from thermal Mismatches or interference from the housing have an effect preferably parallel to the sensor surface and are by the elastic suspension absorbed by a non-distorting the measurement signal Relative movement of the sensor to the housing in this direction is made possible.

Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip ermöglicht eine einfache Anordnung von mehreren Druckmeßfühlern an einer Stelle des Katheters radial um den Umfang verteilt gemäß Anspruch 2. Damit eröffnet sich die Möglichkeit einer zeitparallelen Druckaufnahme in verschiedenen radialen Richtungen, bevorzugt an einer Stelle.The construction principle according to the invention enables a simple arrangement of several pressure sensors at one point on the catheter distributed radially around the circumference according to claim 2. This opens the Possibility of simultaneous pressure absorption in different radial Directions, preferably at one point.

Durch einen konvex überstehenden Ankoppelkörper können Verschlußkräfte von kollabierenden Organen richtungsselektiv und ohne zusätzliche Flüssigkeitsankopplung erfaßt werden. Insbesondere in Verbindung mit der Mehrfachanordnung von Sensoren nach Anspruch 2 können damit z. B. urologische Meßwertgrößen (Urethradruckprofil) höherer Aussagekraft und geringerer Patientenbelastung gewonnen werden.Closing forces can be achieved by a convex projecting coupling body of collapsing organs directionally selective and without additional fluid coupling be recorded. Especially in connection with the Multiple arrangement of sensors according to claim 2 can z. B. urological Measured value quantities (urethra pressure profile) are more meaningful and less Patient burden can be gained.

Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung den Aufbau von Sensoren mit stirnseitiger Druckeinleitung (open-end) bei Beibehaltung der bisherigen Einbaulage des Sensors, indem sich der Ankoppelkörper bis in das stirnseitige Ende des distal angeordneten Kanülgehäuses erstreckt und das dort angeordnete Meßfenster festhaftend umschließt und ausfüllt.Furthermore, the solution according to the invention enables the construction of sensors with pressure introduction on the face side (open-end) while maintaining the previous one Installation position of the sensor by moving the coupling body into the front end of the distally arranged cannula housing extends and firmly encloses and fills the measuring window arranged there.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be described below with reference to the drawings Exemplary embodiments are explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckmeßkatheter mit einem Meßfühler, Fig. 1 shows a longitudinal section through a Druckmeßkatheter with a probe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Druckmeßkatheter mit vier radial angeordneten Meßfühlern zur zeitparallelen Mehrfachdruckmessung, Fig. 2 shows a cross section through a Druckmeßkatheter with four radially disposed sensors to time multiple parallel measurement of pressure,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das distale Ende des Druckmeßkatheters mit stirnseitiger Druckankopplung. Fig. 3 shows a longitudinal section through the distal end of the pressure measuring catheter with pressure coupling on the end face.

Der Kopf des Druckmeßkatheters gemäß Fig. 1 besteht aus einem rohrförmigen Kanülengehäuse 1, das ein als seitliche Öffnung ausgebildetes Meßfenster 2 aufweist. Ein Druckmeßfühler 3 verfügt über eine Halbleitermembran 4 mit drucksensitiven Elementen und einen ebenfalls aus Halbleitermaterial gebildeten Gegenkörper 5. Der Ankoppelkörper 6 aus hochelastischem Silikonkautschuk dient sowohl zur elastischen Aufhängung des Druckmeßfühlers 3 an der inneren Längsseite des Kanülgehäuses 1 sowie zur Abdichtung des Meßfensters 2 gegen den inneren Hohlraum des Druckmeßkatheters als auch der Druckankopplung des Meßobjektes an die druckempfindliche Halbleitermembran 4. Zu diesen Zwecken ist der Ankoppelkörper 6 mit der Oberseite des Druckmeßfühlers 3 einschließlich des drucksensitiven Bereiches der Halbleitermembran 4 sowie mit den das Meßfenster 2 umgebenden inneren Gehäuseteilen des Kanülgehäuses 1 festhaftend verbunden. Gleichzeitig füllt er auch das Meßfenster 2 im wesentlichen aus.The head of the pressure measuring catheter according to FIG. 1 consists of a tubular cannula housing 1 which has a measuring window 2 designed as a lateral opening. A pressure sensor 3 has a semiconductor membrane 4 with pressure-sensitive elements and a counter body 5 likewise formed from semiconductor material. The coupling body 6 made of highly elastic silicone rubber serves both for the elastic suspension of the pressure sensor 3 on the inner longitudinal side of the cannula housing 1 and for sealing the measuring window 2 against the inner cavity of the pressure measuring catheter and for the pressure coupling of the measuring object to the pressure-sensitive semiconductor membrane 4 . For these purposes, the coupling body 6 is firmly connected to the top of the pressure sensor 3 including the pressure-sensitive area of the semiconductor membrane 4 and to the inner housing parts of the cannula housing 1 surrounding the measuring window 2 . At the same time, it also essentially fills the measuring window 2 .

Das Kanülgehäuse 1 ist über Stutzen 7 mit dem Katheterschlauch 8 verbunden, der der Zuführung des Referenzdruckes sowie der Anschlußdrähte 9 dient.The cannula housing 1 is connected via connecting piece 7 to the catheter tube 8 , which serves to supply the reference pressure and the connecting wires 9 .

Die Referenzdruckkammer wird durch die Halbleitermembran 4 und den Gegenkörper 5 gebildet.The reference pressure chamber is formed by the semiconductor membrane 4 and the counter body 5 .

Den kopfseitigen Abschluß des Druckmeßkatheters bildet eine Epoxydharzkuppe 10. The head-side of the termination forms a Druckmeßkatheters Epoxydharzkuppe 10th

In Fig. 2 ist die hintere Meßstelle eines urologischen Mehrfachdruckmeßkatheters im Querschnitt dargestellt.In Fig. 2 the rear measuring point of a urological multiple pressure catheter is shown in cross section.

Während der ca. 5 cm von dieser Meßstelle entfernte Kopfwandler den Druck in der Versika mißt, ermittelt die vorteilhafte Anordnung von vier Druckmeßfühlern 3a, 3b, 3c und 3d in den Raumrichtungen "12, 3, 6 und 9 Uhr" die räumliche Druckverteilung in der Urethra.While the head transducer, which is about 5 cm away from this measuring point, measures the pressure in the verse, the advantageous arrangement of four pressure sensors 3 a, 3 b, 3 c and 3 d in the spatial directions "12, 3, 6 and 9 o'clock" determines the spatial pressure distribution in the urethra.

Dabei ist jeder Druckmeßfühler unter den jeweils zugeordneten Druckmeßfenstern 2a, 2b, 2c und 2d schwimmend aufgehängt, wobei die jeweiligen Ankoppelkörper 6a, 6b, 6c und 6d durch Luftspalte 11 voneinander getrennt sind. Der verbleibende Hohlraum 12 dient wiederum zur Zuführung des Referenzdruckes und dem Verlegen von Anschlußdrähten. Durch diese vorteilhafte Ausführungsform des Druckmeßkatheters können die Druckprofile der Urethra während eines Rückzugvorganges ermittelt werden. Bisher waren hierfür vier einzelne Rückzüge erforderlich, wobei der Katheter jeweils um 90 Grad um seine Längsachse gedreht werden mußte.Each pressure sensor is suspended in a floating manner under the respectively assigned pressure measurement windows 2 a, 2 b, 2 c and 2 d, the respective coupling bodies 6 a, 6 b, 6 c and 6 d being separated from one another by air gaps 11 . The remaining cavity 12 in turn serves to supply the reference pressure and to lay the connecting wires. This advantageous embodiment of the pressure measurement catheter enables the pressure profiles of the urethra to be determined during a withdrawal process. So far, four individual withdrawals have been required, the catheter having to be rotated 90 degrees around its longitudinal axis.

Dadurch wird die Belastung des Patienten verringert, der Zeitaufwand bei der Messung reduziert und die Genauigkeit der Meßergebnisse gesteigert. Zur Reduzierung der Zahl der Anschlußdrähte ist eine Abfrage der vier Meßfühler im Multiplexbetrieb über 2 Leitungen realisierbar.This reduces the burden on the patient and the time required measurement reduced and the accuracy of the measurement results increased. To reduce the number of leads, query the four Sensor can be implemented in multiplex operation over 2 lines.

Fig. 3 zeigt die Möglichkeit einer stirnseitigen Druckankopplung bei Beibehaltung der Meßfühleranlage im Kanülengehäuse. Dazu ist das Meßfenster 2 als stirnseitige Öffnung im Kanülengehäuse 1 ausgebildet. Der Ankoppelkörper 6 haftet nicht nur fest an den inneren Gehäuseteilen des Kanülengehäuses 1 und der Oberseite des Druckmeßfühlers 3, sondern erstreckt sich bis in das stirnseitige Ende des Kanülengehäuses 1, umschließt das dort angeordnete Meßfenster 2 und füllt es im wesentlichen aus. Die Druckankoppelfläche 13 ist dabei konkav geformt, um Störeinflüsse durch Berührungskräfte an Gefäßwandungen zu vermeiden. Fig. 3 shows the possibility of an end-side pressure coupling while maintaining the sensor system in the cannula housing. For this purpose, the measuring window 2 is designed as an opening in the end of the cannula housing 1 . The coupling body 6 not only adheres firmly to the inner housing parts of the cannula housing 1 and the top of the pressure sensor 3 , but extends into the front end of the cannula housing 1 , encloses the measuring window 2 arranged there and essentially fills it. The pressure coupling surface 13 is concavely shaped in order to avoid interference from contact forces on the vessel walls.

Bei Messungen von Verschlußkräften in kollabierenden Organen ist es demgegenüber sinnvoll, den Ankoppelkörper konvex über das seitlich angeordnete Meßfenster hinausragen zu lassen.When measuring occlusive forces in collapsing organs, it is On the other hand, it makes sense to convex the coupling body over the side To let the measuring window protrude.

Claims

1. Druckmeßkatheter with, in at least one cannula housing inserted into the catheter tube with at least one Druckmeßfenster and their associated pressure sensor having a semiconductor diaphragm with pressure-sensitive elements, are present in the cannula housing and catheter tube interconnected voids for supplying a reference pressure and of lead wires characterized that the attachment of the pressure sensor on the inner longitudinal side of the cannula housing is carried out by floating suspension by means of a sealing, highly elastic and incompressible coupling body which is firmly bonded to the top of the pressure sensor including the pressure-sensitive area of the semiconductor membrane and to the inner housing parts surrounding the measuring window and thereby also completely fills the measuring window, the coupling body having free lateral surface areas which are not caused by housing useteile or the pressure sensor are limited.

2. Pressure measuring catheter according to claim 1, characterized in that at least one point of the catheter is distributed radially around the circumference several pressure sensors under respectively assigned pressure measurement windows are suspended floating, the respective coupling body through Air gaps are separated.

3. pressure measuring catheter according to claims 1 and 2, characterized in that the coupling body the cannula housing in the area of the measuring window towering convex.

4. pressure measuring catheter according to claim 1, characterized in that This coupling body is arranged up to the end of the distal end The cannula housing extends and the measuring window arranged there adheres encloses and fills.