DE4036355C2

DE4036355C2 - Pressure measuring catheter

Info

Publication number: DE4036355C2
Application number: DE19904036355
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Schultze; Hans Dieter Wolf; Hans Gerd Kunze; Kathrin Schulze
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Raumedic AG
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2010-11-16
Also published as: DE4036355A1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung von einem oder gleichzei tig mehreren Differenzdruckwerten in flüssigen Medien als auch von Verschlußkräften in kollabierenden Organen, vorzugsweise die intrakorpo rale 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 intracorpo rale pressure measurement in human physiological fluids.

Aus dem DD-WP 234.559 ist ein in Kathetern einsetzbarer Meßfühler zur Ermittlung von Differenzdruckwerten bekannt.DD-WP 234.559 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 Siliziummembran 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 which is the thickness of the silicon membrane 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 abge wandte 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 abge by the semiconductor membrane turned opening a disturbance force component transferred to the sensor, which the Falsified measurement results.

Im EP 115.548 wird ein Meßfühler beschrieben, der mittels Silikongummi unterhalb einer seitlichen Öffnung im Katheter eingeklebt ist. Nachtei lig ist ein fehlender mechanischer und chemischer Schutz des Halbleiter fühlerelementes, 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 kolla bierenden Organen nur mit Perfusionsflüsigkeit möglich, da die druckem pfindliche Membran unterhalb des Katheteraußendurchmessers liegt und somit keinen Druckkontakt zum Organ aufweist.EP 115.548 describes a sensor which is made by means of silicone rubber is glued below a side opening in the catheter. Night egg lig 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 in kolla organs are only possible with perfusion fluid, as the pressure sensitive membrane is below the catheter outer diameter and thus has no pressure contact with the organ.

Aus der DE 38 33 723 ist ein Druckmeßkatheter bekannt, der in seiner Meßspitze einen Druckmeßfühler trägt. Dieser wird zur Durchführung eines Nullabgleiches dann, während er sich bei einer Messung in situ befindet, durch einen Referenzdruck beaufschlagt, der die Abgleichung einer nachgeordneten Auswerteeinheit ermöglicht.From DE 38 33 723 a pressure measuring catheter is known which has a measuring tip Pressure sensor carries. This will then perform a zero adjustment while he is in situ during a measurement, acted upon by a reference pressure which Alignment of a subordinate evaluation unit enables.

Die Meßspitze ist von einem Ballon dichtend umgeben, der über jene Leitung im Katheter schlauch, die den Meßfühleratmosphärendruck als Bezugsdruck für die Messung zuführt, aufgeblasen werden kann. So liegt dann sowohl am Meßanschluß wie auch am Bezugs anschluß des Meßfühlers jeweils der gleiche Druck vor und die vom Meßfühler gemessene Druckdifferenz ist somit genau Null. The probe tip is surrounded by a balloon that seals over the line in the catheter hose that supplies the sensor atmospheric pressure as the reference pressure for the measurement, can be inflated. So then lies both on the measuring connection and on the reference the same pressure before and the one measured by the sensor The pressure difference is therefore exactly zero.

Aus der DE-OS 38 42 544 ist ein Druckmeßfühler bekannt, dessen Sensor element einseitig in einem Epoxydharzpfropfen eingespannt und vollstän dig in einem Umhüllungskörper aus hochelastischen Material eingebettet ist. Dieser Umhüllungskörper wird in radialer Richtung durch ein Kanü lengehäuse mit einer seitlichen Öffnung und in axialer Richtung durch zwei Epoxydharzpfropfen inkompressibel umgrenzt. Bei Anlegen eines Meß druckes 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 Ver fälschungen 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 complete dig embedded in a casing made of highly elastic material is. This sheathing body is in the radial direction by a canoe with a side opening and in the axial direction two incompressible boundaries of epoxy resin. When creating a measurement pressure spreads to the side opening of the cannula housing All-round pressure in the incompressible and highly elastic wrapping body so that it is on both the pressure sensitive side of the membrane 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 acting interferences on the semiconductor membrane and to Ver falsify 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 Temperaturausdehnungskoeffi zienten von Gehäusematerial und Sensorelement.In particular, these are transmitted via the catheter Forces in retraction manometry in urology and around thermal Tensions due to the different coefficient of thermal expansion of the housing material and sensor element.

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

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, einen univer sell anwendbaren Druckmeßkatheter zu schaffen, dar 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 univer sell 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 abdecken den Ankoppelkörpers nicht zu einer Verschlechterung des Liniaritäts fehlers 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 che mische Einflüsse 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, wir ken vorzugsweise parallel zur Sensoroberfläche und werden durch die elastische Aufhängung absorbiert, indem eine das Meßsignal nicht ver fälschende Relativbewegung des Meßfühlers zum Gehäuse in dieser Richtung ermöglicht wird.Surprisingly, the floating suspension of the pressure sensor leads by means of covering the pressure-sensitive area of the semiconductor membrane the coupling body does not lead to a deterioration of the linearity error and no increase in the creep error percentage. 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 has other structural elements. So that can be the advantage a high protection of the semiconductor membrane against mechanical and che Mixing influences by the coupling body can be fully used without the in the state of the art falsification of measurements Having to put up with interference. Forces from thermal Mismatches or interference from the housing, we ken preferably parallel to the sensor surface and are by the elastic suspension absorbed by a ver the measurement signal falsifying relative movement of the sensor to the housing in this direction is made possible.

Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip ermöglicht eine einfache An ordnung 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 simple operation order of several pressure sensors at one point of 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 Flüs sigkeitsankopplung erfaßt werden. Insbesondere in Verbindung mit der Mehrfachanordnung von Sensoren nach Anspruch 2 können damit z. B. urolo gische Meßwertgrößen (Urethradruckprofil) höherer Aussagekraft und ge ringerer Patientenbelastung gewonnen werden.Closing forces can be achieved by a convex projecting coupling body of collapsing organs directionally selective and without additional rivers coupling are detected. Especially in connection with the Multiple arrangement of sensors according to claim 2 can z. B. urolo tical measured value variables (urethral pressure profile) are more meaningful and ge lower patient burden can be gained.

Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung den Aufbau von Sensoren mit stirnseitiger Druckeinleitung (open-end) bei Beibehaltung der bis herigen 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 up Installation position of the sensor by the coupling body in 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 wiedergege benen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be reproduced below with reference to the drawings ben exemplary embodiments are explained in more detail.

Es zeigenShow it

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

Fig. 2 - einen Querschnitt durch einen Druckmeßkatheter mit vier radial angeordneten Meßfühlern zur zeitparallelen Mehr fachdruckmessung, Fig. 2 - is 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 Druckmeß katheters mit stirnseitiger Druckankopplung. Fig. 3 - a longitudinal section through the distal end of the pressure measuring catheter with pressure coupling at the end.

Der Kopf des Druckmeßkatheters gemäß Fig. 1 besteht aus einem rohr förmigen Kanülengehäuse 1, das ein als seitliche Öffnung ausgebildetes Meßfenster 2 aufweist. Ein Druckmeßfühler 3 verfügt über eine Halb leitermembran 4 mit drucksensitiven Elementen und einen ebenfalls aus Halbleitermaterial gebildeten Gegenkörper 5. Der Ankoppelkörper 6 aus hochelastischen 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 Ankop pelkörper 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 fest haftend verbunden. Gleichzeitig füllt er auch das Meßfenster 2 im we sentlichen aus.The head of the Druckmeßkatheters according to Fig. 1 consists of a tubular cannula housing 1, which has a lateral opening designed as measuring window. 2 A pressure sensor 3 has a semi-conductor 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 Ankop pelkörper 6 with the top of the pressure sensor 3 including the pressure-sensitive area of the semiconductor membrane 4 as well as with the measuring window 2 surrounding inner casing parts of the Kanülgehäuses 1 is firmly adhesively bonded. At the same time, he also fills out the measuring window 2 .

Das Kanülgehäuse 1 ist über Stutzen 7 mit dem Katheterschlauch 8 verbun den, der der Zuführung des Referenzdruckes sowie der Anschlußdrähte 9 dient.The cannula housing 1 is verbun 7 with 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 Epoxydharz kuppe 10. The head end of the pressure measuring catheter forms an epoxy resin dome 10 .

In Fig. 2 ist die hintere Meßstelle eines urologischen Mehrfachdruck meßkatheters 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 about 5 cm 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 Druckmeß fenstern 2a, 2b, 2c und 2d schwimmend aufgehängt, wobei die jewei ligen Ankoppelkörper 6a, 6b, 6c und Gd durch Luftspalte 11 voneinan der 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 floating 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 Gd 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. Through this advantageous embodiment of the pressure measuring catheter, the pressure profiles of the urethra can 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 dar 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, one query is 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 Meß fenster 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 wesent lichen 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 end opening in 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 fills it out in wesent union. 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 an geordnete Meßfenster hinausragen zu lassen.When measuring occlusive forces in collapsing organs, it is In contrast, it makes sense to convex the coupling body over the side orderly protruding measurement windows protrude.

Claims

1. Druckmeßkatheter with at least one inserted into the catheter tube translated cannula housing 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 cavities for supplying a reference pressure and of lead wires, characterized indicates that the attachment of the pressure sensor on the inner longitudinal side of the cannula housing 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 window parts surrounding the measuring window and also completely fills the measuring window, the coupling body having free lateral surface areas which are not defined by G parts or the pressure sensor can be 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 the coupling body is arranged in the frontal end of the distal Cannula housing extends and the measuring window arranged there firmly tend encloses and fills.