DE4100290A1 - Behandlungskatheter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindunq bezieht sich auf einen Behandlungs­ katheter zur Aufweitung von Engstellen in Körperflüssigkeit führenden Gefäßen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Behandlungskatheter ist aus dem Aufsatz "Laser Balloon Anqioplasty: An Optical and Thermal Analysis" von A.J. Welch und Wai-Fung Cheong aus dem Biomedical Engineering Program, The University of Texas at Austin, Austin, Texas 78 712, Seiten 68 bis 95 bekannt. Mit derarti­ gen Kathetern werden Stenosen in Blutgefäßen aufgeweitet, das Gewebe durch Erhitzen denaturiert und damit die Auf­ weitung stabilisiert. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Aufweitungen ohne die erwähnte Thermostabilisierung Pro­ liferationen auftreten, die nach gewisser Zeit eine erneute Behandlung notwendig machen können. Bei diesem bekannten Katheter, der im vorgesehenen Behandlungsbereich einen durch ein Fluid aufdehnbaren Ballon aufweist, ist eine Licht­ leitfaser zentral angeordnet, die im Bereich des Ballons ein von außen in die Lichtleitfaser eingestrahltes Laserlicht, beispielsweise eines CO₂-Lasers oder eines Nd: YAG-Lasers (Neodym-Yttrium-Aluminium- Granat-Laser), diffus abstrahlt. Das abgestrahlte Laserlicht durchdringt die Ballonwand und trifft bei aufgedehntem Ballon von innen auf die Oberfläche des zu behandelnden, insbesondere zu dilatierenden verengten Gewebes, beispielsweise in Arterien. Die Aufdehnung des Ballons erfolgt durch ein das zur Anwendung gelangende Laserlicht praktisch nicht absorbierendes oder streuendes Fluid. Durch die Bestrahlung mit Laserlicht wird die Ober­ fläche des Materials der Verengungsstelle relativ schnell auf eine hohe Temperatur von 200°C oder auch mehr erhitzt und die Wärme in das Gewebeinnere durch die Wärmeleitung des wenig wärmeleitfähigen Gewebes nach innen verteilt. Hierdurch kann die Gefahr der Entstehung von Prolife­ rationen zwar verringert und es können Restenosierungen u. U. auch weitestgehend verhindert werden. Es besteht je­ doch die Gefahr, daß die Oberfläche des Gewebes an der Ver­ engungsstelle zu stark denaturiert bzw. teilweise durch Verkohlung oder Schorfbildung sogar zerstört wird. Um diese Gefahr zu reduzieren, erfolgt die Energiezufuhr zeitabhängig mit abnehmender Energiedichte. Andererseits ist der Grad der Erhitzung der Oberfläche des Gewebes der Engstelle vom Ab­ sorptionsvermögen dieser Oberfläche abhängig. Insbesondere bei krankhaften Gewebeveränderungen ist das Absorptionsver­ mögen jedoch örtlich zum Teil stark unterschiedlich ausge­ bildet, so daß unter Umständen das zu behandelnde Material der Engstelle weniger stark erhitzt wird als das nicht be­ handlungsbedürftige gesunde Gewebe. Das unterschiedliche Absorptionsvermögen des zu behandelnden Gewebes der Ver­ engungsstelle ist in der Regel aber nicht vorherbestimmbar. Die örtliche Entstehung von Proliferationen und/oder über­ mäßiger Denaturierungen kann daher mit dem vorbekannten Behandlungskatheter nicht ausgeschlossen werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll demgegenüber die Aufgabe gelöst werden, einen Behandlungskatheter der eingangs er­ wähnten Art so weiterzubilden, daß in dem Bereich, in dem der Ballon gegen das Gewebe der Verengungsstelle aufblähbar ist, eine möglichst gleichmäßige, ausreichende Erhitzung des Gewebes erreichbar ist, insbesondereaber eine partiell zu hohe Erhitzung der inneren Gewebeoberfläche vermieden wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale.

Mit der vorliegenden Erfindung wird das zum Aufdehnen des Ballons dienende Fluid nur indirekt über einen durch Laser­ energie aufgeheizten Wärmeleitkörper erhitzt. Dadurch wird eine gleichmäßige Erhitzung des Gewebes über die gesamte Ballonaußenfläche gewährleistet, ohne daß es zu partiellen Überhitzungen aufgrund von unterschiedlichen Laserlicht- Absorptionsgraden kommen kann. Außerdem muß bei der Aus­ wahl des den Ballon aufdehnenden Fluids nicht darauf ge­ achtet werden, welches Absorptionsvermögen und/oder Streu­ vermögen dieses Fluid bezüglich der Wellenlänge des ver­ wendeten Laserlichts besitzt. Damit ist auch eine Optimierung in der Zuordnung der Materialien für den eigentlichen Be­ handlungskatheter einerseits und den Katheterballon anderer­ seits möglich.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 je einen in ein Blutgefäß mit einer Stenose einge­ führten Katheterabschnitt von der Seite im Schnitt gesehen, mit im Lumen des Behandlungskatheters vor­ gesehener Lichtleitfaser,

Fig. 3 einen Behandlungskatheter von der Stirnseite gesehen als Prinzipskizze,

Fig. 4 und 5 je einen in ein Blutgefäß mit einer Stenose einge­ führten Katheterabschnitt von der Seite im Schnitt mit axialer Einstrahlung des Laserlichts,

Fig. 6 eine Ansicht gemäß dem Schnitt I-I der Fig. 5 und

Fig. 7 einen Behandlungskatheter mit außen angeordneter Lichtleitfaser und axialer Einstrahlung des Laser­ lichts.

Mit 1 ist ein Behandlungskatheter bezeichnet, der im Bereich des in ein Blutgefäß 2, beispielsweise einer Arterie, einge­ führten abgeschlossenen Endes 3 mit einem ausdehnbaren Ballon 4 versehen ist, der sich über einen Abschnitt 5 des Endes des Behandlungskatheters 1 erstreckt. Innerhalb des Ballons 4 ist die Wand 6 des Behandlungskatheters 1 mit einer Öffnung 7 versehen. Durch diese Öffnung 7 kann von außen ein flüssiges Medium, beispielsweise Wasser, eine Kochsalzlösung oder dgl., unter Druck in den Innenraum des Ballons 4 gedrückt und der Ballon 4 dadurch aufgedehnt werden. Dies erfolgt in einem Behandlungsbereich 8 an einer Stelle des Blutgefäßes 2 oder eines anderen Gefäßes, wo dieses eine zu beseitigende Eng­ stelle 9 aufweist.

Innerhalb des Ballons 4 ist im Abschnitt 5 auf der Katheter­ außenwand 6 ein Wärmeleitkörper 10 in Form eines Blockes, Ringes oder - wie dargestellt - als Rohrabschnitt aufge­ bracht. Im oder auch im Bereich der Außenwand des Katheters 1 ist eine Lichtleitfaser 11 vorgesehen, in die von außen Laserlicht einstrahlbar ist. Die Lichtleitfaser 11 und/oder der Wärmeleitkörper 10 sind derart ausgebildet und einander zugeordnet, daß in die Lichtleitfaser 11 eingestrahltes Laserlicht gegen den Wärmeleitkörper 10, beispielsweise ge­ gen dessen innere Oberfläche 12, abgestrahlt wird. Damit eine Erhitzung des Wärmeleitkörpers 10 durch das Laserlicht mit hohem Wirkungsgrad möglich ist, besteht der Wärmeleit­ körper 10 oder zumindest dessen Oberfläche, gegen die das Laserlicht abgestrahlt wird, aus einem Material, das für die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts ein hohes Absorptions­ vermögen besitzt. Geeignet sind beispielsweise Metalle, wie Eisen, Kupfer, Edelstahl, Titan oder dgl. oder auch gut wärmeleitende andere Werkstoffe, wie Metallkarbide, Metall­ nitride oder keramische Zusammensetzungen, beispielsweise Aluminiumoxid oder auf der Basis von Aluminiumoxid oder dgl.

Das Laserlicht kann bei der Anordnung von einer oder von mehreren Durchbrechungen in der Wand 6 unterhalb des Wärme­ leitkörpers 10 oder bei Verwendung einer außen am Behand­ lungskatheter 1 angeordneten Lichtleitfaser 11 direkt gegen den Wärmeleitkörper 10 abgestrahlt werden. Hierbei muß auf das Absorptionsvermögen des Laserlichtes durch die Wand 6 des Behandlungskatheters 1 keine Rücksicht genommen werden. Tritt das Laserlicht jedoch durch die Wand 6 des Behandlungs­ katheters 1 hindurch, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dargestellt, dann wird als Material für den Be­ handlungskatheter 1 zumindest im betreffenden Abschnitt ein solches verwendet, das das eingestrahlte Laserlicht nicht oder so gut wie nicht absorbiert.

Vorteilhaft ist der Wärmeleitkörper 10 in der Mitte oder wenigstens annähernd in der Mitte des Ballonabschnittes 5 vorgesehen, um eine möglichst gleichmäßige Aufheizung des flüssigen, zur Aufdehnung des Ballons 4 verwendeten Mediums zu erreichen.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Behandlungskatheters 1 erfolgt beispielsweise derart, daß dieser zunächst in das Gefäß 2, vorzugsweise in ein Blutgefäß, eingeführt und der Abschnitt 5 des Behandlungskatheters 1 an die Engstelle 9 gebracht wird. Anschließend wird der Ballon 4 aufgedehnt, indem das verwendete Fluid unter Druck gesetzt wird. Dabei drückt sich die Ballonaußenwand 13 gegen das Material der Engstelle 9, vorzugsweise eine Stenose.

Gleichzeitig oder unmittelbar nach Beginn der Ausdehnungs­ phase wird Laserlicht vorbestimmter Leistung und Einwirkungs­ dauer in die Lichtleitfaser 11 eingestrahlt und damit der Wärmeleitkörper 10 und anschließend über diesen das im Ballon 4 befindliche Fluid erhitzt. Die Temperatur des Fluids wird über die Ballonhülle des Ballons 4 in das Gewebe der Eng­ stelle 9 geleitet. Das erwärmte oder erhitzte Gewebe wird an der Engstelle 9 durch Aufblähen des Ballons 4 aufgeweitet. Durch die über den Umfang gleichmäßig erhöhte Gewebetempe­ ratur kommt es dabei nicht zu Rissen in der Gewebestruktur der Verengungsstelle und außerdem im aufgeweiteten Zustand des Ballons 4 zu einer gleichmäßigen Veränderung der Ober­ fläche des Gewebes, vorzugsweise zu einer oberflächenmäßigen "Aufweichung", insbesondere im Sinne einer Lockerung des Zellen­ gefüges des Materials der Behandlungsstelle oder zu einer De­ naturierung des Gewebes bis zu einer ausreichenden Tiefe, die eine Stabilisierung der Aufweitung gewährleistet und damit die Gefahr von Proliferationen verhindert. Unter Denaturierung des Engstellenmaterials ist eine Umstrukturierung von dessen Eiweißmolekülen aufgrund der vorgenommenen Wärmebehandlung zu verstehen.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten, vorteilhaften Weiter­ bildung der Erfindung kann der Behandlungskatheter 1 zu­ sätzlich mit einem vorzugsweise zentralen Versorgungskanal 14 versehen sein. Durch diesen kann das Gefäß, insbesondere Blut­ gefäß, mit während der Behandlungsphase notwendigen Stoffen, beispielsweise mit Blut, Blutersatz, Kochsalzlösungen, Medikamenten oder dgl. auch bei aufgedehntem Ballon 4 ver­ sorgt bzw. weiterversorgt werden.

Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, wenigstens eine Lichtleitfaser 11, ggf. auch zusätzlich, außen am Katheter 1, insbesondere in einer Längsnut 15 desselben anzubringen und über diese den Wärmeleitkörper 10 zu erhitzen. Ein derartiger Behandlungskatheter 1 ist als Prinzipskizze von der Stirnseite her gesehen in der Fig. 3 dargestellt.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Er­ findung können die Lichtleitfasern 11 oder wenigstens eine der Lichtleitfasern 11 und der Wärmeleitkörper 10 derart ausgebildet und angeordnet sein, daß die Lichtleitfaser(n) 11 axial, d. h. in Richtung der Längsachse 16 (Fig. 4) des Behandlungskatheters 1 in den Wärmeleitkörper 10 einstrahlt bzw. einstrahlen. Hierzu ist gemäß den Fig. 4 bis 6 der Wärmeleitkörper 10 mit einem in das Lumen 17 oder in einen Kanal hineinragenden Abschnitt 18 versehen. Dieser Abschnitt 18 besitzt auf der der Lichtleitfaser 11 zugewandten Stirn­ seite 19 eine Aussparung 20 in Form eines axial, d. h. in Richtung der Längsachse 16, verlaufenden Sackloches. In dieses ist das abstrahlende Ende 21 der Lichtleitfaser 11 eingeführt. Das Ende 21 der Lichtleitfaser 11 kann in der Aussparung 20 beispielsweise durch Klebung befestigt sein. Je Aussparung 20 können mehrere Lichtleitfasern 11 vorgesehen sein. Auch können mehrere Aussparungen 20 vorhanden sein, in die jeweils wenigstens eine Lichtleitfaser 11 hineinragt.

Die Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er­ findung, bei dem der Wärmeleitkörper 10 mit einem Abschnitt 22 über den Außendurchmesser des Behandlungskatheters 1 so weit übersteht, daß die dem Lichtleiter 11 zugewandte Stirn­ seite 19 mit einer sacklochartigen, axialen Aussparung 20 versehen werden kann, in die das Ende 21 des bzw. der Licht­ leitfaser(n) 11 hineinragt bzw. hineinragen. Hierbei kann die Lichtleitfaser 11 in einer äußeren Längsnut 15 liegen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Auch diese Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Behandlungskatheters 1 kann einen Versorgungskanal 14 besitzen.

Bei allen Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 kann der Wärmeleitkörper 10 an seiner Oberfläche mit Rippen oder mit anderen, dessen Oberfläche vergrößernden Mitteln versehen sein.

Der erfindungsgemäße Behandlungskatheter 1 für die Behandlung von Engstellen kann bei allen Arten von Körperflüssigkeit führenden Gefäßen, also bei allen Arten von Blutgefäßen oder andere Flüssigkeiten führenden Gefäßen, wie Liquor­ kanälen oder auch bei größeren Lymphgefäßen eingesetzt werden. Insbesondere kommt auch eine Aufweitung von Engstel­ len in Harnleitern in Betracht.

Als weitere Anwendungsgebiete kommen beispielsweise auch Be­ handlungen von Verengungen im Gallengang, im Pankreas-Aus­ führungsgang oder im Rückenmarkskanal in Betracht.

Claims (16)

1. Behandlungskatheter zur Aufweitung von Engstellen in Körperflüssigkeit führenden Gefäßen mit einem durch ein flüssiges Medium aufdehnbaren, das Gewebe der Engstelle aufweitenden Ballon, sowie mit einer Lichtleitfaser, mit der von außen in die Lichtleitfaser einstrahlbares Laser­ licht im Bereich des Ballons abstrahlbar und damit das zu behandelnde Gewebe erhitzbar und zumindest in seiner Ober­ fläche veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Abschnitt (5) des Ballons (4) am oder auf dem Behandlungs­ katheter (1) ein Wärmeleitkörper (10) vorgesehen ist und in diesem Abschnitt (5) wenigstens eine Lichtleitfaser (11) und der Wärmeleitkörper (10) derart angeordnet und/oder aus­ gebildet sind, daß in die Lichtleitfaser(n) (11) einge­ strahltes Laserlicht auf den Wärmeleitkörper (10) abstrahl­ bar ist und daß der Wärmeleitkörper (10) oder zumindest die Fläche, auf die das Laserlicht auftrifft, aus einem das verwendete Laserlicht absorbierenden Material besteht.

2. Behandlungskatheter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) als ein den Behand­ lungskatheter (1) außen umgebender Ring ausgebildet ist.

3. Behandlungskatheter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmeleitkörper (1) als ein den Behandlungs­ katheter (1) außen umgebender Zylinder oder als Rohrabschnitt ausgebildet ist.

4. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) mit einem Abschnitt (18) in das Lumen (17) oder in wenigstens einen von mehreren Kanälen des Behandlungskatheters (1) hineinragt, und daß die Lichtleitfaser(n) (11) axial, also in Richtung der Längsachse (16) des Behandlungskatheters (1), gegen den Wärmeleitkörper (10) gerichtet ist bzw. sind.

5. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) in Richtung zur Lichtleitfaser(n) (11) wenigstens eine Aus­ sparung (20) in Form eines Sackloches aufweist, und daß das abstrahlende Ende (21) wenigstens einer Lichtleitfaser (11) in die Aussparung(en) (20) eingesteckt ist bzw. sind.

6. Behandlungskatheter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Aussparungen (20) in axialer Richtung des Wärmeleitkörpers (10) verläuft.

7. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) mittig oder wenigstens etwa mittig zum Ballon (4) angeordnet ist.

8. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) aus Metall besteht.

9. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht von der im Be­ handlungskatheter (1) verlaufenden Lichtleitfaser (11) durch die Wand (6) des Behandlungskatheters (1) auf den Wärmeleit­ körper (10) auftrifft und der Behandlungskatheter (1) aus einem das Laserlicht nicht oder nur geringfügig absorbieren­ dem Material besteht.

10. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (6) des Behandlungs­ katheters (1) unter dem bzw. im Bereich des Wärmeleitkörper(s) (10) ein- oder mehrfach durchbrochen ist, und daß die Licht­ leitfaser (11) das Laserlicht unmittelbar gegen den Wärme­ leitkörper (10) abstrahlt.

11. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lichtleitfaser (11) außen am Behandlungskatheter (1) vorgesehen ist und das Laserlicht axial gegen den Wärmeleitkörper (10) abstrahlt.

12. Behandlungskatheter nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtleitfaser(n) (11) in einer Längsnut (15) des Behandlungskatheters (1) vorgesehen ist bzw. sind.

13. Behandlungskatheter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) mit einem Ab­ schnitt (22) zumindest teilweise über den Außendurchmesser des Behandlungskatheters (1) übersteht und daß in diesem Abschnitt (22) wenigstens eine axial verlaufende, sackloch­ artige Aussparung (20) vorgesehen ist, in die wenigstens eine Lichtleitfaser (11) mit ihrem abstrahlenden Ende (21) hineinragt.

14. Behandlungskatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungskatheter (1) mit einem Versorgungskanal (14) versehen ist.

15. Behandlungskatheter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) aus Eisen, Edelstahl, Titan oder Kupfer besteht.

16. Behandlungskatheter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) aus einem Metall­ karbid, Metallnitrid oder aus keramischen Zusammensetzungen, wie aus Aluminiumoxid oder auf der Basis von Aluminiumoxid, besteht.