DE4426380A1 - Vorrichtung zur intraoperativen Bestimmung des peripheren Widerstandes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur intraoperativen Bestimmung des peripheren Widerstandes, die eine neuartige Verwendung des körpereigenen Blutes als Pulsationslösung beinhaltet. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft die Beurteilung der Abstromverhältnisse des Blutes vor Anlage eines arteriellen Gefäßbypasses in der Gefäßchirurgie.

Die Kenntnis des Abstromvermögens des Blutes ist in der Chirurgie der peripheren Arterien ein wichtiges Kriterium für den Sinn und die Prognose einer Gefäßrekonstruktion. Das Abstromvermögen wird durch den peripheren Widerstand bestimmt.

Für die Bestimmung des peripheren Widerstandes sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die in Analogie zum Ohmschen Gesetz auf einer Flüssigkeitsinjektion (meist physiologische Kochsalzlösung oder ähnliche Lösungen) in das zu untersuchende Abstromgebiet, also in die freipräparierte Arterie, basieren.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Bestimmungsmethoden bekannt, bei denen entweder:

• a) der Volumenstrom konstant gehalten wird und aus dem gemessenen intraluminalen Druck der periphere Widerstand ermittelt wird [z. B. Ascer, E. et al: Outflow Resistance Measurement During Infrainguinal Arterial Reconstructions: A Reliable Predictor of Limb Salvage, Amer. J. of Surgery, 154, 1987, 185-188, oder Schweiger, H., Lang, W.: Klinische Bedeutung des peripheren Gefäßwiderstandes für die frühe Bypassverschlußrate, VASA-Suppl., 1992, 14-17]

oder

• b) die Lösung mit einem konstanten Druck infundiert wird und aus der Messung des Perfusionsvolumens pro Zeiteinheit der Widerstand ermittelt werden kann [z. B. Wagemann, W., Halloul, Z.: Die intraoperative morphologisch-funktionelle Beurteilung der arteriellen Ausflußbahn - ihre Bedeutung für die Indikation zur Gefäßrekonstruktion im femoro-krualen Gefäßabschnitt, VASA-Suppl., 36, 1992, 29-34].

Die verschiedenen, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weichen in ihren Ausführungsformen voneinander ab (Nullpunktabgleich des Druckes, Integrationszeitmessung für Druckaufbau, Verwendung einer Perfusionspumpe oder Handspritze etc.), basieren jedoch im Prinzip immer auf den oben genannten Mechanismen.

Die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden vor allem durch die fehlende Pulsatilität der Perfusionslösung, durch abweichende Absolutdruckwerte, grundsätzlich andere Fließeigenschaften (Viskosität, Masse) und meist abweichende Temperatur (jeweils von den physiologischen Werten abweichend) verkörpert. Dadurch sind die erhaltenen Meßwerte nur bedingt repräsentativ für die tatsächlichen Abstromverhältnisse des Blutes. Insbesondere ist auf die grundsätzlich anderen Fließeigenschaften der Perfusionslösung im Vergleich zum körpereigenen Blut hinzuweisen. Die Viskosität des Blutes ist abhängig vom Verhältnis der festen zu den flüssigen Bestandteilen des Blutes (die Viskosität als Funktion des Verhältnisses von Plasma und Blutzellen), von der Plasmaviskosität, vom Gefäßradius (Formänderung der Erythrozyten im Kapillarbereich) und von der Strömungsgeschwindigkeit (starke Abnahme der Viskosität bei zunehmenden Schergeschwindigkeiten). Die Viskosität des Blutes kann daher durch andere Perfusionslösungen nicht exakt nachgebildet werden. Darüberhinaus ist die fehlende Pulsatilität der Perfusionslösung verantwortlich dafür, daß bei den bekannten Methoden für die Bestimmung des peripheren Widerstandes nur ein statischer Wert (in der Physik vergleichbar mit dem Gleichstromwiderstand) ermittelt werden kann. Der periphere Widerstand ist jedoch ein komplexer, also dynamischer Widerstand (Wechselstromwiderstand).

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren bei der Messung des peripheren Widerstandes zu überwinden und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die bzw. das eine verbesserte intraoperative Bestimmung des peripheren Widerstandes zur Beurteilung des Abstromvermögens des Blutes erlaubt. Insbesondere ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren nebst einer Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, das die Bestimmung des peripheren Widerstandes unter pulsatilen Bedingungen ermöglicht und so weit wie möglich die Fließeigenschaften des natürlichen Blutes berücksichtigt.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung gelöst, die die Verwendung von körpereigenem arteriellem Blut als Perfusionslösung gestattet. Daneben erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung die reale Nachbildung der Fließeigenschaften (Viskosität und Masse) unter Einhaltung der Absolutdruckwerte und der Temperatur sowie der Pulsatilität der Blutströmung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren wird in den Fig. 1 und 2 erläutert. Die Vorrichtung basiert auf der Anlage eines weitlumigen temporären extrakorporalen Bypasses (8) zwischen den zu anastomosierenden Arterien vor Anschluß der Gefäßprothese. Der Bypass besteht aus in den Gefäßen fixierten Kanülen (7, 9), die durch einen Schlauch - vorzugsweise einen Silikonschlauch - verbunden sind. Im Regelfall wird die distale Kanülierung (9) als Doppelkanülierung (10) mit proximalem und distalem Schenkel ausgeführt, um die Verfälschung der Messungen durch ausgebildete Kollateralen zu vermeiden. Gleichzeitig ergibt sich dadurch die Möglichkeit der getrennten Bestimmung des distalen und proximalen Widerstandes.

Im Bypass befinden sich Vorrichtungen zur Bestimmung des Blutflusses (5) und des Drucks (6) - beispielsweise ein elektromagnetischer Flußmeßkopf und ein Konnektor zur Druckmessung. Die Bestimmung der erforderlichen Meßwerte kann jedoch auch auf jedwede andere Art und Weise erfolgen. Die Messung der Größen arterieller Druck und Bypaßflow erfolgt mit zwei Einzelgeräten (3, 4). Die analogen Ausgangsspannungen werden beispielsweise mittels eines Analog- Digital-Umsetzers (2) von einer Datenverarbeitungsanlage (1) übernommen und dargestellt.

Als dritte Größe wird der periphere Widerstand als Quotient aus arteriellem Druck und Bypassfluß von der Datenverarbeitungsanlage (1) berechnet und in seinem zeitlichen Verlauf dargestellt. Die Software zur Erfassung der Meßgrößen arterieller Druck und Bypassfluß und zur gleichzeitigen Berechnung des peripheren Widerstandes beinhaltet die Optionen Eingabe der Patientendaten, Steuerung der Meßwerterfassung, Speicherung der Meßwerte und Darstellung der abgespeicherten Werte.

Allgemeine Beschreibung des Programms

Das Programm dient zur intraoperativen Bestimmung des peripheren Widerstandes vor Bypaßoperationen an peripheren Gefäßen, vornehmlich im femoro-poplitealen oder femoro-infragenualen (crualen) Bereich.

Die gemessenen Größen Druck und Fluß in einem temporären extracorporalen Bypass werden über einen Analog-Digital-Wandler von Datenverarbeitungseinheiten erfaßt und dargestellt. Als dritte Größe wird der periphere Widerstand

PR = Part-ZVD/Q in Torr/ml/Min (1)

mit PR = periph. Widerstand, Part = arterieller Druck,
ZVD = zentral venöser Druck und Q = Bypassflow,

berechnet und in seinem zeitlichen Verlauf dargestellt.

Der Zeitmaßstab für die Darstellung (Abtastrate) ist einstellbar; dadurch ist zum einen eine Anpassung an die momentane Herzfrequenz und zum anderen eine Verlaufskontrolle möglich. Eine weitere Option ist die Trenddarstellung über einen vorgegebenen Zeitraum.

Die Meßwerte können wahlweise abgespeichert werden; der zugehörige Dateiname wird - beispielsweise - selbständig aus den ersten vier Buchstaben des Patientennamen gebildet und mit einer anschließenden fortlaufenden Nummer erweitert.

Ein Ausdruck der Kurven einschließlich der zugehörigen Patientendaten und berechneten Mittelwerte kann mit einem gesonderten Programm vorgenommen werden. Eine Übernahme des Bildschirminhaltes als Bitmap-Datei in beliebige Windows-Anwendungen ist möglich.

Hardwarevoraussetzungen und Systemkonfiguration

Die Messung der Größen arterieller Druck und Bypaßflow kann beispielsweise mit zwei Einzelgeräten (Hellige Blutdruckmonitor 236 03710 mit Statham Druckwandler und Carolina Medical Electronics Blutströmungsmesser Cliniflow II mit Flußmeßkopf Typ SF 625) erfolgen. Die Bestimmung der Meßgrößen kann aber auch auf jede andere beliebige Art und Weise erfolgen, wie z. B. mit einem Ultraschall-Meßkopf für die Fluß-Bestimmung und einem Tipmanometer bzw. Mikro-Transducer für die Druckmessung. Die analogen Ausgangsspannungen werden an einer geeigneten Schnittstelle vorzugsweise mittels Analog-Digital- Umsetzer an den Rechner übergeben. Zur Einhaltung der elektrischen Sicherheit für den Patienten kann der Anschluß nur an ein netzunabhängiges Gerät erfolgen (Laptop oder Notebook). Werden die Ausgangsspannungen mittels ADU übernommen, so ist ein Steckplatz für eine AT-kompatible Erweiterungskarte halber Länge vorteilhaft. Beide Bedingungen werden z. B. durch den Highscreen LT 33 DX Color erfüllt. Als Analog-Digital-Umsetzer-(ADU)-Karte kommt eine 8-kanalige 12 Bit A/D-Karte (DAS-8) zur Anwendung. Aus programmtechnischen Gründen ist ein 2 MB AM notwendig (Einrichtung einer RAM-Disk.).

Der Ablauf des Programms wird durch das in Fig. 3 dargestellte Flußdiagramm verdeutlicht.

Nach dem Start eröffnet das Programm die Option entweder alte Patientendaten aufzurufen oder neue Patientendaten einzugeben. Das Menü Patientendaten erlaubt die Eingabe oder Änderung folgender Daten: Namen und Vorname des Patienten, Geburtsdaten, Bezeichnung der Arterie und Seite.

Im Programmzweig Messen (in Fig. 3 unter Menüpunkt F9) werden die von der ADU-Karte erfaßten Meßwerte auf dem Bildschirm aufgezeichnet. Gleichzeitig wird der periphere Widerstand nach der o.a. Formel berechnet und in seinem zeitlichen Verlauf dargestellt. Daneben werden der arterielle Druck und der Bypaßfluß angezeigt. Nach Aufruf des Menüpunkts "Messen" wird ein entsprechend vorbereitetes Verzeichnis nach eventuell schon vorhandenen Dateien und deren Eichfaktoren durchsucht. Sind keine derartige Daten auffindbar, wird vom Programm eine Neueichung verlangt. Hierzu ist zunächst der Kalibrierwert des Druckmeßgerätes zu ermitteln, während sich beim Flußmeßgerät die Kalibrierung erübrigt. Hierzu ist zunächst bei der Vorrichtung zur Druckmessung erforderlich, die Kalibrierfunktion zu aktivieren.

Für die Dauer eines vorherbestimmbaren Zeitintervalls - zweckmäßigerweise im Bereich von einigen Sekunden - wird der Druckkalibrierwert vom Programm übernommen und faktorisiert. Damit ist die Eichung abgeschlossen.

Aufgrund des Eichprinzips des Flußmeßgeräts Cliniflow II wird eine Ausgangsspannung bereitgestellt, die den absoluten Blutflußwert repräsentiert. Diese wird zweckmäßigerweise an den AD-Wandler angepaßt.

Fig. 4 zeigt typische Meßkurven einer sogenannten Widerstandsströmung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelt wurden.

Fig. 5 zeigt typische Meßkurven einer sogenannten pulsatilen Strömung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelt wurden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur intraoperativen Bestimmung des peripheren Widerstandes umfassend einen extrakorporalen Bypass (8) zur Anlage zwischen den zu anastomisierenden Arterien, welcher die Kanülen (7, 9) aufweist, die in den Gefäßen fixiert werden, sowie mit Vorrichtungen zur Abnahme der Werte des Blutflusses (5) und des Blutdrucks (6) versehen ist, wobei die Ermittlung der Meßwerte für den Bypassflow und den arteriellen Druck über die Meßgeräte (3) und (4) erfolgt und die Meßwerte von einer Datenverarbeitungsanlage (1) über eine geeignete Schnittstelle (2), vorzugsweise über einen Analog-Digital- Wandler, übernommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanlage (1) für die Bestimmung des peripheren Widerstandes im Rahmen eines Ablaufprogramms

• a) bei noch nicht vorliegender Eichung zunächst die Kalibrierwerte von der den Meßvorrichtungen übernimmt, mittelt, faktorisiert und abspeichert;
• b) bei vorhandenen Eichwerten dann die gemessenen Werte für Blutdruck und Blutfluß in dem extracorporalen Bypass (8) über einen Analog-Digital- Wandler (2) erfaßt und wahrnehmbar darstellt und den peripheren Widerstand aus dem Quotienten der Differenz zwischen arteriellem und vernösem Druck und dem Bypassflow ermittelt und in seinem zeitlichen Verlauf vorzugsweise visuell wahrnehmbar dargestellt wird und die Meßwerte gegebenenfalls abspeichert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die distale Kanüle (9) in Form der Doppelkanüle (10) mit proximalem und distalem Schenkel ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Messung des Blutflusses einen elektromagnetisch arbeitenden Flußmeßkopf aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmessung ein Konnektor eingesetzt wird.

5. Verfahren zur Bestimmung des peripheren Widerstandes in Blutgefäßen - insbesondere in Arterien - dadurch gekennzeichnet, daß man einen extracorporalen Bypass (8) mittels der Kanülen (7) und (8) in den zu anastominierenden Gefäßen fixiert, mittels Vorrichtungen zur Erfassung der Werte des Blutflusses (5) und des Blutdruckes (6) über die Meßgeräte (3) und (4) sowie über einen Analog-Digital-Wandler (2) einer Datenverarbeitungsanlage (1) zuführt und im Rahmen eines Ablaufprogramms

• a) bei noch nicht vorliegender Eichung zunächst die Kalibrierwerte von der Datenverarbeitungsanlage übernommen, gemittelt faktorisiert und abgespeichert werden,
• b) bei vorhandenen Eichwerten die gemessenen Werte für Blutdruck und Blutfluß in dem extracorporalen Bypass (8) über einen Analog-Digital- Wandler (2) in der Dateiverarbeitungsanlage (i) erfaßt, visuell wahrnehmbar dargestellt und der periphere Widerstand aus dem Quotienten der Differenz zwischen arteriellem und venösem Druck und dem Bypaßfluß ermittelt und in seinem zeitlichen Verlauf visuell wahrnehmbar gespeichert werden.

6. Verfahren nach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die distale Kanüle (9) in Form der Doppelkanüle (10) mit proximalem und distalem Schenkel eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmessung mit einem elektromagnetisch arbeitenden Flußmeßkopf durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessung mit einem Konnektor durchgeführt wird.