DE60005132T2

DE60005132T2 - Vorrichtung zur Messung von physikalischen Grössen eines lebenden Körpers

Info

Publication number: DE60005132T2
Application number: DE60005132T
Authority: DE
Inventors: Leif Smith; Lars Tenerz; Bertil Hök
Original assignee: Radi Medical Systems AB
Current assignee: St Jude Medical Systems AB
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: DE60005132D1; EP1136032A1; EP1136032B1; ATE249167T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Führungsdrahtanordnung für intravaskuläre Untersuchungen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es ist bekannt, einen Sensor an einem Führungsdraht anzubringen und den Sensor über den Führungsdraht in einem Körpergefäß in einem lebenden Körper zu positionieren, um einen physikalischen Parameter, wie beispielsweise einen Druck oder eine Temperatur, zu erfassen. Der Sensor enthält Elemente, die gegenüber dem Parameter direkt oder indirekt empfindlich sind. Beispielsweise könnte eine Temperatur durch Beobachten eines Widerstands eine Leiters mit einem temperaturempfindlichen Widerstand gemessen werden, oder die Länge eines Elements mit einer bekannten temperaturbezogenen Ausdehnung.
US-A-5 628 777 betrifft ein System für eine intravaskuläre Messung einer physiologischen Variabeln, das eine elektronische Einheit zur Leistungsversorgung einen elektrischen Draht mit einem distalen Ende zur Einfügung in den lebenden Körper und einem proximalen Ende für einen elektrischen Anschluss an die elektronische Einheit, einen Sensor, der an das distale Ende des elektrischen Drahts angeschlossen ist, eine interne Körperelektrode, die an den Sensor über eine Verarbeitungsschaltung angeschlossen ist, eine zweite Elektrode für einen elektrischen Anschluss an die elektronische Einheit enthält, wobei die Verarbeitungsschaltung angeordnet ist, um das Ausgangssignal vom Sensor zu verarbeiten.
Zum Überwachen des Zustands des Sensors innerhalb des Körpers ist irgendein Typ von Kommunikationseinrichtung nötig. In einigen Fällen ist eine Einrichtung auch zum Liefern von Leistung zum Sensor und/oder zur Kommunikationseinrichtung nötig.
Daher ist zum Versorgen des Sensors mit Leistung und zum Kommunizieren mit ihm eine Vielzahl von Kabeln zum Übertragen von Messsignalen an den Sensor angeschlossen, und sie werden entlang dem Führungsdraht geführt, um aus dem Gefäß über eine Anschlussstückanordnung zu einer externen Überwachungseinheit geführt zu werden. Zusätzlich ist der Führungsdraht typischerweise mit einem zentralen Metalldraht (Kerndraht) versehen, der sowohl als Stütze bzw. Halterung für den Sensor als auch als Leiter eines Erdungspotentials dient.
Jedoch erfordert die Verwendung von zahlreichen Kabeln, dass der Kerndraht wenigstens teilweise durch einen rohrförmigen Abschnitt ersetzt werden muss, der die Kabel unterbringt. Dieser Abschnitt bildet einen schwachen Teil des Führungsdrahts und zeigt ein Risiko für eine Verbiegung während einer Manipulation innerhalb des Gefäßes sowie für ein nichtsymmetrisches Verhalten.
Ebenso zeigen herkömmliche Führungsdraht-Anordnungen ein derartiges Problem, dass sie ein sehr schwieriges manuelles Zusammenbauverfahren erfordern. Die extrem kleinen Komponenten müssen unter einem Mikroskop zusammengebaut werden, was sowohl ermüdend als auch arbeitsintensiv ist.
Ein verbesserter Führungsdraht, der auf einige dieser Probleme gerichtet ist, ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0 925 803 beschrieben, welche die Basis für die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung bildet. In EP 0 925 803 ist ein Führungsdraht mit allgemein rohrförmigen Leitern beschrieben, die konzentrisch um den Kerndraht angeordnet sind, um dadurch einen vereinfachten Herstellungsprozess zuzulassen.
Jedoch ist die Herstellung eines solchen Führungsdrahts noch vergleichsweise zeitaufwendig und teuer, und ein kompliziertes Anschlussstück ist erforderlich. Ebenso bleibt noch die Notwendigkeit für einen einfach manipulierten Führungsdraht mit einem Sensor.
Daher bleibt deshalb, weil es eine fortgeführte Notwendigkeit nach einem einfach herzustellenden, billigen und einfach zu verwendenden Führungsdraht-Kommunikationssystem gibt, eine Notwendigkeit für eine vereinfachte Führungsdrahtanordnung mit einem Sensor für eine physikalische Eigenschaft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System für eine intravaskuläre Untersuchung einer physiologischen Variablen innerhalb eines lebenden Körpers zu schaffen, das einen einfach herzustellenden und einfach zu manipulierenden Führungsdraht enthält. Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und einen Führungsdraht gemäß Anspruch 7 erreicht.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Anzahl von elektrischen Durchführungen eines Führungsdrahts zu reduzieren, der mit einem Sensor zum Messen der physiologischen Variablen innerhalb eines lebenden Körpers versehen ist, um dadurch einen einfach herzustellenden und einfach zu verwendenden Führungsdraht zu schaffen.
Ein weiterer Umfang einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der hierin nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Jedoch sollte verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, nur anhand einer Illustration angegeben sind. Verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin angegebenen detaillierten Beschreibung verstanden werden, einschließlich der beigefügten Zeichnungen, die nur anhand einer Illustration angegeben sind und somit für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend sind, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines distalen Endes eines Führungsdrahts gemäß der Erfindung ist.
2 eine Querschnittansicht des distalen Endes eines Führungsdrahts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
3 eine schematische Ansicht ist, die ein System gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, das an einem Patienten verwendet wird.
4 eine schematische Darstellung eines einfachen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist.
5 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Einheit zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist.
6A bis 6B miteinander verbundene Zeitdiagramme sind, die das Decodieren eines Messsignals darstellen, das durch eine Sensoreinheit geliefert wird, die gemäß der Erfindung angeordnet ist.
7 eine Darstellung eines Doppeldraht-Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist.
8 eine schematische Ansicht ist, die das Ausführungsbeispiel der 7 darstellt, das an einem Patienten verwendet wird.
9 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einschließlich eines akustischen Sensors zeigt.
10 ein Diagramm einer Impedanz gegenüber einer Frequenz für ein Ausführungsbeispiel mit einem akustischen Sensor ist.
11 ein Blockdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensors und einer zugehörigen Schaltung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Zuerst soll ein Führungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Allgemein ist gemäß der Erfindung ein Sensor, der elektrische Energie für seinen Betrieb erfordert, am distalen Ende eines isolierten elektrischen Drahts angeschlossen. Ebenso ist eine interne Körperelektrode über eine am Sensor angeschlossene elektronische Schaltung am Sensor angeschlossen. Die interne Körperelektrode ist angepasst, um in Kontakt mit einem Körpergewebe eines lebenden Körpers, wie beispielsweise Blut, angeordnet zu werden, wenn sie in den Körper eingefügt ist, d. h. sie hat einen Teilabschnitt für einen direkten Kontakt mit dem Körpergewebe, wenn sie in den Patienten eingefügt ist.
Im Einsatz wird der Sensor in einen lebenden Körper eingefügt, während das proximale Ende des elektrischen Drahts an eine Leistungsquelle angeschlossen ist und der Sensor und die interne Körperelektrode bei einer Stelle innerhalb des Körpers angeordnet sind, wo Messungen durchzuführen sind Somit wird die interne Körperelektrode in Kontakt mit dem lebenden Körper angeordnet, und insbesondere in Kontakt mit einem Körpergewebe, wie beispielsweise dem Blut, um eine elektrische Verbindung damit zu erhalten.
Zum Erhalten eines geschlossenen elektrischen Schaltkreises ist eine zweite Elektrode an der Leistungsquelle angeschlossen und wird in die Nähe der internen Körperelektrode gebracht. Die zweite Elektrode hat einen Teilabschnitt für einen physikalischen und einen elektrischen Anschluss an einen Patienten, und zwar entweder direkt oder über ein leitfähigkeitserhöhendes Medium, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies durch Anordnen der Elektrode auf der Haut des Patienten außerhalb der Messstelle auf eine Weise durchgeführt, die gleich dem Anlegen einer ECG-Elektrode ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der elektrische Schaltkreis über das innere Gewebe und die Haut des Patienten geschlossen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der elektrische Schaltkreis durch Einfügen von auch der zweiten Elektrode in den Körper auf eine derartige Weise geschlossen, dass ihr distales Ende nahe der Messstelle angeordnet wird und in Kontakt mit dem Körpergewebe des Patienten ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der elektrische Schaltkreis intern über das Gewebe, d. h. typischerweise das Blut, des Patienten geschlossen.
Es ist möglich, den Sensor sowie die Elektrode oder die Elektroden an irgendeiner geeigneten Stelle innerhalb des Körpers über ein hohles Rohr einzufügen, wie beispielsweise eine geeignete Kanüle oder eine Einführungseinheit. Der Sensor, eine zusätzliche elektronische Schaltung, die interne Körperelektrode, der elektrische Draht und eine zweite Elektrode, wenn sie verwendet wird, sind auf einer Führungsdrahtstruktur angebracht, und zwar typischerweise für eine Einfügung über die Oberschenkelarterie.
Bei einem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Draht mit dem Kerndraht des Führungsdrahts integriert.
Durch Verwenden des Kerndrahts als den elektrischen Draht wird der Vorteil eines Reduzierens der Anzahl von Komponenten erhalten, da ein solcher metallischer Kerndraht, der sich axial durch den Führungsdraht erstreckt, normalerweise irgendwo im Führungsdraht vorhanden ist, um eine geeignete Steifigkeit für den Führungsdraht zur Verfügung zu stellen.
Somit wird während dieser gesamten Beschreibung die Verwendung eines Führungsdrahts mit einem Kerndraht als den elektrischen Draht der Einfachheit halber erklärt werden, obwohl es offensichtlich ist, dass das Verfahren zum Kommunizieren mit dem hierin beschriebenen Sensor, das mit einem separaten elektrischen Draht ausgeführt werden könnte, der entlang dem Führungsdraht läuft, oder sogar separat, ebenso verwendet werden könnte.
Die Leistungsquelle zur Verwendung bei der Erfindung ist eine elektronische Einheit, die außerhalb des Patientenkörpers angeordnet ist. Die elektronische Einheit bzw. Elektronikeinheit kann einen geeigneten Strom durch den elektrischen Schaltkreis liefern, der teilweise den Patientenkörper enthält, wie es nachfolgend beschrieben wird. Zusätzlich ist die elektronische Einheit vorzugsweise mit elektronischen Schaltungen versehen, um das Ausgangssignal von der Sensorschaltung zu interpretieren und zu präsentieren, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Nun soll ein Ausführungsbeispiel eines Führungsdrahts der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 erklärt werden.
1 zeigt einen Querschnitt des distalen Endes eines Führungsdrahts 10 gemäß der Erfindung. Ein Kerndraht 11, der typischerweise aus rostfreiem Stahl oder einer superelastischen Legierung ist, wie beispielsweise aus NITINOL^®, erstreckt sich durch die zentrale Achse des Führungsdrahts. Der Kerndraht 11 ist mit einer Isolierschicht 12 überzogen, die typischerweise ein Polymer, wie beispielsweise Parylen^®, Silikon, Teflon, Polyimid, Polyurethan oder eine keramische Beschichtung ist.
Ein proximaler Spulenabschnitt 13A und ein distaler Spulenabschnitt 13b bedecken das distale Ende des Kerndrahts.
Der proximale Spulenabschnitt 13A, der zum Versehen des Endes des Führungsdrahts mit einer glatten Oberfläche und mit einer geeigneten Steifigkeit dient, ist typischerweise aus rostfreiem Stahl. Der distale Spulenabschnitt 13B, der gleich dem proximalen Abschnitt ist, außer dass er auch eine Röntgenstrahl-Undurchlässigkeit bzw. -Opazität zur Verfügung stellt, ist typischerweise aus Platin hergestellt. In Kombination dienen die Spulen zum Bereitstellen eines einheitlichen Außendurchmessers für die Führung und zum Erleichtern der Einführung des Führungsdrahts in die Arterie. Die Spulen sind für Blut durchdringbar, das das Ende des Führungsdrahts umgibt, wenn er in eine Arterie eingefügt ist. Die Spitze des Führungsdrahts ist durch eine gelötete gebogene Spitze 16 geschlossen.
Es sollte beachtet werden, dass der Spulenabschnittsaufbau derart beschrieben ist, um die Form des distalen Endes eines typischen Führungsdrahts zu zeigen, wie er gegenwärtig verwendet wird. Jedoch ist der Spulenabschnitt für sich selbst nicht zum Ausführen der Erfindung nötig, obwohl er, wie es nachfolgend beschrieben wird, als Teil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet werden könnte.
Ein Sensor 14 ist am Kerndraht angebracht und ist über eine Anschlussstelle 14 elektrisch daran angeschlossen. Es sollte verstanden werden, dass der Sensor zusätzlich zu einer gegenüber der zu bestimmenden physikalischen Eigenschaft empfindlichen Komponente irgendeine elektronische Schaltung enthalten könnte, die für seine geeignete und nützliche Funktion als Sensor sowie als Schaltung zum Überlagern eines Sensor-Ausgangssignals einem Träger-Spannungssignal enthalten könnte.
Eine Schaltung für solche Überlagerungszwecke ist selbst für einen Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt und enthält solche Vorrichtungen wie Spannungs/Frequenz-Wandler, Analog/Digital-Wandler, Pulsbreitenmodulatoren und Deltamodulatoren.
Ein Beispiel eines Ausführungsbeispiels eines Sensors mit einer zugehörigen Schaltung ist in 11 gezeigt, die einen Gleichrichter 501, ein Sensorelement 502 und einen Relaxationsoszillator 503, die in Reihe geschaltet sind, zeigt. Der Eingang des Gleichrichters 501 ist über eine Anschlussstelle 504 an den Kerndraht des Führungsdrahts angeschlossen. Der Ausgang des Relaxationsoszillators 503 ist über eine Anschlussstelle 505 an die interne Körperelektrode angeschlossen. Ebenso sind der Gleichrichter 501 und das Sensorelement 502 an die interne Körperelektrode angeschlossen. Der Relaxationsoszillator erzeugt gegensätzlich zu einem harmonischen Oszillator eine quadratische Welle, d. h. das Ausgangssignal springt von einem minimalen Pegel zu einem maximalen Pegel (einer digitalen "0" bzw. einer digitalen "1"). Die Oszillationsperiode oder Pulsbreite eines solchen Oszillators, der in der Literatur auch als "astabiler Multivibrator" bekannt ist, kann normalerweise durch ein Widerstand-Kondensator-Netzwerk gesteuert werden, das durch eine oder mehrere charakteristische Zeitkonstanten RC charakterisiert ist, wobei R und C jeweils Widerstands- und Kapazitätswerte sind. Somit kann ein resistiver oder kapazitiver Sensor zum Steuern der Zeitperiode oder der Pulsbreite des Oszillators verwendet werden.
Nimmt man wieder Bezug auf 1, wird das Ausgangssignal vom Sensor 14 zum umgebenden Blut über eine Ausgangssignalelektrode 17 übertragen bzw. transferiert. Die Ausgangssignalelektrode 17 ist wenigstens teilweise nicht isoliert und ist an einem Ende am Sensor 14 angeschlossen, um die Ausgabe von der Sensorschaltung zu übertragen bzw. zu transferieren, und ihr anderes Ende erstreckt sich in das umgebende Blut zwischen irgendeinem der Spulenabschnitte 13A, 13B. Da der Kerndraht isoliert ist, kann die Elektrode 17 durch das Potential des Kerndrahts nicht gestört werden.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ausgangssignalelektrode 117 ist in 2 gezeigt, wobei Komponenten, die unterschiedlich von den Komponenten der 1 sind, Bezugszeichen haben. Gemäß 2 ist die Ausgangssignalelektrode 117 an einen der Spulenabschnitte 113B angeschlossen oder bildet einen Teil von diesem. Während irgendeiner der Spulenabschnitte nützlich ist, sollte wenigstens ein Teil des ausgewählten Abschnitts nicht isoliert sein, um einen Kontakt zu den umgebenden Körperflüssigkeiten zuzulassen. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein einfacher Aufbau erhalten, der einen geeigneten Kontakt mit den umgebenden Teilen des Körpers garantiert. Die Verwendung eines Führungsdrahts 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, ist schematisch in 3 gezeigt. Der Führungsdraht 10 wird in die Oberschenkelarterie eines Patienten 25 eingefügt. Die Position des Führungsdrahts 10, des Sensors 14 und der Ausgangssignalelektrode 17 innerhalb des Körpers ist mit gestrichelten Linien dargestellt.
Eine externe Elektrode 21, die allgemein gleich einer ECG-Elektrode ist, ist an der Haut des Patienten 25 nahe der Position für die Sensorschaltung 14 angebracht. Die externe Elektrode 21 ist mit einer elektronischen Einheit 22 über einen elektrischen Draht 24 gekoppelt. Der Führungsdraht 10, und genauer gesagt der Kerndraht 11 davon, ist auch mit der elektronischen Einheit 22 über einen Draht 26 gekoppelt, der an dem Kerndraht unter Verwendung von irgendeiner geeigneten Anschlusseinrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen ist, wie beispielsweise ein Anschlussstück von einem Krokodilklemmentyp oder irgendein anderes bekanntes Anschlussstück.
Die elektronische Einheit 22 liefert eine elektrische Spannung zu der Schaltung mit dem Draht 26, dem Kerndraht 11 des Führungsdrahts 11, der Sensorschaltung 14, der Ausgangssignalelektrode 17, durch das Blut und anderes Gewebe 23 des Patienten, der Elektrode 21 bzw. dem Draht 24.
Im Einsatz wird der Sensor 14 in den Patienten eingefügt, und zwar beispielsweise so, wie es oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben worden ist, und eine Elektrode 21 wird ungefähr oberhalb der Ausgangssignalelektrode 17 angelegt, und zwar beispielsweise über die Haut eines Patienten, wie es auch beschrieben worden ist. Das Verfahren zum Einführen des Führungsdrahts sowie das Verfahren, das zum Bereitstellen einer geeigneten elektrisch leitenden Anbringung der an die Haut des Patienten angelegten Elektrode nötig ist, sind Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt. Der Kerndraht 11 und die Elektrode 21 sind an die elektronische Einheit 22 angeschlossen.
Die Ströme, die aufgrund der angelegten elektrischen Spannung durch das Patientengewebe erzeugt werden, müssen niedrig genug sein, um sicher durch den menschlichen Körper transferiert zu werden. Zulässige Werte werden vorzugsweise gemäß dem internationalen Standard IEC 601-1 (1988), Abschnitt 19 ausgewählt. Obwohl eine schwache DC-Spannung verwendet werden könnte, ist es bevorzugt, eine RC-Spannung zu verwenden, um hohe nützliche Ströme durch den Körper zu erhalten, wie beispielsweise eine Wechselspannung mit einer Frequenz, die höher als 1 kHz ist, was es möglich macht, Ströme bis zu 10 mA ohne Risiken für die Gesundheit des Patienten zuzulassen.
Bei einem sehr einfachen Ausführungsbeispiel, das der obigen Beschreibung entspricht und das schematisch in 4 gezeigt ist, ist zum Messen der Temperatur innerhalb eines Körpers der Sensor ein temperaturempfindlicher Widerstand 214, der eine bekannte Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Widerstand an einem Ende (entsprechend der Anschlussstelle 15 der 1) hat, das an einem Kerndraht 211 angeschlossen ist, und am anderen Ende, das an einer Ausgangssignalelektrode 217 angeschlossen ist. Der Sensor wird in einen Körper eingefügt, was sehr schematisch mit einer gestrichelten Linie 223 angezeigt. Eine elektronische Einheit 232 außerhalb des Körpers liefert eine Spannung zum Sensor 214 über eine Durchführung 26, den Kerndraht 211 und über die Ausgangssignalelektrode 217, das Körpergewebe 233 und eine an der Haut des Körpers 223 angeordnete Elektrode 221.
Die durch die elektronische Einheit 232 gelieferte Spannung könnte eine AC- oder eine DC-Spannung sein. Die elektronische Einheit 232 enthält auch eine Einrichtung zum Registrieren des Gesamtwiderstands des Schaltkreises über den Körper. Eine solche Einrichtung ist wohlbekannt und wird hierin nicht beschrieben werden. Durch Messen des Gesamtwiderstands und durch Kennen der Temperatur-Widerstands-Beziehung des Sensors könnte die Temperatur am Sensor auf einfache Weise berechnet werden.
Der Hauptvorteil dieses Ausführungsbeispiels ist die Einfachheit. Jedoch hat es den Nachteil einer niedrigen Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Diese Nachteile sind ein Ergebnis von Einflüssen von anderen Widerständen innerhalb des überwachten Schaltkreises, wie beispielsweise der Kopplungsimpedanz der Hautelektrode 221.
Allgemein wird im Fall eines Anlegens einer AC-Spannung der Sensor typischerweise an einen Schaltkreis angeschlossen, der einen Gleichrichter enthält, der die AC-Spannung zu einer DC-Spannung transformiert, um den Sensor anzutreiben, der als empfindlich gegenüber dem physikalischen Parameter ausgewählt ist, der zu untersuchen ist. Ein Beispiel für einen Sensor zur Verwendung bei einer solchen Anwendung und der nützlich zum Messen eines kardiovaskulären Drucks ist, ist in Transducers '87 (The 4th international conference on solid state sensors and actuators), S. 344, "An ultraminiature solid-state pressure sensor for a cardiovascular catheter" von H. Chau und K. D. Wise beschrieben.
Wie es oben beschrieben ist, wird das Ausgangssignal des Sensors durch eine Schaltung verarbeitet, die am Sensor angeschlossen ist, und zwar auf eine derartige Weise, dass Information, die den Pegel des überwachten physikalischen Parameters darstellt, dem Signal überlagert wird, das durch die elektronische Einheit geliefert wird.
Die elektronische Einheit enthält eine Schaltung zum Berechnen des Werts des untersuchten Parameters basierend auf dem überlagerten Signal.
Ein Ausführungsbeispiel für eine solche elektronische Einheit 332 ist in 5 gezeigt, wobei die Führungsdrahtanordnung schematisch durch einen Kerndraht 321, eine Sensoreinheit 303 und eine interne Körperelektrode 317 zum Liefern eines elektrischen Signals über das Gewebe 326 eines Patienten dargestellt ist. Die Führungsdrahtanordnung wird in den Patienten (wobei der Patient mit einer gestrichelten Linie 325 vorgeschlagen ist) eingeführt. Die elektronische Einheit 332 ist über ein Kabel 26 am Kerndraht 321 angeschlossen, und über das Gewebe und ein zweites Kabel 24 an der Außenseite des Körpers.
Die elektronische Einheit 332 weist einen Treiberoszillator 310 auf, der eine AC-Spannung typischerweise im Bereich von 2 –10 V bei einer Frequenz im Bereich von 100 kHz–1 MHz liefert und der an einen Treiberverstärker 301 angeschlossen ist, der einen ersten Transformator 302 antreibt. Der erste Transformator 302 ist nicht galvanisch an den Schaltkreis über den Körper gekoppelt, um eine Versorgungsspannung zu liefern.
Ein zweiter Transformator 304, der auch über den Körper auf eine nichtgalvanische Weise mit dem Schaltkreis gekoppelt ist, wird zur Erfassung des überlagerten Signals verwendet. Das Signal wird mit einem Verstärker 305 verstärkt, und ein schmales Bandpassfilter 306 wird zum Eliminieren einer Interferenz niedriger und hoher Frequenz verwendet. Das Bandpassfilter könnte beispielsweise ein sogenannter phasenempfindlicher Verstärker oder ein synchroner Verstärker sein.
Ein Schmitt-Trigger (oder ein Komparator) 307 ist mit dem Ausgang des Bandpassfilters 306 verbunden, um bei einem ausgewählten Spannungsschwellenpegel zu triggern (eine digitale "1" zu senden). Ein digitaler Mikroprozessor 308 korreliert die Triggerimpulse mit einem Taktimpulsgenerator 309 zum Zählen der Anzahl von Taktimpulsen zwischen aufeinanderfolgenden Triggerimpulsen.
Die 6A bis 6E, die in Bezug auf eine Zeitachse miteinander verbunden sind, stellen das Decodieren eines Messsignals dar, das durch die Sensoreinheit 303 geliefert wird, und zwar bei einem Aufbau gemäß der 5. Die Sensoreinheit 303 ist eine Einheit, die einen Oszillator enthält, entsprechend der oben unter Bezugnahme auf 11 beschriebenen Sensorschaltung.
6A zeigt das Oszillator-Ausgangssignal von der Sensoreinheit 303. Die Messbedingungen, d. h. die gemessene Variable (oder die gemessenen Variablen), bestimmen die Pulsbreite T1 und T2.
6B zeigt den Leistungsverbrauch der Sensoreinheit 303. Der Leistungsverbrauch ist im Wesentlichen konstant, wobei überlagerte Spitzen bezüglich der Zeit mit dem Übergang von "0" zu "1", oder umgekehrt, des Oszillators des Sensors übereinstimmen.
6C zeigt das Ausgangssignal vom Schmitt-Trigger 307. Die Triggerschwelle ist als horizontale, gestrichelte Linie in 6B gezeigt.
6D stellt die Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 309 dar, die durch den Mikroprozessor 308 berechnet werden, um das Zeitintervall T1 zu bestimmen.
6E stellt die Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 309 dar, die durch den Mikroprozessor 308 berechnet werden, um das Zeitintervall T2 zu bestimmen.
Somit kann durch Bestimmen der Zeitintervalle, codiert durch den Sensor und seine entsprechende Schaltung, Information über die gemessene physiologische Variable über ein elektrisches Signal erhalten werden, das durch das Körpergewebe läuft.
In 9 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, das einen akustischen Sensor enthält. Wie es bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen gezeigt ist, ist ein Führungsdraht 410 mit einem Kerndraht 401 versehen, der mit einer Isolierschicht 402 bedeckt ist. Das distale Ende des Führungsdrahts hat eine abgerundete Spitze 404 und eine Spule 403, die als Ausgangssignal-Elektrode gemäß der Erfindung wirkt, was gleich demjenigen ist, was zuvor beschrieben ist.
Eine piezokeramische Platte 407, wie beispielsweise eine PZT(Blei-Zirkonat-Titanat-)Platte, ist am Kerndraht angeschlossen, und an der Ausgangssignal-Elektrode 403. Ein mikromechanischer akustischer Resonator 406 ist an der piezokeramischen Platte 407 angebracht. Der Resonator sollte so ausgewählt sein, dass seine Resonanzfrequenz von der zu messenden physiologischen Variablen abhängt.
Beispiele für nützliche mikromechanische akustische Resonatoren sind in US 5,188,983 , "Polysilicon resonating beam transducers and methods of producing the same" von H. Guckel et al. beschrieben.
Wenn die piezokeramische Platte 407 durch eine Wechselspannung mit Energie versorgt wird, die über das Körpergewebe geliefert wird, wie es oben beschrieben ist, reagiert sie mit mechanischen Schwingungen, die zum Resonator 406 transferiert werden. Bei den Resonanzfrequenzen f1 oder f2 (entsprechend einer seriellen oder parallelen Resonanz) wie sie in 10 dargestellt sind, erscheint jeweils eine Spitzen- und eine Talstelle in der elektrischen Impedanz. Die elektrische Impedanz ist durch eine externe elektronische Einheit erfassbar, die der oben unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Einheit entspricht, und folglich könnte die gesuchte physiologische Variable berechnet werden.
Somit ermöglicht die Führungsdrahtanordnung und das Kommunikationssystem gemäß der Erfindung zum Bestimmen eines physikalischen Parameters innerhalb des Körpers eines Patienten den Transfer bzw. die Übertragung von Information in Bezug auf eine durch einen Sensor innerhalb des Körpers erfasste physiologische Variable unter Verwendung eines einzigen elektrischen Drahts, der im Führungsdraht vorgesehen ist. Gemäß der Erfindung wird dies durch Verwenden von Gewebe des Patienten, wie beispielsweise des Bluts und der Haut, erhalten, um als ein Leiter in Kooperation mit einem Führungsdraht gemäß der Erfindung zu wirken.
Eine Führungsdrahtanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt für eine sehr einfache Herstellung unter Verwendung weniger Komponenten. Die Schaltung des Sensors mit der zugehörigen internen Körperelektrode wird auf einfache Weise an einen freigelegten Abschnitt des Kerndrahts am distalen Ende des Führungsdrahts unter Verwendung von irgendeinem geeigneten herkömmlichen Verfahren, wie beispielsweise Löten, angeschlossen. Keine zusätzlichen Kabel sind dafür nötig, dass zugelassen wird, dass der Kerndraht an die elektronische Einheit mit irgendeiner geeigneten Anschlusseinrichtung angeschlossen wird.
Zusätzlich lässt die vorliegende Erfindung, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigt ist, einen Sensor-Führungsdrahtaufbau zu, bei welchem das Nichtvorhandensein von anderen Durchführungen als der Kerndraht für eine geeignete Flexibilität und Symmetrie sorgt, um eine gute Manövrierbarkeit während eines Positionierens für Führungsdrahts in einem Gefäß zuzulassen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hierin das Doppeldraht-Ausführungsbeispiel genannt wird, ist in der schematischen Darstellung der 7 dargestellt. Gemäß 7 ist der Führungsdraht 210 gleich dem Führungsdraht 10, der in 1 gezeigt ist, mit beispielsweise einem isolierten Kerndraht 11, ist aber zusätzlich dazu mit einem zweiten isolierten Draht 31 versehen. An einem distalen Abschnitt nahe dem distalen Ende des Führungsdrahts ist die Isolierung vom zweiten Draht 31 entfernt, um den Leiter freizulegen, um eine Elektrode 32 zu bilden.
Wenn er in den Patientenkörper 25 eingefügt ist, wie es in 8 gezeigt ist, ist der Kerndraht 11 des Führungsdrahts 210 an eine elektronische Einheit 222 angeschlossen, die gleich der elektronischen Einheit 22 des ersten Ausführungsbeispiels ist. Der zweite elektrische Draht 31 ist auch an die elektronische Einheit 222 angeschlossen. Gleichzeitig wird das Elektrodenende 32 des zweiten isolierten Drahts in den Körper eingefügt, wobei der Führungsdraht die Körperflüssigkeiten des Patienten kontaktiert. Im Einsatz wird der elektrische Schaltkreis mit dem Kerndraht 11, dem Sensor (und irgendwelchen zusätzlichen elektronischen Schaltungen) 14, der Ausgangssignal-Elektrode 17, dem Leiter 31 und seinem Elektrodenende 32, den Anschlussleitungen 24, 26 und der elektronischen Einheit 222 über das Körpergewebe 23, d. h. das Blut, des Patienten geschlossen.
Somit enthält der elektrische Schaltkreis gleich demjenigen, was für die vorherigen Ausführungsbeispiele erklärt worden ist, Gewebe des Patientenkörpers. Jedoch wird bei dem Doppeldraht-Ausführungsbeispiel keine Elektrizität durch die Haut des Patienten transferiert, und keine Elektrode wird an die Haut des Patienten angelegt. Stattdessen breiten sich die elektrischen Signale, die die Ausgangssignal-Elektrode 17 verlassen, durch das umgebende Blut zum zweiten elektrischen Draht 31 aus.
Somit ist es bei dem Doppeldraht-Ausführungsbeispiel nicht nötig, eine Elektrode an die Haut des Patienten anzulegen, obwohl dies auf Kosten eines komplizierteren und schwer zu manipulierenden Führungsdrahts erhalten wird.
Obwohl es nötig ist, den Führungsdraht gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unter Verwendung von zwei Anschlussstücken anzuschließen, könnte irgendeines dieser Anschlussstücke irgendein geeignetes Anschlussstück sein, wie beispielsweise ein einfaches billiges Anschlussstück von einem Krokodilklemmentyp.

Claims

System zur intravaskulären Messung einer physiologischen Variablen innerhalb eines lebenden Körpers, eine Stromversorgungselektronikeinheit (22; 222; 332) einschließend, einen elektrischen Draht (11) mit einem distalen Ende zum Einführen in den lebenden Körper und einem proximalen Ende zum elektrischen Verbinden mit der Elektronikeinheit (22; 222; 332) und einen Sensor (14; 502; 406), der eingerichtet ist zum Durchführen der Messungen und mit dem distalen Ende des elektrischen Drahtes verbunden, wobei eine interne Körperelektrode (17; 117; 113B; 317; 405) mit dem Sensor (14; 502; 406) über eine Verarbeitungsschaltung verbunden ist, wobei die interne Körperelektrode einen Abschnitt zum physikalischen und elektrischen Kontaktieren mit Körpergewebe hat, wenn am Messort angeordnet; und eine zweite Elektrode (21, 24; 221; 32) zum elektrischen Verbinden mit der Elektronikeinheit (22; 222; 332), wobei die zweite Elektrode einen Abschnitt zum elektrischen Kontaktieren mit einem zweiten Teil des lebenden Körpers hat, wobei die Verarbeitungsschaltung eingerichtet ist zum Verarbeiten des Ausgangssignals von dem Sensor und zum Anlegen des verarbeiteten elektrischen Signals an die interne Körperelektrode, wobei das System derart eingerichtet ist um das verarbeitete elektrische Signal von der internen Elektrode über das Körpergewebe zu der zweiten Elektrode zu übertragen, wobei das verarbeitete elektrische Signal Information bezüglich der gemessenen physiologischen Variablen einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei der elektrische Draht (11) zum Einfügen in den Körper ein sich durch einen Führungsdraht erstreckender Kerndraht ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikeinheit (22; 222; 332) eine Wechselstromenergiequelle umfasst zum Versorgen des Sensors mit einer Wechselspannung über das Körpergewebe, wobei die Wechselspannung im Bereich von 2–10 V liegt mit einer Frequenz im Bereich von 100 kHz –1 MHz.
System nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsschaltung das Sensorausgangssignal einem Trägerspannungssignal überlagert.
System nach Anspruch 1 oder 4, wobei die Verarbeitungsschaltung einen Gleichrichter einschließt und einen Relaxationsoszillator, die verwendet werden zum Verarbeiten des Ausgangssignals derart, dass das verarbeitete Signal mit einer variablen Periodenzeit oder Pulsbreite in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal versehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Elektrode ein zweiter elektrischer Draht (31) mit einem Elektrodenabschnitt (32) an seinem fernen Ende zum Einfügen in den lebenden Körper ist.
Führungsdraht zur intravaskularen Messung einer physiologischen Variablen innerhalb eines lebenden Körpers, einen elektrischen Leitungsdraht (11) einschließend, der sich entlang des Führungsdrahtes erstreckt und einen Sensor (14; 502; 406) am distalen Ende des Führungsdrahtes verbunden mit dem elektrischen Leitungsdraht (11) und eingerichtet zum Durchführen der Messung, wobei eine interne Körperelektrode (17; 117; 113B; 317; 405) mit dem Sensor (14; 502; 406) verbunden ist, wobei die interne Körperelektrode einen Abschnitt zum physikalischen und elektrischen Kontaktieren mit Körpergewebe hat, wenn an dem Messort angeordnet, wobei der Sensor mit einer Schaltung (501, 502, 503) versehen ist, einschließlich eines Gleichrichters und eines Relaxationsoszillators, verwendet zum Verarbeiten des Ausgangssignals von dem Sensor derart, dass das verarbeitete Signal mit einer variablen Periodendauer oder Pulsbreite in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal bereitgestellt wird, wobei das verarbeitete Signal eingerichtet ist, um angelegt zu werden an die interne Körperelektrode, wobei das verarbeitete Signal Information bezüglich der gemessenen physiologischen Variablen einschließt.
Führungsdraht nach Anspruch 7, wobei der elektrisch leitfähige Draht (11) ein Kerndraht ist, der sich durch den Führungsdraht erstreckt.
Führungsdraht nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Spule (113B) zum Abdecken des distalen Endes des Führungsdrahtes mit dem Sensor verbunden ist, um als interne Körperelektrode zu agieren.
Führungsdraht (210) nach irgendeinem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Draht (31) daran angebracht ist, um sich entlang des Führungsdrahtes zu erstrecken wobei der zweite elektrische Draht einen Elektrodenabschnitt (32) in der Nähe des distalen Endes des Leitungsdrahtes hat zum physikalischen und elektrischen Kontaktieren mit Körpergewebe.