NL7808082A - Intravasculaire lussonde met twee wederzijds loodrechte lussensoren. - Google Patents

Description

-1- 20120/JF/ts

Aanvrager: The Regents of the University of California, Berkeley, Californië, Verenigde Staten van Amerika.

Korte aanduiding: Intravasculaire lussonde met twee wederzijds loodrechte lussensoren.

5

De uitvinding heeft betrekking op een intravasculaire lussonde.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.757.773.

In het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift wordt een systeem beschre-10 ven voor het meten van de bloedstroom en vasculaire diametervariaties, onder gebruikmaking van een enkele intravasculaire lussonde in een extrakorpureel j magnetisch veld. Dergelijke metingen kunnen worden uitgevoerd binnen een breed bereik van arbitraire sonde-oriëntaties met betrekking tot het magnetische veld. De instelling voor een optimale sonde-oriëntatie is wenselijk voor een 15 maximum signaal, maar deze instellingen kunnen zeer veel problemen met zich meebrengen. De reden voor deze moeilijkheid is het falen van de fijne draadsonde-lus om continu de torsie te volgen, welke wordt uitgeoefend op de steel van de sonde, welke huist in een intravasculair katheter. Als regel zal de oriëntatie van de lus niet veranderen voor een gegeven hoekige verdraaiing^deforma-20 tie van de draadsteel, hetgeen resulteert in een wringing, welke aan de steel van de sonde wordt toegevoerd, waar deze uit de katheter tevoorschijn komt.

Wanneer de verdraaiingshoek een bepaalde kritische waarde bereikt, zal de lus discontinu springen naar een nieuwe stabiele oriëntatie vanwaar deze alleen door een additionele hoekige sprong, welke door additionele torsie wordt ver-25 oorzaakt kan worden opgeheven.

Daarvandaan is het een hoofddoel van de uitvinding een meervoudige lus te verschaffen in een katheter om gebruikt te worden voor -'het meten van de snelheid van een stroom van geleidende vloeistof in een bloedvat of een ander kanaal, en voor het meten van de diameter van het bloedvat of kanaal, 50 waarbij de sonde een dusdanige constructie heeft, dat het een meetsignaal kan leveren onafhankelijk van de oriëntatie van de lus in het kanaal voor elke rotatiehoek rond de as van het kanaal met betrekking tot een extern toegevoerd magnetisch veld.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een elektro-35 magnetische sonde, welke via een intravasculair katheter ingebracht k<an worden, 7808082 -2- 20120/JF/ts welk katheter twee draadlussen heeft, welke in loodrechte op elkaar staande vlakken zijn aangebracht voor het ontwikkelen van een oriëntatie-onafhankelijk sigr naai, voor het aftasten van veranderingen in de diameter van het kanaal.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een sbride 5 welke is voorzien van schakelingen voor het maximaliseren van de vloeistofstroom of kanaaldiametersignalen, ongeacht de oriëntatie van de lussen van de sonde met betrekking tot een extern magnetisch veld.

De uitvinding beoogt het bovengenoemde bezwaar op te heffen en de bovengestelde doelen te bereiken, en verschaft daartoe een intravasculaire lussonde, 10 welke daardoor wordt gekenmerkt, dat de intravasculaire lussonde omvat: een eerste vlakke deformeerbare draadlus, Welke is aangebracht in een eerste vlak; een tweede vlakke deformeerbare draadlus, welke is aangebracht in een tweede vlak,welke tweede vlak in pnincipe loodrecht staat op het eerste vlak, en welk tweede vlak het eerste vlak centraal snijdt, welke eerste en tweede lus de son-15 de definiëren, en waarbij elk van de lussen opvouwbaar is tot een lange configu ratie, om deze in te brengen in een smal kanaal en welke configuratie uitzet-baar is in een breder kanaal; en elektrodemiddelen, welke diametraal tegenover de zijden van elk van de lussen zijn gevormd voor het opvangen van elektro-mag-netisch geïnduceerde signalen, welke overeenkomen met de snelheid van een vloei-20 stofstroom in het bredere kanaal en lusklemmen, welke een geïnduceerd signaal verschaffen, welke overeenkomt met de breedte van het bredere kanaal, waarbij een extern toegevoerd magnetisch veld spanningsinductie zal veroorzaken in de stromende vloeistof en de lussen in het bredere kanaal, welke spanningen overeenkomen met de snelheid van de vloeistofstroom in het bredere kanaal en met 25 de diameter van het bredere kanaal.'

Volgens de uitvinding maakt de sonde gebruik van twee loodrecht op elkaar staande lussensoren in een enkele stroom-diametersonde. Wanneer een van de lussen ongunstig is georiënteerd in het magnetische veld, is de oriëntatie van de andere lus gunstig. Het meest ongunstigei geval is een hoek van 30 45° tussen het magnetische veld en de vlakken van de lussen, waarbij het sig naal daalt tot 70,7% van de optimale waarde. Door het nemen van de vierkantswortel van de som van de kwadraten van de twee lustransducentsignalen verkrijgt men een uitgangssignaal voor de stroom en diametermetingen, welke onafhankelijk is van de oriëntatie van de sonde. Deze bewerking kan elektronisch worden uit-35 gevoerd.

7808082 _3_ 20120/JF/ts

De uitvinding zal nu gedetailleerd worden beschreven aan de hand van de figuur, waarin: fig. 1 een schematische weergave is van een intravasculaire lussonde, welke is vervaardigd in overeenstemming met de concepten van de uitvinding en in een bloedvat aangebracht getoond; fig. 2 een grafiek is, welke de oriëntatie toont van een extern magnetisch veld met betrekking tot de lussen van de sonde; en fig. 3 een blokschema is van de lussen van de sonde in samenhang met de schakelingen voor het verkrijgen van een maximaal stroom- of diameter-signaal, onafhankelijk van de oriëntatie van de lussen.

In de figuren van de tekening zijn overeenkomstig onderdelen aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers.

In fig. 1 is een orthogonale lussonde aangegeven met het verwijzings-cijfer 10. Deze sonde maakt deel uit van een katheter-elektro-magnetische ^ stroommeter. De sonde 10 is in een bloedvat 12 getoond, waarvan de wanden kontakt maken met de elektroden E'^ en E"^ van draadlus en met de elektroden E'^ en E1^ van de andere draadlus L^. Elk van de draadlussen en L omvat twee twee-draads geïsoleerde draden, respectievelijk 14a, 14b en 16a, 16b. Voordat de probe 10 verder zal worden beschreven, wordt eerst het principe van een enkel-2q lussensor toegelicht aan de hand van lus L^. De isolatie van de draad 14b is verwijderd op een centraal gedeelte langs de lengte van de lus over een paar milimeters om een elektrode E'^ te vormen. De isolatie van de draad 14a is over eenzelfde afstand verwijderd langs de lengte van de lus om E"^ te vormen. Deze blanke draadgebieden werken als stroom-aftastende elektroden, welke worden 2j gebruikt voor het uitvoeren van de stroomraeterfunctie van de lussensor. Aan één uiteinde van de lus zijn de twee-draads draden bevestigd in een half stijve plastic omvattende steel 17 beneden een blanke metalen aardkraag 18, welke is verbonden met een aarddraad 20, welk deel uitmaakt van de draadbundel van de steel 17. De lus heeft in het algemeen een lensvormige of ovale vorm en kan worden samengedrukt in een lange configuratie, teneinde te kunnen passeren in een buisje met een interne diameter van 1 tot 2,3 milimeter, om deze verlengde configuratie in het bloedvat 12 te kunnen inbrengen.

Het magnetische veld B is ongunstig georiënteerd met betrekking tot de lus voor het ontvangen van een stroomsignaal, aaneezien het veld parallel is 22 aan de lijnen waartussen de elektroden zijn aangebracht. De optimale oriëntatie 7808082 -4- 20120/JF/ts van de magnetische veldeffector voor de lus zal loodrecht op de bladzijde zijn. Deze veldoriëntatie zal eveneens optimaal zijn voor het induceren van een elektro-motorische kracht in de lus (in elk van de draden 14a, 15b van het twee-draads paar) welke werkt als een secundaire zijde van een transforma-5 tor met betrekking tot de wisseIstroommagneet M, welke de rol van de primaire zijde van de transformator speelt. Deze geïnduceerde elektro-motorische kracht verschaft signaalinformatie over de veranderingen in de diameter van de vaten, hetgeen de angiometerfunctie is van de lussensor.

Lus vertegenwoordigt de lussensor in de gunstigste oriëntatie waarin, 10 een nul-signaal wordt toegevoerd aan een externe stroom- en diameter aftastende versterkers (niet getoond). Volgens de uitvinding is er voorzien in een tweede lussensor gemaakt van geïsoleerde twee-draads draden 16a, 16b met centraal ontblote draadgebieden, welke de elektroden E'^ en E"2 van de lus vormen.

De verlengde samendrukbare lus L^’ heeft een uiteinde aan het eind 19 van de 15 probe. Aldaar kunnen de uiteinden van de lussen en worden samengevoegd door isolerende middelen. Het andere open uiteinde van de lus loopt door de aardkraag 18 en is bevestigd in de steel 17. Einddraden 14'a, 14'b, 16'a, 16'b worden verbonden met de lusdraden 14a, 14b, 16a, 16b en strekken zich onder de steel uit buiten het vat of kanaal 12 om verbonden te worden met versterkers en 20 andere externe schakelingen. De structuren van de lussen en zijn identiek in de dubbele lussensorconfiguratie. Het vlak van de lussensor staat loodrecht op dat van lus L^. De ongunstige oriëntatie van lus L^, zal als hierboven aangenomen in fig. 2, wordt effectief gecompenseerd door de optimale oriëntatie van de lus Lwelke loodrecht staat op het veld B. Een optimaal vloeistofstroom-25 signaal wordt zodoende opgevangen door de elektroden E'2, E"^ door de elektrode E^j E1^ van de lus L^. Door het verbinden van de einddraden 16'a, 16'b van de lus L2 met een uitgangssignaalversterker k^ (fig. 4) wordt een optimaal versterkte stoomsignaal verkregen.

In het algemeen zal de dubbele lussensorsonde 10 een arbitraire hoek 0L· 30 vormen met een vector van het magnetisphe veld B, zie fig. 2. Het zal dan mogelijk zijn het uitgangssignaal te ’gebruiken van die lus, welke de grootste stroom- en diametersignalen oplevert. De signalen, welke worden afgeleid van de lussen en worden gelijk aan elkaar als 0L= 45° zoals getoond in fig. 2.

In fig. 2 is de oriëntatie van de magnetische vector B^aangegeven met betrekking 35 tot de wederzijds loodrechte 'vlakken van de lussen en L^. De ongunstigste 7808082 -5- 20120/JF/ts oriëntatie van de sensorsonde is dus bij θ£= 45°. In dit geval leveren de beide lussen een signaal welk 70,7% is van de optimale waarde. Bij elke andere oriëntatie zal een van de twee lussen een stroom- en diametersignaal leveren, welke dichter bij 100% van de maximale waarde ligt. Het gebruik van de sonde 10 5 bespaart een groot gedeelte van de tijd en de inspanning bij het meten van in wendige bloedvaten (bijv. hogere mesenterische slagaders en aders) door het elimineren van de noodzaak van het roteren van het voorwerp en het veranderen van de plaatsing van de extra-korpurele magneet M, waarvan het veld B wordt vertegenwoordigd door de vector B^ in fig.2.

Een ideaal systeem zou een systeem zijn waarbij de stroom- en diameter-signalen konstant blijven ongeacht de waarde van de hoek . Dit kan worden bereikt op basis van de volgende overwegingen. De amplitude van het lussig-naal V en het stroomsignaal V zijn evenredig met de component van het magne-tische veldamplitude B^, welke loodrecht staat op het vlak van de gegeven lus 2^ of L^. Onder gebruikmaking van een symbool V waarvoor of of afhanke lijk van het stroomsignaal of het diametersignaal wordt beschouwd, kunnen we voor de signalen (V^,) en (Vq)^ a^ëe^e^-^ van ^us of lus schrijven (V>1 = C Bfl cosoi (1) (V ) = C Bq sinoL· (2) 2q De evenredigheidskonstante C is natuurlijk verschillend voor het stroom signaal en het lussignaal.

Door optellen van de kwadraten van de vergelijking (1) en (2) verkrijgen we voor het somsignaal: (VQ)2 = (Vq)^2+ (Vq)22 = C2BQ2( cos2oC+sin 2oC) = C2BQ2 = konstant 25 of Vq = CBq = konstant. (3)

Door het optellen van de kwadraten van de signalen, welke zijn afgeleid van de twee lussen (of van de twee tweetallen elektroden) verkrijgen we een resulterend signaal V'^ welke onafhankelijk is van de relatieve oriëntatie tussen de lus en de richting van het magnetische veld, wanneer de laatste in een 3Q vlak ligt, welk loodrecht is op de as van het bloedvat. De laatste voorwaarde wordt eenvoudig experimenteel te bewijzen, aangezien de lus en stroomsignaal verdwijnen wanneer de magnetische vector parallel is aan de as van het bloedvat en maximaal is wanneer deze loodrecht daarop staat. Alleen het signaal V' dient te worden gemaximaliseerd wanneer de magneet wdrdt geplaatst.

35 Fig. 3 toont een schakeling voor het elektronisch verwerken van de 7808082 -6- 20120/JF/ts stroom- en lussignalen, welke worden afgeleid van de lussen en van de sonde 10, waarbij een tweetal kwadrateerschakelingen C'^ en C"^ de binnenkomende lus- of stroomsignalen kwadrateren, welke signalen zijn versterkt door de versterkers A^, A^- Een optelschakeling C^ telt de uitgangssignalen van de scha-5 keling G'^ en C"^ op. Een schakeling levert de vierkantswortel van het sig naal dat is afgeleid van opteller C^j en levert dus een stroom- of diametersen-sorsignaal V‘q, welke onafhankelijk is van de oriëntatiehoek van de lussen L^, met betrekking tot het magnetische veld van de extra-korpurele magneet.

De kwadrateerschakeling, optelschakeling en schakeling voor het verkrijgen 10 van de vierkantswortel zijn alle conventionele componenten en behoeven geen ver dere beschrijving.

Ofschoon de lussensoren van de sonde 10 zijn getoond met één uiteinde samengevoegd op de punt van maximale kromming, kan het bij sommige toepassingen wenselijk zijn de lus open te hebben,d.w.z. één uiteinde van elke lus eindigt 15 bij zijn overeenkomstige elektrode en het andere uiteinde van elke lus eindigt zoals hiervoor beschreven in de klemmen.

Het dient begrepen te worden dat het voorgaande alleen betrekking heeft op een voorkeursuitvoeringsvorra van de uitvinding en dat het de bedoeling is alle veranderingen en modificaties te omvatten van het voorbeeld van de uitvinding 20 welk in de beschrijving is gekozen voor het doel de uitvinding te verduidelijken, voor zover deze wijzigingen niet buiten de geest en de strekking van de uitvinding vallen.

-CONCLUSIES- 7808082

Claims (11)

1. Intravasculaire lussonde, met het kenmerk, dat de intravasculaire lussonde omvat: een eerste vlakke deformeerbare draadlus, welke is aangebracht 5 in een eerste vlak; een tweede vlakke deformeerbare draadlus, welke is aangebracht in een tweede vlak, welk tweede vlak in principe loodrecht staat op het eerste vlak, en welk tweede vlak het eerste vlak centraal snijdt, welke eerste en tweede lus de sonde definiëren, en waarbij elk van de lussen opvouwbaar is tot een lange dunne configuratie, om deze in te brengen in een smal kanaal en 10 welke configuratie uitzetbaar is in een breder kanaal; en elektrodemiddelen, welke diametraal tegenover de zijden van elk van de lussen zijn gevormd voor het opvangen van elektro-magnetisch geïnduceerde signalen, welke overeenkomen met de snelheid van een vloeistofstroom in het bredere kanaal en lusklemmen, welke een geïnduceerd signaal verschaffen, welk overeenkomt met de breedte 15 van het bredere kanaal, waarbij een extern toegevoerd magnetisch veld spannings-inductie zal veroorzaken in de stromende vloeistof en de lussen in het bredere kanaal, welke spanningen overeenkomen met de snelheid van de vloeistofstroom in het bredere kanaal en met de diameter van het bredere kanaal.

2. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zowel de eerste als de tweede draadlus één gesloten uiteinde heeft; en dat de lussen een algemeen lensvormige lusconfiguratie hebben, wanneer de lussen uitgezet zijn in het bredere kanaal.

3. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de intravasculaire lussonde verder middelen omvat voor het vormen van een steel welke ontstaat aan de open uiteinden van i-de lussen, teneinde het inbrengen van de sonde door een katheter in het bredere kanaal te vergemakkelijken en de sonde te positioneren in het bredere kanaal. 30

4. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de intravasculaire lussonde verder een aardring omvat, welke de beide open uiteinden van de lussen omsluit, teneinde de sonde te aarden.

5. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat 7808082 -8- 20120/JF/ts de intravasculaire ·lussonde verder isolerende middelen omvat, welke de gesloten uiteinden van de lussen bij elkaar brengen, om samen te werken met de steel voor het handhaven van de loodrechte stand van de lussen ten opzichte van elkaar, wanneer deze zijn uitgezet, en voor het vergemakkelijken van het inbrengen 5 van de sonde in het bredere kanaal.

6. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de intravasculaire lussonde verder schakelingsmiddelen omvat, welke zijn verbonden met de lusklemmen, voor het ontvangen van de signalen en voor het maximaliseren 10 van de signalen, ongeacht de oriëntatie van de lussen in het magnetische i.veld.

7. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de schakelingsmiddelen omvatten: een versterkerorgaan voor het versterken tvan de signalen; een kwadrateerschakelingsorgaan voor het kwadrateren van de versterk-15 te signalen; een optelschakelingsorgaan voor het optellen van de gekwadrateerde signalen; en een vierkantswortelschakelingsorgaan voor het afleiden van uitgangs-spanningssignalen, welke overeenkomen met de vierkantswortel van de opgetelde gekwadrateerde signalen, waarbij de uitgangsspanningssignalen ‘onafhankelijk zullen zijn van de rotatie-oriëntatie van de lussen binnen het kanaal in het 20 magnetische veld.

8. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de intravasculaire lussonde verder een schakelingsorgaan omvat, welke is verbonden met de lusklemmen voor- het ontvangen van de signalen en voor het maximali-25 seren van de signalen ongeacht de oriëntatie van de lussen in het magnetische veld.

9. Intravasculaire lussonde volgens conlcusie 8, met het kenmerk, dat de intravasculaire lussonde ve>r(jer middelen omvat .voor het omsluiten van de open 30 uiteinden van de lussen voor het vormen van een half stijve steel daaraan, teneinde het inbrengen en het positioneren van de sonde in het bredere kanaal te vergemakkelijken.

10. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat 35 de intravasculaire lussonde verder een aardring omvat, welke de open uiteinden 7808082 -9- 20120/jF/ts van de lussen omvat; en een aardleiding, welke is verbonden met de ring voor het aarden van de sonde.

11. Intravasculaire lussonde volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat 5 de intravasculaire lussonde verder klemleidingen omvat, welke zijn verbonden met de open uiteinden van de lussen voor het verbinden aan het schakelingsorgaan extern van de schakeling. Eindhoven, 26 juli 1978. J | I 7808082