DE60015439T2 - Kombiniertes Kathetersystem für eine intraaortale Blutpumpe und für die Bestimmung des Herzzeitvolumens mittels Thermodilution - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. GEBIET DER ERFINDUNG
- Diese Erfindung bezieht sich auf ein intra-aortales Ballonkathetersystem.
- 2. Beschreibung des Stands der Technik
- US-A4 878 898 offenbart ein Mehrfachlumen-Ballonkathetersystem zur Katheterisierung der Pulmonalarterien. Ein solcher Katheter (Rechtsherzkatheter oder Swan-Ganz-Katheter) wird normalerweise in die obere Hohlvene (Vena cava superior) vorgeschoben und durch die rechte Herzkammer (rechter Ventrikel) in die Lungenarterie eingeführt. Wenn die Spitze des Katheters die rechte Herzkammer erreicht hat, wird ein Ballon in der Nähe der Katheterspitze aufgeblasen, so dass die weitere Bewegung der Katheterspitze in die Lungenarterie durch den Blutstrrom unterstützt wird. Sobald der Katheter sich in der richtigen Postion befindet, wird eine kalte Lösung in den rechten Vorhof oder die obere Hohlvene über eine Injektionsöffnung injiziert, die sich etwa 30 cm vom distalen Ende des Katheters entfernt befindet. Die sich ergebende Temperatur des Blutes, das mit der kalten Lösung in der Lungenarterie gemischt wird, wird mit Hilfe eines Thermistors detektiert, um das Herzzeitvolumen (cardiac output) des Patienten zu messen. Ein Dehnungsstreifen ist an der Spitze des Katheters vorgesehen, um den Druck in der Lungenarterie zu messen. Wenn der Ballon aufgeblasen ist, kann der pulmonale Kapillardruck aufgezeichnet und ausgewertet werden.
- US-A-4 105 022 offenbart einen Rechtsherzkatheter zur Bestimmung von kardiovaskulären Parametern mit einem zusätzlichen Ballonabschnitt für Kollateralzwecke, wie beispielweise Arterienerweiterung und Verkeilung des Katheters in dem Gefäß, wobei das letztere zweckdienlich ist, wenn Instrumente für Biopsie durch das innere Lumen geführt werden, um eine Biopsie zu erhalten.
- Die intra-aortale Ballonpumpe (intra-aortic balloon pump = IABP) ist ein temporäres Kreislaufunterstützungsgerät für Patienten mit einem extrem niedrigen Herzzeitvolumen-Syndrom, z.B. nach myokardialer Ischemi aufgrund koronarer Herzerkrankungen. IABP-Katheter für aortale Gegenpulsation wurden in verschiedenen früheren Patenten (US-Patente 4 733 652; 5 484 385; 5 697 906; 5 711 754; 5 759 175) und US-A-4 077 394, welches als der nächstkommende Stand der Technik betrachtet wird, beschrieben.
- Dieses Gerät, dem das Prinzip der Gegenpulsation zugrunde liegt, verbessert die Blutversorgung des Herzmuskels und anderer Organe während eines kardiovaskulären Schocks oder eines Eingriffs am offenen Herzen zur aorto-koronaren Bypass-Implantation und senkt danach die Sterblichkeitsrate dieser Patienten.
- Der IABP-Katheter wird üblicherweise in der Oberschenkelarterie (A. femoralis) eingebracht, wobei die Führungsdrahttechnik verwendet wird: nach dem Einstechen in das Gefäß wird der Führungsdraht eingeführt. Dieser Draht ist erforderlich, um eine perkutane Einführhülle, i.e., eine Arterienleitung mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des IABP-Katheters, zu installieren. Am proximalen Ende weist diese Hülle ein hämostatisches Ventil auf, welches zur untraumatischen Einführung des IABP-Katheters, z.B. in die Oberschenkelarterie, verwendet wird.
- Ein langer schmaler Ballon ist distal an dem Katheterkörper angebracht, der mit einem computergesteuerten Pumpsystem über das proximale Ende des Katheters verbunden ist. Abhängig von den klinischen Anforderungen löst das EKG oder der femorale Puls das Aufblasen und das Entleeren des Katheterballons mit Helium oder Kohlendioxidgas aus. Das Aufblasen findet am Ende der systolischen Phase des Herzschlags statt, i.e. genau nach Schließen des Aortenventils, und erzeugt einen erhöhten intra-aortalen Druck, was zu einem erhöhten koronaren und systemischen Blutfluß führt. Exakt bevor die nächste Systole zu starten beginnt, wird der Ballon entleert, um eine extensive Nachlast an dem bereits geschädigten Herzen zu vermeiden.
- Die medizinische Indikation des IABP-Systems ist eine lebensbedrohliche Insuffizienz des Herzens und des Blutkreislaufs. Folglich benötigen diese Patienten eine intensive kardiovaskuläre Überwachung, um eine optimale Therapiestrategie zu garantieren.
- Einer der wichtigsten Parameter in diesem Zusammenhang ist jeweils die aktuelle Leistung des Herzens, das Herzzeitvolumen (CO = cardiac output) oder der Herzindex.
- Eine Bestimmung von des Herzzeitvolumens (CO) wird routinemäßig durch pulmonale Thermodilution mit einem Rechtsherzkatheter (right heart catheter = RHC) oder – alternativ – durch transpulmonale arterielle Thermodilution durchgeführt: bei dieser Technik ist kein Rechtsherzkatheter (RHC) für hämodynamische Überwachung erforderlich. Eine arterielle Leitung mit integriertem Thermistor wird perkutan in die Oberschenkelarterie nach Seldinger-Technik eingesetzt und mit einem entsprechenden CO-Monitor verbunden. Über eine herkömmliche zentralvenöse Leitung wird eine definierte Menge von physiologischer Kochsalzlösung, z.B. 10 ml, mit einer definierten Temperatur, die sigifikant unter der Bluttemperatur liegt, wenigstens Raumtemperatur, schnell injiziert. Der CO-Katheter in der Oberschenkelarterie zeichnet Änderungen der Bluttemperatur auf, die durch den Indikator nach dem gleichen Prinzip wie der rechtsventrikulären Katheterisierung hervorgerufen werden. Abhängend von der Herzfunktion wird ein Auswaschen des Indikators schnell oder langsam durchgeführt. Nach der Theorie von Stewart and Hamilton kann das Herzzeitvolumen (CO) durch das Integral der Indikatordilutionskurve folgendermaßen berechnet werden: wobei: ΔTB die Bluttemperaturänderung nach einer Injektion ist,
Vi das Injektatvolumen ist,
TB die Bluttemperatur vor Injektion ist,
Ti die Injektattemperatur ist,
K ein Korrekturfaktor ist, der eine spezifische Wärme und spezifisches Gewicht des Injektats und des Bluts und den Indikatorverlust während der Injektion berücksichtigt. - Eine Bewertung des Herzzeitvolumens simultan zum intra-aortalen Ballonpumpen (IABP) wird gewöhnlich durch Einführen eines Rechtsherzkatheters (RHC) durchgeführt.
- U.S. Patent Nr. 3 995 623 offenbart einen Mehrzweck-Einschwemmkatheter (Rechtsherzkatheter). Dieser Katheter wird durch das Herz des Patienten mittels eines Ballons an seinem distalen Ende eingeschwemmt, um durch den rechten Vorhof, die rechte Herzkammer zu passieren und in die Lungenarterie zu gelangen. Ein zu dem Ballon proximaler Thermistor gestattet ein Überwachen der Bluttemperatur und ermöglicht somit die Bestimmung eines Herzzeitvolumens mit Hilfe der Thermodilutions-Technik.
- Eine Messung eines Herzzeitvolumens (CO) mit einem Rechtsherzkatheter (RHC) bedeutet jedoch eine erhöhte Belastung und weitere Komplikationsrisiken für den kritisch kranken Patienten. Verschiedene Studien in den letzten Jahren haben eine signifikante Häufigkeit von Komplikationen im Zusammenhang mit der Verwendung des Rechtsherzkatheters (RHC) demonstriert, insbesondere Infektionen und traumatische Verletzungen, oder sogar eine erhöhte Sterberate aufgrund des Gerätes selbst.
- Eine Bestimmung eines Herzzeitvolumens (CO) durch transpulmonale Thermodilution in der Oberschenkelarterie simultan mit der Behandlung mit der intra-aortalen Ballonpumpe (IABP) ist nicht ratsam. Die kontralaterale Oberschenkelarterie, die nicht für eine intra-aortale Ballonpumpe (IABP) verwendet wird, muß zum Plazieren des CO-Katheters kanüliert werden. Die Katheter würde beide Oberschenkelarterien belegen und im Fall einer Notoperation könnte dies problematisch sein, da die verfügbare Oberschenkelarterie normalerweise der Notfallszugriff für einen extrakorporalen Kreislauf ist.
- KERN DER ERFINDUNG
- Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Mängel der Geräte nach dem Stand der Technik zu überwinden durch Bereitstellen einer intra-aortale Ballonpumpe (IABP), die eine online-Messung des Herzzeitvolumens ohne einen zusätzlichen intravaskulären Zugriff und ohne eine Unterbrechung der Kreislaufunterstützung der intra-aortale Ballonpumpe (IABP) möglich macht.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen intra-aortalen Ballonpumpen(IABP)-Katheter bereitzustellen, der die Bestimmung eines Herzzeitvolumens ohne Verwendung eines rechtsventrikulären Herzkatheters (Swan-Ganz-Katheter) ermöglicht.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen intra-aortalen Ballonpumpen(IABP)-Katheter bereitzustellen, der die Bestimmung eines Herzzeitvolumens bei minimaler Belastung und minimalem Risiko für einen kritisch kranken Patienten ermöglicht.
- Durch Erfüllen dieser und anderer Punkte der vorliegenden Erfindung wird ein intra-aortales Ballonkathetersystem mit einem Temperatursensor (Thermistor) bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist. Ein derartiger Thermistor ist mit Thermistoren vergleichbar, die bei Rechtsherzkatheterisierung oder arteriellen Thermodilutionskathetern verwendet werden, und er ist für die Bestimmung des Herzeitvolumens geeignet.
- Die Plazierung des Thermistors in dem Katheter kann variieren, die Spitze des Thermistors ist jedoch beständig in Blutfluß, um eine optimale Aufzeichnung der Änderung der Bluttemperatur sicherzustellen. Eine mögliche Position für den Thermistor ist an der Außenseite des Katheterkörpers, etwa 2 cm hinter der Spitze (distales Ende). In diesem Fall muß gewährleistet sein, dass die Thermistorspitze durch das Material des Katheterkörpers nicht bedeckt beziehungsweise isoliert wird. Auf diese Weise wird ein Erwärmen des Umgebungsmaterials und dadurch ein daraus folgender Indikatorverlust für den Thermistor vermieden. Die charakteristische Ansprechzeit des Thermistors ist vergleichbar mit denen der Rechtsherzkatheter (RHCs) oder Arterien-Thermodilutionskatheter.
- Der Thermistordraht soll vorzugsweise in dem Innenlumen des Katheterkörpers verlaufen.
- Alternativ kann der Thermistor nach Positionieren des intra-aortalen Ballonpumpen(IABP)-Katheters über die Öffnung des Innenlumens getrennt eingeführt werden: Für diese Möglichkeit ist der Thermistordraht mit Markierungen oder Begrenzungen ausgestattet, die eine Aussage über die Eindringtiefe des Thermistors in dem Patienten machen: für optimale Messungen muß die Thermistorspitze über die IABP-Katheterspitze um etwa 1 bis 2 cm für eine richtige Plazierung in dem freien Blutfluß herausragen.
- Alle verschiedenen technischen Einheiten des Systems werden in verschiedene Kanäle, an dem proximalen Ende des Katheters aufgeteilt: einen für die Gaspumpe, einen für die Messung des arteriellen Blutdruckes und die Thermistorleitung mit einem transpulmonalen Thermodilutions-Computer. Der Katheter kann dann mit jedem klinisch verwendeten kommerziellen Überwachungssystem verbunden werden, wenn es mit dem erforderlichen Algorithmus zur Berechnung eines transpulmonalen Herzzeitvolumens und abgeleiteten Variablen ausgestattet ist.
- Andere Merkmale, Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichen verdeutlicht.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung des Kathetersystems in situ. -
2 zeigt das Kathetersystem in der Aorta während einer Systole. -
3 zeigt das Kathetersystem in der Aorta während einer Diastole. -
4 ist ein stark vergrößerter Längsschnitt des gesamten Kathetersystems (unterbrochen). -
5 ist ein vergrößerter Querschnitt längs eine Linie V-V aus4 . -
6 ist ein stark vergrößerter Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. -
7 ist ein stark vergrößerter Längsschnitt einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die Thermistorsonde über das Drucklumen des IABP-Katheters durch ein Y-Stück mit einem Ventil, das an dem proximalen Ende des Drucklumens angebracht ist, eingesetzt wird. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- In
1 wurde der Katheterkörper1 perkutan in die Oberschenkelarterie11 über einen Führungsdraht eingeführt und wurde durch das Gefäßsystem in die Aorta14 vorgeschoben, bis die distale Spitze12 des Katheterkörpers1 gerade unter der Subklavis (Arteria subclavia) positioniert ist. Wenn die Position erreicht ist, wird eine Ballonpumpe (nicht gezeigt) mit dem Verbindungsstück8 verbunden, um den Ballon7 synchron zum Herzschlag des Patienten zu betreiben. Der Ballon7 kann insbesondere aufgeblasen und entleert werden, um besonders den Blutstrom in die Koronararterien zu unterstützen. Aufblasen des Ballons findet statt, wenn die Aortenklappe13 sich schließt, und Entleeren findet unmittelbar vor dem Einsetzen einer Systole statt. Am proximalen Ende des Katheterkörpers ist ein Luer-Lock-Verbinder9 vorgesehen, um das innere Lumen des Katheterkörpers1 mit einem Blutdruck-Monitor (nicht gezeigt) zu verbinden. - In der Nähe der distalen Spitze
12 des Katheterkörpers1 ist ein Thermistor5 vorgesehen, der ein Überwachen der Bluttemperatur des in die Aorta14 fließenden Blutes gestattet. Der Thermistor ist an einen Draht gekoppelt, welcher in einer Thermistor-Steckvorrichtung am distalen Ende des Katheterkörpers1 endet. - Der Pumpvorgang des intra-aortalen Ballonkatheters wird an Hand von
2 und3 demonstriert. -
2 zeigt das Herz mit einer offenen Aortenklappe13 (Systole), wobei sich der Ballon7 in seinem entleerten Zustand befindet, um die Nachlast (Afterload) herabzusetzten und die Pumpwirkung des Herzens nicht zu behindern. -
3 zeigt das Herz während einer Diastole, wobei die Aortenklappe13 geschlossen ist. Der Ballon7 ist aufgeblasen, um den Aortendruck zu vergrößern und eine Blutdurchströmung insbesondere der Koronararterien16 zu begünstigen. -
4 ist ein Längsschnitt des erfindungsgemäßen Ballonkatheters. Der Katheter weist einen Katheterkörper1 mit einem ersten inneren Lumen3 und einem zweiten inneren Lumen4 auf, wobei die zwei Lumina voneinander durch eine Trennwand2 getrennt sind. - Ein äußeres Lumen
15 steht in Verbindung mit einen Aufblaßballon7 . Das äußere Lumen15 steht an dem proximalen Ende des Katheterkörpers1 mit einem Verbinder8 in Verbindung, welcher an die Pumpe (nicht gezeigt) zu koppeln ist. Das erste innere Lumen3 ist an dem proximalen Ende des Katheterkörpers1 mit einem Luer-Lock-Verbinder9 verbunden, der ein Koppeln an einen Bludruck-Monitor (nicht gezeigt) gestattet. - Etwa 2 cm proximal zu der Katheterspitze ist ein Thermistor
5 an der Außenseite des Katheterkörpers1 angebracht. Der Thermistor5 ist an eine Thermistorleitung6 gekoppelt, die zu dem proximalen Ende des Kathrterkörpers1 führt, wo sie in einer Thermistor-Steckverbindung10 endet, welche an einen Temperatur-Monitor (nicht gezeigt) gekoppelt werden kann. Die Thermistorleitung6 ist in die Außenwand des Katheterkörpers1 versenkt. - Wie dem Querschnitt aus
5 zu entnehmen ist, ist der Thermistor5 in die Außenwand des Gehäuses des Katheterkörpers1 versenkt, um ein Vorschieben des Katheters in das Blutgefäß nicht zu behindern, aber um gleichzeitig einen guten Kontakt zu dem strömenden Blut zur schnellen Bestimmung seiner Temperatur zu ermöglichen. -
6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Thermistor5 mit einem starren Draht17 versehen ist, so dass er in das zweite Lumen4 vorgeschoben werden kann, bis er über die Katheterspitze vorsteht, um in Kontakt mit dem strömenden Blut zu kommen. Markierungen (nicht gezeigt) in der Nähe des proximalen Endes des Drahtes17 zeigen dem Arzt an, wenn der Draht17 in eine ausreichende Tiefe in den Körper des Patienten vorgedrungen ist, um die in6 gezeigte Position zu erreichen, in der er in den freien Blutstrom hineinragt. -
7 zeigt eine noch weitere Ausführungsform, welche nur ein inneres Lumen3 aufweist, das hauptsächlich für ein Überwachen eines arteriellen Blutdruckes verwendet wird, wobei das äußere Lumen15 zum Aufblasen und Entleeren des Ballons7 in der gleichen Weise konzipiert ist wie das äußere Lumen15 der Ausführungsformen aus4 und6 . An dem proximalen Ende des Lumens3 ist eine Y-Verbindung18 vorgesehen, die an einer ihrer Verzweigungen den Luer-Lock-Verbinder9 zur Verbindung mit einem Blutdruck-Monitor und an ihrer anderen Verzweigung ein Ventil20 aufweist, um den Thermistor5 zusammen mit dem starren Draht17 einzuführen, der in einen Thermistor-Steckverbinder an seinem proximalen Ende endet. - Die Kathetersysteme, die bezugnehmend auf
5 ,6 und7 im vorhergehenden speziell erläutert wurden, werden folgendermaßem verwendet. Der Katheterkörper1 wird in die Aorta eines Patienten vorgeschoben und gehandhabt, wie bereits vorher bezugnehmend auf1 bis3 beschrieben wurde. Um das Herzzeitvolumen zu bestimmen, wird ein Injektat mit einer signifikant niedrigeren Temperatur als der Temperatur des Bluts eines Patienten schnell in eine Vene injiziert, vorzugsweise die Zentralvene oder den rechten Vorhof des Patienten. Die Temperaturkurve im Ansprechen auf die Injektion wird mit Hilfe eines Thermistors5 kontrolliert und das Herzzeitvolumen, das globale enddiastiolische Volumen, das intrathorakale Blutvolumen und das extravasale Lungenwasser werden daraus im Stand der Technik bekannten Algorithmen berechnet. Die Messung eines Herzzeitvolumens nach der Erfindung belastet den kritisch kranken Patienten nicht, da die intravenöse Injektion von kaltem Injektat besonders bei kritisch kranken Patienten, die normalerweise einem permanenten intravenösen Zugriff für andere medizinische Indikationen ausgesetzt sind, einfach durchgeführt werden kann.
Claims (7)
- Intraaortales Ballonkathetersystem mit einem Katheterschlauch, der ein distales Ende zum Einführen in die Aorta und ein zum distalen Ende entgegengesetztes proximales Ende aufweist, wobei das System ferner folgendes aufweist: einen zu dem distalen Ende (
2 ) proximalen Ballonabschnitt (7 ), welcher sich wiederholt ausdehnt und kontrahiert, so dass der Pumpvorgang des Herzens unterstützt wird; wobei der Katheterschlauch ein Lumen (15 ) aufweist zum Einleiten eines unter Druck stehenden Gases in den Ballonabschnitt (7 ) und zum Ableiten des unter Druck stehenden Gases aus den Ballonabschnitt (7 ), dadurch gekennzeichnet, dass das System außerdem einen Temperatursensor (5 ) aufweist, der nahe und distal an der distalen Spitze des Katheterschlauchs vorgesehen ist oder an der Außenseite des Katheterschlauchs proximal zu der distalen Katheterspitze und distal zu dem Ballonabschnitt (7 ) angebracht ist, um ein Überwachen der Bluttemperatur in der Aorta zu ermöglichen, wobei der Temperatursensor (5 ) elektrisch an einen Verbinder an dem proximalen Ende des Katheterschlauchs gekoppelt ist. - Intraaortales Ballonkathetersystem nach Anspruch 1 , bei dem der Katheterschlauch ein weiteres Lumen (
4 ) aufweist, in welchem der Temperatursensor (5 ) zu der distalen Katheterspitze hin vorgeschoben werden kann. - Intraaortales Ballonkathetersystem nach Anspruch 2, bei dem der Temperatursensor (
5 ) mit einem Draht (17 ) verbunden ist, der länger als der Katheterschlauch ist, so dass dieser über das distale Ende des Katheterschlauchs vorsteht. - Intraaortales Ballonkathetersystem nach Anspruch 3, bei dem der Draht (
17 ) eine Markierung nahe an seinem proximalen Ende aufweist, die anzeigt, wann der Temperatursensor (5 ) seine Position an dem distalen Ende des Katheterschlauchs erreicht hat. - Intraaortales Ballonkathetersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Katheterschlauch noch ein weiteres Lumen (
3 ) zum Überwachen des Blutdruckes aufweist. - Intraaortales Ballonkathetersystem nach Anspruch 2, bei dem das weitere Lumen (
4 ), in welches der Temperatursensor (5 ) eingesetzt ist, mit einer Y-Verbindung ausgestattet ist, die zwei Abzweigungen an ihrem proximale Ende bildet, wobei die zwei Abzweigungen der Y-Verbindung ausgelegt sind, um mit einem Blutdrucküberwachungsgerät bzw. einem Thermistorkoppler verbunden zu werden. - Intraaortales Ballonkathetersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Temperatursensor (
5 ) ein Thermistor ist.
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