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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgabe ausgewählter therapeutischer und/oder
diagnostischer Wirkstoffe an Zielstellen in ausgewählten Körpergeweben.
Insbesondere ermöglicht
die Erfindung eine kanülenlose
Abgabe solcher Wirkstoffe, wobei jeder Wirkstoff in einem oder mehreren
hochenergetischen Strahlen oder Strömen bereitgestellt wird, die
gegen ausgewählte
Wand- oder Oberflächenbereiche
ausgewählter
Gewebe gerichtet werden.
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Kanülen sind
zur Abgabe von therapeutischen und diagnostischen Wirkstoffen in
ausgewählte
Gewebe seit langer Zeit beliebt. In einer typischen Anwendung wird
eine Kanüle
mit einem sich durch diese erstreckenden axialen Lumen durch die
Wand eines ausgewählten
Gewebes bis zu einer gewünschten
Tiefe geschoben, und dann wird ein Wirkstoff aus einem Aufnahmebereich
(z. B. einem Beutel oder einem Spritzenzylinder), der in Fluidverbindung mit
dem proximalen Ende der Kanüle
steht, durch das axiale Lumen und aus dem distalen Ende hinaus in
das Gewebe befördert.
Vielleicht am besten bekannt wegen ihrer Verwendung zur Abgabe von
Wirkstoffen durch die Haut, sind bisher auch Kanülen in Verbindung mit Kathetern
und endoskopartigen Vorrichtungen zur Abgabe von Wirkstoffen in
verschiedene Organe und Gewebe im Körper weit verbreitet. Zum Beispiel
ist in einer typischen katheterartigen Vorrichtung ein äußerer Mantel
für die
Navigation durch das Gefäßsystem
eines Patienten konfiguriert, z. B. unter Verwendung eines Zugdrahtmechanismus,
der funktionsfähig
ist, den distalen Endbereich des Katheters in der gewünschten
Weise zu biegen. Ein im Mantel angeordneter hin- und herbeweglicher Schaft
definiert einen Wirkstoffabgabedurchgang, der an seinem distalen
Ende mit dem proximalen Ende einer Wirkstoffabgabekanüle verbunden
ist. Durch Vorschieben des inneren Schaftes kann ein Bediener be wirken,
daß das
distale, spitze Ende der Kanüle
einen ausgewählten
Bereich des Gewebes durchsticht. Ein Wirkstoff kann dann durch das
Lumen des Schaftes befördert
werden, z. B. unter Druck, um aus dem distalen Ende der Kanüle und in das
Gewebe zu strömen.
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Obwohl
für bestimmte
Zwecke angemessen und wirkungsvoll, ist die Verwendung von Kanülen als
Injektionsvorrichtungen nicht ohne Nachteile. Zum Beispiel kann
im Kanülendurchdringungsbereich
eine Gewebeschädigung
auftreten. Da die meisten Kanüleninjektionsvorrichtungen
lediglich eine einzige Kanüle
verwenden, ist die Abgabe eines Wirkstoffs außerdem oft stark auf einen
relativ kleinen Bereich im Gewebe begrenzt (d.h. auf die Stelle an
dem distalen Ende der Kanüle),
wobei die Fläche bzw.
das Volumen des Gewebes, das mit jedem Abgabevorgang behandelt werden
kann, eingeschränkt sind.
Mit besonderem Hinblick auf katheterartige Kanüleninjektionsvorrichtungen,
wie die oben beschriebenen, kann das axiale Hin- und Herbewegen
des kanülentragenden
Schaftes im steuerbaren Mantel in solchen Situationen behindert,
wenn nicht sogar völlig
verhindert werden, in denen der distale Katheterendbereich in hohem
Grade gebogen werden muß, z.
B. um entfernte Bereiche über
gewundene Wege des Gefäßsystems
des Patienten zu erreichen, was diese Vorrichtungen für bestimmte
Anwendungen ungeeignet macht.
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EP-A-0
489 496 betrifft Verfahren zur Behandlung von Plaqueablagerungen
an der Arterienwand eines Patienten. Dieses Verfahren verwendet einen
Hochdruckstahl aus einer sterilen Kochsalzlösung, der auf die Plaqueablagerung
gerichtet wird. Der Hochdruckstrahl befindet sich am distalen Ende eines
Führungsdrahtes
oder Katheters, der durch das Gefäßsystem bis zur Stelle der
Plaqueablagerung vorgeschoben wird. Eine optionale Entfernung des
Debris erfolgt über
ein Evakuierungslumen im Katheter. Diese besondere Technik richtet
den Fluidhochdruckstrahl distal zur distalen Spitze des Führungsdrahtes
oder Katheters. Dies gestattet die Behandlung von völlig verschlossenen
Arterien, da die Vorrichtung die Läsion nicht durchdringen muß, um wirkungsvoll
zu sein. Einige Anwendungen verwenden den Fluidhochdruckstrahl zur Öffnung eines
hinrei chenden Durchgangs im Arterienverschluß, um die weitere Dilatation
unter Verwendung eines Ballons zu ermöglichen, der in die Vorrichtung
integriert oder auf diese aufgeschoben ist. Eine Ultraschallwandleranordnung,
die sich nahe dem Hochdruckstrahl befindet, gestattet dem behandelnden
Arzt das Verfahren zu überwachen.
Dies kann besonders für die
Ausführungsformen
wichtig sein, bei denen der Fluidhochdruckstrahl versehentlich mit
kurzem Abstand auf das Gefäß gerichtet
werden kann. Die Ultraschallvorrichtung stellt sicher, daß der Fluidstrahl auf
den Plaque und nicht auf das natürliche
Gewebe gerichtet wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche definiert
und stellt eine Vorrichtung zur Abgabe eines ausgewählten diagnostischen
oder therapeutischen Wirkstoffs an eine Zielstelle in einem ausgewählten Körpergewebe,
wie etwa das Herzmuskelgewebe, bereit.
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In
einer allgemeinen Ausführungsform,
weist die Vorrichtung auf: einen langgestreckten Mantel mit (a)
einem proximalen und einem distalen Ende, (b) einem oder mehreren
Lumen, die sich zwischen diesen Enden erstrecken, und (c) einer
im wesentlichen stumpfen distalen Stirnfläche, die eine oder mehrere Auslaßöffnungen
definiert, die mit einem oder mehreren der Lumen in Verbindung stehen.
Jede Auslaßöffnung hat
einen Durchmesser von etwa 0,025 Zoll (0,635 mm) oder weniger (z.
B. von etwa 0,00025 Zoll (0,00625 mm) bis etwa 0,020 Zoll (0,508
mm)). Die Vorrichtung weist weiterhin eine Drucksteuerquelle (z.
B. eine Pumpe) auf, die für
eine Fluidverbindung mit einem oder mehreren der Lumen angepaßt ist. Die
Drucksteuerquelle ist funktionsfähig,
einen erhöhten
Druck (z. B. bis etwa 300 psi (2068,427 kPa)) in diesem/diesen Lumen
zu erzeugen, so daß ein
darin plazierter Wirkstoff in Richtung einer oder mehrerer der Auslaßöffnungen
und aus dieser/diesen hinausbefördert
wird, wobei ein oder mehrere jeweilige Fluidstrahlen oder -ströme gebildet
werden, die imstande sind, ein ausgewähltes, ihnen benachbartes Gewebe
zu durchdringen. Die Drucksteuerquelle ist dafür angepaßt, einen Druck von bis zu
100 psi (689,476 kPa) an einer oder mehreren der Auslaßöffnungen
bereitzustellen.
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Die
Vorrichtung kann ferner ein oder mehrere Ventile aufweisen, wie
z. B. federbelastete, kanülenartige
Kolben oder dergleichen, wobei jedes an einer Stelle entlang des
distalen Bereichs eines der jeweiligen Lumen zur Regulierung des
hindurchströmenden
Fluids angeordnet ist. Die Ventile können manuell betrieben werden,
oder sie können
automatisch auf ein oder mehrere ausgewählte Ereignisse ansprechen
(z. B. Erreichung eines Schwellendrucks an oder nahe einer jeweiligen
Auslaßöffnung).
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In
einer Ausführungsform
hat mindestens eine der Auslaßöffnungen
eine längsgerichtete
Mittelachse, die nicht mehr als 35° in bezug auf eine längsgerichtete
Mittelachse des Mantels am seinem distalen Ende angewinkelt ist.
In einer anderen Ausführungsform
ist die längsgerichtete
Mittelachse mindestens einer der Auslaßöffnungen im wesentlichen parallel
zu der längsgerichteten
Mittelachse des Mantels an seinem distalen Ende ausgerichtet. In
einer weiteren Ausführungsform
sind eine oder mehrere der Auslaßöffnungen so konfiguriert, daß "seitlich schießende" Fluidstrahlen oder
-strömen
entstehen.
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Die
Struktur, die jedes Lumen definiert, ist dafür konfiguriert, einem erhöhten, im
Lumen erzeugten Druck standzuhalten. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform,
in der der Mantel ein Lumen definiert, der Mantel dafür angepaßt, einem
Innendruck von mindestens 300 psi (2068,427 kPa) entlang seinem
proximalen Ende und von mindestens 100 psi (689,476 kPa) entlang
seinem distalen Ende standzuhalten.
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Die
Drucksteuerquelle kann eine Pumpe sein, wie etwa eine Einspritzpumpe
oder eine manuell bedienbare Aufpumpvorrichtung. Vorzugsweise ist die
Drucksteuerquelle dafür
angepaßt,
einen Innendruck von mindestens 20 psi (137,895 kPa) an dem distalen
Ende des besagten Mantels nahe der besagten Auslaßöffnungen
zu erzeugen.
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Eine
Ausführungsform
der Vorrichtung bezieht die Erfindung in ein katheterartiges Gerät ein. Zum
Beispiel kann der Mantel ein flexibler Kathetermantel mit einem
distalen Endbereich sein, der so gebogen werden kann, daß die Navigation
durch das Gewebesystem eines Patientenkörpers möglich ist, so daß die Auslaßöffnung(en)
nahe an den Wand- oder Oberflä chenbereich
eines ausgewählten
Gewebes oder Organs positioniert werden kann/können. Oder die katheterartige
Vorrichtung kann eine feste Form (Bogen) entlang ihrem distalen
Ende aufweisen, um die Navigation zu erleichtern. In noch einer Ausführungsform
wird ein erster steuerbarer Katheter gleitfähig in einem axialen Lumen
eines zweiten steuerbaren Katheters gehalten. Eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung bezieht die Erfindung in ein endoskopartiges Gerät ein. Eine
weitere Ausführungsform
der Vorrichtung bezieht die Erfindung in ein offenes chirurgisches
Werkzeug mit einem gebogenen Kopf zur Behandlung von verschlossenen Bereichen
des Gewebes ein.
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Jede
sinnvolle Anzahl von Lumen kann sich durch den Mantel der Vorrichtung
erstrecken. In einer Beispielkonstruktion erstrecken sich mindestens zwei
separate Lumen durch den Mantel, wobei jedes distal an einer Fluidverbindung
mit mindestens einer Auslaßöffnung endet.
Zum Beispiel können
zwei oder mehr separate Lumen durch jeweilige langgestreckte Röhren, die
sich durch den Mantel erstrecken, definiert sein, wobei jede Röhre einen
Innendurchgang mit einem Durchmesser von etwa 0,010 Zoll (0,254 mm)
bis etwa 0,020 Zoll (0,508 mm) aufweist. Diese Konfiguration verringert
vorteilhaft das Totvolumen im System. Auch das "An/Aus"-Ansprechverhalten wird optimiert und
die Druckbegrenzungsanforderung für die Leitung kann ohne weiteres
erfüllt
werden.
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Die
distale Stirnfläche
des Mantels ist in einer Ausführungsform
durch ein plattenartiges Teil definiert, das im wesentlichen quer
zu einer Längsachse
des Mantels an dessen distalem Endbereich angeordnet ist. Ferner
erstrecken sich in dieser Ausführungsform
eine oder mehrere Bohrungen durch das plattenartige Teil, wobei
jede eine Auslaßöffnung definiert.
In einer Beispielkonstruktion besteht das plattenartige Teil aus
einem geeigneten nicht reaktiven Metall, und die Bohrungen werden
durch Laserbohrung und/oder durch fotochemische Bearbeitung ausgebildet.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorrichtung in einer katheterartigen Anordnung ausgeführt. Eine
langgestreckte Katheterhülse
wird bereitgestellt, wobei die Katheterhülse (i) ein proximales und
ein distales Ende und (ii) ein oder mehreren Lumen zwischen diesen
Enden aufweist. Zur Navigation kann die Katheterhülse eine
feste Form an ihrem distalen Bereich aufweisen, und/oder sie kann einen
Zugdrahtsteuerungsmechanismus aufweisen. Eines der Lumen in dieser
Ausführungsform
ist dafür angepaßt, den
Mantel herausnehmbar aufzunehmen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Mantelaufnahmelumen ferner dafür angepaßt, als Führungsdrahtkanal zu dienen,
wenn der Mantel aus diesem entfernt ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
definiert eines der Lumen, aber nicht das Mantelaufnahmelumen, einen
Führungsdrahtkanal.
In einer Beispielanordnung erstrecken sich das Mantelaufnahmelumen und
der Führungsdrahtkanal
nebeneinander vom proximalen Ende bis zum distalen Ende der Katheterhülse. In
einer weiteren Beispielanordnung gilt: (i) Das Mantelaufnahmelumen
erstreckt sich vom proximalen Ende zum distalen Ende der Hülse, und
(ii) der Führungsdrahtkanal
ist nahe dem distalen Ende der Katheterhülse vorgesehen, um die Verwendung
der Vorrichtung als Schnellwechselkatheter zu ermöglichen.
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Eine
Ausführungsform
der katheterartigen Vorrichtung weist ferner Einrichtungen zum Halten des
distalen Endes des Mantels an der ausgewählten Zielstelle in einem Patientenkörper auf,
während
ein oder mehrere hochenergetische Fluidstrahlen oder -ströme gegen
diese gerichtet sind.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Abgabe eines
oder mehrerer diagnostischer oder therapeutischer Wirkstoffe an
eine Zielstelle in einem ausgewählten
Körpergewebe
bereit. Die Vorrichtung weist ferner auf: einen Wirkstoffaufnahmebereich
(z. B. eine Kammer), der für
eine Fluidverbindung mit dem Lumen angepaßt ist, und eine Einrichtung
zum Bewegen eines solchen Wirkstoffs bzw. solcher Wirkstoffe aus
dem Aufnahmebereich und durch den/die Auslaßöffnung(en) in einer Weise,
die effektiv ist, um zu bewirken, daß der/die Wirkstoff(e) ein
ausgewähltes
ihr/ihnen benachbartes Gewebe durchdringt/durchdringen.
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In
einer Ausführungsform
zur Verwendung mit einem oder mehreren ausgewählten Wirkstoffen (z. B. DNS),
die auf eine Vielzahl von Trägerpartikeln (z.
B. Goldpartikel) aufgebracht sind, weist die Bewegungseinrichtung
eine biolistische Partikelabgabe- oder Beschußanordnung auf, die in einem
distalen Endbereich des Mantels angeordnet ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
weist die Antriebseinrichtung einen Ultraschallwandler auf, der quer
zum Lumen entlang eines distalen Endbereiches des Mantels angeordnet
ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gestattet die Abgabe eines oder mehrerer ausgewählter diagnostischer oder therapeutischer
Wirkstoffe an eine Zielstelle in einem ausgewählten Körperorgan oder -gewebe. Ein
allgemeines Abgabeverfahren weist den Schritt auf: Richten eines
oder mehrerer Fluidstrahlen oder -ströme gegen eine Wand oder Oberfläche eines
ausgewählten
inneren Körperorgans oder
-gewebes, wobei jeder Strahl oder Strom (i) diese(n) Wirkstoff(e)
transportiert, (ii) einen maximalen Durchmesser von etwa 0,025 Zoll
oder weniger hat, wenn er die Wand oder Oberfläche berührt und (iii) so viel Energie
aufweist, daß der/die
Wirkstoff(e) das Organ oder das Gewebe bis zu einer Tiefe von mindestens
2 mm (vorzugsweise etwa 3 bis 10 mm) durchdringen kann/können.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird ein Gas als Teilinjektat genutzt. Zum Beispiel kann ein Gas
in einem oder mehreren der Fluidstrahlen oder -ströme enthalten
sein, die einen oder mehrere ausgewählte Wirkstoffe transportieren,
oder es kann von einer zweiten Öffnung
aus in diese hineingelenkt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Gas vom ausgewählten
Körperorgan
oder -gewebe absorbierbar. Das Gas, das beispielsweise CO2 aufweisen kann, kann als ein guter Akzelerator
dienen.
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Das
soeben dargelegte Verfahren kann durchgeführt werden, indem eine Wirkstoffabgabevorrichtung
verwendet wird, die aus einem langgestreckten Mantel besteht, mit
(a) einem proximalen und einem distalen Ende, (b) einem oder mehreren Lumen,
die sich zwischen diesen Enden erstrecken, und (c) einer im wesentlichen
stumpfen distalen Stirnfläche,
die eine oder mehrere Auslaßöffnungen definiert,
die mit einem oder mehren Lumen verbunden sind. Der/die Wirkstoff(e)
wird/werden aus der/den Auslaßöffnung(en)
gegen solche Wände oder
Oberflächen
gerichtet. In einer Ausführungsform
entsteht jeder Strahl oder Strom dadurch, daß der/die Wirkstoffe durch
mindestens einen Teil des Lumens und aus einem der Auslaßöffnungen
unter der Bedingung eines erhöhten
Drucks an der Öffnung (z.
B. bis etwa 100 psi (689,5 kPa) und vorzugsweise zwischen etwa 20
bis 30 psi (137,9 bis 206,9 kPa) hinausbefördert wird/werden.
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Ein
oder mehrere Strahlen oder Ströme
können
im wesentlichen senkrecht zu einer Wand oder einer Oberfläche eines
ausgewählten
Gewebes gerichtet sein, und/oder sie können in einem Winkel (z. B.
nicht größer als
35° in Bezug
zur senkrechten Linie einer Wand oder einer Oberfläche des
Gewebes) gerichtet sein.
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In
einer Ausführungsform
ist das ausgewählte
Gewebe Herzmuskelgewebe und der ausgewählte Wirkstoff wird gegen eine
Endokardwand, eine Septumwand oder eine Epikardwand gerichtet, und
zwar aus einem Abstand von nicht mehr als 5 mm von einer solchen
Wand. Jeder gewünschte
Wirkstoff kann verwendet werden (z. B. Nukleinsäure, Proteine usw.). Zum Beispiel
können
ein oder mehrere Wirkstoffe wegen erwünschter gefäßbildender Eigenschaften ausgewählt werden.
In einer speziellen Ausführungsform
weist der ausgewählte
Wirkstoff reine DNS auf.
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Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung hervor.
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Die
Struktur und Wirkungsweise der Erfindung, zusammen mit deren weiteren
Aufgaben und Vorteilen, sind wohl am besten unter Bezugnahme auf
die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
verständlich,
die folgendes zeigen:
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1 veranschaulicht
eine steuerbare katheterartige Vorrichtung zur Abgabe ausgewählter diagnostischer
oder therapeutischer Wirkstoffe an Zielstellen in einem ausgewählten Körpergewebe,
wobei hochenergetische Strahlen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
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2A ist
eine vergrößerte Seitenschnittansicht
eines distalen Endbereiches der in 1 gezeigten
Vorrichtung;
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2B zeigt
die Vorrichtung aus 1 und 2A, während diese
verwendet wird, um vier hochenergetische Strahlen, die einen oder
mehrere ausgewählte
therapeutische oder dia gnostische Wirkstoffe transportieren, durch
eine Wand eines ausgewählten
Körperorgans
und in das Gewebe zu richten;
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3 ist
eine Explosionszeichnung der Vorrichtungen in 2A bis 2B;
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4 ist
eine Teilschnitt-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Wirkstoffabgabevorrichtung zur Abgabe ausgewählter diagnostischer oder
therapeutischer Wirkstoffe an Zielstellen in einem ausgewählten Körpergewebe,
wobei hochenergetischen Strahlen gemäß der Lehren der vorliegenden
Erfindung verwendet werden;
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5 zeigt
den distalen Endbereich einer steuerbaren katheterartigen Vorrichtung
zur Abgabe ausgewählter
diagnostischer und/oder therapeutischer Wirkstoffe an Zielstellen
in einem ausgewählten
Körpergewebe,
wobei Ultraschallenergie gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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6 zeigt
in einer Teilschnitt-Seitenansicht eine exemplarische Wirkstoffabgabeöffnung und
eine zweite Medikamenten- oder Gasöffnung, die in einem Winkel
mit der Abgabeöffnung
zusammentrifft, sowie verschiedene exemplarische Strahl- oder Sprühmuster;
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7 eine
Teilschnittansicht mit im Schnitt gezeigten Abschnitten eines exemplarischen
Ventilmechanismus ist, der funktionsfähig ist, den Fluiddurchfluß durch
ein Wirkstoffabgabelumen und/oder eine Auslaßöffnung zu regulieren; und
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8 zeigt
einen Abschnitt eines steuerbaren Katheters, der mit seinem distalen
Ende nahe an einer Zielstelle einer Endokardwand der linken Herzkammer
eines Patienten positioniert ist, wobei der Katheter dafür angepaßt ist,
sein distales Ende trotz der durch die davon ausgehenden hochenergetischen
Strahlen hervorgerufenen Kräfte
von "Wirkung und
Gegenwirkung", die
dazu neigen würden,
dieses von der Wand wegzudrücken,
in einer solchen Position zu halten.
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9 ist eine Teilschnittansicht eines Beispiels
der Erfindung, während
diese nahe an einem Gewebe plaziert ist (9a), gegen
das Gewebe gedrückt
wird (9b), somit eine Kontaktkraft zwischen der Vorrichtung
und dem Gewebe erzeugt wird, wobei die Anwendung einer hydraulischen
Kraft einen Ausstoß eines
Fluidstroms aus jeder Auslaßöffnung verursacht
und somit das Fluid in das Gewebe treibt (9c) und
die Wegnahme der hydraulischen Kraft und die Einbehaltung des Fluids
durch das Gewebe in Hohlräumen
erfolgt, die durch hydraulische Erosion entstanden sind (9d).
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10a veranschaulicht ein Beispiel der Erfindung,
bei dem die Vorrichtung über
einen steuerbaren Katheter mit einem axialen Lumen zum Zielgewebe
befördert
wird, wobei die Vorrichtung gleitfähig auf das Zielgewebe gerichtet
wird.
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10b veranschaulicht, wie die Vorrichtung zu einem
Ziel "gesteuert" wird.
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11 veranschaulicht
ein Beispiel der Erfindung, bei dem die Vorrichtung mit einem steuerbaren
Katheter in einer Struktur kombiniert wird.
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12 veranschaulicht
ein Beispiel der Erfindung, bei dem die Vorrichtung mit einem ersten steuerbaren
Katheter in einer Struktur kombiniert ist, die sich in einem zweiten
steuerbaren Katheter mit einem axialen Lumen befindet, worin der
erste steuerbare Katheter gleitfähig
gehalten wird.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die
nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung hat nur Beispielcharakter. Demgemäß soll diese Beschreibung in
keiner Weise den Schutzbereich der Erfindung einschränken.
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Mit
Erstbezug auf
1 weist eine Katheteranordnung,
insgesamt bezeichnet mit dem Bezugszeichen
12, eine Griffeinheit
14 auf,
welche an einem steuerbaren Katheterschaft oder -mantel
16 mit
einem steuerbar biegungsfähigen
distalen Endabschnitt, bezeichnet mit
16a, befestigt ist.
Die Steuerung der Katheteranordnung kann auf verschiedene Art durchgeführt werden.
Zum Beispiel kann die Katheteranordnung Steuerungskomponenten aufweisen
wie die, die offenbart sind im US-Patent 5 876 373 mit dem Titel "Steerable Catheter" (Steuerbarer Katheter)
von Giba et al., und/oder in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 09/080
175, eingereicht am 16. Mai 1998, mit dem Titel "Drug Delivery Module" (Arzneimittelabgabemodul) von Glines
et al. und/oder in der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung
EP 0 908 194 A2 .
In einer Beispielanordnung ist ein herkömmlicher Zugdraht (nicht gezeigt)
an einer distalen Spitze des Mantels befestigt und erstreckt sich
durch einen Führungsdrahtkanal,
der in Längsrichtung
in einer Seitenwand des Mantels ausgebildet ist, zur Griffeinheit, wobei
das proximale Ende des Drahtes mit einer Biegungs- oder steuernden
Stellgliedanordnung gekoppelt ist. Die Drehung eines Biegungsknopfes,
z. B.
20, der auf das vordere Ende der Griffeinheit aufgeschraubt
ist, bewirkt, daß der
Zugdraht zurückgezogen
und/oder der Mantel vorgeschoben wird, jeweils relativ zueinander,
wodurch das Verbiegen des distalen Ende des Mantels ausgelöst wird.
Anstatt einen Zugdraht durch einen Kanal zu führen, der sich in der Seitenwand
des Mantels erstreckt, stellt eine weitere Ausführungsform den Zugdraht derartig
bereit, daß er
sich in Längsrichtung
entlang einer inneren Seitenwand des Mantels erstreckt. Ein Vorteil
der erfindungsgemäßen steuerbaren
Katheterausführungsform
gegenüber
dem steuerbaren Katheter von Giba ist der Wegfall des dritten inneren
Werkzeugs, das im zweiten steuerbaren Katheter von Giba angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung sorgt für eine einheitliche Struktur
des Werkzeugs und des steuerbaren Katheters, was das Gerät einfacher
macht, leichter zu bedienen und in der Herstellung preisgünstiger
als die tri- oder koaxiale Anordnung von Giba. Eine andere Ausführungsform
der Erfindung bietet ein vereinheitlichtes Einzelkathetersystem,
bei dem die Strahlaustrittsvorrichtung in einen steuerbaren Katheter
integriert ist und der oben beschriebene äußere, feste Ummantelungskatheter
von Giba weggelassen ist. Als Alternative kann das Innenwerkzeug
oder die Glasfaser von Giba weggelassen werden, woraus sich ein
steuerbarer Katheter ergibt, der schiebefähig in eine äußere Ummantelung
angeordnet ist. Andere für
diese Anwendung geeigneten Navigationsmechanismen und -anordnungen,
die zur Verwendung hierin geeignet sind, sind für den Fachmann offensichtlich.
Zum Beispiel kann der Katheterschaft oder -mantel mit einer festen
Form (z. B. einem Bogen) an seinem distalem Ende konfiguriert sein,
um die Navigation zu erleichtern, wie in Patentanmeldung 08/646 856
von Payne, eingereicht am 8. Mai 1996, beschrieben. Eine weitere
Ausführungs form
der vorliegenden Erfindung bietet eine Anordnung, die einen dualen
Steuerungsmechanismus aufweist, bei dem sowohl der innere als auch
der äußere Katheter
entweder mit einem oder mit beiden Kathetersteuerungen steuerbar
ist, je nachdem, ob einer von beiden oder beide einen Zugdraht oder
ein vorgeformtes Teil aufweisen.
11 veranschaulicht
eine doppelte steuerbare Kathetervorrichtung
1100 mit einem
ersten äußeren steuerbaren
Katheter
1102, in dem ein zweiter innerer Katheter
1104 mit
einer Strahlaustrittsspitze
1106, die sich an seinem distalen
Ende
1008 befindet, gleitfähig angeordnet ist.
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Der
Mantel 16 ist so bemessen, daß er im Gefäßsystem einer Person planiert
und durch dieses hindurch navigiert werden kann, bis die distale
Spitze unmittelbar an einer Oberfläche oder einem Wandbereich
eines ausgewählten
Gewebes oder Organs angeordnet ist, z. B. innerhalb von etwa 5 mm
von einer Oberfläche
in einer Herzkammer (wie etwa die Endokardwand innerhalb der linken
Herzkammer). Der Außendurchmesser
des Kathetermantels ist nicht problematisch, sofern er zu einer
gewünschten
Stelle innerhalb des Körpers
eines Patienten navigiert werden kann. Geeignete Kathetermäntel bewegen
sich in einer Größe von beispielsweise
etwa 3 French (1 mm) bis etwa 9 French (3 mm). Ein bevorzugter Kathetermantel
mißt 7
French (2,3 mm). Geeignete Kathetermäntel sind im Handel erhältlich,
zum Beispiel als Führungskatheter
und Diagnosekatheter von Bard Cardiology, Cordis und Schneider Worldwide. Bestimmte
bevorzugte Mäntel
dieser Quellen weisen an ihrem distalen Ende anstelle eines Zugdrahtsteuerungsmechanismus
feste Teile auf.
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Hilfsmittel
zur Verbesserung der Visualisierung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf
strahlenundurchlässige
Markersubstanzen, Tantal- und/oder Platinbänder, -folien und/oder -streifen, können an
den verschiedenen Komponenten der Katheteranordnung, einschließlich am
biegungsfähigen Endabschnitt 16a des
Kathetermantels 16, planiert werden. In einer Ausführungsform
ist beispielsweise eine strahlenundurchlässige Markersubstanz (nicht gezeigt)
aus Platin oder einem anderen geeigneten strahlenundurchlässigen Material
nahe der distalen Spitze zwecks Visualisierung durch Fluoroskopie oder
andere Verfahren angeordnet. Zusätzlich
oder als Alternative können
ein oder mehrere Ultraschallwandler auf dem Kathetermantel an oder
nahe dessen distaler Spitze angeordnet sein, um dessen Lage und/oder
Plazierung (z. B. Senkrechtstellung) hinsichtlich eines ausgewählten Gewebes
in einem Patienten bestimmen zu helfen und um den Wandkontakt mit
dem Gewebe und/oder die Wanddicke desselben zu erfassen. Ultraschallwandleranordnungen und
Verfahren zur Anwendung derselben wurden z. B. offenbart in der
veröffentlichten
kanadischen Patentanmeldung 2 236 958 mit dem Titel "Ultrasound Device
for Axial Ranging" (Ultraschallgerät zur axialen
Entfernungsmessung) von Zanelli et al. und in der gleichzeitig anhängigen U.S.
Patentanmeldung 08/852 977, eingereicht am 7. Mai 1997, mit dem
Titel "Ultrasound
Device for Axial Ranging" (Ultraschallgerät zur axialen
Entfernungsmessung) von Zanelli et al. In einer Ausführungsform
sind beispielsweise zwei Wandler angewinkelt an der distalen Spitze
eines Katheterschafts in der Zugdrahtverbiegungsachse oder -ebene
angeordnet. Diese Konstruktion gestattet es einem Bediener durch
Vergleich der Signalstärke
zu bestimmen, ob der Katheterspitzenbereich senkrecht zu einer ausgewählten Gewebeoberfläche oder
-wand ist. Ferner versorgt diese Anordnung mit zwei Wandlern einen
Bediener mit nützlichen
Informationen zur Bestimmung einer angemessenen Anpassungsrichtung,
um die Senkrechtstellung zu verbessern, im Vergleich zu Einzelwandleranordnungen,
die zwar die Senkrechtstellung durch die Amplitude der Signalstärke anzeigen
können,
im allgemeinen jedoch nicht fähig
sind, eine entsprechende Richtung anzuzeigen, in der die Spitze
bewegt werden sollte, um die Senkrechtstellung zu verbessern. In
einer verwandten Ausführungsform
sind abseits der Biegungsachse ein dritter und vierter Meßwertumwandler
(nicht gezeigt) hinzugefügt,
um einen Bediener bei der Drehbewegung und deren Senkrechtstellung
in der sich nicht verbiegenden Ebene der Gewebeoberfläche des
Patienten zu unterstützen. Weitere
Details der gerade beschriebenen Ausführungsform stehen in der gleichzeitig
anhängigen US-Patentanmeldung
09/566 196 [Aktenzeichen 5756-0005.30], eingereicht am 5. Mai 2000,
mit dem Titel "Apparatus
and Method for Delivering Therapeutic and Diagnostic Agents" (Vorrichtung und
Verfahren zur Abgabe therapeutischer und diagnos tischer Wirkstoffe)
von R. Mueller. Ultraschallwandler können vorzugsweise durch einen
oder mehrere Berührungskraftaufnehmer,
wie beschrieben in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 60/191 610 [Aktenzeichen
5756-0011], eingereicht am 23. März 2000
von Tom, ersetzt werden.
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Hinsichtlich
tragbarer offener chirurgischer Vorrichtungen ist es oft wichtig
sicherzustellen, daß zwischen
der Vorrichtung und einem Zielgewebe vor der Entladung der Vorrichtung
eine angemessene Kontaktkraft erzeugt wird. Andernfalls kann die
Vorrichtung versehentlich entladen werden, wenn sie in Richtung
eines Zielgewebes geführt
wird, oder sie kann im Falle zu hoher Kraftanwendung eine Perforation
eines Gewebes, das infolge einer durch übermäßige Kraft verursachte Dehnung
ausgedünnt
wird, hervorrufen. Eine Kraftsensorverriegelung kann in die Erfindung
integriert werden, so daß das
Entladen nur dann gestattet wird, wenn eine solche Kraft sowohl
minimal als auch maximal in einem bestimmten Wertebereich liegt.
Zum Beispiel Ultraschallwandler, Kontaktkraftwandler und mechanische
Verriegelungen, die einen minimalen und einen maximalen Grenzwert
aufweisen. Demzufolge sind tragbare kanülenlose Subkutaninjektionsvorrichtungen,
wie beschrieben in den US-Patenten 3 057 349, 3 859 996, 4 266 541,
4 680 027 und 5 782 802, die keinerlei Verriegelungen haben oder
nur Verriegelungen aufweisen, die bei einer minimalen Schwellenkraft
ansprechen, ohne einen maximalen Kraftgrenzwert zu berücksichtigen,
oft ungeeignet. Diese tragbaren kanülenlosen Injektoren sind weiterhin
dadurch begrenzt, daß ihr
Aufbau nicht für
die Verwendung innerhalb eines Cavum eines Patienten geeignet ist, das
durch einen chirurgischen Eingriff, thorakoskopische oder andere "portale" Verfahren erzeugt
wurde. Zum Beispiel in jeder derjenigen Offenbarungen, die eine
stumpfnasiges tragbares Pistole zur Anwendung auf der Haut eines
Patienten, in der Regel ein Schulterbereich eines Menschen, bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen langgestreckten Mantelabschnitt
des Werkzeuges bereit, um das Erreichen eines entfernten Innenbereiches
des Patienten zu erleichtern. Das distale Ende des Werkzeuges kann
weiterhin angewinkelt oder gebogen sein, entweder fest oder bei
Bedarf durch Biegen oder durch Fernsteuerung des distalen Werkzeugbereichs. 12 veranschaulicht
ein offenes Operationswerkzeug, bei dem die Vorrichtung 1200 einen
langgestreckten Mantelabschnitt 1202 mit einem Krümmungsabschnitt 1204 aufweist,
der in einer Düsenspitze 1206 endet,
welche sich am distalen Ende 1212 befindet, wo beim Drücken des
Stellglieds 1208 Flüssigkeit
ausgestoßen
wird, so daß ein
Flüssigkeitsbehälter, der
sich etwa bei 1210 befindet, veranlaßt wird, durch eine nicht gezeigte
Fluidleitungsröhre
Fluid an die Spitze 1206 abzugeben.
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Im
Inneren des Mantels sind ein oder mehrere Lumen, die sich zwischen
dem distalen und dem proximalen Ende des Mantels erstrecken. Die
Lumen dienen als Durchgänge,
durch die ein oder mehrere ausgewählte Wirkstoffe auf dem Weg
zu einem ausgewählten
Gewebe oder Organ strömen
können.
In der Anordnung von 2A, 2B und 3 erstreckt
sich zum Beispiel ein einzelnes Lumen, bezeichnet mit 22,
in Längsrichtung
durch den Mantel 16. In einer anderen Ausführungsform,
gezeigt in 4, erstreckt sich eine Vielzahl
von langgestreckten Röhren,
z. B. 24a bis 24d, durch ein Primärlumen 22,
das durch den Mantel 16 definiert ist. In der letztgenannten
Ausführungsform
weist jede der Röhren eine
innere längsgerichtete
Leitung oder Kanal auf, die/der ein jeweiliges Teillumen oder Abgabelumen definiert,
durch das ein oder mehrere Wirkstoffe strömen können. Diese Konfiguration verringert
vorteilhaft das Totvolumen im System. Auch das "Ein/Aus"-Ansprechverhalten wird optimiert, und
die Druckgrenzwertanforderung für
die Leitung kann ohne weiteres erfüllt werden.
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Der
Kathetermantel 16 endet an einer distalen Stirnfläche, insgesamt
bezeichnet mit 26, die eine oder mehrere enge Auslaßöffnungen
oder -mündungen,
z. B. 28a bis 28d (3), definiert.
Die Fläche 26 ist
mit einem vergleichsweise breiten distalen Oberflächenbereich
mit einer Fläche
konfiguriert, die groß genug
ist, um eine gewünschte
Anzahl von Auslaßöffnungen
unterzubringen, so daß jede Öffnung an
oder sehr nahe (z. B. innerhalb von etwa 5 mm und vorzugsweise innerhalb
von etwa 2 mm) an einen ausgewählten
Wand- oder Oberflächenbereich eines
Zielorgans oder -gewebes planiert werden kann. Demgemäß stellt
eine Ausführungsform
die distale Stirnfläche
als eine im all gemeinen stumpfe Struktur mit einer breiten distalen
Oberfläche
bereit. In 2 bis 4 definiert
zum Beispiel eine zylindrische Platte 32 die distale Stirnfläche, wobei
die Platte eine im wesentlichen ebene distale Oberfläche aufweist.
Als Alternative kann die distale Oberfläche etwas gewölbt sein
(z. B. konvex). Eine oder mehrere Bohrungen erstrecken sich durch
die Platte zwischen ihrer breiten proximalen und distalen Oberfläche, wobei
Auslaßöffnungen
für den
Durchtritt von ausgewählten
Wirkstoffen definiert werden.
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Die
Platte kann in jeglicher angemessener Weise entlang des distalen
Endbereichs des Mantels befestigt werden. In einer Ausführungsform
ist die Platte zum Beispiel direkt an der distalen Spitze des Mantels
oder in einer von der distalen Spitze an ausgebildeten Aufbohrung
angebracht. Eine andere Ausführungsform,
gezeigt in 2 bis 4,
macht die Verwendung eines mit 34 bezeichneten Zwischenadapter-Stopfens
oder Kappe denkbar, der/die ein proximales Ende aufweist, das so
konfiguriert ist, daß es
genau auf den Umfang eines distalen Endbereichs des Mantels 16 paßt. Der
distale Abschnitt der Adapterkappe weist eine ringförmige Aufbohrung oder
einen gestuften Bereich auf, die/der dafür konfiguriert ist, einen Umfangsbereich
der Platte aufzunehmen. Die Adapterkappe 34 kann aus einem
geeigneten Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyäthylen oder Nylon®, oder
aus einem metallischen Material, wie z. B. nichtrostender Stahl,
ausgebildet sein und durch Heißverklebung
und/oder einen herkömmlichen
Klebstoff oder andere Verbindungsmittel mit dem Mantel verbunden
werden. Die Auslaßöffnung(en)
kann/können
zum Beispiel durch Laserbohrung, fotochemische Bearbeitung oder
andere geeignete Verfahren ausgebildet werden; oder die Platte und
die Bohrungen können
zusammen als Formteil ausgebildet werden.
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Was
ferner die Auslaßöffnungen
betrifft, so ist jede für
eine Verbindung mit einem oder mehreren der Wirkstoffabgabelumen,
die sich durch den Mantel erstrecken, angepaßt. In einer bevorzugten Ausführungsform
mit etwa 1 bis 12 Auslaßöffnungen
(z. B. vier in der veranschaulichten Anordnung) hat jede einen Durchmesser
von weniger als etwa 0,025 Zoll (0,635 mm) und vorzugsweise einen
Durchmesser im Bereich von etwa 0,00025 Zoll (0,00635 mm) bis etwa
0,020 Zoll (0,508 mm) (z. B. 0,006 Zoll (0,1524 mm)). Die Größe und die
Ausrichtung jeder Auslaßöffnung dienen
dazu, Wirkstoffe, die durch das/die Katheterlumen befördert werden,
in einer axialen Richtung oder in einem Winkel von nicht mehr als etwa
35 Grad zur Achse (d.h. relativ zur Längsachse des Katheters in seinem
distalen Endbereich) in Form eines schmalen Strahls oder Stroms
zu richten. Axial gerichtete Strahlen oder Ströme können helfen, die Eindringtiefe
zu maximieren, während
schräge Strahlen
oder Ströme
helfen können,
die Behandlungsfläche/das
Behandlungsvolumen des Gewebes zu vergrößern. Axial gerichtete Strahlen
sind in 2B veranschaulicht, in der vier
Auslaßöffnungen dafür konfiguriert
sind, einen Wirkstoff, der durch das Lumen 22 (angezeigt
durch den großen,
dunklen Pfeil) strömt,
axial in Form von vier separaten Strahlen oder Strömen (angezeigt
durch die vier kleineren, im wesentlichen parallelen Pfeile) in
ein ausgewähltes
Gewebe 28 zu richten.
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Die
Auslaßöffnungen
können
durch Modifizierung zum Beispiel des Durchmessers, der Länge und/oder
der inneren Form der Öffnung
dafür konfiguriert
sein, erwünschte
Strahl- oder Sprühmuster
zu erzielen. Der Druck an der Öffnung
kann außerdem dafür angepaßt werden,
die Muster zu beeinflussen. Injektionsströme können ferner mittels Sekundärinjektion
eines zusätzlichen
Arzneimittels oder eines kompatiblen Gases, z. B. CO2 und/oder
anderer absorbierbarer Gase, modifiziert werden. Ein solches Gas
kann ein guter Akzelerator sein. Zusätzlich kann ein gepulstes Injektionsmuster
verwendet werden, um Geweberückstoßeffekte
zu nutzen. In dieser Hinsicht wird die Aufmerksamkeit auf 6 gelenkt,
die eine exemplarische Wirkstoffabgabeöffnung 68 und eine
zweite Arzneimittel- oder Gasöffnung 72 zeigt, die
schräg
mit der Auslaßöffnung 68 zusammentrifft. Außerdem sind
mehrere exemplarische Strahlen- oder Sprühmuster dargestellt, siehe 6A, 6B und 6C.
Das Muster in 6A kann erzielt werden, indem
ein Wirkstoff unter Druck durch die Öffnung 68 befördert wird,
ohne die Verwendung einer Sekundäröffnung.
Das Muster in 6A wird zum Muster in 6B modifiziert,
indem zusätzlich
ein Wirkstoff oder Gas durch die Sekundäröffnung 72 befördert wird.
Das Muster in 6C ist ein Impulssprühmuster,
das verwendet werden kann, um Geweberückstoßeffekte zu nutzen. Dieses
Muster kann erzielt werden, indem ein Wirkstoff in schnellen, kontrollierten
Entladungsstößen durch
die Öffnung 68 befördert wird,
ohne Verwendung einer Sekundäröffnung. 9a bis 9d sind
Teilseitenansichten eines Beispiels der Erfindung, während diese
nahe an einem Gewebe plaziert ist (9a), gegen
das Gewebe gedrückt
wird (9b), somit eine Kontaktkraft zwischen der Vorrichtung
und dem Gewebe erzeugt wird, wobei die Anwendung einer hydraulischen
Kraft einen Ausstoß eines
Fluidstroms aus jeder Auslaßöffnung verursacht
und somit das Fluid in das Gewebe treibt (9c) und
die Wegnahme der hydraulischen Kraft und die Einbehaltung des Fluids
durch das Gewebe in Hohlräumen
erfolgt, die durch hydraulische Erosion entstanden sind (9d).
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In
einer Ausführungsform
weisen ein oder mehrere der Wirkstoffabgabelumen und/oder der Auslaßöffnungen
einen Ventilmechanismus auf, der funktionsfähig ist, den dort durchlaufenden
Fluidstrom zu regulieren. Eine solche Anordnung kann zum Beispiel
geeignet sein, den Zeitablauf und/oder die Energie jedes einzelnen
Strahls zu steuern. Zum Beispiel kann ein Schnellschlußventil
gesteuerte, schnell aufeinander folgende Stoßimpulse aus einer Auslaßöffnung gestatten.
In einer Ausführungsform bewirkt
ein erster Stoßimpuls,
daß das
Zielgewebe zurückfedert
und sich dehnt, und ein darauffolgender Stoßimpulse durchdringt dann das
Gewebe, während
es in einem gedehnten Zustand ist. Ein exemplarischer Ventilmechanismus
ist in 7 gezeigt. Hier hat ein langgestreckter Kanülenkolben 80 ein distales,
spitzes Ende 82, das normalerweise mittels einer Spiralfeder 86 gegen
eine Ventilsitzdichtung 84 gedrückt wird, wobei eine jeweilige
Auslaßöffnung geschlossen
wird. Die Kanüle 80 kann
gegen die übliche
Spannung der Feder 86 vom Ventilsitz 84 zurückgezogen
werden, indem eine Betätigungsleitung (nicht
gezeigt) manuell oder anders gezogen wird, die mit einem proximalen
Ende der Kanüle
verbunden ist, wodurch die Öffnung
geöffnet
wird. In einer anderen Ausführungsform
wird ein druckempfindlicher Ventilmechanismus verwendet. Hier ist
das Ventil dafür
angepaßt,
sich bei Erreichung eines bestimmten, vorher festgelegten Schwellendrucks
an der Öffnung
automatisch zu öffnen.
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Wie
bereits angegeben, ist ein Vorteil, den die vorliegende Erfindung
bietet, die Vermeidung von Gewebeschädigung, die oft mit der Verwendung
von Kanülen
verbunden ist. Trotzdem sollte beachtet werden, daß unter
bestimmten Umständen
ein begrenztes Ausmaß an
Gewebeschädigung
an der oder um die Injektionsstelle erwünscht sein kann. Zum Beispiel
kann bei der Abgabe von angiogenen Wirkstoffen eine Gewebeschädigung zur
Erzeugung einer Umgebung, in der die Wirkung solcher Wirkstoff verbessert
wird, nützlich
sein. Folglich ist es mitunter erwünscht, die Auslaßöffnungen
dafür zu
konfigurieren, Strahl- oder
Sprühmuster
zu produzieren, die dafür
geeignet sind, einen erwünschten
Grad an Gewebeschädigung
auf einer ausgewählten
Fläche
zu bewirken.
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Zusätzlich zu
den oben mit Bezug auf 2 bis 4 beschriebenen
Lumenanordnungen macht die vorliegende Erfindung ferner eine Anordnung
vorstellbar, die ein oder mehrere langgestreckte röhrenförmige Elemente
aufweisen, die entfernbar in ein Primärlumen aufgenommen sind, das
durch eine äußere langgestreckte
Hülse definiert
ist. Jedes entfernbare röhrenförmige Element
in dieser Ausführungsform
definiert ein Teil- oder Abgabelumen, durch das ein oder mehrere
ausgewählte
Wirkstoffe strömen
können,
und weist eine distale Stirnfläche auf,
die ein oder mehrere jeweilige Auslaßöffnungen definiert. Vorzugsweise
ist jedes röhrenförmige Element
dafür angepaßt, in Längsrichtung
durch das Primärlumen
der langgestreckten Hülse
nach Bedarf zur Plazierung in diesem und zur Entfernung daraus zu
gleiten. Eine Ausführungsform
stellt zum Beispiel ein solches röhrenförmiges Element koaxial in einer langgestreckten
Hülse dar.
Die Hülse
oder das röhrenförmige Element
können
an ihrem distalen Ende eine Zugdrahtsteuerung und/oder feste Formen
aufweisen, um die Navigation zu erleichtern. Eine weitere Ausführungsform
stellt ein solches röhrenförmiges Element
dar, das sich neben einem Führungsdrahtlumen
von einem proximalen bis zu einem distalen Ende einer langgestreckten
Hülse erstreckt.
In noch einer weiteren Ausführungsform
ist ein solches röhrenförmiges Element
in eine Schnellwechselvorrichtung mit externem Führungsdraht einbezogen. In
einer Beispielkonstruktion der letzteren erstreckt sich das röhrenförmige Element
in Längsrichtung
von einem proximalen zu einem distalen Ende der langgestreckten
Hülse und
verläuft
neben einem Führungsdrahtlumen
entlang eines distalen Bereichs (z. B. etwa 3 bis 5 mm) der Hülse. Zum
Beispiel kann die vorliegende Erfindung in eine Schnellwechselvorrichtung
einbezogen sein, im wesentlichen wie das US-Patent 5 061 373 lehrt.
In noch einer weiteren Ausführungsform
ist ein solches röhrenförmiges Element
dafür angepaßt, aus
einem Lumen, das sich in Längsrichtung
durch die Hülse
erstreckt, entfernt und durch einen Führungsdraht ersetzt zu werden,
um das Vorschieben des Katheters durch eine anatomische Struktur,
wie zum Beispiel eine Herzklappe, zu erleichtern.
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In
einer weiteren Beispielanordnung ist ein Führungsdrahtlumen parallel mit
einem oder mehreren Abgabelumen, wobei das Führungsdrahtlumen im Zentrum
ist und die Abgabelumen das Führungsdrahtlumen
umgeben. Es ist denkbar, daß das
Führungsdrahtlumen
verwendet werden kann, um bei Bedarf andere langgestreckte Vorrichtungen
zu plazieren, wie z. B. Ultraschallsensoren zur Messung der Wanddicke
oder Drucksensoren zum Ermitteln der Berührung mit einer Wand.
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Ein
Wirkstoffbehälter
kann zur Aufnahme eines ausgewählten
therapeutischen und/oder diagnostischen Wirkstoffs bis zur Abgabe
genutzt werden. Der Behälter
kann von jeder geeigneten Art sein. In einer Beispielkonstruktion
ist der Behälter
dafür konfiguriert,
einen Fluidwirkstoff (z. B. in flüssiger Form) zur Einleitung
in ein Wirkstoffabgabelumen eines Mantels aufzunehmen, wobei ein
im wesentlichen geschlossenes System verwendet wird. Zum Beispiel
kann der Wirkstoff in einer Kammer, die im Kathetermantel vorgesehen
ist, enthalten sein, oder er kann von einem externen Behälter, wie
z. B. einer Spritze oder einem Beutel, über eine herkömmliche Einlaßöffnung eingeführt werden,
die entlang der Griffeinheit oder entlang eines proximalen Bereichs des
Mantels angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die Griffeinheit
mit einem festen internen Behälter
zum Aufnehmen eines Vorrats eines ausgewählten abzugebenden Wirkstoffs
versehen. In dieser Ausführungs form
kann ein Vorratsbehälter,
wie z. B. eine Spritze, mit dem Innenbehälter über einen Verbinder in Verbindung
stehen, der im Außengehäuse der
Griffeinheit vorgesehen ist. Der Verbinder ist vorzugsweise ein
im wesentlichen steriler Verbinder, wie z. B. ein Lüer-Standardverbinder
oder andere bekannte Standard- oder Markenverbinder. In einer anderen
Ausführungsform
weist der Vorratsbehälter eine
mit einem ausgewählten
Wirkstoff vorgefüllte Spritze
auf, die entfernbar in einen Aufnahmebereich im Gehäuse der
Griffeinheit eingesetzt werden kann, wie z. B. die gleichzeitig
anhängige
US-Patentanmeldung 09/080 175 lehrt, eingereicht am 16. Mai 1998, mit
dem Titel "Drug
Delivery Module" (Arzneimittelabgabemodul)
von Glines et al.
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Eine
Drucksteuerquelle steht in Fluidverbindung mit einem oder mehreren
der Wirkstoffabgabelumen. Die Drucksteuerquelle, z. B. eine manuelle oder
automatische Pumpe, ist funktionsfähig, einen erhöhten Druck
innerhalb dieses/dieser Lumen zu erzeugen, so daß ein dort plazierter Wirkstoff
zu einer oder mehreren der Auslaßöffnung(en) und von dort hinausbefördert wird,
wobei ein oder mehrere jeweilige Fluidstrahlen oder -ströme gebildet
werden, die imstande sind, ein ihnen benachbartes ausgewähltes Gewebe
zu durchdringen. In einer Ausführungsform ist
die Drucksteuerquelle eine manuell bedienbare, spritzenartige Pumpe,
die mit einem oder mehreren der Lumen entlang eines proximalen Endes
des Mantels verbunden ist. Handelsübliche Drucksteuerquellen,
die ohne weiteres für
die hier aufgewiesene Verwendung angepaßt werden können, sind zum Beispiel Einspritzpumpen
wie etwa das Injektionssystem ACIST Modell CL100 (ACIST Medical
Systems) und Pumpvorrichtungen, wie etwa die Pumpvorrichtungen ARIR
oder BREEZE von Schneider/Namic (Glen Falls, New York).
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Ein
Beispielverfahren zur Anwendung der obigen Katheteranordnung wird
nun beschrieben, wobei die Katheteranordnung zur Abgabe eines ausgewählten therapeutischen
und/oder diagnostischen Wirkstoffs in den Herzmuskel verwendet wird.
Zunächst
wird der Katheterschaft 16 perkutan über eine femorale oder radiale
Arterienöffnung
eingeführt.
Sobald die Arterienöffnung
angelegt ist, wird der Katheter durch die Aortenklappe und in die
linke Herzkammer geschoben. Das distale Ende des Katheterschaftes
wird so manövriert,
daß es
im wesentlichen senkrecht zu der Endokardwand 28 (2B)
ist, wobei fluoroskopische Visualisierung und/oder Ultraschallführung verwendet
werden, und an diese angedrückt
wird. Ein ausgewählter
fluidförmiger
Wirkstoff wird dann in einen proximalen Endbereich des Lumens 22 eingeleitet,
und das Lumen wird unter Druck gesetzt, so daß etwa 200 (1378,951 kPa) bis
300 psi (2068,427 kPa) entlang des proximalen Endes erreicht werden,
bei einem Druckabfall bis zu etwa 20 bis 100 psi (137,895–689,476
kPa) (vorzugsweise etwa 20–30
psi (137,895–206,483
kPa)) entlang des distalen Endes. Unter dem Einfluß eines
solchen Drucks wird der Wirkstoff durch das Lumen zu einer oder
mehreren Auslaßöffnungen
und aus diesen hinausbefördert.
Auf diese Weise werden ein oder mehrere schmale Strahlen oder Ströme auf die
Endokardwand gerichtet. Jeder Strahl durchdringt das Gewebe bis
zu einer Tiefe von etwa 2 bis 10 mm, und vorzugsweise etwa 5 mm.
Die Injektion erfolgt innerhalb einer Zeitspanne von 1 bis 15 Sekunden.
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Anstelle
einer katheterartigen Vorrichtung kann die Erfindung in andere perkutane
und/oder chirurgische Vorrichtungen einbezogen sein. Eine Ausführungsform
macht zum Beispiel eine endoskopartige Vorrichtung denkbar, die
einen langgestreckten Schaft mit einem oder mehreren längsgerichteten, sich
durch diesen erstreckenden Lumen aufweist. Wie bei der katheterartigen
Vorrichtung ist die Struktur, die jedes Lumen definiert (z. B. der
Endoskopschaft oder ein oder mehrere Röhren, die sich durch den Schaft
erstrecken), dafür
konfiguriert, einem erhöhten
Druck (z. B. bis zu 300 psi (2068,427 kPa)) im Lumen standzuhalten.
Wie schon bei der katheterartigen Vorrichtung definiert eine im
wesentlichen stumpfe distale Stirnfläche eine oder mehrere Auslaßöffnungen,
die mit einem oder mehreren der Lumen in Verbindung stehen; wobei
jede der Auslaßöffnungen
einen Durchmesser von etwa 0,025 Zoll (0,635 mm) oder weniger (z.
B. 0,006 Zoll (0,1524 mm)) aufweist. Eine Drucksteuerquelle, z.
B. eine Pumpe, steht in Fluidverbindung mit einem oder mehreren
der Lumen und ist funktionsfähig,
einen erhöhten
Druck in diesem/diesen Lumen zu erzeugen, so daß ein darin plazierter Wirkstoff
in Richtung einer oder mehrerer der Auslaßöffnungen und von dort hinausbefördert wird,
wobei ein oder mehrere jeweilige Fluidstrahlen oder -ströme gebildet
werden, die imstande sind, ein ausgewähltes ihnen benachbartes Gewebe
zu durchdringen. Verschiedene andere die Wirkstoffabgabe betreffenden
Einzelheiten sind im wesentlichen den hierin im Hinblick auf die
katheterartige Vorrichtung vorgebrachten ähnlich.
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In
einer Beispielanwendung wird die endoskopartige Vorrichtung der
Erfindung thorakoskopisch oder durch eine Thorakotomie eingeführt, um
hochenergetische Strahlen auf die Wand oder Oberfläche eines
auswählten
Gewebes oder Organs zu richten. Zum Beispiel können ein oder mehrere hochenergetische
Strahlen auf die Epikardfläche
des Herzens gerichtet werden, wobei ein oder mehrere ausgewählte Wirkstoffe
das Herzmuskelgewebe durchdringen können. Die chirurgische Vorrichtung
kann eine thorakoskopische Kamera (z. B. eine wiederverwendbare
5mm-Kamera) axial angeordnet aufnehmen, um einen Bediener mit einem
angemessenen Sichtfeld durch eine Linse auszustatten. Dies gestattet
dem Bediener durch eine gängige
Trokar-Öffnung zu
arbeiten, zum Beispiel durch den Brustkorb eines Patienten.
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Man
beachte, daß die
oben beschriebenen Verfahren nur Beispielcharakter haben. Der Fachmann
wird anerkennen, daß die
vorliegende Erfindung die Abgabe von ausgewählten Wirkstoffen an eine Vielzahl
von Körperorganen
und -bereichen ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein ausgewählter therapeutischer und/oder
diagnostischer Wirkstoff in einem Behälter am distalen Endbereich
eines langgestreckten Schaftes enthalten und wird mittels Ultraschallenergie
an ein Gewebe abgegeben. Entsprechende Abschnitte einer exemplarischen
Wirkstoffabgabevorrichtung, die wie oben beschrieben in eine katheter- oder
endoskopartige Vorrichtung einbezogen sein können, sind in 5 gezeigt.
Hier ist der distale Endbereich einer katheterartigen Vorrichtung
mit einem Ultraschallwandler 52 (z. B. ein piezoelektrischer
Wandler wie Bariumtitanat, Blei-Zirkonat-Titanat oder ähnliches)
gezeigt, der quer im Lumen 22 angeordnet ist. Das distale
Ende des Kathetermantels definiert eine einzelne, verhältnismäßig große Öffnung,
bezeichnet mit 56; jedoch kann ersatz weise eine Kappe oder
ein Stopfen mit einer oder mehreren kleineren Öffnungen (ähnlich wie die oben beschriebenen)
verwendet werden. Der Wandler ist funktionsfähig, Ultraschallenergie von
angemessener Intensität
(z. B. bis zu etwa 6 W/cm2) und Frequenz
(z. B. bis zu etwa 20 MHz) entlang einer im allgemeinen axialen
Richtung und in Richtung eines Wand- oder Oberflächenbereichs eines ausgewählten Organs
oder Gewebes 28 in einem Patientenkörper zu emittieren. Die derartig
angewandte Energie ist nutzbar, um einen Wirkstoff 58,
der in einem Aufnahmebereich nahe des distalen Endes des Kathetermantels
enthalten ist, zu veranlassen, sich in Richtung der Gewebewand zu
bewegen und diese zu durchdringen. In einer Ausführungsform ist der Wirkstoff
in einer polymeren Matrix oder in anderen festen oder halbfesten
Formen innerhalb des Aufnahmebereichs verteilt. Der Wirkstoff wird
bis zum Zeitpunkt der Abgabe in der Matrix innerhalb des Aufnahmebereichs
gehalten. Als Alternative kann der Wirkstoff (z. B. in flüssiger oder
halbfester Form) bis zur Abgabe im Aufnahmebereich gehalten werden,
indem eine halbdurchlässige
Membrane zwischen dem Wirkstoff und der Öffnung an dem distalen Ende
des Kathetermantels bereitgestellt wird. Andere Einrichtungen zum
Halten des Wirkstoffs im Aufnahmebereich bis zur Abgabe sind für den Fachmann
offensichtlich.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein ausgewählter
therapeutischer und/oder diagnostischer Wirkstoff in einem distalen
Endbereich einer katheter- oder endoskopartigen Vorrichtung gehalten und
in ein Zielgewebe oder -organ befördert, wobei eine biolistische
Anordnung zur Partikelabgabe oder -beschießung verwendet wird. In einer
Ausführungsform
führt die
biolistische Anordnung (z. B. eine sogenannte "Genpistole", die entlang eines distalen Endbereichs
der Wirkstoffabgabevorrichtung angeordnet ist) nukleinsäurebeschichtete
Mikropartikel, z. B. DNS-beschichtete Metalle, mit hoher Energie
in ein Gewebe ein. Die beschichteten Partikel können unter Verwendung jedes
geeigneten Mittels, z. B. eines explosionsartigen Impulses eines
Inertgases (z. B. Helium), eines mechanischen Impulses, einer zentripetalen
Kraft und/oder einer elektrostatischen Kraft (siehe z. B. US-Patent
5 100 792 von Sanford et al.) in das Gewebe befördert werden. In einer exemplarischen
Ausführungsform
wird zwischen Elektroden, die nahe dem distalen Endbereich des Katheters
proximal zu einem distalen Wirkstoffabgabeendbereich plaziert sind,
eine Funkenentladung verwendet, um einen sich dazwischen befindenden
Wassertropfen zu verdampfen, wobei dann eine Schockwelle erzeugt
wird, die imstande ist, die DNS-beschichteten Partikel hinauszubefördern. Diese
Technik gestattet die direkte, intrazelluläre Abgabe von DNS. Die Trägerpartikel
werden ausgewählt
aufgrund ihrer Verfügbarkeit
in definierten Partikelgrößen (z.
B. zwischen etwa 10 und wenigen Mikrometern) sowie aufgrund der
Tatsache, daß sie
eine ausreichend hohe Dichte zur Erreichung der für die Zelldurchdringung
erforderlichen Triebkraft haben. Zusätzlich sind die verwendeten
Partikel vorzugsweise sowohl chemisch inert, um die Wahrscheinlichkeit
einer explosiven Oxidation feiner Mikroprojektilpulver zu verringern,
als auch reaktionsunfähig
mit DNS und anderen Komponenten der Fällungsmischungen und zeigen
eine geringe Toxizität
gegenüber
Zielzellen (siehe z. B. "Particle
Bombardment Technology for Gene Transfer" (Partikelbeschießungstechnologie zur Genübertragung)
(1994) Yang, N. ed., Oxford University Press, New York, NY, Seite
10–11).
Zum Beispiel können Wolfram-
und/oder Goldpartikel-Mikroprojektile verwendet werden, um bei solchen
Direktinjektionstechniken eine angemessene Gentransferhäufigkeit
zu erreichen. Als Alternative oder zusätzlich können sowohl Diamantpartikel
als auch Glas-, Styropor- und/oder Latexperlen zum Befördern der
DNS verwendet werden. Die DNS-beschichteten Partikel können mittels
jeder geeigneten Einrichtung im Wirkstoffaufnahmebereich gehalten
werden, z. B. durch Abscheidung auf die distale Seite einer Trägerfolie
aufgebracht, die quer in einem Lumen an oder nahe dem distalen Mantelende
angeordnet ist. In dieser letzteren Ausführungsform befördert die
Antriebseinrichtung die DNS-beschichteten Partikel von einer distalen
Seite der Trägerfolie
in ein ihr benachbartes ausgewähltes
Zielgewebe oder -organ.
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Man
wird anerkennen, daß besonders
im Hinblick auf katheterartige Wirkstoffabgabevorrichtungen ein
Wirkstoff, der von einem distalen Ende der Vorrichtung mit ausreichend
hoher Energie abgeführt wird,
bewirken kann, daß sich
dieses Ende von einer Zielgewebewand oder -oberfläche wegbewegt. 8 zeigt
zum Beispiel einen Abschnitt eines steuerbaren Katheters 92 mit
einem distalen Ende, das angrenzend an einen Zielbereich an einer
Endokardwand 28 der linken Herzkammer eines Patienten positioniert
ist. Die Pfeile "A" und "B" stellen ein Phänomen von "Wirkung und Gegenwirkung" dar, wobei (i) Pfeil "A" eine Injektionskraft darstellt, die
durch einen oder mehrere hochenergetische Strahlen oder Ströme bereitgestellt
wird, die gegen die Wand 28 gerichtet werden, wobei der/die
Strahl(en) zum Beispiel einen angiogenen Wirkstoff (z. B. reine
DNS) transportieren, und (ii) Pfeil "B" eine
daraus resultierende gegenläufige
Kraft darstellt, die die distale Spitze des Katheters mitunter von
der Endokardwand wegdrückt.
Um letzterem entgegenzuwirken, werden Einrichtungen bereitgestellt,
um das distale Ende des Katheters unmittelbar an der Endokardwand
zu halten. In der veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich ein
Sekundärlumen 96 in
Längsrichtung entlang
des Katheters und endet an einer distalen Öffnung 98, kurz vor
dem distalen Ende des Katheters (z. B. zwischen etwa 1 bis 4 mm).
Ein langgestreckter Draht 102 ist gleitfähig in das
Sekundärlumen 96 aufgenommen,
und sein distales Ende ist am Katheter am oder nahe dem distalen
Ende des Katheters angebracht. Von einer entfernten (proximalen)
Stelle aus kann der Draht 102 zwischen einem zurückgezogenen
Zustand, in dem der distale Bereich des Drahtes dicht neben dem
Katheter (nicht gezeigt) positioniert ist, und einem ausgefahrenen Zustand,
in dem sich der distale Bereich des Drahtes über die distale Öffnung des
Sekundärlumens
hinaus erstreckt, bewegt werden, so daß er sich vom Katheterschaft
wegbiegt (gezeigt in 8). In einem solchen ausgefahrenen
Zustand drückt
ein mittlerer Bereich des gebogenen Abschnitts des Drahtes gegen eine
Rückwand
der Herzkammer, dargestellt mit Pfeilen "E",
wodurch bewirkt wird, daß ein
distaler Bereich des gebogenen Abschnitts das distale Ende des Katheters
in Richtung des Zielbereichs der Endokardwand drückt, wie dargestellt mit Pfeil "C". In einer weiteren Ausführungsform
ist ein Bereich des Katheters in Richtung seines distalen Endes
mit einem vorgeformten (norma len) Bogen von ausreichender Steifheit
oder Starrheit konfiguriert, um die distale Spitze des Schaftes
trotz dieser Kräfte
von "Wirkung und
Gegenwirkung" unmittelbar
am Zielbereich der Endokardwand zu halten. Zum Beispiel kann eine verstärkte Außenhülse auf
den Bereich "D" der Katheterhülse plaziert
werden, um den benötigten
Bogen entlang dieses Bereichs zu erhalten. Als Alternative kann
der Bogen entlang des Bereichs "D" von einer äußeren Position
aus einführbar
sein.
-
Im
allgemeinen können
die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren eine
große
Anzahl von Wirkstoffen verwenden, die beispielsweise von schnell
wirkenden Verbindungen über
Markersubstanzen bis hin zu gentherapeutischen Verbindungen reichen.
Beispielwirkstoffe, die für
die Verwendung hierin denkbar sind, sind dargelegt in den US-Patenten 5 840 059,
5 861 397, 5 846 946, 5 703 055, 5 693 622, 5 589 466 und 5 580
859. In einer Ausführungsform
wird die Erfindung zum Beispiel verwendet, um ein oder mehrere Gene
(z. B. als sogenannte reine DNS) in Hohlräume abzugeben, die im Herzmuskel
eines Patienten ausgebildet sind.
-
In
einer Ausführungsform,
bei der der Wirkstoff DNS aufweist, werden durch die Verwendung von
Polymeren Präparate
mit kontrollierter Freisetzung formuliert, um die ausgewählte Gensequenz (mit
oder ohne einen zugeordneten Träger,
z. B. Liposome usw.) zusammenzusetzen oder zu absorbieren. Die Wirkstoffe
können
gemäß bekannter
Verfahren formuliert sein, um pharmazeutisch nützliche Zusammensetzungen zu
erzeugen, wobei diese Materialien oder ihre funktionalen Derivate
mit dem Zusatz eines pharmazeutisch akzeptablen Trägers kombiniert
werden. Geeignete Träger
und ihre Formulierung sind zum Beispiel in Nicolau, C. et al. beschrieben
(Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 6: 239–271 (1989)). Um eine pharmazeutisch
akzeptable Zusammensetzung zu bilden, enthalten solche Zusammensetzungen
eine wirkungsvolle Anzahl der erwünschten Gensequenzen, zusammen
mit einer geeigneten Anzahl von Trägern.
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Zusätzliche
pharmazeutische Verfahren können
zur Kontrolle der Wirkungsdauer verwendet werden. Eine kontrollierte
Abgabe kann durch die Auswahl geeigneter Makromoleküle (z. B.
Polyester, Polyaminosäuren,
Polyvinyl, Pyrroline, Ethylenvi nylacetat, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose,
Protamine oder Sulfate) und die Konzentration von Makromolekülen sowie
die Einbauverfahren ausgeübt
werden, um die Freisetzung zu kontrollieren. Ein weiteres Verfahren
zur Kontrolle der Wirkungsdauer durch Präparate mit kontrollierter Freisetzung
ist der Einbau des Wirkstoffs in Partikel eines polymeren Materials,
wie Polyester, Polyaminosäuren,
Hydrogele, mehrwertige (Milch)-Säure
oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisate. Als Alternative ist es
anstelle des Einbaus dieser Wirkstoffe in polymere Partikel möglich, diese
Materialien in Mikrokapseln einzubauen, die zum Beispiel durch Koazervationstechniken
oder durch Grenzflächenpolymerisation
hergestellt werden, zum Beispiel Hydroxymethylcellulose oder Gelatinmikrokapseln
bzw. Poly(methylmethacrylat-)Mikrokapseln, oder in Kolloidarzneimittelabgabesysteme,
zum Beispiel Liposome, Albuminmikrokügelchen, Mikroemulsionen, Nanopartikel
und Nanokapseln oder in Makroemulsionen.
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In
einer typischen Anwendung tritt der Wirkstoff in einen oder mehrere
Zielbereiche entlang einer Oberfläche oder Wand eines ausgewählten Gewebes
ein und diffundiert in das Gewebe, unterstützt durch die Wirkung der Strahlen.
Vorteilhafterweise können
die hierin bereitgestellten hochenergetischen Stahlen auch dann
verwendet werden, wenn das distale Ende der Vorrichtung (z. B. ein
Katheterschaft) stark gebogen ist.
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Es
sollte nunmehr anerkannt werden, daß die vorliegende Erfindung
eine Reihe von Vorteilen gegenüber
den älteren
kanülenbasierten
Injektionssystemen bietet. Zum Beispiel kann bei jeder Abgabe eine
größere Fläche bzw.
ein größeres Volumen
des Gewebes im Vergleich zu herkömmlichen
Einkanülensystemen
behandelt werden. Die vorliegende Erfindung ist außerdem gegenüber den
meisten der bekannten kanülenbasierten
Abgabesysteme stark vereinfacht. Zum Beispiel benötigen die
Anordnungen zur Abgabe hochenergetischer Strahlen hierin keinen hin-
und herbeweglichen Schaft, wie es bei den bekannten kanülenbasierten
Abgabesystemen zum Vorschieben der Kanüle in ein Gewebe von einer
entfernten Stelle aus erforderlich ist, was den nutzbaren Wirkungsbereich
einschränken
kann.
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Der
Fachmann kann nun anhand der vorhergehenden Beschreibung anerkennen,
daß die
umfassenden Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl
von Formen implementiert werden können. Deshalb soll, obwohl
diese Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen
und deren Beispielen beschrieben worden ist, der tatsächliche Schutzbereich
dieser Erfindung nicht diesbezüglich eingeschränkt sein.
Vielfältige Änderungen
und Modifikationen sind möglich,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen definiert,
abzuweichen.