DE69423295T2 - Katheter zur Kryo-Abtragung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kryo-Ablationskatheter, wie er in der DE-A-23 32 513 beschrieben ist.
• Der aus dieser Veröffentlichungsschrift bekannte Katheter weist einen röhrenförmigen Grundkörper mit einem geschlossenen Kopf aus einem thermisch leitfähigen Material am distalen Ende auf. In dem Grundkörper ist eine Druckleitung aus einem biegsamen synthetischen Material aufgenommen, die an ihrem nahe des Kopfes liegenden Ende eine Düse aufweist. Ein Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur wird durch die Druckleitung eingesaugt, die das Kühlmittel thermisch isoliert. Der Kopf wird durch den Kontakt mit dem Kühlmittel und auch durch das Verdampfen des Kühlmittels gekühlt. Dieser auf Verdampfung beruhende Kühleffekt ist unter der Bezeichnung Joule-Thompson- Effekt bekannt. Mit dem so gekühlten Kopf lassen sich Ablationen im Inneren von Organen ausführen, z. B. im Magen eines Patienten.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Katheter des oben beschriebenen Typs zu verbessern, so daß er sich mit einem kleinen Durchmesser herstellen läßt und dadurch Ablationen z. B. im Herzen eines Patienten ermöglicht werden. Der erfindungsgemäße Katheter muß ausreichend biegsam sein, und trotz des geringen Durchmessers muß am Kopf des Katheters eine geeignete, extrem niedrige Temperatur erzielbar sein.
• Diese Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 charakterisierten Katheter gelöst. Das unter Druck stehende Fluid, welches sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein kann, wird auf einen niedrigen Wert vorgekühlt. Aufgrund des Drucks läßt sich ausreichend Fluid zu dem distalen Ende des Katheters zuführen, und an der Einschnürung ist ein wesentlicher Druckabfall erzielbar, so daß sich infolge des bereits erwähnten Joule-Thompson-Effekts an der Spitze des Katheters eine extrem niedrige Temperatur erreichen läßt. Selbst bei Druckleitungen mit geringem Durchmesser, die somit bezogen auf ihren Querschnitt eine relativ große Leitungsoberfläche aufweisen, wird über die Wand der Druckleitung nur wenig Wärme übertragen, was auf den Rückstrom des expandierten Gases durch den Katheter zurückzuführen ist. Im Inneren der Kühleinrichtung wird das Fluid auf eine Temperatur von z. B. -40ºC gekühlt.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Vorrichtung ist in Anspruch 2 charakterisiert. Die Temperatur des abgeleiteten expandierten Kühlmittels kann am proximalen Ende des Ausflußkanals noch so gering sein, daß es auf geeignete Weise zum Vorkühlen des Kühlmittels in der Druckleitung verwendbar ist.
• Eine weitere vorteilhafte, bevorzugte Ausführungsform ist in Anspruch 3 charakterisiert. Das Fluid in der Druckleitung kann so auf ganz einfache Weise beträchtlich gekühlt werden, wobei die Kühleinrichtung nur ein relativ geringes Volumen beansprucht. Da das mit Druck beaufschlagte Kühlmittel ohnehin bereits vorhanden ist, läßt sich das Vorkühlen auf sehr effiziente Weise realisieren.
• Die in Anspruch 4 beschriebene Maßnahme wird bevorzugt angewandt, so daß sich die Temperatur des in die Druckleitung des Katheters zu leitenden Fluids sorgfältig überwachen und dadurch der gewünschte Kühleffekt an der Spitze des Katheters sicherstellen läßt.
• Bei Anwendung der in Anspruch 5 beschriebenen Maßnahme wird ganz auf die teilweise Ausbildung der Druckleitung als Wärmetauscher verzichtet, und folglich entfällt auch der zusätzliche Vorkühl-Effekt des zurückströmenden expandierten Gases komplett. Trotzdem läßt sich an der Katheterspitze eine gewünschte extrem niedrige Temperatur erzielen. Wenn die Druckleitung und der Ausflußkanal axial über ihre gesamte Länge durch den Grundkörper verlaufen, läßt sich dieser mit einem geringen Durchmesser ausbilden, was für das mit dem Katheter auszuführende Behandlungsverfahren von Vorteil ist. An den Ausflußkanal läßt sich eine Auslaßeinrichtung anschließen, so daß sich an der Verengung am Ende der Druckleitung eine ausreichende Druckdifferenz aufrechterhalten läßt und dadurch eine geeignete Ableitung des expandierten Kühlmittels und folglich ein optimaler Kühleffekt an der Spitze erreicht werden.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform ist in Anspruch 6 charakterisiert. Die Druckleitung ist in dem Lumen des Grundkörpers vollständig vom Strom des expandierten Kühlmittels umgeben, so daß die durch die Wand des Katheters hindurch stattfindende Wärmeübertragung auf die Druckleitung minimal ist.
• Die in Anspruch 7 beschriebene Maßnahme findet vorzugsweise zum Überwachen des Betriebs des Katheters Anwendung. Als ein geeigneter Temperatursensor läßt sich ein Thermistor verwenden, dessen Signalleitungen aus sehr dünnen elektrischen Leitungen herstellbar sind, welche die freie Querschnittsfläche des Lumens nur minimal verkleinern.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kryo-Ablationskatheter-Einrichtung, schematisch,
• Fig. 2 den in Fig. 1 mit dem Pfeil II bezeichneten distalen Endabschnitt des eigentlichen Katheters, im Schnitt,
• Fig. 3 einen Schnitt entlang der Pfeile III-III in Fig. 2, und
• Fig. 4 das in Fig. 1 mit dem Pfeil IV bezeichnete Y-Stück, teilweise im Schnitt.
• Die aus Fig. 1 ersichtliche Katheter-Einrichtung weist einen erfindungsgemäßen Katheter 1 mit einem distalen Ende 2 und einem proximalen Ende 3 auf. Auf dem proximalen Ende 3 sitzt ein Anschlußteil 5, mit dem der Katheter in einem Handgriff 4 aufgenommen ist. Der Katheter 1 kann einmalig verwendbar sein, während der Handgriff 4 wiederverwendbar ist.
• Der Katheter 1 weist einen Grundkörper 15 mit einem an dem distalen Ende 2 vorgesehenen geschlossenen Kopf 14 auf, der aus einem thermisch leitfähigen Material wie Metall hergestellt ist.
• Der Grundkörper 15 weist ein einziges Lumen 20 auf, das auf eine nachfolgend noch erläuterte Weise als Ausflußkanal dient.
• In dem Lumen 20 ist eine Druckleitung 13 aufgenommen, die von dem proximalen Ende 3 des Katheters 1 zu dem distalen Ende verläuft. Die Druckleitung 13 ist mit Hilfe eines Haftmittels 16 in dem Kopf 4 festgelegt. Bei der Herstellung wird zuerst das distale Ende der Druckleitung 13 in dem Kopf 14 fixiert, und dann der Grundkörper 15 über den geeigneten Abschnitt des Kopfs 14 geschoben und an diesem festgelegt.
• Die Druckleitung 13 weist an ihrem distalen Ende im Inneren des Kopfs 14 eine Verengung 17 auf.
• Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird die Druckleitung 13 an einem Y-Stück 6 von außen in den Grundkörper des Katheters 1 geführt. Die Druckleitung und die nachfolgend noch beschriebenen Signalleitungen 8-10 führen abgedichtet aus dem Y-Stück 6 heraus, so daß der von dem Lumen 20 gebildete Ausflußkanal separat, d. h. ohne Verbindung zu diesen bleibt.
• Über die Druckleitung 13 läßt sich unter hohem Druck stehendes Kühlmittel zu dem distalen Ende des Katheters leiten. Wenn das Kühlmittel die Verengung 17 passiert hat, dehnt es sich aus und entzieht dabei seiner Umgebung Wärme, so daß der Kopf 14 auf eine extrem niedrige Temperatur gekühlt wird.
• Das expandierte gasförmige Fluid strömt durch den von dem Lumen gebildeten Ausflußkanal 20 zum proximalen Ende 3 des Katheters zurück. Der Ausflußkanal 20 ist im Inneren des Handgriffs 4 auf geeignet abgedichtete Weise an eine Leitung 32 angeschlossen, durch die das expandierte Fluid anschließend abgeführt wird. In der Leitung 32 kann eine Pumpe 33 aufgenommen sein, wie es bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist, so daß sich auch bei sehr kleinen Durchmessern des Katheters 1 eine geeignete Ableitung des expandierten Gases sicherstellen und eine ausreichende Druckdifferenz an der Verengung 17 aufrechterhalten läßt, so daß der gewünschte Kühleffekt erzielt wird.
• Erfindungsgemäß ist die Druckleitung 13 aus einem synthetischen Material hergestellt, das im Vergleich zu Metall einen geringen Elastizitätsmodul und hohe Wärmewiderstandsbeiwerte aufweist, so daß sich der Katheter 1, und insbesondere sein distales Ende 2, aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls des Materials der Druckleitung 13 ausreichend biegsam ausbilden lassen.
• Das Kühlmittel wird vor dem Einleiten in die Druckleitung in der Kühleinrichtung 25 vorgekühlt, so daß im Kopf 14 des Katheters ein ausreichender Kühleffekt erzielt wird. Die schematisch aus Fig. 1 ersichtliche Kühleinrichtung 25 weist eine isolierte Kühlkammer 26 auf, durch die sich ein Rohr 27 schlängelt, an das die Druckleitung angeschlossen ist. Von einer hier als ein Druckzylinder 28 dargestellten Kühlmittel-Quelle wird ein Druckfluid in die Druckleitung 27 geleitet. Die erforderliche Menge läßt sich mittels eines Einstellventils 29 einstellen.
• Vor dem Ventil 29 zweigt eine Leitung von der Kühlmittelleitung ab, die durch eine Verengung 34 hindurch in die Kühlkammer 26 einmündet. Die in die Kühlkammer 26 geleitete Fluidmenge wird mittels des Steuerventils 30 eingestellt. Wenn das Kühlmittel die Verengung 34 passiert, dehnt es sich in die Kammer 26 hinein aus und entzieht dabei seiner Umgebung, d. h. dem durch das Rohr 27 strömenden Kühlmittel, Wärme, so daß das Kühlmittel gekühlt wird. Das expandierte Fluid wird von der Leitung 31 aus der Kammer 26 abgesaugt, so daß über die Verengung hinweg eine ausreichende Druckdifferenz aufrechterhalten wird.
• Wie aus Fig. 1 schematisch ersichtlich ist, ist am proximalen Ende der Druckleitung ein Temperatursensor 12 angeordnet, der über eine Signalleitung 11 mit einem Meßplatz 23 verbunden ist, so daß die Temperatur des in das proximale Ende der Druckleitung 13 geleiteten Kühlmittels meßbar ist. Ausgehend von der gemessenen Temperatur läßt sich das Steuerventil 30 einstellen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Steuerventil 30 von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der mit dem Sensor 12 gemessenen Temperatur betätigt werden.
• Im Kopf 14 des Katheters ist ferner ein Temperatursensor 18 aufgenommen, der über Signalleitungen 9 an eine Meßausrüstung 20 angeschlossen ist. Mit Hilfe des Temperatursensors 18 läßt sich die Temperatur des Kopfes 14 des Katheters ablesen. Der Meßwert läßt sich bei Bedarf auch zum Einstellen des Steuerventils 29 verwenden. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Steuerventil 29 in Abhängigkeit von der in dem Kopf 14 gemessenen Temperatur automatisch betätigt werden.
• An seinem distalen Ende ist der Katheter mit einer Ring elektrode versehen, die mittels einer Signalleitung 10 ebenfalls an den Meßplatz 23 angeschlossen ist. Die Ringelektrode 21 läßt sich in Kombination mit dem elektrisch leitenden Kopf 14 für Messungen im Inneren von Organen verwenden, so daß eine korrekte Positionsbestimmung zum Ausführen des Ablationsverfahrens durchführbar ist.
• Die erfindungsgemäße Kathetereinrichtung läßt sich zum Beispiel bei der Behandlung bestimmter Herzrhythmusstörungen zum Abtragen von Oberflächengewebe im Inneren des Herzens verwenden. Dabei wird das Gewebe stark abgekühlt, so daß es örtlich gefriert und dadurch zerstört wird.
• Bei dem aus der Zeichnung ersichtlichen Katheter bildet die aus Metalldraht-Geflecht hergestellte Verstärkungsschicht des Grundkörpers einen Leiter zum Messen von Signalen, und die Signalleitung 8 ist daher an dem Y-Stück 6 an diese Verstärkungsschicht angeschlossen.
• Da die Druckleitung 13 aus einem Material mit relativ hohem Wärmewiderstandsbeiwert hergestellt ist, nimmt das vorgekühlte Fluid wenn überhaupt nur wenig Wärme aus der Umgebung auf. Die Druckleitung 13 verläuft im Inneren des Grundkörpers 15 des Katheters durch das mittige Lumen, durch welches das aus dem Kopf 14 abgeleitete expandierte Gas strömt. Das expandierte Gas hat anfangs eine sehr niedrige Temperatur und wird im Kopf nur geringfügig erwärmt, so daß es beim Durchströmen des Ausflußkanals 20 noch immer eine niedrige Temperatur aufweist und das unter. Druck zugeführte Kühlmittel somit ebenfalls nicht oder nur wenig erwärmt wird.
• Auch wenn dies nicht aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der an die Kühleinrichtung 25 angeschlossene Abschnitt der Druckleitung 13 in der Regel eine Isolierschicht auf, so daß auch hier eine Erwärmung des Druckfluids verhindert wird.
• Es wird darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung lediglich eine denkbare Ausführungsform gezeigt ist und auch andere Ausführungsformen möglich sind. Beispielsweise läßt sich die Kühleinrichtung 25 auch in dem Handgriff 4 aufnehmen. In diesem Falle wird ermöglicht, daß die Kühlleitung 13 fast auf ihrer gesamten Länge von dem zurückströmenden expandierten Fluid umgeben ist, so daß sich die Temperatur des Druckfluids gut steuern läßt.
• Wie bereits erwähnt kann das zurückströmende expandierte Fluid bei bestimmten Ausführungsformen und Einstellungen der Fluidströme an dem proximalen Ende 3 noch immer eine so niedrige Temperatur haben, daß es in der Kühleinrichtung in der Nähe des proximalen Endes zum Vorkühlen des Druckfluids verwendbar ist.
• Alle diese denkbaren Variationen werden als Bestandteil der Erfindung angesehen.

Claims (7)

1. Kryo-Ablationskatheter-Einrichtung (1) mit einem röhrenförmigen Grundkörper (15) mit einem proximalen Ende (3) und einem distalen Ende (2), wobei an dem distalen Ende (2) ein geschlossener Kopf (14) aus einem thermisch leitfähigen Material angeordnet ist, einer Druckleitung (13), die in dem Grundkörper (15) von einer nahe dem proximalen Ende (3) gelegenen Stelle zu einer nahe dem Kopf (14) gelegenen Stelle verläuft und die an ihrem distalen Ende eine Düse (17) aufweist, sowie einem Ausflußkanal (20), der von dem Kopf (14) zu dem proximalen Ende (3) verläuft, wobei die Druckleitung (13) aus einem biegsamen synthetischen Material hergestellt und an dem proximalen Ende (3) an eine Quelle (28) für Druckfluid angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eine Verengung (17)- ist, und daß an dem proximalen Ende (3) eine Kühleinrichtung (25) vorgesehen ist, mit der sich das Fluid kühlen läßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühleinrichtung einen Wärmetauscher aufweist, der auf einer Seite mit der Druckleitung und auf der anderen Seite mit dem Ausflußkanal verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühleinrichtung (25) einen Expansionskühler aufweist, in dem sich ein Teil des Druckfluids ausdehnt, während dem übrigen Teil des Fluids Wärme entzogen wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei an dem proximalen Ende der Druckleitung (13) ein Temperatursensor (12) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckleitung (13) und der Ausflußkanal (20) axial über ihre gesamte Länge hinweg in dem Grundkörper (15) verlaufen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ausflußkanal von einem Lumen (20) des Grundkörpers (15) gebildet wird und die Druckleitung (13) eine separate Leitung ist, die mit einem Zwischenraum in dem Lumen (20) aufgenommen ist.

7. Einrichtung nach irgendeinem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Temperatursensor in dem Kopf angeordnet ist und Signalleitungen desselben durch den Ausflußkanal zu dem proximalen Ende des Katheters verlaufen.