DE102004008370B4

DE102004008370B4 - Katheter zur Durchführung und Überwachung von Rotablation

Info

Publication number: DE102004008370B4
Application number: DE102004008370A
Authority: DE
Inventors: Michael Maschke
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: DE102004008370A1; JP2005230550A; JP4993863B2; US20050203553A1

Abstract

Katheter zur Durchführung und Überwachung von Rotablation, mit einem OCT-Sensor (4) und einem an der Spitze des Kathe- ters angeordneten, durch eine flexible Antriebswelle (2) ange- triebenen, rotierenden Kopf zum Abtragen von auf einer Gefäßwand sitzender Plaque unter Wegdrücken von Gefäßgewebe, dadurch gekennzeichnet, dass der OCT-Sensor (4) mit dem als Bohrkopf (3) ausgebildeten Kopf verbunden ist und eine OCT-Signalleitung (5) in der hohl ausgebildeten Antriebswelle (2) verläuft und dem Bohrkopf (3) und dem OCT-Sensor (4) ein Mikrogetriebe zwischengeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Katheter zur Durchführung und Überwachung von Rotablation, mit einem OCT-Sensor und einem an der Spitze des Katheters angeordneten, durch eine flexible Antriebswelle angetriebenen, rotierenden Kopf zum Abtragen von auf einer Gefäßwand sitzender Plaque unter Wegdrücken von Gefäßgewebe.
Eine der häufigsten Erkrankungen in der Welt mit Todesfolge sind die vaskulären Gefäßerkrankungen, insbesondere der Herzinfarkt. Dieser wird verursacht durch Arteriosklerose. Dabei kommt es durch Ablagerungen (arteriosklerotischer Plaque) zu einer „Verstopfung" von Koronargefäßen. Wenn die Koronarangiographie schwere Einengungen (Stenosen) an den Herzkranzgefäßen zeigt, die Angina pectoris verursachen, die Leistungsfähigkeit einschränken und/oder den Patienten bedrohen, dann wird heute in der Mehrzahl der Fälle eine PTCA (Perkutane Transluminale Koronare Angioplastik) durchgeführt. Dazu werden die Engstellen der Koronargefäße mit dem sogenannten „Ballon-Katheter" gedehnt.
Es hat sich in klinischen Studien gezeigt, dass es bei diesem Verfahren bei vielen Patienten zu einer Restenose kommt, teilweise bis zu 50 % der Patienten zeigen Restenosen. Ein alternatives Verfahren hat daher seit einigen Jahren seine Verbreitung gefunden um die Plaque zu beseitigen, die sogenannte Hochfrequenz-Rotablation-Angioplastie bietet besonders bei stark fibrotischen oder verkalkten und/oder langstreckigen Stenosen Vorteile.
Die koronare Rotablations-Angioplastie ist ein sogenanntes „Debulking" System (Rekanalisation stenosierter Koronarartierien).
Das Rotablations-Angioplastie-System besteht aus einem diamantenbestückten Bohrkopf, der bei sehr hoher Geschwindigkeit rotiert, verkalkte und fibrotische Plaques selektiv abträgt, während die normale elastische Gefäßwand vom Bohrkopf weggeschoben und nicht beschädigt wird („Differential Cutting"). Die entstandenen Mikropartikel werden in die Peripherie weggeschwemmt. Die Methode hat sich als wertvolles Instrument für schwer verkalkte Läsionen, die durch einfache Ballonangioplastie nicht beseitigt werden können, etabliert. Im Gegensatz zur Ballonangioplastie wird die Stenose nicht geweitet. Bei einer typischen Rotationsgeschwindigkeit von 150.000 rpm sind die abgefrästen Mikropartikel so klein, dass diese von Leber, Lunge und Milz filtriert werden, ohne Schäden im Körper zu verursachen.

Eine Vorrichtung für Rotablations-Angioplastie ist z. B. in der US 5,356,418 A , in der DE 69431262 T2 und in der DE 3785300 T2 beschrieben.

Eine derartige Vorrichtung besteht aus dem Bohrkopf (ca. 1–3 mm Durchmesser), der über eine hochflexible Welle mit einer pneumatisch angetriebenen Turbine (typische Drehzahl von 20.000-155.000 rpm) verbunden ist. Die Turbine wird durch komprimierte Luft angetrieben und über eine Konsole kontrolliert, die mit einem Fußpedal aktiviert wird.

Die flexible Welle besteht aus dem Antriebskabel und ist umgeben von einer Teflonhülle, durch welche eine Spülflüssigkeit gepresst wird. Die Spülflüssigkeit verhindert einerseits das Erhitzen des Antriebskabels, andererseits garantiert sie ein Auswaschen der Mikropartikel nach distal. Die Welle mit dem Bohrkopf kann gewechselt werden, ohne dass die Turbine gewechselt werden muss. Der ca. 3 m lange und dünne (ca. 0,2-0,3 mm) Führungsdraht, über den die Bohrsonde geschoben wird, wird während der Rotablation automatisch in der Turbine blockiert. Diese Blockierung kann aber gelöst werden, sodass der Bohrkopf und der Draht unabhängig voneinander bewegt werden können. Dies wird häufig gebraucht um den Bohrkopf aus der Koronararterie herauszunehmen.

Die oben beschriebene Therapie wird unter Röntgenkontrolle mittels Kontrastmittel mit einem Angiographiegerät durchgeführt. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Koronargefäße nur zweidimensional dargestellt werden und nur die eigentliche Verengung im Röntgenbild dargestellt wird. Das medizinische Personal kann während des Eingriffs kaum zwischen Plaque und Gefäßwand unterscheiden. Die rein angiopraphische Beurteilung der Schwere der Kalzifizierung und insbesondere der Lage des Kalziums in der Plaque (oberflächlich vs.tief) ist schwierig. Dies bedeutet für den Patienten ein erhebliches Risiko, entweder wird zuwenig Plaque abgetragen und der gewünschte Blutfluss wird nicht wieder hergestellt bzw. das Risiko einer Restenose bleibt erhalten, oder es wird zuviel Gewebe abgetragen und es kann zu einer Perforation des Gefäßes kommen.

Um die Plaque besser sichtbar zu machen, könnte ein separater IVUS-Katheter (Intravaskulärer Ultraschall) in das Gefäß eingeführt werden. Ein IVUS System ist z. B. in der DE 198 27 460 A1 und in der US 5,193,546 A beschrieben. Oder es könnte ein separater OCT-Katheter in das Gefäß eingeführt werden.

Das OCT-Verfahren ist z. B. in der WO 01/11409 A, in der US 5,921,926 A und in der EP 0815801 B1 beschrieben. Die OCT-Technik arbeitet ähnlich wie der bildgebende Ultraschall (B-mode). Das physikalische Grundprinzip fundiert auf dem Michelson Interferometer.

Der Nachteil dieses Vorgehens ist, dass jedes Mal die gesamte Rotablations-Vorrichtung aus dem Gefäß herausgezogen werden muss.

In der US 5,312,427 A ist eine Vorrichtung beschrieben, die ei- nen doppellumigen Katheter beschreibt, bei dem ein Lumen zur Einführung einer IVUS-Sonde genutzt werden kann. Der Nachteil dieser Lösung liegt in dem doppellumigen Katheter, der vom Durchmesser deutlich größer ausfallen muss als normalerweise verwendete Katheter und daher nur schlecht geeignet ist, um in Koronararterien eingeführt zu werden. Der weitere Nachteil dieser Lösung liegt in der durch das Doppellumen bedingten erhöhten Steifheit des Katheters, welches eine Navigation des Katheters in den Koronargefäßen verschlechtert. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung liegt in der dezentralen Position der eingeführten IVUS-Sonde im Verhältnis zum Bohrkopf des Rotablators.

Aus der US 2002/0019644 A1 ist eine Atherektomievorrichtung bekannt, die an ihrer Spitze ein rotierendes Schneidmesser aufweist. Das Schneidmesser ist auf einer drehbaren Antriebswelle angeordnet, die innerhalb einer Katheterhülle verläuft. Zusätzlich verläuft innerhalb der Katheterhülle eine optische Faser, um den behandelten Bereich beobachten zu können. Die optische Faser kann auch Bestandteil eines OCT-Systems sein. Da die Antriebswelle und die optische Faser beide nebeneinander innerhalb der Katheterhülle angeordnet sind, weist diese Vorrichtung einen vergleichsweise großen Durchmesser auf.

Aus der US 6,258,052 B1 ist ein Katheter bekannt, der an seinem Ende eine asymmetrische oder symmetrische Katheterspitze aufweist. Wenn die Katheterspitze mittels einer Antriebswelle gedreht wird, wird in radialer oder axialer Richtung Kraft auf artereosklerotische Plaque ausgeübt, wodurch diese entfernt werden kann. Zur Beobachtung des behandelten Gebietes ist ein Ultraschallsensor vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Katheter zur vereinfachten Durchführung und Überwachung von Rotablation zu schaffen, mit dem während der Intervention eine genaue Beobachtung des behandelten Gefäßes möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Katheter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der OCT-Sensor mit dem als Bohrkopf ausgebildeten Kopf verbunden ist und eine OCT-Signalleitung in der hohl ausgebildeten Antriebswelle verläuft und dem Bohrkopf und dem OCT-Sensor ein Mikrogetriebe zwischengeordnet ist.

Durch den erfindungsgemäßen, als integrierte Einheit ausgebildeten Katheter erhält man ein optimales System zum „Debulking" von Koronargefäßen. Der große Vorteil dieser Lösung liegt in der Reduktion sowohl von Verfahrensschritten als auch der verwendeten Katheter, sowie in der Reduktion von applizierter Röntgenstrahlung. Die Bilder des OCT-Systems liefern wichtige zusätzliche medizinische Informationen über das Plaque und die Gefäßwand, z. B. entzündliche Prozesse. Das OCT-Verfahren (Optical Coherence Tomography) ist z.B. in der WO 01/11409 A2 der US 5,921926 A und der EP 0815801 B1 beschrieben. Die OCT-Technik arbeitet ähnlich wie der bildgebende Ultraschall (B-mode). Das physikalische Grundprinzip fundiert auf dem Michelson Interferometer. Damit kann jeweils der „verstopfte" Gefäßabschnitt besser erkannt werden und die Beseitigung des Plaques während und nach der Prozedur kontrolliert werden. Von besonderem Vorteil beim OCT-Verfahren ist die sehr hohe Detailauflösung von Strukturen nahe der Gefäßoberfläche, die teilweise mikroskopische Gewebedarstellungen möglich macht.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Bohrkopf und dem OCT-Sensor ein Mikrogetriebe zwischengeordnet ist, sodass die Rotation des Bohrkopfes mit einer unabhängigen Geschwindigkeit von der Rotation des OCT-Sensors erfolgen kann. Mit Vorteil kann die Katheterhülle mit endseitigen Ein- bzw. Austrittsöffnungen für Kontrastmittel oder Spülflüssigkeit versehen sein, da die Verwendung eines OCT-Katheters es erforderlich macht, eine Spüllösung (z. B. physiologische Salzlösung) im Bereich der zu untersuchenden Stelle einzuspritzen.

Neben der Anordnung von Magneten an der Katheterspitze zur magnetischen Navigation kann auch eine Ausbildung der Vor richtung mit einem sie durchsetzenden Führungsdraht vorgesehen sein.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, dass an der Katheterspitze ein zum Fixieren des Katheters und/oder zur Gefäßdilatation dienender, vorzugsweise mehrkammeriger, aufblasbarer Ballon angeordnet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von nachgeordneten Ansprüchen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung erleben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Katheter, bei dem der OCT-Sensor hinter dem eigentlichen Schneidabschnitt des Bohrkopfs angeordnet ist und
2 eine abgewandelte Ausführungsform eines solchen Katheters mit zum Bohrkopf vorlaufend angeordnetem OCT-Sensor.
Der in 1 dargestellte kombinierte OCT-Rotablationskatheter umfasst einen Kathetermantel 1, in dem eine hohle flexible Antriebswelle 2 angeordnet ist, die sowohl zum Antreiben des Bohrkopfs 3 als auch des in dessen hinteren Abschnitt innerhalb eines, vorzugsweise umlaufenden, Fensters 11 angeordneten OCT-Sensors 4 (drehender Spiegel) dient. Bei 5 ist eine die Signalleitung zum OCT-Sensor 4 bildende Glasfaserleitung angedeutet. Der Bohrkopf 3 ist im vorderen Abschnitt mit Schleif- Schneidpartikeln 6 bestückt, die so ausgebildet sind, dass sie beim Rotieren normales Gefäßgewebe wegdrücken und nur auf der Gefäßinnenwand sitzende Plaque abtragen. Bei 7 ist ein durch den Katheter durchlaufender, allerdings in der Mitte aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichneter, Führungsdraht angedeutet, der vor dem Einbringen des Kombinationskatheters zunächst in das zu behandelnde Gefäß bis zum Zielgebiet eingebracht wird. Anschließend wird der erfindungsgemäße Kombinations OCT-Rotablationskatheter auf den Führungsdraht aufgeschoben und bis zum Zielgebiet vorgeschoben. Sowohl das Einführen des Führungsdrahts 7, als auch das Einführen des Bohrkopfs mit dem integrierten OCT-Rotablationskatheter erfolgt dabei unter Röntgenkontrolle, gegebenenfalls mit Kontrastmittel. Mit der OCT-Sonde wird die Stelle, an der die Plaque abgetragen werden soll, genauer untersucht (während dieser Untersuchung dreht sich die Kombinationssonde mit relativ langsamer Drehzahl, zum Beispiel ca. 100 bis 1.500 rpm, wobei gleichzeitig eine Spülflüssigkeit für das OCT-Verfahren eingespritzt wird. Anschließend wird der Bohrkopf unter hoher Drehzahl langsam in die Stenose bewegt und nach einigen Sekunden wird er leicht zurückgezogen. Wenn eine bestimmte Menge Plaque abgetragen ist, wird mit dem OCT-Sensor die Stelle an der Gefäßwand kontrolliert. Der Vorgang wird wiederholt bis an allen Stellen die Plaque abgetragen ist.
Neben dem mechanischen Verbindungssystem 8 und der Rotationskupplung 9 für die Anschlüsse ist zum Betrieb des Kombinationssensors noch eine Signal-Interface und Antriebseinheit 10 vorhanden. Darüber hinaus sind auch noch die bereits angesprochenen Zuleitungen oder Ableitungen für die Spülflüssigkeit vorgesehen, die jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen in den Figuren nicht mit eingezeichnet worden sind.
Die abgewandelte Ausführung eines kombinierten OCT-Rotablations-Katheters gemäß 2 unterscheidet sich nach der von 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass der OCT-Sensor nicht im Bohrkopf hinter dessen Schneidpartikeln vorgesehen ist, sondern vorlaufend bei 4' angeordnet ist und dass die hohle flexible Antriebswelle 2 mit einem integrierten Lumen für die Durchführung des OCT-Sensors versehen ist.
Bei beiden Ausführungsformen kann neben einem Magneten in der Katheterspitze zur Magnetnavigation auch insbesondere ein dem Bohrkopf und dem OCT-Sensor zwischengeordnetes Mikrogetriebe vorgesehen sein, um beide mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten antreiben zu können.
Ein medizinisches System aus kombiniertem OCT-Rotablations-Angioplastiekatheter, Subsystem zum Anschluss des OCT-Rotablations-Angioplastiekatheters, besteht aus Signal-Interface-Einheit, Preprocessing für OCT-Bilddaten, Bildverarbeitungs- und Bilddarstellungseinheit. Dazu kommen ein User-Interface zur Steuerung des Systems sowie zur Bedienung der Bilddarstellung für OCT einschließlich Bildspeicher, Spannungsversorgungseinheit und Netzwerk-Interface (z. B. DICOM), sowie eine Antriebseinheit für die hohle flexible Antriebswelle. Die Antriebseinheit besitzt Möglichkeiten um die hohe Drehzahl (z. B. 150.000 rpm) für den Bohrkopf und auch die niedrige Drehzahl (ca. 1.000 rpm) für die OCT-Sonde bereitzustellen. Bei der niedrigen Drehzahl für die OCT-Sonde ist eine relativ konstante Drehzahl notwendig, sodass zweckmäßigerweise die hohe Drehzahl wie bekannt mit einer Druckluft getriebenen Turbine erzeugt wird, während die niedrige Drehzahl mit einem geregelten Elektroantrieb erzeugt werden kann.
Das OCT-Bildsystem kann um Menus erweitert werden, um eine Quantifizierung (z.B. Messung von Winkeln, Strecken, Flächen, Stenosegrad vor und nach der Prozedur) der Stenose und des beseitigten Plaques zu ermöglichen.
Schließlich wäre es auch noch – neben der Verwendung üblicher Röntgenmarker am Katheterschaft – möglich, einen Temperatursensor an der Spitze des Katheters anzubringen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht eingezeichnet ist, um die durch die Reibung bei hoher Drehzahl entstehende Hitze zu überprüfen. In klinischen Studien wurde nämlich festgestellt, dass ein Hitzeschaden in den Gefäßen die Restenoserate erhöht.

Claims

Katheter zur Durchführung und Überwachung von Rotablation, mit einem OCT-Sensor (4) und einem an der Spitze des Kathe- ters angeordneten, durch eine flexible Antriebswelle (2) ange- triebenen, rotierenden Kopf zum Abtragen von auf einer Gefäßwand sitzender Plaque unter Wegdrücken von Gefäßgewebe, dadurch gekennzeichnet, dass der OCT-Sensor (4) mit dem als Bohrkopf (3) ausgebildeten Kopf verbunden ist und eine OCT-Signalleitung (5) in der hohl ausgebildeten Antriebswelle (2) verläuft und dem Bohrkopf (3) und dem OCT-Sensor (4) ein Mikrogetriebe zwischengeordnet ist.
Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter eine Katherhülle (1) aufweist, die mit endseitigen Ein- bzw. Austrittsöffnungen für Kontrastmittel oder Spülflüssigkeit versehen ist.
Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Katheterspitze Magnete zur magnetischen Navigation angeordnet sind.
Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er einen durchgehenden Führungsdraht (7) aufweist.
Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Katheterspitze ein zum Fixieren des Katheters und/oder zur Gefäßdilatation dienender, vorzugsweise mehrkammeriger aufblasbarer Ballon angeordnet ist.
Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass an der Katheterspitze ein Temperatursensor angeordnet ist.
Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die OCT-Signallleitung (5) als Glasfaserleitung ausgebildet ist.
Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) durch eine mit einer Druckluft getriebenen Turbine und/oder einen geregelten Elektroantrieb antreibbar ist.