DE3639321A1

DE3639321A1 - Angiographic catheter set having a sound microprobe for the sonographic visualisation of vessels

Info

Publication number: DE3639321A1
Application number: DE19863639321
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Wernecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1987-08-06

Abstract

Angiographic catheter set comprising a catheter (4) and an optional guide wire, for introduction into body vessels (1, 2). The tip region of the catheter (4) is provided with a sound microprobe (5) fitted with several piezoelectric crystals. The piezoelectric crystals of the sound microprobe (5) point ahead with the sound emitting side and sound receiving side. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Angiographiekatheterset, bestehend aus einem Katheter und gegebenenfalls einem Führungsdraht, zur Einführung in Körpergefäße, das im Bereich seiner Spitze mit einer mit mehreren Piezokristallen bestückten Mikroschallsonde versehen ist.The invention relates to an angiography catheter set, consisting of a catheter and optionally one Guide wire, for insertion into body vessels, the in Area of its tip with one with multiple piezo crystals equipped micro sound probe is provided.

Die Diagnostik der Gefäße, insbesondere der erkrankten Gefäße, stützt sich heute noch im wesentlichen auf die röntgenologische Darstellung des Gefäßlumens mit jodhaltigen Kontrastmitteln, das über einen in das Gefäß eingeführten Katheter injiziert wird. Zwar liefert die röntgenografische Diagnostik, auch Angiographie genannt, recht zuverlässige Aussagen über das Ausmaß und die Ausdehnung von bestimmten Gefäßerkrankungen. Als optimales Verfahren zur Darstellung von Gefäßwandprozessen kann sie jedoch nicht angesehen werden. Der entscheidende Nachteil ist, daß die Angiographie lediglich ein Ausgußbild des Gefäßlumens liefert, während die Gefäßwand selbst unsichtbar bleibt. Röntgenaufnahmen des kontrastmittelgefüllten Gefäßes liefern also nur ein Summationsbild, aus dem auch in mehreren Ebenen angefertigt sich keine echten Gefäßquerschnitte ableiten lassen. Kleine Gefäßwandauflagerungen (sogenannte Plaques) können, wenn sie nicht tangential getroffen werden, durch die Kontrastmittelsäule überdeckt und damit übersehen werden.Diagnostics of the vessels, especially the diseased Vessels, is still based essentially on the X-ray imaging of the vascular lumen with iodine Contrast agent that is introduced into the vessel Catheter is injected. It delivers X-ray diagnostic, also called angiography, fairly reliable statements about the extent and the Expansion of certain vascular diseases. As optimal Process for representing vascular wall processes however, it cannot be viewed. The decisive one The disadvantage is that angiography is only a Pouring image of the vessel lumen delivers while the vessel wall even remains invisible. X-rays of the contrast medium-filled vessel only deliver one Summation picture, from which also made in several levels no real vascular cross sections can be derived. Small vascular wall deposits (so-called plaques) can, if they are not hit tangentially, covered by the contrast medium column and thus overlooked.

Es wird daher zur Diagnostik auch die Sonographie mit von außen an die Gefäße herangeführten, hochauflösenden Schallköpfen (5-10 MHz) herangezogen. Hierbei werden an gut zugänglichen, oberflächlich gelegenen Gefäßen ausgezeichnete Ergebnisse erzielt, die teilweise die Ergebnisse der Angiographie, insbesondere im Nachweis kleinerer Plaques, übertreffen. Andere Gefäßregionen, wie z. B. die Nieren- oder Koronararterien, können wegen zu großer Schalldistanz (Nierenarterien) oder Gasüberlagerung (Koronararterien) sonographisch nicht oder nicht ausreichend sicher beurteilt werden.It is therefore also used for diagnosis with sonography high-resolution from the outside Transducers (5-10 MHz) used. Here are on easily accessible, superficial vessels achieved excellent results, some of which Results of angiography, especially in the detection smaller plaques, excel. Other vascular regions, such as B. the kidney or coronary arteries, because Excessive sound distance (renal arteries) or gas overlay (Coronary arteries) not sonographically or cannot be assessed with sufficient certainty.

Weiterhin ist nach dem deutschen Gebrauchsmuster 77 39 588 eine Vorrichtung zur Bestimmung der inneren und äußeren Berandung (Innen- und Außendurchmesser) von Gefäßen bekannt, bei der am Umfang des Katheters Piezokristalle als Ultraschall-Sender und -Empfänger angeordnet sind, die in radialer Richtung wirksam sind. Mit Hilfe dieser Vorrichtung können Querschnittsbilder des Gefäßes in Höhe der Katheterspitze angefertigt werden. Ein Nachteil der beschriebenen Vorrichtung ist, daß kein Einblick in die vor dem Katheder liegenden Gefäßabschnitte möglich ist, d. h. es können nur Querschnitte von Gefäßregionen angefertigt werden, die mit dem Katheter bereits sondiert wurden. Insbesondere bei dem Vorhandensein von Plaques ist das nicht ungefährlich, da die Gefäßwandauflagerungen abgelöst und zu Embolien im nachgeordneten Stromgebiet führen können.Furthermore, according to the German utility model 77 39 588 a device for determining the inner and outer Bordering (inside and outside diameter) of vessels known, at the circumference of the catheter piezo crystals are arranged as ultrasonic transmitters and receivers, which are effective in the radial direction. With the help of this Device can show cross-sectional images of the vessel Height of the catheter tip can be made. A disadvantage the device described is that no insight into the vessel sections lying in front of the catheter are possible is, d. H. only cross sections of vascular regions can be are prepared that are already probed with the catheter were. Especially in the presence of Plaques is not harmless because of the vascular wall deposits detached and embolized in the subordinate Current area can lead.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, einen Katheter bzw. Katheterset mit einer Mikroschallsonde anzugeben, der möglichst risikoarm einen Einsatz in Körpergefäßen an lebenden Organismen (Menschen und Tieren) erlaubt und eine hohe Bildauflösung ermöglicht.It is therefore the task of a catheter or Specify catheter set with a micro sonic probe, the use in body vessels with as little risk as possible living organisms (humans and animals) allowed and enables a high image resolution.

Diese Aufgabe wird gemäß Erfindung bei einem Katheterset der genannten Art dadurch gelöst, daß die Piezokristalle im oder am Kopf des Katheters mit der Schallabstrahlseite und Schallempfangsseite in Vorausrichtung zeigend angebracht sind. Das bedeutet, daß der Sektorausschnitt des erzeugten Schallfeldes um die verlängerte Achse des Katheters und nicht mehr, wie beim Stand der Technik, lediglich radial um die Peripherie des Katheters angeordnet ist. Die interne Beschallung durch eine in die Gefäße einführbare Mikrosonde mit Katheter bietet gegenüber den externen röntgenographischen oder perkutanen sonographischen Darstellungen der Gefäße erhebliche Vorteile. Durch die zentrale Lage der Sonde im Gefäß und der vor ihr liegenden "Wasservorlaufstrecke", (Blutflüssigkeit), ergeben sich ideale, überlagerungsfreie Schallbedingungen. Wegen der kurzen Schalldistanzen können Piezokristalle mit hoher Frequenz, d. h. mit mehr als 10 MHz, eingesetzt werden. Diese Frequenzen werden im Allgemeinen als Mikroschall, in manchen Veröffentlichungen auch als "Ultraschall" bezeichnet. Im vorliegenden Falle stellen daher die Begriffe "Ultraschall" und "Mikroschall" bzw. "Ultraschallsonde" bzw. "Mikroschallsonde" Synonyme dar.This object is achieved according to the invention in a catheter set of the type mentioned solved in that the piezo crystals in or on the head of the catheter with the sound emission side and pointing the sound receiving side in the forward direction are attached. That means the sector cutout of the generated sound field around the extended axis of the Catheter and no longer, as in the prior art, only arranged radially around the periphery of the catheter is. The internal sound system through one in the Vascular insertable micro probe with catheter offers opposite the external x-ray or percutaneous sonographic representations of the vessels considerable Advantages. Due to the central position of the probe in the vessel and the "water supply section" in front of it, (blood fluid), result in ideal, non-overlapping Sound conditions. Because of the short sound distances Piezo crystals with high frequency, i. H. with more than 10 MHz. These frequencies will be generally as micro sound, in some publications also called "ultrasound". In the present The terms "ultrasound" and "Micro sound" or "ultrasonic probe" or "micro sound probe" Synonyms.

Die als Schallelemente dienenden Piezokristalle müssen in Vorausrichtung zeigend, d. h. im wesentlichen axial von der Katheterrückseite weggerichtet sein, so daß ein nach vorne in Richtung des Kathetervorschubes gehender Schallstrahl aussendbar ist. Insbesondere für angiographisch- therapeutische Techniken, wie die Gefäßdehnung mit Ballonkathetern (Angioplastie), ergibt sich damit der Vorteil, daß der unmittelbar vor der Katheterspitze gelegene Gefäßabschnitt im Längsschnitt beschallt und abgebildet werden kann. Dabei kann die Lage des Katheters durch gleichzeitige Röntgenkontrolle festgestellt werden. Die Mikroschallsonde an der Spitze des Katheters erlaubt eine permanente Sichtkontrolle während des Kathetervorschubes. Durch Verschieben des Katheters um die eigene Achse kann die Gefäßwand mit eventuell aufliegenden Plaques dreidimensional erfaßt werden. Insbesondere bei hochgradig verengten oder atypisch abgehenden Gefäßen ist damit eine Kathetersondierung wesentlich vereinfacht.The piezo crystals used as sound elements must pointing in advance, d. H. essentially axial be directed away from the back of the catheter, so that a going forward in the direction of the catheter advance Sound beam can be emitted. Especially for angiographic therapeutic techniques such as vascular stretching with balloon catheters (angioplasty) the advantage that the immediately in front of the catheter tip sonicated vascular section in longitudinal section and can be mapped. The location of the catheter determined by simultaneous x-ray control will. The ultrasound probe at the tip of the catheter allows permanent visual control during the Catheter advance. By moving the catheter around the vessel wall can possibly rest on its own axis Plaques can be recorded three-dimensionally. In particular in the case of highly narrowed or atypical outgoing Vascular catheterization is essential simplified.

Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, daß das Einführen des erfindungsgemäßen Kathetersets in Gefäßregionen mit höherem Embolierisiko (z. B. in Kopf- und Halsarterien mit dem Risiko des Hirninfarktes, Koronararterien mit dem Risiko des Herzinfarktes), eine geringere Komplikationsrate erwarten läßt. Bei jeder Kathetersondierung besteht das Risiko einer Ablösung und Verschleppung von Plaquematerial in die Gefäßperipherie. Ein resultierender Gefäßverschluß kann zu schwerwiegenden Organausfällen führen. Es ist daher vorstellbar, daß Katheterbewegungen unter sonographischer Kontrolle mit einer geringeren Komplikationsrate belastet sein werden.It should also be noted that the introduction of the catheter set according to the invention in vascular regions with a higher risk of embolism (e.g. in the head and neck arteries with the risk of brain infarction, coronary arteries with the risk of heart attack), a lower complication rate can be expected. With every catheter probe there is a risk of detachment and procrastination of plaque material in the periphery of the vessels. A resulting one Vascular occlusion can lead to serious organ failure to lead. It is therefore conceivable that catheter movements under sonographic control with a lower Complication rate will be charged.

Gemäß Unteranspruch 2 wird eine Mehrzahl von Piezokristallen im Kopf des Kathetersets in einer quer zur Katheterachse verlaufenden Geraden oder über die Kathetervorderseite konvex in Vorausrichtung gekrümmten Anordnungen aufgereiht. Dabei kann diese Anordnung direkt mit einem Katheter oder aber auch am Kopf eines in dem Katheter verschiebbaren Führungsdrahtes angebracht sein. Unter dem Begriff "Katheterset" kann demnach der Katheter mit der Mikroschallsonde, gegebenenfalls aber auch der Katheter mit eingeschobenem Führungsdraht und Mikroschallsonde, verstanden werden.According to sub-claim 2, a plurality of piezo crystals in the head of the catheter set in a cross to Straight line or over the catheter front arrangements convexly curved in the forward direction lined up. This arrangement can be done directly with a catheter or on the head of one in the Catheter slidable guide wire attached. Accordingly, the term "catheter set" means the catheter with the micro sound probe, but also if necessary the catheter with inserted guidewire and microsound probe, be understood.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.Embodiments of the invention are based on the attached drawing explained.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:The figures in the drawing show in detail:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Körpergefäß, z. B. Arterie, in vergrößerter Darstellung, mit einem eingeführten Katheterset gemäß Erfindung; Fig. 1 in a schematic representation of a body vessel, for. B. artery, in an enlarged view, with an inserted catheter set according to the invention;

Fig. 2 das bei entsprechender Schaltung entstehende Monitor-Bild; Figure 2 is the resultant with a corresponding circuit monitor image.

Fig. 3 in leicht schematisierter Darstellung Aufsicht und Seitenansicht auf den Kopf des Kathetersets in einer ersten Ausführungsform; Figure 3 is a slightly schematized representation top and side view on the head of the catheter assembly in a first embodiment.

Fig. 4 eine entsprechende Seitenansicht in einer anderen Ausführungsform; Fig. 4 is a corresponding side view in another embodiment;

Fig. 5 eine Ausführungsform, bei der der Katheterset als Katheter mit Führungsdraht ausbegildet ist. Fig. 5 shows an embodiment in which the catheter set is designed as a catheter with a guide wire.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Körpergefäß, hier Arterie 1, welches im Längschnitt dargestellt ist. Das Körpergefäß 1 besitzt eine Abzweigung 2. Das Lumen des Körpergefäßes 1 ist durch eine Stenose 3, gebildet durch Ablagerungen, wesentlich verengt. Die von der im Bild linken Seite ankommende Spitze eines Katheters 4 ist mit einer Ultraschallsonde 5 bestückt. Die Ultraschallsonde 5 wiederum verfügt als Sende- und Empfangselemente über über mehrere Piezokristalle, die wegen ihrer Kleinheit in der Fig. 1 nicht erkennbar sind. In der Zeichnung wird jedoch verdeutlicht, daß ein Sektorbild 6, das von der Ultraschallsonde ausgeht, um die verlängerte Achse A des Katheters 4 herum angeordnet ist. Fig. 1 shows in section a body vessel, here artery 1 , which is shown in longitudinal section. The body vessel 1 has a branch 2 . The lumen of the body vessel 1 is substantially narrowed by a stenosis 3 formed by deposits. The tip of a catheter 4 arriving from the left side in the picture is equipped with an ultrasound probe 5 . The ultrasound probe 5, in turn, has several piezo crystals as transmitting and receiving elements, which are not recognizable in FIG. 1 because of their small size. In the drawing, however, it is made clear that a sector image 6 , which emanates from the ultrasound probe, is arranged around the elongated axis A of the catheter 4 .

Die Schallechos, die von den Wänden des Gefäßes, von den Plaques und von den benachbart liegenden Organen zurückgeworfen werden, werden von den entsprechenden Piezo- Schallempfängern aufgenommen und über Drahtleitungen, die ebenfalls am oder im Katheter verlegt und angeordnet sind, zu einer an sich bekannten Rechner- und Monitorschaltung geführt. Auf einem Fernsehmonitor 7, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, erscheint dann ein Bild, wie es schematisch der genannten Fig. 2 entnehmbar ist. Im Bild des Monitors sind die Abbilder der Abzweigung 2′, der eine Stenose 3 bildenden Plaques 8′ deutlich zu erkennen.The echo echoes, which are reflected by the walls of the vessel, by the plaques and by the neighboring organs, are picked up by the corresponding piezo sound receivers and via wire lines, which are also laid and arranged on or in the catheter, to a known one Computer and monitor circuit led. An image then appears on a television monitor 7 , as shown in FIG. 2, as can be seen schematically in FIG. 2. In the image of the monitor, the images of the junction 2 ' , the plaques 8' forming a stenosis 3 ' can be clearly seen.

Die bisher nur global beschriebene Anordnung der Ultraschallsonde ist in einer ersten Ausführungsform der Fig. 3 zu entnehmen. Diese Figur ist gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 wesentlich vegrößert. Bei Aufsicht auf die Spitze des Katheters, d. h. auf den Kopf 10, ist zu erkennen, daß insgesamt elf kleine Piezokristalle 11, 12 in einer quer zur Achse des Katheters 4 verlaufenden geraden Anordnung aufgereiht sind. Diese Piezokristalle bilden damit die Ultraschallsonde, welche somit an der Spitze eines Angiographie-Katheters angebracht sind. In der Routine-Diagnostik eingesetzte Katheter haben einen Außendurchmesser von etwa 2,34 mm (7 French). Ähnliche Abmessungen sind auch für die Ausführungsform gemäß Fig. 3 gewählt worden. Die Piezokristalle haben einen Querschnitt von etwa 0,2 mm. Die Schallfrequenz liegt in Bereichen über 10 MHz. Hier wird nach fachmännischem Wissen auf übliche Frequenzen der für Piezokristalle erforderlichen Werte zurückgegriffen. Die in der Ultraschallsonde vereinigten Piezokristalle schallen nun nicht gleichzeitig, sondern werden in bestimmten Sequenzen durchlaufen. Das Sektorbild wird nach einem hier nicht weiter erläuterten Prinzip des "phased array" aufgebaut.The arrangement of the ultrasound probe that has only been described up to now can be seen in a first embodiment from FIG. 3. This figure is significantly enlarged compared to the representation according to FIG. 1. When looking at the tip of the catheter, ie on the head 10 , it can be seen that a total of eleven small piezo crystals 11, 12 are lined up in a straight arrangement running transversely to the axis of the catheter 4 . These piezo crystals thus form the ultrasound probe, which are thus attached to the tip of an angiography catheter. Catheters used in routine diagnostics have an outer diameter of approximately 2.34 mm (7 French). Similar dimensions have also been chosen for the embodiment according to FIG. 3. The piezocrystals have a cross section of approximately 0.2 mm. The sound frequency is in ranges above 10 MHz. According to specialist knowledge, the usual frequencies of the values required for piezo crystals are used. The piezocrystals combined in the ultrasound probe do not sound at the same time, but are run through in certain sequences. The sector image is constructed according to a principle of the "phased array" which is not further explained here.

Das Sektorbild könnte jedoch auch nach dem Prinzip des "curved array" entworfen werden. In einem "curved array", wie es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 gewählt ist, liegen die Piezokristalle 11′, 12′ ebenfalls im Kopf eines Katheters 4. Sie sind radiär in einem konvex geformten Schallkopf angeordnet. Da nach den bisherigen Erfahrungen Konvex-Schallköpfe ein besseres Sektorbild liefern als die sogenannten "phased array"-Anordnungen, ergibt sich für bestimmte Anwendungsfälle eine bessere Bildauflösung.However, the sector image could also be designed according to the principle of the "curved array". In a "curved array", as chosen in the embodiment according to FIG. 4, the piezo crystals 11 ', 12' are also in the head of a catheter 4th They are arranged radially in a convex shaped transducer. Since, according to previous experience, convex transducers deliver a better sector image than the so-called "phased array" arrangements, there is a better image resolution for certain applications.

Die Piezokristalle 11′ und 12′ sind in Vorausrichtung abstrahlend in einer gekrümmten Anordnung aufgereiht, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht.The piezocrystals 11 ' and 12' are radiating in a forward direction in a curved arrangement, as can be seen from Fig. 4.

In der Fig. 5 ist das Katheterende mit einer Aufreihung von Piezokristallen 21, 22 12′ am Kopfe eines in einem tubusartigen Katheter 14 verschiebbaren Führungsdrahtes 15 angebracht. Führungsdrähte für Katheter aus Edelstahl oder anderen Metallen haben einen Durchmesser von beispielsweise 1,6 mm. An der Spitze eines solchen Führungsdrahtes können damit nur etwa acht Piezokristalle 21, 22 angebracht werden, wobei sowohl die gerade als auch die gekrümmte Aufreihung möglich sind. Im Ausführungsbeispiel ist eine gekrümmte Anordnung dargestellt. Eine geringere Anzahl von Piezokristallen bedeutet eine Minderung der Bildqualität. Die Verwendung eines Führungsdrahtes 15 hat jedoch den Vorteil, daß das für die Sondierung von Gefäßen vorteilhafte sogenannte koaxiale System, d. h. Katheter mit endständiger, für Führungsdrähte passierbare Öffnung und darin verschiebbar geführten Führungsdraht, beibehalten werden kann. Die Sondierung von Körpergefäßen könnte somit in üblicher Technik unter Röntgen-Durchleuchtungskontrolle erfolgen. In "Problemfällen" könnte die Schallsonde an der Spitze des Führungsdrahtes jederzeit ohne Wechsel des Katheters eingefahren werden. Auch kann die vor Einführung des Katheters in Seitenäste erfolgende Vorsondierung des Gefäßes mit einem Führungsdraht unter Ultraschall-Sondierung erfolgen. Schließlich läßt sich auch die korrekte Lage des Katheters in einer Gefäßstenose durch eine einfahrbare Schallsonde besser überprüfen.In FIG. 5, the end of the catheter having an array of piezoelectric crystals 21 'mounted on the head 22 12 a sliding in a tube-like catheter 14 guide wire 15. Guide wires for catheters made of stainless steel or other metals have a diameter of 1.6 mm, for example. Only about eight piezocrystals 21, 22 can thus be attached to the tip of such a guidewire, both straight and curved alignment being possible. In the exemplary embodiment, a curved arrangement is shown. A smaller number of piezo crystals means a reduction in the image quality. However, the use of a guidewire 15 has the advantage that the so-called coaxial system which is advantageous for the probing of vessels, ie catheters with a terminal opening that is passable for guidewires and a guidewire slidably guided therein, can be maintained. The probing of body vessels could thus be carried out using conventional X-ray fluoroscopy techniques. In "problem cases", the sonic probe at the tip of the guide wire could be inserted at any time without changing the catheter. The pre-sounding of the vessel, which takes place before the catheter is introduced into side branches, can also be carried out with a guide wire under ultrasonic sounding. Finally, the correct position of the catheter in a vascular stenosis can be better checked using a retractable sonic probe.

Für die Materialauswahl von Katheder und Führungsdraht wird auf die Erfahrungen zurückgegriffen, die bei der Herstellung und Anwendung von derartigen Körperkathetern gewonnen wurden. Die Katheter beispielsweise bestehen aus einem relativ steifen Kunststoff-Material, während die Führungsdrähte aus Metall sind.For the choice of materials for the catheter and guide wire the experience gained at the Production and use of such body catheters won. For example, the catheters are made made of a relatively rigid plastic material, while the guide wires are made of metal.

Insgesamt ergeben sich bei der Verwendung der Ausführungsformen gemäß Erfindung die eingangs genannten Vorteile, so daß von einem wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Gefäßsondierung und Gefäßdiagnostik gesprochen werden kann.Overall, when using the embodiments according to the invention, the advantages mentioned at the outset, so that from a significant advance on the Spoken area of vascular probing and vascular diagnostics can be.

Claims

1. angiography catheter set, consisting of a catheter and optionally a guide wire, for insertion into body vessels, which is provided in the area of its tip with a micro sound probe equipped with several piezo crystals, characterized in that the piezo crystals ( 11 , 12; 11 ', 12'; 21, 22 ) are mounted in or on the head of the catheter ( 4, 14 ) with the sound emission side and sound reception side pointing in the forward direction.

2. Catheter according to claim 1, characterized in that a plurality of piezocrystals in the head of the catheter ( 4, 14 ) in a transverse to the catheter axis ( A ) extending straight or on the catheter front convex in a curved arrangement are lined up.

3. Catheter according to claim 1 or 2, characterized in that the piezo crystals ( 21, 22 ) are attached to the head of a guide wire ( 15 ) which can be displaced in the catheter ( 14 ).