Управляемый катетер

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к катетерам, вводимым в артерии сердца или другие жизненно важные органы человека. Управляемый катетер включает в себя корпус, выполненный в виде трубки, и наконечник. В передней части катетера установлен механизм поворота эксцентрикового вала за счет вращения тросика с маховиком. Вал закреплен в проушинах серьги, на которую посажен наконечник. Механизм поворота выполнен в виде червячной пары. Во втором варианте выполнения управляемый катетер содержит тросик с маховиком и механизм поворота, выполненный в виде винтовой пары, состоящей из винта, закрепленного к тросику, и гайки, закрепленной в передней детали-стакане, на котором установлен наконечник. Подшипник винта установлен во второй детали-трубке. Стакан и трубка вращаются относительно эксцентрично расположенной оси. В третьем варианте выполнения управляемый катетер содержит нагреватель, наконечник с серьгой, в проушинах которой закреплен эксцентриковый вал, деталь с большим коэффициентом линейного расширения, внутри которой установлен нагреватель и которая обхватывает эксцентриковый вал, и деталь с меньшим коэффициентом линейного расширения, на одном конце которой установлен эксцентриковый вал, а на другом прикреплен конец детали с большим коэффициентом линейного расширения. В четвертом варианте выполнения управляемого катетера, в его передней части установлен механизм поворота наконечника, состоящий из ампулы с жидкостью, стакана, в котором находится ампула, и поршня, на который воздействует расширяющаяся при нагреве жидкость, заставляя его перемещаться относительно стакана с нагревателем и поворачивать эксцентриковый вал с серьгой и наконечником вокруг оси, расположенной эксцентрично. Техническим результатом группы изобретений является уменьшение травматичности и расширение возможности применения катетера за счет изгиба наконечника катетера с входом в устье аорты (вены, протока), расположенной под углом 30-90 градусов к основному стволу сосуда. 4 н.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к расширению возможности работы катетеров, вводимых, например, в артерии сердца или другие жизненно важные органы человека.

Сущность изобретения заключается в том, что, например, при ангиопластике катетер с баллоном диаметром 3 мм не всегда возможно ввести в пораженный участок артерии, расположенной под углом 30-90 градусов к основному расположению ствола сосуда, и тогда вместо ангиопластики приходится выполнять операцию маммарокоронарного шунтирования.

Известны устройства для изгиба наконечника катетера. Патенты: WO 89/11306 и WO 89/11889 (A61M 25/00), у которых для отклонения наконечника одна из полостей, размещенная сбоку катетера, наполняется жидкостью, в результате чего и отклоняется наконечник. Однако такое устройство может использоваться при прохождении в крупных сосудах, а в мелких оно просто не пройдет от сопротивления трения о стенку сосуда, раздутой жидкостью части наконечника.

Патенты: WO 89/06985 (А61М 25/00), RU а.с. 164939 и а.с. 311642 (А61M 25/01), у которых отклонение наконечника производится за счет натяжения нити, прикрепленной к одной стороне пружинного наконечника. Однако при натяжении нити в первую очередь изгибается весь катетер, изготовленный на пружинной основе, а так как он вначале проходит по крупным сосудам, то произойдет его перераспределение в организме и наконечник отойдет от устья сосуда, т.е. такой катетер обладает ограниченной управляемостью. При этом жесткие пружинные катетеры обычно травмируют стенки сосудов.

Патенты: US №3470876, №4719924 и №4723936 (А61M 25/00), у которых четыре натяжных шнура проходят через внутреннюю полость катетера. Такие катетеры могут быть изготовлены диаметром от 3,1 до 50 мм и пригодны для таких применений как введение в луковицу двенадцатиперстной кишки. Этот недостаток устранен в патенте RU №2074010 (А61М 25/08), где проволочные направители могут применяться при диаметре катетера от 0,356 до 0,457 мм. В этом катетере отклонение пружинного наконечника обеспечивается за счет ручного поворота шайбы, к которой прикреплены проволочные направители, соединенные в пружинном наконечнике к одному стержню с шариком, который и осуществляет изгиб наконечника. Пружинный катетер вначале проходит по крупным сосудам и приобретает соответствующие изгибы. При повороте рукой шайбы с проволочными направителями в первую очередь изгибается та часть катетера, которая расположена в крупных сосудах с соответствующим изменением его длины и положения, в результате управлять таким катетером не просто, при этом не исключено травмирование внутренней оболочки сосуда жестким пружинным катетером.

Известен катетер с толкателем по а.с. №736983 (А61М 25/06), у которого толкатель соединен непосредственно с наконечником.

Известен катетер с гибким тросиком по а.с. №967485 (А61М 25/01), у которого тросик вворачивает в металлическую трубку съемную головку, поверхность которой гладкая, что меньше травмирует сосуды.

Известен японский катетер по патенту WO 89/02762 (А61М 25/00), у которого насадка выполнена из материала с большим коэффициентом линейного расширения (КЛР). В стенке катетера с разных сторон вмонтированы спирали. На одну из спиралей подается напряжение в 16 Вольт и силой тока в 16 Ампер. Мощность такой нити накаливания достигает 256 Ватт. При подаче напряжения только на одну сторону стенки катетера участок окружности катетера примерно в 30 градусов нагреется и наконечник изогнется за счет расширения материала катетера. С одной стороны стенка катетера увеличится и будет иметь длину l+Δl, а с другой - только l. Естественно, что взять большую длину l нельзя, так как в целом увеличится радиус искривления наконечника и это ни к чему хорошему не приведет. Если примем длину l=50 мм, КЛР=97·10^-6 (например, для цезиевого сплава) и нагреть спираль с частью катетера до 100 градусов, а за вычетом 36 градусов человека, то изменение температуры в нагретой части катетера составит 64 градуса. Тогда длину Δl определим из выражения: Δl=(100-36)·0,000097·50=0,3 мм. При диаметре катетера 2,5 мм (в основном катетеры такого диаметра применяются для установки в жировые отложения баллонов) радиус разворота составит 2 мм, то угол, на который развернется наконечник катетера, составит β=Δl·180/π·2=8,5 градусов, что не достаточно. При этом у нагретой части катетера до 100 градусов кровь просто свернется и образуется тромб. При подкупающей простоте конструкции катетера пользоваться им нельзя.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в возможности изгиба наконечника катетера с входом в устье артерии (вены, протока), расположенной под углом 30-90 градусов к основному стволу сосуда, что расширяет возможности использования катетера при ангиопластике и других видах лечения или исследованиях. Это осуществляется с помощью механизма с ручным или электромеханическим приводом. Ручной привод осуществляется вращением тросика, связанного с червячной передачей или винтовой парой. Электромеханический привод осуществляется за счет использования материалов с различным коэффициентом линейного расширения (КЛР) и источника их нагрева.

Ручной привод поворота наконечника катетера с червячной передачей происходит за счет вращения маховика, расположенного на приливе в конце катетера. Крутящий момент от маховика через гибкий тросик передается червяку, расположенному в передней части катетера. Червяк вращает червячное колесо, жестко закрепленное к съемному наконечнику катетера, в результате наконечник изменяет свое положение и входит в устье артерии, расположенной под углом. При подаче катетера в организм человека (сердце, головной мозг или другие жизненно важные органы) катетер изгибается и движется в нужном нам направлении, при этом маховик с тросиком и червяком вращают в обратном направлении и устанавливают наконечник в исходное положение. При вводе катетера с баллоном в сосуд с жировым отложением раздув конца катетера с баллоном осуществляют обычным способом.

Ручной привод поворота конца катетера и наконечника с винтовой парой осуществляется за счет передачи крутящего момента от маховика и тросика винту, у которого гайка расположена в детали стакана, а подшипник винта в трубке меньшего диаметра, чем стакан. Труба и стакан шарнирно связаны между собой осью-винтом, расположенной эксцентрично, а при свинчивании гайки с винта происходит изгиб конца катетера со стаканом и закрепленным на нем наконечником, который входит в артерию. При подаче катетера внутрь организма изогнутый конец катетера с баллоном входят в пораженный участок артерии, при этом маховик и винт вращают в обратную сторону, навинчивая гайку и возвращая конец катетера в исходное положение. Раздув баллона осуществляется обычным способом.

Электромеханический привод поворота наконечника катетера содержит, по крайней мере, два вида гибких деталей, у которых их материал резко отличается коэффициентами линейного расширения (КЛР). Внутри детали с большим КЛР размещен нагреватель (например, тонкая нить из вольфрама). Обе детали с одного конца жестко крепятся друг к другу, а с другого - между ними размещен эксцентриковый вал с эксцентриситетом - е. Эксцентриковый вал своими торцевыми концами жестко закреплен в проушинах серьги, на которую посажен съемный наконечник катетера, а средней цилиндрической частью вал, как подшипником скольжения, упирается в деталь с большим КЛР. Через деталь с малым КЛР проходит ось-винт, который через эксцентрично расположенное отверстие также проходит и через эксцентриковый вал. При включении нагревателя деталь с большим КЛР увеличивается по длине на величину - e_о, в результате эксцентриковый вал с наконечником поворачивается и входит в устье артерии. При подаче катетера внутрь организма начальная часть катетера развернется и переместится к пораженному жировым отложением участку артерии. Установка баллона и восстановление просвета артерии далее осуществляются обычным способом.

В качестве материала с большим КЛР могут использоваться жидкости, например ртуть, у которой КЛР в несколько раз больше, чем у твердых материалов. Ртуть в специальной ампуле помещается в стакан из материала с хорошей проводимостью тепла, например медь. Этот стакан с одной стороны упирается в дно корпуса из материала с плохой проводимостью тепла и малым КЛР, например титан. С другой стороны в медный стакан входит поршень, который своим другим концом упирается в эксцентриковый вал, закрепленный осью-винтом в титановом корпусе. Эксцентриковый вал своими торцевыми концами жестко закреплен в проушинах серьги. Между стаканом и корпусом расположена спираль для нагрева. При подаче на спираль напряжения ампула ртути в медном стакане нагреется, увеличится в размере и выдавит из стакана поршень, который воздействует на эксцентриковый вал и развернет серьгу с наконечником в устье артерии. Катетер с баллоном вводят в пораженный участок сосуда и восстанавливают просвет коронарной артерии обычным способом.

На фиг.1 показан механизм поворота катетера с червячной передачей, включающей в себя: трубку катетера 1, баллон 2, наконечник 3, серьгу 4 с проушинами, червячное колесо 5, выполненное на эксцентриковом валу 6 (имеющем, например, диаметр, равный 1 мм), вращающемся на оси-винте 7 червяка 8 (например, диаметром 0,5 мм), находящегося в проушинах заглушки 9, которая кольцами 10 жестко закреплена в трубке катетера 1. Червяк 8 жестко закреплен с тросиком 11 и маховиком 12, расположенным в приливе 13 катетера 1. Маховик 12 фиксируется стопорным кольцом 14. На конце катетера 1 насажан переходник 15 для закачки жидкости под давлением для раздутия катетера 1 и баллона 2.

На фиг.2 показан механизм искривления катетера с винтовой парой, включающей в себя: винт 16 (например, диаметром 0,4 мм), закрепленный к тросику 11, гайку 17, закрепленную осью 18 в стакан 19, подшипник 20 закреплен осью 21 в трубке 22 меньшего диаметра, чем стакан, и эксцентрично расположенная ось 23 шарнирно закрепляет трубку 22 со стаканом 19.

На фиг.3 показан повернутый конец катетера, у которого гайка 18 свинчена на конец винта 16, при этом гайка 18 по отношению к стакану 19 заняла иное положение, чем на рисунке фиг.2, развернувшись на оси 18. Подшипник 20 также сместился относительно трубки 22 на оси 21. Трубка 22 и стакан 19 развернулись на оси 23, эксцентрично расположенной относительно центра трубки катетера 1. Наконечник 3 съемный и накручен на винт 24 стакана 19.

На фиг.4 показан в разрезе (сеч. А-А, фиг.1) червячный редуктор с эксцентриковым валом 6, закрепленным в проушинах серьги 4, а осью-винтом 7 в заглушке 9.

На фиг.5 показан в разрезе (сеч. Б-Б-Б-Б, фиг.2) винтовой механизм с винтом 6, гайкой 17, закрепленной осью 18 в стакане 19, и шарнирное соединение стакана 19 и трубки 22 на оси 23, расположенной эксцентрично.

На фиг.6 показан эксцентриковый вал 6 со смещенным эксцентриситетом - е. На торцах вала 6 имеются шлицевые нарезки, которыми он входит в отверстия проушин серьги 4, образуя жесткое соединение. Зубья 5 нарезаны не по всему периметру эксцентрикового вала, а только на 35-40 градусов с обратной стороны эксцентриситета - е.

На фиг.7 показан электромеханический привод поворота наконечника катетера, включающий в себя кроме перечисленных деталей: корпус 25 (например, диаметром 1,8 мм) нагревателя, изготовленный из материала с небольшим КЛР, толкатель 26 (например, диаметром 1 мм), изготовленный из материала с большим КЛР, нагревателя 27, например нить вольфрама (например, диаметром 0,05 мм). Корпус 25 и толкатель 26 имеют между собой ходовую посадку и только в хвостовой части 28 они посажены жестко, например склеены. Нагреватель 27 покрыт электроизолирующим материалом 29 и имеет герметичную заглушку 30. Толкатель 26 обхватывает эксцентриковый вал 6 (например, диаметром 0,5 мм) как подшипник скольжения, при этом зубья 5 (фиг.6) на его поверхности отсутствуют. Эксцентриковый вал 6 осью-винтом 7 соединен с корпусом 25, образуя подвижное соединение серьги 4 и наконечника 3. Нагреватель 27 электропроводом 31 и токосъемным кольцом 32 соединен с кнопкой пуска 33 и источником напряжения 34. На толкателе 26 кольцом 35 закреплен термовыключатель 36, разрывающий цепь с серебряным контактом 37 при нагреве толкателя 26 больше установленной нормы. Кожух 38 герметизирует токоподводящую систему. Кнопка 39 с токоподводящей системой подводит напряжение к съемному инструменту, установленному вместо наконечника 3, например к электроножу (не показанному на схеме).

На фиг.9 показан рисунок после разворота наконечника 3 относительно оси-винта 7. При повороте наконечника на полный угол длина дуги, по которой было приложено усилие, возникающее от разности КЛР деталей, составляет величину - e_о.

На фиг.10 показан механизм поворота наконечника. При нагреве ампулы 40 с ртутью последняя расширяется и выдавливает поршень 41 из стакана 42, поворачивая эксцентриковый вал 6 с серьгой 4 и наконечником 3 вокруг оси-винта 7, расположенного эксцентрично. Спираль 43, например, из вольфрама электропроводом 44, уложенным в широкий паз 45 корпуса 46, соединена с кнопкой 33 выключателя. Дальнейший процесс работы катетера аналогичен вышеизложенному описанию.

На фиг.11 показан в разрезе (сеч. В-В, фиг.7) электромеханический привод поворота наконечника, у которого эксцентриковый вал 6 смещен относительно центра поворота оси-вала 7 на величину эксцентриситета - е.

На фиг.12 показан в разрезе (сеч. Г-Г, фиг.7) электромеханический привод поворота наконечника. Пазы 44 служат для подвода жидкости под баллон 2 при его раздутии во время восстановления просвета в артерии.

В процессе исследования сосудов жизненно важных органов больного и доставки инструмента в пораженные участки отдельных органов человека не всегда возможно использовать существующие катетеры. Отдельные мелкие сосуды почти под прямым углом уходят в сторону от основного его ствола. Необходимо развернуть конец катетера и направить в нужном направлении. В предлагаемом катетере такая возможность имеется. Продвигаясь по основному устью сосуда, конец катетера подводят к сосуду, имеющему пораженный участок. Изогнутым концом наконечник 3 (фиг.1, 2 и 3) разворачивают вокруг оси трубки катетера 1 так, чтобы он оказался развернут в сторону ответвляющего сосуда. Вращая вручную маховик 12 и винтовые пары (фиг.1 и 2), поворачивают конец катетера (фиг.3) и вводят его в устье ответвленного сосуда, а проталкивая катетер в глубь организма, входят в сосуд, расположенный под углом. По мере ввода катетера в сосуд маховик 12 вращают в обратную сторону, выпрямляя конец катетера. Дойдя до следующего пораженного сосуда, процесс поворота катетера повторяют. Вместо маховика 12 возможна постановка двигателя, но это может нарушить чувствительность механизма поворота конца катетера. Вместо съемного наконечника возможна постановка электроножа с электропроводами (на схеме не показаны).

Электромеханический привод поворота наконечника катетера, заполненного через переходник 15 инертной жидкостью, показан на рисунках фиг.7, 8, 9 и 10. Для отклонения наконечника 3 (фиг.7) включается кнопка 33 и подается напряжение на нить накаливания нагревателя 27. Толкатель 26 нагревается и увеличивается по длине, разворачивая эксцентриковый вал 6 относительно оси-винта 7 по радиусу - е (фиг.8). Серьга 4 (фиг.9) с наконечником 3 повернется, например, на угол β=30 градусам, при этом дуга разворота эксцентрикового вала 7 составит величину - e_о. Например, если е=0,2 мм, то длина дуги - e_о составит: e_о=πеβ/180=3,14·0,2·30/180=0,105 мм. Если толкатель 26 (фиг.7, 8 и 9) изготовить из цезиевого сплава с КЛР=97·10^-6, а корпус 25 из титанового сплава с КЛР=4·10^-6, то при дополнительном нагреве толкателя 26 на температуру t=20 градусов длина - l толкателя 26 составит: l=е_o/(97·10^-6-4·10^-6)·t=0,105/0,000093·20=56 мм. При перегреве толкателя 26 больше положенной температуры цепь разорвется термовыключателем 36.

Предложенный катетер можно использовать не только для доставки баллона 2 в закрытый жировым отложением сосуд сердца, но и другие органы, например почки, селезенку, печень, где требуется хирургическое вмешательство. Вместо съемного наконечника 3 ставится, например, электронож, при этом возможность серьги 4 отклоняться, например, как рукой робота, на 30 градусов позволит манипулировать инструментом, например, при удалении мелких опухолей или камней. Для включения электроножа предусмотрена кнопка 39 с более мощным напряжением.

На рисунке (фиг.10) показана укороченная конструкция электромеханического привода поворота наконечника. При включении кнопки 33 спираль 43 нагревает стакан 42, являющийся хорошим проводником тепла, ртуть в ампуле 40 нагревается и создает давление на поршень 41, который разворачивает эксцентриковый вал 6 с серьгой 4 и наконечником 3 вокруг оси-винта 7, расположенного эксцентрично. Например, если е=0,2 мм, e_о=0,105 мм, КЛР ртути равен 181,8·10^-6, КЛР титана равен 4·10^-6, то длина - l ампулы с ртутью составит: l=0,105/(181,8·10^-6-4·10^-6)·20=0,105/0,0001778·20=29,5 мм, но если учитывать объемное расширение ртути, то длина ампулы окажется еще меньше.

Кратковременный нагрев механизмов, находящихся в корпусе катетера, омываемого внутри и снаружи жидкостью и кровью, не может повлиять на организм человека, тем более что нагрев может быть осуществлен при более низких температурах.

1. Управляемый катетер, включающий в себя корпус, выполненный в виде трубки, и наконечник, отличающийся тем, что в передней части катетера установлен механизм поворота эксцентрикового вала за счет вращения тросика с маховиком, при этом вал закреплен в проушинах серьги, на которую посажен наконечник, а механизм поворота выполнен в виде червячной пары.

2. Управляемый катетер, включающий в себя корпус, выполненный в виде трубки, и наконечник, отличающийся тем, что содержит тросик с маховиком и механизм поворота, выполненный в виде винтовой пары, состоящей из винта, закрепленного к тросику, и гайки, закрепленной в передней детали-стакане, на котором установлен наконечник, при этом подшипник винта установлен во второй детали-трубке, а стакан и трубка вращаются относительно эксцентрично расположенной оси.

3. Управляемый катетер, включающий нагреватель, отличающийся тем, что содержит наконечник с серьгой, в проушинах которой закреплен эксцентриковый вал, деталь с большим коэффициентом линейного расширения, внутри которой установлен нагреватель и которая обхватывает эксцентриковый вал, и деталь с меньшим коэффициентом линейного расширения, на одном конце которой установлен эксцентриковый вал, а на другом прикреплен конец детали с большим коэффициентом линейного расширения.

4. Управляемый катетер, включающий нагреватель, отличающийся тем, что содержит наконечник с серьгой и эксцентриковый вал, закрепленный в проушинах серьги, при этом в передней части катетера установлен механизм поворота наконечника, состоящий из ампулы с жидкостью, стакана, в котором находится ампула, и поршня, на который воздействует расширяющаяся при нагреве жидкость, заставляя его перемещаться относительно стакана с нагревателем и поворачивать эксцентриковый вал с серьгой и наконечником вокруг оси, расположенной эксцентрично.