VAN DEN BOOM, Thomas (Am Brokerberg 14, Erkrath, 40699, DE)
DAHMEN, Uta (Hobirkheide 15, Essen, 45149, DE)
DIRSCH, Olaf (Hobirkheide 15, Essen, 45149, DE)
STOCKMANNS, Gudrun (Vluyner-Platz 16, Krefeld, 47799, DE)
VIGA, Reinhard (Hinter der Papenburg 26, Krefeld, 47839, DE)
BALZANI, Daniel (Kronenstrasse 2, Duisburg, 47229, DE)
BRANDS, Dominik (Goethestrasse 93, Dinslaken, 46535, DE)
UNIVERSITÄT DUISBURG-ESSEN (Forsthausweg 2, Duisburg, 47057, DE)
GRABMAIER, Anton (Konstantinstrasse 4, Moers, 47441, DE)
VAN DEN BOOM, Thomas (Am Brokerberg 14, Erkrath, 40699, DE)
DAHMEN, Uta (Hobirkheide 15, Essen, 45149, DE)
DIRSCH, Olaf (Hobirkheide 15, Essen, 45149, DE)
STOCKMANNS, Gudrun (Vluyner-Platz 16, Krefeld, 47799, DE)
VIGA, Reinhard (Hinter der Papenburg 26, Krefeld, 47839, DE)
BALZANI, Daniel (Kronenstrasse 2, Duisburg, 47229, DE)
BRANDS, Dominik (Goethestrasse 93, Dinslaken, 46535, DE)
Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erfassen eines druckabhängigen Parame- ters einer Leitungswandstruktur (18) einer mediumführenden Leitung, mit folgenden Merkmalen:
einem Sensorelement (10) zum Einbetten in der Leitungswandstruktur (18) getrennt von dem in der Leitung geführten Medium (19) und zum Erfassen des druckabhängigen Parameters; und
einer übertragungseinrichtung (14) zum drahtlosen Bereitstellen des von dem Sensorelement (10) erfassten, druckabhängigen Parameter, wobei die übertragungseinrichtung (14) mit dem Sensorelement (10) gekoppelt ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Sensorele- ment (10) ausgebildet ist, um einen mechanischen
Druck, eine mechanische Spannung oder eine Dehnung in der Leitungswandstruktur (18) als den druckabhängigen Parameter zu erfassen.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die übertragungseinrichtung (14) einen Transponder zum übermitteln des druck-abhängigen Parameters aufweist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der der Transpon- der induktiv auslesbar ist.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Transponder ausgebildet ist, ein Abfragesignal zu erfassen und als Antwort den druckabhängigen Parameter zu übermitteln.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die übertragungseinrichtung (14) als eine Sendeeinrichtung aufweist, um den druckabhängigen Parameter zu übermitteln.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Energiespeichermedium aufweist, wobei das Energiespeichermedium eine Energieversorgung des Sensorelements (10) und/oder der übertragungseinrichtung (14) bereitstellt.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der das Energiespeichermedium eine Batterie aufweist.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitungswandstruktur (18) ein flexibles Ma- terial aufweist und in ein umgebendes Material (20) eingebettet ist.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei der die Leitungswandstruktur (18) eine Schicht- struktur mit einer Mehrzahl von Schichten (15, 16, 17) aufweist, wobei der druckabhängige Parameter in unterschiedlichen Schichten (15, 16, 17) unterschiedliche Abhängigkeiten vom Druck oder Druckverlauf aufweist.
11. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die medium-führende Leitung ein Blutgefäß in einem Organismus ist, und wobei das Sensorelement (10) in die Wandstruktur (18) des Blutgefäßes implantierbar ist.
12. überwachungssystem (30) für eine medium-führende Leitung mit einer Leitungswandstruktur (18), mit folgenden Merkmalen:
Vorrichtung zum Erfassen eines druckabhängigen Parameters gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sensorelement (10) zum Einbetten in der Leitungswandstruktur (18) getrennt von dem in der Leitung ge- führten Medium (19) und zum Erfassen eines druckabhängigen Parameters, und mit einer übertragungseinrichtung (14) zum drahtlosen Bereitstellen des von dem Sensorelement (10) erfassten, druckabhängigen Parame- ter, wobei die übertragungseinrichtung (14) mit dem Sensorelement (10) gekoppelt ist; und
einer Kommunikationseinrichtung (1), die ausgebildet ist, den von der übertragungseinrichtung (14) bereit- gestellten druckabhängigen Parameter zu empfangen.
13. überwachungssystem (30) gemäß Anspruch 12, bei der die Kommunikationsseinrichtung (1) eine Sendeeinheit zum Senden eines Abfragesignals aufweist.
14. überwachungssystem (30) gemäß Anspruch 13, wobei die übertragungseinrichtung (14) einen Transponder aufweist, wobei der Transponder ausgebildet ist, das Abfragesignal zu erfassen und als Antwort den druckab- hängigen Parameter zu übermitteln.
15. überwachungssystem (30) gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der die Kommunikationsseinrichtung (1) ausgebildet ist, in vorbestimmten Zeitabständen das Abfragesignal zu senden.
16. überwachungssystem (30) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, das ferner eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um aus dem druckabhängigen Parameter einen Druck oder Druckverlauf des Mediums (19) in der medium-führenden Leitung zu ermitteln.
17. überwachungssystem (30) gemäß Anspruch 15, wobei die Auswerteeinrichtung dem Transponder oder der Kommunikationsvorrichtung (1) zugeordnet ist.
18. Verfahren zum Erfassen eines druckabhängigen Parameters in einer Leitungswandstruktur (18) einer mediumführenden Leitung, mit folgenden Schritten:
Anordnen eines Sensorelements (10) in der Leitungswandstruktur (18) getrennt von einem in der Leitung geführten Medium (19) ;
Erfassen des druckabhängigen Parameters; und
Bereitstellen des druckabhängigen Parameters für eine drahtlose übermittlung.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei bei dem Anordnen das Sensorelement (10) in die Wandstruktur (18) eines
Blutgefäßes in einem Organismus eingebettet wird.
20. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei bei dem Bereitstellen der druckabhängige Parameter auf ein Ab- fragesignal hin übermittelt wird.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner mit folgendem Schritt:
Auswerten des druckabhängigen Parameters, um einen Druck oder Druckverlauf des Mediums (19) in der medi- um-führenden Leitung zu ermitteln.
22. Verfahren zur extraluminalen überwachung von Herz- Kreislaufparametern eines Organismus, mit folgenden
Schritten:
Einbetten eines Sensorelements (10) in der Gefäßwandstruktur (18) eines Blutgefäßes in dem Organismus;
Erfassen eines Herz-Kreislaufparameters; und Bereitstellen des Herz-Kreislaufparameters für eine drahtlose übermittlung.
23. Verfahren nach Anspruch 22, ferner mit folgenden Schritt:
übertragen des Herz-Kreislaufparameters an eine externe Auswerteeinrichtung.
24. Verfahren nach Anspruch 23, ferner mit folgendem Schritt:
Auswerten des Herz-Kreislaufparameters in der externen Auswerteeinrichtung zur Blutdrucküberwachung. |
Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines druckabhängigen Parameters
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines druckabhängigen Parameters und insbesondere auf ein Verfahren zur lokalen Be- Stimmung von Druck und Druckverläufen in eingebetteten, flexiblen, flüssigkeitsführenden Leitungen geringer Abmessung bzw. kleiner Durchmesser.
Bei medizinischen Anwendungen besteht ein Bedarf nach einer Blutdruckmessung in Blutgefäßen, die kontinuierlich auch über längere Zeitabschnitte durchgeführt werden kann und bei der ein entsprechender Drucksensor von dem Blut getrennt ist - also keinen Kontakt zum Blut aufweist. Derzeitige, in der klinischen Routine eingesetzte Messverfahren sind entweder invasiv (mittels eines direkten Kontaktes zu dem Blut) , Drucksensor-basiert oder nicht-invasiv unter Verwendung von Druckmanschetten.
Bei einer invasiven Blutdruckmessung wird über einen arte- riellen Zugang ein schlauchgebundenes Druckmesssystem (Katheter) hydrostatisch an das arterielle Gefäßsystem angekoppelt. Somit erfolgt bei diesem Verfahren eine Wanddurchdringung und eine Leitung wird beispielsweise in ein Blutgefäß in einem Körper eingebettet - einem sogenannten Ka- thetermanometer . Damit ist kein direkter bedrahteter Zugang zum Gefäß möglich und das einbettende Material leitet die druckabhängige Größe nicht weiter. Es fehlt hierbei ein Zugang zur Messgϊϋße. Ferner stellt die Einstichstelle in der Haut eine permanente und klinisch relevante Infektionsquel- Ie dar. Schlauch- und Kabelsysteme zwischen Messwertaufnehmer und Druckwandler beeinträchtigen den Patienten und können Verletzungen beispielsweise durch ein „Hängenbleiben" verursachen. Der Patient ist dabei in seiner Mobilisierung
mit Hilfe von Pflegepersonal und in seiner späteren selbstständigen Mobilität deutlich eingeschränkt. Messfehler bedingt durch eine Dislokation des Druckkatheters machen das Verfahren darüber hinaus störanfällig.
Bei der nicht-invasiven Blutdruckmessung werden typischerweise mittels einer um den Oberarm gelegten, aufblasbaren Druckmanschette mit Manometer indirekt Blutdruck-Eckwerte (systolischer und diastolischer Blutdruck) ermittelt. Dies ist ein Standardverfahren in der Medizin zur extraluminalen (nicht-gefäßinvasiven) Blutdruckmessung und ist auch als Riva-Rocci-Verfahren bekannt und stellt somit ein indirektes Verfahren zur Blutdruckmessung dar. Es ist dahingehend nachteilig, da es eine geringe Genauigkeit aufweist, einen Integralwert über große Zeitbereiche liefert und keine Dauermessung (Langzeitmessung) zeitaufgelöst ermöglicht. Mobile Geräte-Ausführungen des Verfahrens in einer Langzeit- überwachung besitzen überdies den gravierenden Nachteil, dass das Aufpumpen der Manschette insbesondere während Ru- hephasen als störend empfunden wird. Ferner ist das Verfahren beispielsweise in Folge einer verrutschten Oberarmmanschette störanfällig und das die Messung intermittierend erfolgt, erlaubt es damit keine kontinuierliche Druckwerteerfassung.
Neben den derzeit im praktischen klinischen Einsatz befindlichen Systemen gibt es ferner Systeme, die auf ein in ein Gefäßsystem implantierbare Druckmesskapseln basieren. Bei diesem Verfahren wird systembedingt bei der Implantation die Gefäßwand durchdrungen, was wiederum die Gefahr einer Thrombenbildung nach sich zieht und somit weitere aufwendige Maßnahmen erforderlich macht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen- den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Druckmessung mittels einem Sensorelement in einem Medium zu schaffen, bei der das Sensorelement
von dem Medium getrennt angeordnet ist und die Druckmessung somit einfach handhabbar und risikoarm ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein überwachungssystem gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 22 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Druck in einem Medium durch einen druckabhängigen Parameter einer das Medium umgebenden Leitungswandstruktur ermittelt werden kann, wenn ein Sensorelement in die Leitungswandstruktur eingebettet ist. Der druckabhängige Parameter wird von dem Sensorelement erfasst und von einer ü- bertragungseinrichtung drahtlos bereitgestellt. Der druck- abhängige Parameter kann beispielsweise eine mechanische Spannung der Leitungsstruktur sein oder bestimmen und mittels einer RFID-Technologie (RFID = Radio Frequency Identification) drahtlos abgerufen werden (mehr Details folgen weiter unten) .
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf medizinischen Anwendungen und insbesondere auf eine Blutdruckmessung in einem Gefäß oder Blutgefäß mit einer Gefäßwand (Leitungswandstruktur) , wobei das Sensorelement als Druckmessimplantat ausgebildet ist und in einer Gefäßwand applizierte ist. Das Druckmessimplantat erfasst druck- sensorgestützt die mechanische Spannung in der Gefäßwand, bzw. eine änderung von Wandeigenschaften der Leitung oder des Gefäßes. Die Wandspannung steht in einem funktionalen Zusammenhang mit dem im Gefäß vorherrschenden Blutdruck. Wenn nämlich der Blutdruck innerhalb des Gefäßes steigt, übt er gleichzeitig auch einen erhöhten Druck auf die Gefäßwand aus, die daraufhin eine erhöhte mechanische Spannung ausbildet. Ist der funktionale Zusammenhang zwischen der Gefäßspannung und dem vorherrschenden Blutdruck bekannt, kann aus der erfassten Messgröße (Gefäßspannung) der Blutdruck ermittelt und anschließend drahtlos übertragen werden. Die übertragung kann beispielsweise RFID-basiert
geschehen. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten, auf die weiter unter noch detailliert eingegangen wird. Eine Möglichkeit besteht in der Ausnutzung einer induktiven Kopplung der übertragungseinrichtung an eine extrakorporale Empfangsstation (z.B. am Gürtel eines Patienten).
Die RFID-Technologie kommt zur Zeit insbesondere in den Bereichen der automatischen Identifizierung von Waren, Personen, Gütern und Tieren zum Einsatz. Bei der RFID- Technologie handelt es sich um ein funkbasiertes, kontaktloses Identifikationsverfahren, welches ursprünglich Funkfrequenzen im Radiofrequenzbereich (100 kH bis einige 10 MHz) verwendete, wobei inzwischen aber auch Frequenzen bis in den Mikrowellenbereich Anwendung finden. Die RFID- Systeme sind dahingehend vorteilhaft, da sie hohe übertragungskapazitäten aufweisen, unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und Verschmutzungen sind und bei hoher Reichweite die Möglichkeit, viele Transponder gleichzeitig auszulesen, bereitstellen. Damit erlaubt diese Technologie bei- spielsweise eine Blutdruckmessung an verschiedenen Stellen des Körpers oder eines Gefäßes parallel vorzunehmen.
In der RFID-Technologie ist ein Transponder das eigentliche Etikett, welches Informationen trägt und mit einem statio- nären oder mobilen Lesegerät bzw. einer Sende/Empfangsvorrichtung oder allgemein Kommunikationseinrichtung kommuniziert. Diese Kommunikation erlaubt je nach Systemaufbau das Lesen und Beschreiben des Transponders, wodurch eine zusätzliche Flexibilität des Systems gegeben ist. Eine nachträgliche änderung von gespeicherten Daten ist somit einfach möglich. Ein besonderer Vorteil von RFID- Systemen ist die Möglichkeit, passive Transponder einzusetzen, die ohne eigene Energieversorgung auskommen und daher entsprechend kompakt aufgebaut werden können. Diese Mög- lichkeit macht die RFID-Technologie für medizinische Anwendungen besonders attraktiv.
Bevor die medizinischen Anwendungen beschrieben werden, soll auf die RFID-Technologie weiter detailliert eingegangen werden. Ein RFID-System weist typischerweise zumindest ein Lesegerät bzw. eine Kommunikationseinrichtung auf und eine oder mehrere Transponder. Sowohl das Lesegerät als auch der Transponder besitzen jeweils eine Antenne, die maßgeblich eine Reichweite der Kommunikation zwischen Lesegerät und Transponder beeinflusst. Wenn der Transponder in die Nähe der Antenne des Lesegeräts ist, können beide Daten austauschen (Transponder und Lesegerät) . Das Lesegerät ü- berträgt neben den Daten auch Energie zum Transponder. Im Inneren des Transponders befindet sich dafür eine Antennenspule, die beispielsweise als Rahmen- oder Ferritantenne ausgeführt sein kann. Zum Betrieb des Transponders erzeugt das Lesegerät zunächst mittels seiner Antenne ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld. Die Antenne umfasst ebenfalls eine Spule mit mehreren Windungen. Damit erzeugt das Feld des Lesegeräts eine Induktionsspannung in der Spule des Transponders. Diese Induktionsspannung wird gleichge- richtet und steht zur Spannungsversorgung des Transponders bereit. Parallel zu einer Induktivität der Transponderspule ist im Allgemeinen eine Kapazität geschaltet, so dass ein Parallelschwingkreis entsteht. Die Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises entspricht der Sendefrequenz des RFID- Systems. Gleichzeitig wird die Antennenspule des Lesegeräts durch einen zusätzlichen Kondensator in Reihen- oder Parallelschaltung in eine Resonanz gebracht. Aus der, in dem Transponder induzierten Wechselspannung wird zusätzlich eine Taktfrequenz abgeleitet, welche einen Speicherchip oder einen Mikroprozessor des Transponders als Systemtakt zur Verfügung steht.
Die Datenübertragung vom Lesegerät zum Transponder erfolgt im einfachsten Fall durch eine sogenannte Amplitudenabtas- tung, bei der das hochfrequente magnetische Wechselfeld ein- und ausgeschaltet wird. Die umgekehrte Datenübertragung vom Transponder zum Lesegerät nutzt die Eigenschaft der transformatorischen Kopplung zwischen der Lesegerätan-
tenne und der Transponderantenne aus. Dabei stellt die Lesegerätantenne eine primäre Spule und die Transponderantenne eine sekundäre Spule eines aus Lesegerätantenne und Transponderantenne gebildeten Transformators. Diese trans- formatorische Kopplung zwischen der primären Spule und der sekundären Spule kann nun dahingehend ausgenutzt werden, Informationen von dem Transponder (beispielsweise durch änderung deren Induktivität) auf die Primärspule des Lesegeräts zu übertragen.
Die RFID-Technologie ist damit ideal dafür geeignet, einen Messwert (z.B. Blutdruck oder einen druckabhängigen Parameter) von einem Implantat mit einem Sensorelement abzufragen bzw. regelmäßig (drahtlos) zu erfassen und optional regel- mäßig an eine Kommunikationseinrichtung zu übertragen.
Bei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird somit der Druck in Leitungen gemessen ohne eine Leitungswand zu durchdringen {medizinisch: extraluminal) . Das ist möglich, indem ein druckabhängiger Parameter der Leitungswand gemessen wird, der beispielsweise eine Wandspannung oder eine andere Wandeigenschaft sein kann und durch einen in die Wand applizierten Drucksensor gemessen werden kann {medizinisch: intraluminal) . Informationen der Messgröße (beispielsweise des Drucks) können einem Transportmedium aufmoduliert werden, dass das einbettende Medium der Leitung (der menschlicher Körper zum Beispiel) durchdringt. Beispielsweise kann dazu ein RFID-basiertes System mit einer induktive Messgrößenübertragung verwendet werden. Au- ßerhalb des einbettenden Mediums wird die Messgröße vom Transportmedium abgeleitet und in eine Druckgröße skaliert. Dies kann beispielsweise durch eine induktive Ableitung der per Lasrmoduiation aufgeprägten Messgröße sein. Damit ist eine intelligente überführung in einem Druckmesswert mög- lieh.
Somit weisen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Sensorelement auf, welches in eine Leitungswand-
struktur eingebettet ist und von dem in der Leitung geführtem Medium getrennt ist und einen druckabhängigen Parameter erfasst. Ferner koppelt an das Sensorelement eine übertragungseinrichtung zum drahtlosen Bereitstellen des in dem Sensorelement erfassten druckabhängigen Parameters. Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfasst das Sensorelement einen mechanischen Druck, eine mechanische Spannung oder eine Dehnung in der Leitungswandstruktur als druckabhängigen Parameter. Ferner ist es möglich eine Temperatur zu er- fassen (beispielsweise mittels eines Temperatursensors) und somit Fieber oder Fieberverläufe zu erfassen oder zu erkennen und abzufragen. Die übertragungseinrichtung kann beispielsweise einen Transponder zum übermitteln des druckabhängigen Parameters aufweisen, wobei der Transponder entwe- der induktiv auslesbar ist oder aber durch ein Abfragesignal gezielt abgefragt wird, so dass der Transponder in einem Antwortsignal den druckabhängigen Parameter übermittelt.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist die übertragungseinrichtung eine Sendeeinrichtung auf, wobei die Sendeeinrichtung den druckabhängigen Parameter übermittelt. Ferner kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein Energiespeichermedium aufweisen, wobei das Energiespeichermedium eine E- nergieversorgung des Sensorelements und/oder der übertragungseinrichtung bereitstellt. Das Energiespeichermedium kann beispielsweise eine Batterie oder einen Akku aufweisen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind insbesondere anwendbar für Leitungswandstrukturen, die ein flexibles Material aufweisen und in einem umgebenden Material eingebettel sind. Die Leitungswandstruktur kann ferner eine Schichtstruktur mit einer Mehrzahl von Schichten aufweisen, wobei der druckabhängige Parameter in unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Abhängigkeiten von Druck aufweisen kann, so dass Messungen in verschiedenen Schichten ausgeführt werden können. Das flexible Medium kann beispiels-
weise ein Blutgefäß in einem Organismus sein, wobei das Sensorelement in die Wandstruktur des Blutgefäßes implantierbar ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen ferner ein Uberwachungssystem für eine in einer Mediumführenden Leitung mit einer Leitungswandstruktur, wobei das überwachungssystem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen eines druckabhängigen Parameters aufweist und fer- ner eine Kommunikationseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, den von der übertragungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellten druckabhängigen Parameter zu empfangen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist die Kommunikationseinrichtung eine Sendeeinheit zum Senden eines Abfragesignals auf und das Abfragesignal kann von einem Transponder erfasst und beantwortet werden, wobei das Antwortsignal den druckabhängigen Parameter aufweist. Die Kommunikationseinrichtung kann ferner in vorgeschriebenen zeitlichen Abständen (fest oder variabel) das Abfrage- signal senden, so dass in den vorbestimmten Zeitabständen der druckabhängige Parameter durch den Transponder übermittelt werden kann. Somit ist eine kontinuierliche Erfassung des Drucks beispielsweise in einem Blutgefäß möglich und kann somit für Langzeitstudien (beispielsweise Blutdruck- messwerte über mehrere Tage) genutzt werden.
Der druckabhängige Parameter steht in einem bestimmten Zusammenhang zu dem Druck, wobei der bestimmte Zusammenhang beispielsweise von dem Material der Seitenwandstruktur ab- hängt und sich experimentell bestimmen lässt. Als Parameter sind auch einzelne von dem Sensor erfasste Messwerte oder eine Reihe von Messwerten oder auch bereits aufbereitete Messwerte zu verstehen. Der bestimmte Zusammenhang kann durch eine Auswerteeinheit ausgenutzt werden, um daraus den Druck zu ermitteln. Die Auswerteeinheit kann ferner einem Transponder oder eine Kommunikationsvorrichtung zugeordnet, bzw. in derselben angeordnet sein. Damit weist beispielsweise ein Sensorsystem als zu implantierende Komponenten
einen Drucksensor, eine Auswerteelektronik und eine RFID- Telemetrieeinheit (eines der oben beschriebenen RFID- Systeme) mit Empfangsspule auf. Als externe Komponenten können beispielsweise eine Lesestation (Lesegerät) mit Messwertekonstruktions-, Bewertungs- und Aufzeichnungseinheit vorhanden sein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen auch ein Verfahren zum Erfassen eines druckabhängigen Para- meters in einer Leitungswandstruktur einer Leitung, die ein Medium führt, wobei das Verfahren ein Anordnen eines Sensorelements in der Leitungswandstruktur aufweist und das Sensorelement getrennt von dem Medium angeordnet ist, ein Erfassen des druckabhängigen Parameters und ein Bereitstel- len des druckabhängigen Parameters für eine drahtlose übermittlung umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner ein Anordnen eines Sensorelements in der Wandstruktur eines Blutgefäßes eines Organismus umfassen und der druckabhängige Parameter kann auf ein Abfragesignal hin übermit- telt werden.
Damit weisen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Vorteilen auf. Unter anderem ergeben sich wesentliche therapeutische Fortschritte durch eine Verwendung eines Blutdruck-Messsystem, das auf Katheter- Infektionsrisiko, Blutdruckmanschette (Dislokationsrisiko) und Schlauchverbindungen (Immobilität, Verletzungsrisiko) verzichtet. Damit können beispielsweise differenzierte ra- diovaskuläre Therapien auch außerhalb der kostenträchtigen Intensivstation unter „Normalbedingungen" und längerfristig durchgeführt werden. Letzteres bedingt insbesondere einen Blutdruckmessaufnehmer mit Verbindung zu einem portablen Monitorgerät, welches beispielsweise an einem Gürtel des Patienten angebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil für Patienten besteht darin, dass sich ein einmal implantiertes System im Gegensatz zu externen Messverfahren, wie die automatisch betätigte Blutdruckmanschette, nicht bemerkbar macht und daher die Lebensqualität sowie die Mobilität bei
der Langzeitanwendung nicht beeinträchtigt wird. Zum anderen wird die Gefahr einer Thrombenbildung reduziert, so dass keine Veranlassung zu präventiver Gabe von Medikamenten und zu deren Verhütung besteht und somit zusätzliche Verfahren und der Aufwand für den Patienten vermieden werden kann. Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Sensorsystem, das eine nicht-gefäßinvasive (extraluminale) Erfassung des momentanen Blutdrucks auch im mobilen Langzeiteinsatz erlaubt und somit ist eine Langzeitmessung von Herz-Kreislaufparametern möglich - wie beispielsweise die Blutdruckmessung zur Erkennung von intermittierenden und/oder spontanen Hypertonien.
Bei entsprechend hoher Abtastung der Druckwerte (oder Spannungswerte) , was mit dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich möglich ist, lässt sich beispielsweise auch eine Pulskurve abbilden, da jeder Pulsschlag mit erhöhter Gefäßspannung (Blutdruck) einhergeht. Somit sind über die Herz- frequenz Rückschlüsse beispielsweise über den Trainingszustand und über den Herzrhythmus Rückschlüsse auf Herzrhythmusstörungen möglich. Andererseits lässt sich aus dem Druckverlauf nicht nur die Qualität einer Hypertonie, sondern auch einer Hypotonie ableiten. Ebenso ist es möglich bei Abtastungen der Druckwerte/Spannungswerte beispielsweise im Millisekundenbereich das Elastizitätsmodul des Blutgefäßes zu bestimmen. Damit sind Rückschlüsse auf das Maß der Vasokompression (Gefäßabschnürung) und von Wandveränderungen möglich.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. Ia, b zwei schematische Schnittansichten einer
Vorrichtung einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Druckmesssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 eine detaillierte Querschnittsansicht eines Druckmesssystems .
Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen, nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.
Fig. Ia und Ib zeigen Querschnittsansichten einer mediumführenden Leitung. Fig. Ia zeigt eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Flussrichtung des Mediums 19 in der Lei- tung und Fig. Ib zeigt eine Querschnittsansicht mit einer Schnittebene in Flussrichtung des Mediums in der Leitung.
Fig. Ia zeigt die Medium-führende Leitung mit einer Leitungswandstruktur 18, in der ein Sensorelement 10 implan- tiert ist und eine übertragungseinrichtung 14 an der Leitungswandstruktur 18 angeordnet ist. Das Sensorelement 10 ist dabei mit der übertragungseinrichtung 14 verbunden (Verbindung ist nicht gezeigt in dieser Querschnittsansicht) .
Fig. Ib zeigt eine weitere Querschnittsansicht, wobei die Querschnittsebene senkrecht zu der Querschnittsebene aus Fig. Ia gelegen ist. Diese Querschnittsansicht zeigt wiederum die Medium-führende Leitung mit der Leitungswand- Struktur 18 und einem Medium 19 innerhalb der Leitungswandstruktur 18. In der Leitungswandstruktur 18 ist das Sensorelement 10 implantiert, das mit der übertragungseinrichtung 14 verbunden ist, wobei die übertragungseinrichtung 14 auf
einer Oberfläche der Leitungswandstruktur 18 angeordnet ist. Das Sensorelement 10 ist dabei von dem Medium 19 innerhalb der Leitungswandstruktur 18 getrennt und kann, sofern die Leitungswandstruktur 18 aus einer Schichtfolge be- steht, in einer oder mehreren der Schichten der Schichtfolge implantiert sein.
Das Sensorelement 10 ist dabei ausgebildet, um eine mechanische Spannung in der Leitungswandstruktur 18 zu erfassen, wobei die mechanische Spannung in der Leitungswandstruktur
18 eine Folge des Drucks des Mediums 19 innerhalb der Leitung ist. Die mechanische Spannung kann dabei alternativ auch über eine Dehnung der Leitungswandstruktur 18 erfasst werden. Dazu kann beispielsweise das Sensorelement 10 ein spannungs- oder dehnungsabhängiges Kapazitäts- oder Widerstandselement aufweisen, das eine elektrische Erfassung der mechanischen Spannung erlaubt. Ferner kann die übertragungseinheit einen Transponder mit einer Spule und einer Antenne beinhalten und die Spule und Antenne können bei- spielsweise an einer Außenwand der Leitungsstruktur 18 angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines überwachungssystems 30. Das überwachungssystem 30 weist eine Kom- munikationseinrichtung 1, eine Sensoreinrichtung 10, die in einer Seitenwandstruktur 18 einer Leitung, die ein Medium
19 führt, implantiert ist, auf, und ferner eine übertragungseinrichtung 14, die an der Leitungswandstruktur 18 angeordnet ist. Wie unter Fig. 1 beschrieben, erfolgt eine Druckmessung des Mediums 19 innerhalb der Leitungswandstruktur 18 beispielsweise mittels einer Messung einer mechanischen Spannung der Leitungswandstruktur 18 durch das Sensoreiemenc 10. Das Sensorelement 10 ist mit der übertragungseinrichtung 14 gekoppelt, die den druckabhängigen Pa- rameter - die beispielhafte mechanische Spannung der Leitungswandstruktur 18 - bereitstellt.
Die übertragung des druckabhängigen Parameters von der ü- bertragungseinrichtung 14 zur Kommunikationseinrichtung 1 kann beispielsweise mittels einer drahtlosen übertragung erfolgen, wobei als Ausbreitungsmedium ein elektromagneti- sches Signal genommen werden kann. Dazu sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Zum einen kann die übermittlung des druckabhängigen Parameters mittels einer induktiven Kopplung geschehen, bei der beispielsweise eine Spule der übertragungseinrichtung 14 induktiv mit einer Spule in der Kom- munikationseinrichtung 1 gekoppelt ist und bei der die Induktivität der Spule in der Ubertragungseinrichtung 14 entsprechend dem druckabhängigen Parameter veränderbar ist. Die induktive Kopplung der Spule in der übertragungseinrichtung 14 zu der Spule in der Kommunikationseinrichtung 1 bewirkt nun, dass in der Kommunikationseinrichtung 1 der druckabhängige Parameter erfasst werden kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die übertragungseinrichtung 14 einen Transponder aufweist, so dass auf Abfrage der Kommunikationseinrichtung 1 der Transponder ein Signal sendet, wobei das Signal den druckabhängigen Parameter enthalten kann. Das Abfragesignal der Kommunikationseinrichtung 1 kann bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der übertra- gungseinrichtung 14 als auch für eine elektrische Erfassung des druckabhängigen Parameters in dem Sensorelement 10 genommen werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die übertra- gungseinrichtung 14 eine Energieversorgung und einen aktiven Sender aufweist, so dass der druckabhängige Parameter beim Vorliegen eines Abfrageimpulses oder Abfragesignals von der übertragungseinrichtung 14 oder auch unabhängig davon beispielsweise in vorgegebenen Abständen/Intervallen gesendet werden kann, so dass die Kommunikationseinrichtung 1 lediglich einen Empfangsteil aufzuweisen braucht, der den druckabhängigen Parameter erfasst. Die Energieversorgung der übertragungseinrichtung 14 kann beispielsweise mittels
einer Batterie geschehen oder aber mittels einer Energieerzeugung, z.B. aus der Umgebung (in Folge der Temperatur, Bewegung etc. ) .
Fig. 3 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht mit der gleichen Querschnittsebene wie in Fig. Ia, d.h. der Querschnitt ist senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Mediums 19 ausgeführt.
Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 zeigt zum einen leitungsferne „äußere" Systemkomponenten (Kommunikationseinrichtung 1) und leitungsnahe „innere" Systemkomponenten 9. Die leitungsfernen „äußeren" Systemkomponenten 1 weisen eine Steuereinheit 2 für alle Systemkomponenten, eine Mess- signal-Demodulations-/Empfangseinheit 3, eine Messsignalaufbreitungseinheit 4, eine Schnittstelle zur Bedien- und Anzeigeeinheit 5, eine Ausgabeeinheit 6 (für die Druckmesswerte) und bedarfsweise oder optional eine Energieversorgungseinheit 7 auf. Die leitungsnahen „inneren" Systemkom- ponenten 9 weisen einen Sensor 10 oder Sensorelement, bzw. gleiche oder unterschiedliche Sensoren auf, eine Messelektronik 11, eine Zentralelektronik 12, eine übertragungseinheit 13 und eine Energiespeicher-/-Empfangs-/- Generatoreinheit 14. Die leitungsnahen „inneren" Systemkom- ponenten 9 sind eingebettet in die Leitungswandung (Leitungswandstruktur) 18 und/oder in ein leitungseinbettendes Material 20.
Die Leitungswandung 18 kann beispielsweise eine Schichtfol- ge aufweisen mit einer ersten Schicht 15 mit einem ersten Material, einer zweiten Schicht 16 mit einem zweiten Material bis zu einer letzten Schicht 17 mit einem letzten Material. Somit weist die Leitungswandung 18 n Schichten auf, wobei die n Schichten Materialen mit unterschiedlichen oder gleichen Materialparametern aufweisen können. Das Medium 19 umfasst ein Lumen mit einem druckbeaufschlagtem Fluid und das einbettende Material 20 kann beispielsweise biologisches Material sein, in das ein Blutgefäß eingebettet ist.
Die Kommunikation zwischen der leitungsfernen „äußeren" Systemkomponente 1 und der leitungsnahen „inneren" Systemkomponente 9 erfolgt beispielsweise durch ein Transportmedium 8, das zur Energie- und/oder Messgrößenübertragung verwendet wird.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann der druckabhängige Parameter auch ein anderer physikalischer Parameter (z.B. eine Temperatur), chemischer (z.B. ein pH-Wert) oder ein medizinischer Parameter (z.B. eine SauerstoffSättigung im Gewebe oder ein anderer Herz-Kreislaufparameter) sein. Der Druck kann ferner absolut oder auch relativ gemessen werden - beispielsweise als Druckänderungen in Abhängigkeit der Zeit (in regelmäßigen Zeitintervallen oder auch kontinuier- lieh) . Ferner kann der Druck auch als Funktion des Ortes erfasst werden, z.B. unter Verwendung von mehreren Sensorelementen. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist dies leicht zu realisieren, da eine Kommunikationseinrichtung 1 mehrere Transponder gleichzeitig oder nacheinander abfragen kann. Damit kann der Blutdruck in verschiedenen Blutgefäßen erfasst werden oder auch entlang eines Blutgefäßes. Wie zuvor auch können die Transponder passiv oder aktiv betrieben werden und alternativ kann die übertragungseinrichtung 14 einen Sender aufweisen, so dass Informationen kontinuierlich oder in Zeitintervallen übermittelt werden kann (ohne dass es eines Abfragesignals bedarf) . Der Sender kann beispielsweise gepulst betrieben werden, so dass eine übertragung zu bestimmten Zeitpunkten (Zeitintervallen) erfolgt. Durch eine Kombination der orts- und zeitabhängigen Druckes ist es ferner möglich eine Flussgeschwindigkeit des Blutes zu ermitteln.
Bei weitere Ausführungsbeispiele erfolgt eine Erfassung des Blutdruckes gesteuert von einem Schwellwert, d.h. nur bei einem Verletzen eines Schwellwertes (oberen oder unteren) erfolgt eine übermittlung eines Warnsignals und solange der druckabhängige Parameter innerhalb eines Toleranzbereiches
liegt, kann auf die übermittlung des druckabhängigen Parameters verzichtet werden.
Next Patent: HIGH-PRESSURE INJECTOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES HAVING A CONTROL-ROD SUPPORT WHICH INCREASES ...