Verbesserung der Steuerbarkeit und Ablenkung des Katheters

Apr 10, 2023

7. November 2017 Von Danielle Kirsh

[Bild von Medical Murray]

Andy Black und Tanner Hargens, Medical Murray

Katheter müssen oft durch die gewundene Anatomie navigieren und dabei die Katheterspitze präzise steuern. Für den Zugang zu Seitenzweigen der übergeordneten Gefäße werden häufig steuerbare Katheter verwendet, um Führungsdrähte und andere Geräte an gewünschte Stellen einzuführen. Die Fähigkeit, einen Katheter zu steuern, wird im Allgemeinen daran gemessen, wie gut das Drehmoment vom proximalen Ende des Katheters auf das distale Ende übertragen wird, während der Katheter die gewünschte Form beibehält.

Eine ausreichende „Steuerbarkeit“ kann durch die Verstärkung des Katheterschafts mit geflochtenem Draht erreicht werden, um die Drehmomentübertragung zu verbessern und Knickfestigkeit zu gewährleisten. Ein herkömmlicher steuerbarer Katheter wird hergestellt, indem Draht über eine gleitfähige Auskleidung geflochten wird, die als Arbeitskanal dient. Anschließend wird eine äußere Thermoplastschicht geschmolzen und auf die geflochtene Auskleidung gepresst, um einen einzigen verschmolzenen Verbundwerkstoff zu erzeugen.

Viele steuerbare Katheter haben an der distalen Spitze eine voreingestellte Form. Diese voreingestellten Spitzenformen können mit Führungsdrähten und Schaftrotation manipuliert werden, um Zugang zu anspruchsvollen Anatomien zu erhalten. Es gibt eine große Auswahl an voreingestellten Spitzenformen, einschließlich leichtem Winkel, Kobra, Viszeral, Zopf usw.

Bei einigen Kathetern kann es erforderlich sein, die Katheterspitze über einen längeren Zeitraum bei Körpertemperatur sehr präzise zu platzieren. Beispiele hierfür sind Führungskatheter, Endoskopie, bildgebende Katheter und Gewebeablation. Für diese anspruchsvolleren Anforderungen kann die Position der Katheterspitze durch Ablenken der Spitze in eine definierte Kurve gesteuert werden.

Eine der gebräuchlichsten Möglichkeiten, die Spitze eines Katheters abzulenken, besteht darin, an einem Draht zu ziehen, der über die gesamte Länge des Katheterschafts verläuft und sich in der distalen Spitze des Katheters verankert. Diese Art von ablenkbarem Katheterdesign hat normalerweise einen relativ steifen proximalen Schaft und eine weichere distale Spitze, sodass sich die distale Spitze ablenken kann, wenn am Draht gezogen wird. Die Verwendung verschiedener Härtegrade der thermoplastischen Außenschicht, die auf das geflochtene Futter aufgeschmolzen wird, verändert üblicherweise die Schaftsteifigkeit.

Ablenkbare Katheter verfügen über eine spezielle Auskleidung, die sich über die gesamte Länge des Katheters erstreckt, damit sich der Zugdraht frei zwischen der weichen distalen Spitze und den steiferen proximalen Schaftsegmenten bewegen kann, wenn sie alle miteinander verbunden sind. Der Zugdraht wird typischerweise durch Anschweißen des Drahtes an einen Ring und anschließendes Einbetten des Rings in das distale Ende des Katheters verankert. Die Position des eingebetteten Rings bestimmt die gebogene Form, wenn der Draht vom proximalen Ende abgezogen wird.

Für Katheter, die in zwei Richtungen abgelenkt werden müssen, werden zwei Zugdrähte verwendet. Für jeden Zugdraht werden separate Liner vorgesehen, und die Drähte werden normalerweise im 180°-Winkel zueinander an den Ring geschweißt, der in der Spitze eingebettet ist. Diese Zugdrähte können mit einem Hebelmechanismus im Griff verbunden werden, um eine einfache und reibungslose Steuerung der Spitze mit zwei Auslenkungsrichtungen zu ermöglichen.

Es besteht ein zunehmender Bedarf an fortschrittlicheren Design- und Materialüberlegungen, um die Lenkbarkeit und Ablenkung des Katheters zu verändern. Beispielsweise müssen strukturelle Herzimplantat-Einbringungssysteme einen gewundenen Weg durchlaufen und dann die beabsichtigte Form beibehalten, während ein relativ großes, starres Implantat durch den Katheter vorgeschoben wird.

Diese fortschrittlicheren Kathetersysteme erfordern häufig unterschiedliche Ablenkungsgrade, beispielsweise eine leichte Ablenkung in einem Segment mit einer sehr engen Ablenkungskurve in einem anderen Segment. Gerade Längen des Katheterschafts zwischen diesen Ablenksegmenten können auch verwendet werden, um eine „Reichweite“ für eine optimale Spitzenposition zu schaffen, wenn andere Geräte durch den Katheter eingeführt werden.

Durch Variation der Außenschichtmaterialien, der Schaftverstärkung und/oder der Zugdrahtankerpositionen können mehrere Ablenkzonen in die Länge des Katheters integriert werden. Das Variieren der Außenschichtmaterialien erfordert typischerweise eine Änderung der Härte des Materials. Die Schaftverstärkung kann durch eine Änderung des Flechtmusters, den Übergang von der Flechtung zur Spirale oder die Einkapselung eines lasergeschnittenen Hypotubes verändert werden. Die Zugdrähte können an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Katheters verankert oder radial versetzt sein, wenn sie an denselben Ankerring geschweißt sind.

Alle oben genannten Optionen können kombiniert werden, um eine nahezu unbegrenzte Vielfalt an gewünschten Ergebnissen zu erzielen. Der Zusammenbau von Kathetern, die diese Merkmale vereinen, kann überraschend viel Fingerspitzengefühl erfordern.

Es entstehen neue Methoden der Katheternavigation. Anstatt einen Zugdraht zu verwenden, kann die Kraft über konzentrische Rohre oder kleine hydraulische Kammern, die in der Spitze des Katheters positioniert sind, auf die distale Spitze übertragen werden. Innerhalb der Spitze kann durch elektrische oder thermische Energie Kraft erzeugt werden. Es können auch Magnete in die Spitze integriert und dann durch externe Magnetsysteme gesteuert werden. Jede dieser neuen Technologien könnte letztendlich die derzeitigen Methoden steuerbarer und ablenkbarer Katheter ersetzen.

Andy Black leitet die gesamte Produktentwicklung vom ersten Konzept bis zur Fertigung und leitet Projektteams in den vier landesweiten Einrichtungen von Medical Murray. Tanner Hargens verfügt über umfangreiche Fachkenntnisse in der Geräteentwicklung und -vermarktung und leitet das Vertriebstechnikteam bei Medical Murray (North Barrington, Illinois).