медицинский аппарат для обнаружения изменений в поперечном сечении полости удлиненного органа

Формула изобретения

1. Медицинский аппарат для обнаружения изменений в поперечном сечении удлиненной полости органа, например, мочевого канала человека, содержащий держатель и соединенный с ним датчик, состоящий из первой и второй концевых частей и представляющий собой цилиндрический чувствительный корпус из гибкого материала, полость чувствительного корпуса датчика вместе с закрытой полостью, выполненной в держателе, образуют единую полость, которая частично или полностью заполнена жидкостью и/или формующейся массой, устройство, чувствительное к давлению в закрытой полости, включенное в электрическую цепь регистрирующего средства, отличающийся тем, что датчик механически закреплен в держателе своей первой концевой частью, а выступающая из держателя вторая концевая часть представляет собой катетер - подобное устройство, свободный конец которого снабжен заглушкой.

2. Медицинский аппарат по п.1, отличающийся тем, что чувствительный корпус имеет множество утолщенных частей, расположенных в продольном направлении относительно чувствительного корпуса.

3. Медицинский аппарат по п.2, отличающийся тем, что утолщенные части расположены на внутренней части стенки чувствительного корпуса.

4. Медицинский аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что устройство, чувствительное к давлению, выполнено в виде мембраны.

5. Медицинский аппарат по п.4, отличающийся тем, что дополнительно содержит направляющий элемент, который прикреплен к центральной части мембраны, входит в полость чувствительного корпуса и размещен с небольшим зазором относительно утолщенных частей чувствительного корпуса.

6. Медицинский аппарат по п.4 или 5, отличающийся тем, что на мембране закреплен первый корпус из магнитного материала, а также содержит датчиковое устройство для измерения напряженности магнитного поля с фиксированным положением относительно держателя.

7. Медицинский аппарат по п.6, отличающийся тем, что первый корпус закреплен на мембране в ее центральной части.

8. Медицинский аппарат по любому из пп.6 и 7, отличающийся тем, что датчиковое устройство расположено между первым корпусом и вторым корпусом, выполненным из магнитного материала.

9. Медицинский аппарат по п.8, отличающийся тем, что первый и второй корпуса являются постоянными магнитами.

10. Медицинский аппарат по любому из пп.6 и 7, отличающийся тем, что каждый корпус или оба корпуса, являющиеся магнитами, представляют собой стержневые магниты.

11. Медицинский аппарат по п.10, отличающийся тем, что оба корпуса, представляющие собой стержневые магниты, ориентированы таким образом, что южный полюс одного магнита обращен к северному полюсу другого магнита.

12. Медицинский аппарат по п.4 или 5, отличающийся тем, что мембрана выполнена из упругого и электропроводного материала, электрическая емкость которого меняется с растяжением материала, и включена в электрическую цепь регистрирующего средства.

13. Медицинский аппарат по п.12, отличающийся тем, что электрическая цепь включает контактный стержень из эластичного и электропроводного материала, который расположен между центральной частью мембраны и опорным устройством, предусмотренным в держателе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской аппратуре и, более конкретно, к датчику для обнаружения изменений в поперечном сечении полости удлиненного органа.

В медицинской практике часто используется датчик (катетер), который вставляется в удлиненные, в основном трубчатые полости удлиненного органа произвольного поперечного сечения, например в мочевой канал, чтобы отмечать изменения в поперечном сечении полости. В таких трубчатых полостях давление ткани может изменяться в значительной степени, например, благодаря действию мышц между различными участками полости. Следовательно, в дополнение к общим показаниям изменений в поперечном сечении полости возникает также необходимость в измерении встречающихся местных изменений поперечного сечения.

В опубликованном патентном описании США N 4711249 описан трубчатый датчик 10, вставляемый в удлиненную полость с целью обнаружения изменений в размерах этой полости. Датчик состоит из множества последовательно расположенных и отделенных друг от друга твердых трубчатых секций 15, 16, 17, в концы которых вставлены механически твердые тела 25, которые герметически соединены с окружающими трубчатыми секциями. Между концами трубчатых секций выполнены расходящиеся по окружности канавки, которые закрыты упругими мембранами или диафрагмами 35. Между мембранами и твердыми телами 25 имеются зазоры 26.

Каждое твердое тело имеет центральную камеру 28, которая через отверстие 29 соединена с зазором 26 между твердым телом 25 и мембраной 35. На одном из своих концов камера 28 имеет механически жесткую заглушку 30, а на другом конце - гибкую заглушку 31. Зазор 26 между мембраной 35 и твердым телом так же, как и камера 38 в теле, заполнены жидкостью. Изменения давления в камере тела обнаруживаются датчиком 40, примыкающим к гибкой заглушке 31.

Устройство, раскрытое в патенте США 4711249, имеет тот недостаток, что датчик может регистрировать изменения в окружающем его органе только в тех частях цилиндрического датчика, где упругие мембраны 35 находятся в пространстве, которое сформировано между концами трубчатых частей. Это значит, что только небольшая часть цилиндрического датчика способна регистрировать изменения в окружающем его органе. В областях, которые расположены между мембранами 35, любые изменения в окружающем органе не обнаруживаются. Кроме того, датчик не допускает его использования в органе, окружность которого меньше окружности датчика.

Настоящее изобретение относится к аппарату, снабженному трубчатой частью, вдоль которой изменение в размере и/или конфигурации окружности окружающего органа обнаруживается независимо от того, где такое изменение имело место вдоль цилиндрической части. Это достигается в аппарате в соответствии с отличительной частью независимого пункта формулы.

Предпочтительные варианты настоящего изобретения раскрыты в зависимых подпунктах.

Настоящее изобретение далее описано более подробно со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - общий вид аппарата; вид сбоку;

фиг.1a - разрез по линии а-а на фиг.1 в увеличенном масштабе;

фиг. 2 - поперечное сечение через один из вариантов аппарата, включающий элемент Холла, взаимодействующий с упругой мембраной или диафрагмой;

фиг. 3 - поперечное сечение, соответствующее сечению на фиг.1, где мембрана сдвинута в нижнюю часть данной фигуры;

фиг.4а-с - поперечные сечения через различные варианты мембран;

фиг.5 - поперечное сечение через один вариант аппарата, содержащий электропроводную упругую мембрану;

фиг. 6 - поперечное сечение, соответствующее сечению на фиг.4, в котором мембрана перемещена в нижнюю часть данной фигуры; и

фиг. 7а-е иллюстрирует варианты, в основном, цилиндрического датчика, включенного в конструкцию аппарата.

На фигурах 1 и 1а показан аппарат 1, который включает цилиндрическую часть 10, которая связана с держателем 60. Цилиндрическая часть 10, которая в дальнейшем будет также обозначать датчик 10 аппарата, образует катетерподобный чувствительный корпус 30, который выступает наружу из держателя 60 (см. фиг.2-3 и 5-6). Как правило, утолщенные части 110 включены в стенку 11 чувствительного корпуса и размещены в продольном направлении этого корпуса. В поперечном сечении (см. фиг.1а) стенка формирует последовательность материальных частей аппарата по окружности, в котором одна утолщенная часть 110 сопровождается более тонкой частью стенки 111, за которой, в свою очередь, следует утолщенная часть 110, и так далее. На внутренней части стенки более тонкие части стенки формируют множество углублений или каналов 112.

Комбинация расположенных по длине более толстых материальных частей 110 и более тонких материальных частей 111 повышает жесткость против изгиба, сохраняя в то же время упругость чувствительного корпуса 30 вдоль продольного направления чувствительного корпуса. При некоторых комбинациях толщины и ширины каналов 112 и утолщенных частей 111 обеспечивается увеличение упругости поперек продольного направления чувствительного корпуса при поддержании желательной жесткости при изгибе.

Как видно на чертежах, датчик 10 включает первую концевую часть 19, которая в дальнейшем описании называется нижней концевой частью, которая соединена с держателем 60, и вторая (верхняя) концевая часть 17, которая оканчивается жесткой (неупругой) заглушкой 37. Между нижней концевой частью 19 и противоположным вторым (свободным) концом 17 датчика формируется катетерподобный чувствительное корпус 30, который составляет цилиндрическую часть 30 датчика 10. Полость, окруженная цилиндрической частью, обозначена цифрой 12. Цилиндрическая часть имеет в основном круглое поперечное сечение. Однако существуют варианты изобретения, в котором сечение имеет другую конфигурацию, например овальную, полигональную или имеет, по меньшей мере, один угол или, по меньшей мере, одну в основном прямую часть и т.д.

В вариантах изобретения, показанных на фигурах, нижняя концевая часть 19 датчика 10 образует коническую часть 31 с открытой частью конуса, направленной вниз. Нижняя концевая часть вставлена в держатель 60. Ниже концевой части 19 расположена мембрана 15, 15а-с, которая состоит из упругого материала. По своей внешней кромке мембрана закреплена круглым стопорным кольцом 16. Часть датчика 10 образует вместе с мембраной закрытую полость 13. Для образования такой полости мембрана герметически соединена с нижней концевой частью 19 датчика, причем часть датчика и мембрана непосредственно соединены друг с другом. В другом варианте часть датчика 10 герметически соединена с первым узлом держателя 61, который, в свою очередь, герметически соединен со стопорным кольцом 16 мембраны 15. Ниже приведено подробное описание соединения нижней концевой части 19 с мембраной 15, 15а-с. Как правило, полость 13 полностью или частично заполнена жидкостью и/или другим способным к изменению формы материалом, например гелем. Предпочтительно использовать несжимаемую жидкость.

Держатель 60 включает первое (верхнее) устройство держателя 61 и второе (нижнее) устройство держателя 62. Верхняя часть 67 первого устройства держателя формирует полость, внутренние размеры которой соответствуют внешним размерам нижней части 19 датчика. Как правило, верхняя часть первого устройства держателя также окружает относительно короткую секцию чувствительного корпуса 30 датчика 10. В области над стопорным кольцом 16 мембраны первое устройство 61 держателя имеет обращенную вниз опорную поверхность 69.

В вариантах изобретения, показанных на фигурах, первое устройство держателя имеет обойму 68, внутренняя стенка которой образует опорную поверхность 69. Первое устройство держателя 61 в своей нижней области имеет в основном полую цилиндрическую часть 70. На своем нижнем конце первое устройство держателя имеет кольцевую втулку 63 с внутренними и наружными поверхностями.

Второе (нижнее) устройство держателя 62 в основном подставляет собой трубчатую конструкцию. В верхней части конец второго устройства держателя формирует опорную поверхность 71, которая упирается в анкерное кольцо 16 из мембраны на той стороне стопорного кольца, которое противоположно стороне анкерного кольца, обращенного к опорной поверхности 69 первого устройства держателя. Второе устройство держателя 62 в основном скреплено с первым устройством держателя 61 посредством пружинного соединения 72.

Фигуры 2 и 3 показывают еще один вариант аппарата по настоящему изобретению, в котором коническая часть 31 нижней конечной части 19 датчика 10 имеет нижнюю кромку 14, расположенную на определенном расстоянии от мембраны 15. Коническая часть герметично соединена с внутренней поверхностью 76 первого устройства держателя 61 посредством клея. В этом варианте изобретения первое устройство держателя 61 вместе с датчиком 10 и мембраной 15, 15а-с, образуют внутреннюю полость 13.

В варианте изобретения, показанном на фигурах 2 и 3, обращенная вниз опорная поверхность 69 первого держателя 61 упирается в анкерное кольцо 16 мембраны. В этом положении, когда второе устройство держателя 62 фиксировано относительно первого устройства держателя 61, анкерное кольцо 16 и, следовательно, мембрана жестко закреплены, так что внутренняя опорная поверхность 69 первого устройства держателя и опорная поверхность 71 второго устройства держателя 62 прижимаются под давлением к противоположным сторонам анкерного кольца 16. Учитывая то, что анкерное кольцо состоит из упругого материала, достигается надежное уплотнение между анкерным кольцом и первым устройством держателя 61.

Фиг. 2 и 3 показывают еще один вариант аппарата, в котором первый корпус 40 из магнитного материала закреплен на мембране 15 в ее центральной части 33. В одном предпочтительном варианте корпус образует постоянный магнит. Как правило, корпус имеет вид стержня и образует стержневой магнит. Центральная часть 33 прикреплена к корпусу 40 по его продольной стороне. Как правило, корпус снабжается одним или несколькими кулачками (на чертежах не показаны), чтобы улучшить соединение корпуса с мембраной.

Вариант устройства 1, показанный на фиг. 2 и 3, дополнительно включает втулку 80, в которую вставлен датчик 43, например ячейка Холла, для регистрации интенсивности магнитного поля. Над указанным датчиком расположено второе устройство держателя 62, которое образует полость 65, позволяющая мембране 15 переходить от исходного положения, показанного на фиг.2, в напряженное состояние, показанное на фиг.3.

На фиг. 4а и 4b показано поперечное сечение мембраны 15 в других вариантах ее выполнения, где центральная часть 33 мембраны выступает из концевых кромок корпуса 40, чтобы обеспечить крепление корпуса к мембране. В соответствии с вариантом изобретения, представленном на фиг.4а, мембрана 15b снабжена концентрически расположенными складками 18, чтобы увеличить чувствительность мембраны. На этой фигуре представлен один вариант изобретения с волнообразным поперечным сечением мембраны.

На фиг. 4с показан еще один вариант изобретения, в котором направляющий элемент 34 мембраны 15с соединен с центральной частью 33 для жесткой взаимосвязи мембраны и корпуса. Термин "жесткая взаимосвязь" означает, что ориентация направляющего элемента всегда совпадает с ориентацией центральной части крепления 33 мембраны 15с. Направляющий элемент 34 прикреплен к мембране на той стороне, которая обращена к чувствительному корпусу 30. Направляющий элемент имеет цилиндрическую часть 340, размеры которой позволяют разместить ее в полости чувствительного корпуса 30 с небольшим зазором к ее утолщенным частям 110. Длина цилиндрической части была отобрана таким образом, что при перемещении мембраны она всегда находится в пределах полости чувствительного корпуса.

На фиг. 5 и 6 показан один вариант аппарата, в котором нижняя концевая часть 19 датчика 10 снабжена анкерным фланцем 32, который заканчивается нижней концевой частью. Анкерный фланец, по меньшей мере, частично перекрывает анкерное кольцо 16 мембраны. В этих вариантах изобретения опорная поверхность 69 первого устройства держателя 61 упирается в анкерный фланец 32. Для герметизации опоры между анкерным фланцем 32 и стопорным кольцом 16 мембраны анкерный фланец и анкерное кольцо прижаты друг к другу между опорной поверхностью 69 первого устройства держателя б 1 и опорной поверхности 71 второго устройства держателя 62. В то же время часть датчика 10 и мембрана 15 закреплены в держателе. Специалисту в данной области техники ясно, что в некоторых вариантах анкерный фланец 32 и анкерное кольцо 16 постоянно и, как правило, герметически соединены друг с другом, например, с помощью клея, обжимного устройства и т.д. В этих вариантах изобретения часть датчика 10 и мембрана 15 формируют когезионный узел.

Вариант изобретения, описанный в связи с фиг. 5 и 6, где мембрана снабжена анкерным кольцом 16, может практически использоваться и в варианте изобретения, в котором используется корпус 40 из магнитного материала.

На фиг.5 и 6 показан вариант держателя 60, в котором промежуточная часть 66 расположена между первым устройством держателя 61 и вторым устройством держателя 62, Промежуточная часть скреплена с первым устройством держателя пружинным соединением 73 и скреплена со вторым устройством держателя пружинным соединением 74.

В некоторых вариантах изобретения датчик 43 расположен между первым корпусом 40 и вторым корпусом 44, который также состоит из магнитного материала. В одном предпочтительном варианте второй корпус 44 образует постоянный магнит. Как правило, такой корпус выполнен в виде стрежня и образует стрежневой магнит. В тех вариантах изобретения, где и первый и второй корпуса выполнены в виде стержневых магнитов, они обычно ориентированы таким образом, что южный полюс одного магнита обращен к северному полюсу другого магнита.

Для первого корпуса 40 и второго корпуса 44 выбирается в основном круглое поперечное сечение, но могут быть использованы и другие сечения этих корпусов. Однако, по меньшей мере, для первого корпуса 40, как правило, выбирается круглое сечение. В некотором вариантах осевая длина корпусов настолько мала, что корпуса приобретают форму пластины.

Датчик 43 соединен электрическими проводами 22, 23 с измерительным прибором 26 для регистрации сигнала, излучаемого датчиком для измерения величины интенсивности обнаруженного магнитного поля.

На фиг.5 и 6 также показан один вариант настоящего изобретения, в котором мембрана 15а в своей центральной части 33 соединена с направленной вниз тягой 50. Верхняя часть 51 тяги соединена с центральной частью 33 мембраны 15а, а нижняя часть 52 тяги соединена с опорным элементом 81, предусмотренным во втором устройстве держателя 62. Тяга имеет в основном небольшую толщину и изготовлена из гибкого и электропроводного материала. Под осевой нагрузкой она приобретает дугообразную форму. Мембрана состоит из упругого и токопроводящего материала. Электропроводность материала в мембране изменяется в ответ на изгиб, которому подвергается данный материал. Одним из примеров такого материала является токопроводящий силиконовый каучук. Мембрана и тяга часто образуют один блок. Внутренняя поверхность второго устройства держателя 62 покрыта слоем 75 электрически изоляционного материала. Электрические провода 22, 23 соединены с нижней частью 52 тяги и со вторым устройством держателя 62, который также состоит из токопроводящего материала. Тяга и второе устройство держателя включены в электрическую цепь, которая также включает источник тока 20 и регистрирующий прибор или индикатор 26.

Полость 65, образованная вторым устройством держателя 62 над датчиком, позволяет мембране 15а перемещаться от исходного положения, показанного на фиг. 5 в напряженное положение, показанному на фиг.6. При перемещении мембраны к опорному устройству 81 центральные части тяги расходятся в стороны в области между верхними и нижними частями тяги, как видно на фиг.6. Размеры тяги выбраны с таким расчетом, что нижняя часть 52 тяги 50 соединена с опорным устройством 81 при достаточно большом расстоянии от центральной части 33 мембраны, чтобы тяга не входила в контакт со второй поверхностью второго устройства держателя 62, когда мембрана 15а занимает свое максимальное натянутое положение (см. фиг.6).

В варианте изобретения, представленном на фиг. 2-3, датчик 43 расположен на некотором расстоянии от корпуса 40, чтобы при нормальном использовании аппарата устранить контакт с датчиком, когда мембрана 15 находится в своем максимальном напряженном состоянии (см. фиг.3). Это достигается тем, что объем закрытой полости 13 в начальном состоянии (без приложения какого-либо внешнего давления на чувствительный корпус 30) и расстояния между центральной опорной частью 33 мембраны и датчика 43 выбираются такими, что при максимальном расчетном сжатии части 30 центральная опорная часть 33 или прикрепленный к ней корпус 40 никогда не перемещаются в положения, в которых опорная часть 33 или корпус 40 находится в контакте с опорой 81 или с датчиком 43.

Как уже описывалось выше, в варианте изобретения в соответствии с фиг. 5-6, длина тяги 50 была выбрана такой, чтобы при максимальном расчетном сжатии части 30 датчика ни одна часть тяги не находилась бы в контакте с внутренней определяющей поверхностью второго устройства держателя 62. Предусмотрен изоляционный слой 75, чтобы избежать ошибки измерения в случае непредвиденного контакта между внутренней определяющей поверхностью второго устройства держателя и тягой 50.

На фиг.7а-е показаны варианты чувствительного корпуса 30 датчика. В вариантах изобретения, представленных на фиг.7b-е, свободный конец 17 чувствительного корпуса снабжен выпуклой частью 35. Эта выступающая наружу часть помогает удерживать чувствительный корпус в соответствующем положении в сосуде или корпусе, при котором обеспечивается регистрация изменений в размерах и/или форме.

На фигурах показан один вариант изобретения, в котором первое (верхнее) устройство держателя 61 представляет собой внешнее устройство держателя, которое частично окружает второе (нижнее) устройство держателя. Очевидно, что в других вариантах второе (нижнее) устройство держателя выполнено как внешнее устройство держателя, которое по меньшей мере частично окружает первое устройство держателя. В этом варианте изобретения второе устройство держателя, как правило, имеет внешний фланец 63.

Для специалиста в данной области понятно, что при использовании предлагаемой техники описанное соединение частей или устройств аппарата посредством обжимных запорных механизмов может при необходимости быть заменено техникой, удовлетворяющей требованиям практического применения данного аппарата. Примерами такой техники могут быть винтовые соединения, горячая сварка, склеивание и т.д.

Когда аппарат согласно изобретению внедрен в практику, его цилиндрическая часть 30 (чувствительный корпус 30) датчика 10 вставлен в контролируемую полость, например мочевой канал пациента. Когда окружность любой части полости уменьшается, соответствующая часть чувствительного корпуса 30 сжимается и размер полости 12 чувствительного корпуса также уменьшается, Уменьшение размера полости сопровождается увеличением давления в полости, которое влечет за собой перемещение центральной части 33 мембраны 15, 15а-с по направлению к датчику 43 или по направлению к опорному устройству 81. Когда окружность пространства увеличивается в области сжатой части чувствительного корпуса, давление на чувствительный корпус снижается, упругие свойства мембраны возвращают ее в первоначальное положение, приводя к тому, что центральная часть 33 мембраны отводится от опорного устройства. Размер перемещения определяется величиной понижения давления. Изменение внешнего давления на чувствительный корпус 30 повлечет за собой соответствующее изменение в растяжении мембраны. Как правило, чувствительный корпус рассчитывается на силы сжатия, которые в основном меньше усилий, которые требуются, чтобы вывести центральную часть мембраны из положения покоя. В результате действие мембраны полностью определяется чувствительностью аппарата.

В варианте изобретения, представленном на фиг.2-3, перемещение мембраны 15 приводит к тому, что регистрирующее устройство и/или индикатор 26, подключенный к датчику, регистрирует и/или указывает на изменение интенсивности магнитного поля. Такие показания наблюдаются, например, когда величина и/или изменение измеренного тока или напряжения записывается на магнитной ленте, регистрируется показаниями измерительного прибора или световой индикацией (типа включения или выключения одной или нескольких ламп или светодиодов) и т.д.

В варианте изобретения, представленном на фиг.4с, направляющий элемент 34 размещен в пределах полости 12 чувствительного корпуса 30 с небольшим зазором между направляющим корпусом и утолщенными частями 110. Это перемещение происходит с той же скоростью, что и движение центральной части 33 мембраны. Направляющий элемент увеличивает жесткость корпуса центральной части мембраны. Это позволяет избежать нежелательной деформации мембраны, которая могла бы привести к ошибочным показаниям величины сжатия чувствительного корпуса 30. Каналы 112, расположенные между утолщенными частями, гарантируют перераспределение сжимающей среды, которое происходит на сжатии или расширении чувствительного корпуса 30 и обозначено как напряженное состояние мембраны.

При перемещении мембраны вниз тяга 50 в варианте, показанном на фиг.5-6, перемещается в сторону в области между верхними и нижними частями тяги 51 и 52 соответственно. Второе устройство держателя 62, мембрана 15а и тяга 50 включены в электрическую цепь, которая также содержит два проводника 22, 23, источник тока 20 и регистрирующее устройство и/или индикатор 26. Когда мембрана 15а находится в напряженном состоянии, сопротивление в электрической цепи изменяется, что регистрируется и/или индицируется устройством 26.

Для специалистов в данной области очевидно, что и плоском варианте мембраны, представленной на фиг.5-6, изменение положения мембраны регистрируется и/или индицируется устройством 26, конструкция которого соответствует конструкции вышеописанного устройства, представленного на фиг. 2-3.

Аппарат согласно настоящему изобретению предназначен, главным образом, для медицинских целей. Регистрация или индикации сокращений в мочевом канале могут иметь большое значение, например, при лечении недержания мочи.

В предшествующем описании использовались термины "верхний", "нижний", "вниз", "под" и другие аналогичные. Эти определения использовались просто для того, чтобы упростить описание и связаны только с ориентацией, которую аппарат имеет на фигурах. Для специалистов в данной области очевидно, что аппарат так же, как его части и устройства, включенные в него, могут иметь любую произвольную пространственную ориентацию.

Вышеупомянутое подробное описание охватывает ограниченное число вариантов настоящего изобретения, но для специалиста в данной области понятно, что настоящее изобретение охватывает большое количество вариантов изобретения, не выходя из объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.