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Querverweis auf verwandte
Anmeldung
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil unter 35 U.S. C. § 119(e)
der provisorischen US-Patentanmeldung Serial No. 60/272,674, angemeldet
am 1. März
2001
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet chirurgischer
Katheter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf chirurgische
Katheter mit Temperatursensoren. Außerdem bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf Katheter mit Fluoreszenz-Temperatursensoren und Verfahren
zum Messen von Temperaturen längs
Arterienwänden
unter Verwendung eines Katheters, der mit einem Fluoreszenz-Temperatursensor
ausgestattet ist, um einen entzündeten
Fleck zu ermitteln und zu lokalisieren.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Messen der Temperatur von Geweben, Venen und anderen Körperteilen
an entfernten Orten während
chirurgischer, elektrophysiologischer und anderer invasiver und
minimal-invasiver Prozeduren kann kritische Information für den Arzt
oder Chirurgen bereitstellen. Eine derartige Prozedur ist die Ermittlung
und die Lokalisierung eines entzündeten Flecks
in einer Arterie.
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Ein
Atherosklerose-Fleck ist ein verdickter Bereich in der Wand einer
Arterie. Üblicherweise können Patienten,
die an Koronar-Krankheit gestorben sind, mehrere Dutzend Atherosklerose-Flecken haben.
In den meisten Fällen
von Koronar-Krankheit hat man jedoch herausgefunden, dass lediglich
einer der Atherosklerose-Flecken gebrochen, gerissen oder vereitert
war. Das Brechen, das Reißen
oder das Vereitern verursacht einen großen Blutklotz, der sich auf
der Innenseite der Arterie bildet, was den Blutfluss durch die Arterie
vollständig
verschließen kann,
wodurch das Herz oder das Gehirn geschädigt wird. Ein Hauptprognose- und Diagnostik-Dilemma für den Kardiologen
besteht darin, wie man vorhersagen kann, welcher Fleck im Begriff
ist, zu Reißen.
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Der
Reißprozess
ist nicht vollständig
verstanden worden, jedoch ist bekannt, dass die Flecken, die am
Wahrscheinlichsten reißen,
diejenigen mit entzündeten
Flächen
sind oder einer hohen Dichte an aktivierten Makrophagen und einer
dünnen
darüberliegenden
Kappe. Van der Wal, et al., Circulation 89: 36–44 (1994); Shah, et al., Circulation
244 (1995); Davies, et al., Br Heart J 53: 363–373, (1985); Farb, et al.,
Circulation 92: 1701–1709
(1995); Van Damme, et al., Cardiovasc Pathol 3: 9–17 (1994). Flecken
mit entzündeten
Flächen
stellt man sich dort vor, dass diese an Verbindungsstellen angeordnet sind,
wo Cholesterin-Lachen ein zellulareres und fiebrigeres Teil des
Flecks treffen. Üblicherweise
sind entzündete
Zellen, die Wärme
erzeugen, an diesen Verbindungsstellen gefunden worden. Da diese
entzündeten
Zellen Enzyme freigeben, die in der Lage sind, die Kollagen und
weitere Komponenten der extrazellulären Matrix zu verschlechtern,
stellt man sich vor, dass diese für den Prozess des Brechens
des Flecks oder des Reißens
kritisch sind.
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Somit
ist es bekannt, dass Flecken, von denen geglaubt wird, dass diese
eine Bruchgefahr sind, oder Flecken mit entzündeten Zellen eine höhere Temperatur
als das umgebende Gewebe um 1–2°C haben.
Folglich ist die Ermittlung dieser entzündeten Flecken bei der Vorhersage
und der nachfolgenden Prävention
des Fleckbruchs hilfreich. Die
US
5 935 075 und
US 5 871
449 offenbaren Einrichtungen zum Lokalisieren eines entzündeten Fleckens
auf der Basis einer Temperaturmessung. Beide Patente offenbaren
Infraroteinrichtungen und sind nicht schnell auf existierende Kathetersysteme
adaptierbar.
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Ein
weiteres Verfahren, wo es Kenntnis der Temperatur an der genauen
Lage der Therapie gibt, ist die Ablation, welche das Verfahren ist,
welches verwendet wird, Herz-Arrhythmie
zu korrigieren. Herz-Arrhythmie ist eine elektrische Fehlfunktion
des Herzens. Elektrophysiologische Therapie behandelt Herz-Arrhythmie
durch Ablation des Gewebebereichs, die die Quelle elektrischer Fehlfunktion
ist. Um das Gewebe zu entfernen, steuert ein Arzt, der die elektrophysiologische
Therapie durchführt,
einen Ablations-Katheter durch eine Vene oder eine Arterie in den
inneren Bereich des Herzens. Der Katheter besitzt ein Ablationselement
(beispielsweise eine Elektrode oder ein optisches Faserbündel) am
distalen Ende des Katheters, welches Energie (beispielsweise Funkfrequenzen
oder Laserlicht) auf das Zielgewebe liefert. Die gelieferte Energie
erwärmt
das Gewebe und bildet eine Wunde.
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Die
Temperatur ist ein kritischer Parameter bei dem Erzielen von Erfolg
mit der Ablations-Prozedur. Die Größe der Wunde und die Form sind
eine Funktion der Temperatur des entfernten Gewebes, des umgebenden
Gewebes und/oder des Ablations-Elements. Somit wird der Temperaturwert
der Prozedur überwacht.
Der Katheter besitzt einen Temperatursen sor, um die Temperatur des
Gewebes in der Nähe
des Ablations-Elements während
der Prozedur zu messen. Es ist bekannt, einen Thermistor oder ein
Thermoelement am Ende des Katheters zu verwenden, um die Temperatur
zu messen.
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Der
Ablations-Katheter ist üblicherweise
mit einer Steuer-/Generatoreinheit über ein medizinisches Gütekabel
mit einem Adapter verbunden, speziell für die Steuer-/Generatoreinheit.
Der Generator liefert die Energie, die zur Ablation notwendig ist,
und die Steuerung empfängt
temperatur-bezogene Signale vom Thermistor oder vom Thermoelement.
Die Steuerung kann außerdem
elektrische Aktivität
des Herzens während
der Ablations-Prozedur überwachen.
Die Steuerung und der Generator können eine Einzeleinheit sein,
oder die beiden Funktionen können
durch zwei separate Einheiten durchgeführt werden.
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Funkfrequenzenergie
(RF) ist eine Art von Ablationsenergie, die bei elektrophysiologischer
Therapie verwendet wird. Die zurzeit verfügbaren RF-Ablations-Generator-/Steuereinheiten
basieren entweder auf einem Thermistor oder einem Thermoelement.
Das heißt,
bekannte RF-Generator-/Steuereinheiten können die Temperatur auf der
Basis von Signalen anzeigen, welche durch einen Temperatursensor
im Katheter geliefert wird, wobei diese jedoch dieses lediglich
für eine
besondere Art eines Temperatursensors tun können, d.h., einen Thermistor
oder Thermoelement. Ein Beispiel einer Kombination aus Ablations-/Temperatursensor-Katheter
ist in der
US-PS 5 833 688 offenbart,
die für
die Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt ist.
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Andere
Arten von Sensoren umfassen die Verwendung von optischen Faser-Kathetern,
die einen Fluorometrie-Sensor am distalen Ende des Katheters haben.
Ein Beispiel ist in der
US-PS
5 012 809 offenbart. Diese Sensoren arbeiten unter Verwendung
einer Lichtquelle, um Fluoreszenzmaterial zu erregen, welches am
distalen Ende des Katheters angeordnet ist. Das erregte Fluoreszenzmaterial
wiederum emittiert Licht, welches zurück über das optische Faserkabel übertragen
wird. Die Lebensdauer der Fluoreszenz wird dazu verwendet, die Temperatur
am distalen Ende des Katheters zu berechnen. Der Katheter, der im
US-PS 5 012 809 offenbart
ist, nutzt eine weiß-getönte Lichtquelle,
sowie Fotodetektoren, die die Verwendung von Verstärkern erfordern.
Die Algorithmen, die verwendet werden, die Temperatur zu berechnen,
sind von der Polymer-/Fluophor-Matrix abhängig, die bei der Konstruktion
des Katheters verwendet wird.
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Die
US-PS 4 448 547 und die
US-PS 4 560 286 offenbart
ebenfalls die Verwendung von Fluoreszenzmaterialien oder Leuchtstoffen,
um die Temperatur zu messen. Die Vorrichtung jedoch, die in diesen Patenten
offenbart ist, erfordert die Verwendung von radioakti vem Material
oder eine Quelle von ultraviolettem Licht, um den Leuchtstoff oder
das Fluoreszenzmaterial zu erregen.
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Eine
Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 ist in der US-A 4 895 156 gezeigt.
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Folglich
besteht die Notwendigkeit nach einem verbesserten Fluoreszenz-Temperatursensor, der
in aktuell verfügbare
Katheterkonstruktionen preiswert und effizient untergebracht werden
kann und der außerdem
mit minimalem Trauma für
die Arterie betrieben werden kann.
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Überblick über die Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
die oben genannten Notwendigkeiten, indem ein verbesserter Katheter-Temperatursensor,
wie dieser im Patentanspruch 1 definiert ist, bereitgestellt wird,
um die Temperatur an einem entfernten Ort innerhalb eines Körpers unter
Verwendung eines Katheters zu messen, der mit einem Temperatursensor
ausgerüstet
ist.
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Gemäß der Erfindung
umfasst der Katheter-Temperatursensor ein Lumen, ein optisches Faserkabel,
welches sich durch das Lumen erstreckt, und eine Konsole, die mit
dem optischen Faserkabel verbunden ist. Das optische Faserkabel
umfasst ein distales Ende, welches mit einem Fluoreszenzmaterial
in einem proximalen Ende, welches mit der Konsole verbunden ist, überzogen
ist. Die Konsole besitzt eine Stickstofflaser-Lichtquelle und überträgt Licht über die
optischen Faserkabeln zum Fluoreszenzmaterial, um das Fluoreszenzmaterial
zu erregen. Das erregte Fluoreszenzmaterial bringt Licht zum Leuchten,
welches zurück über das
optische Faserkabel und über
einen Strahlenteiler zur Konsole übertragen wird. Die Konsole
misst die Lebensdauer des Fluoreszenz-Lichtes, und auf der Basis
der gemessenen Lebensdauer bestimmt sie eine Temperatur am distalen
Ende des optischen Faserkabels oder an einem Punkt längs einer
arteriellen Wand.
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Bei
einer Verfeinerung des offenbarten Sensors umfasst das Lumen einen
distalen Endabschnitt, der das distale Ende des optischen Faserkabels
umgibt. Der distale Endabschnitt des Lumens ist koaxial in einer
Spulenfeder aufgenommen. Bei einer verwandten Verfeinerung umfasst
das Lumen außerdem
eine offene distale Spitze, und die Spulenfeder umfasst ein distales
Ende. Die offene distale Spitze des Lumens ist mit einer verschweißten Kugel
verbunden und durch diese versiegelt. Die verschweißte Kugel
ist mit dem distalen Ende der Spulenfeder verbunden. Bei einer weiteren
verwandten Verfeinerung umfasst die Spulen feder außerdem ein
proximales Ende, welches an einer Außenfläche des Lumens angeschweißt ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung des offenbarten Sensors ist das Lumen
mit einem weiteren Lumen verbunden, welches einen Führungsdraht
aufnimmt. Bei einer verwandten Verfeinerung ist das Lumen mit dem
Führungsdraht-Lumen
durch Einschweißen
verbunden. Bei einer noch anderen verwandten Verfeinerung läuft das
Lumen durch das Drahtführungs-Lumen.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung des offenbarten Sensors umfasst der
Sensor ein Lumen und ein optisches Faserkabel, welches sich durch
das Lumen erstreckt. Das optische Faserkabel umfasst ein distales
Ende, welches mit einer reflektierenden Fläche verbunden ist, und ein
proximales Ende, welches mit einer Konsole verbunden ist. Das Lumen
ist mit einem Ballon verbunden. Der Ballon umgibt das distale Ende
des optischen Faserkabels und die reflektierende Fläche. Der
Ballon weist außerdem
eine Innenfläche
auf, die zumindest teilweise mit Fluoreszenzmaterial überzogen
ist. Die Konsole weist eine Lichtquelle auf, um Licht über das
optische Faserkabel zu dessen distalen Ende zu übertragen. Die reflektierende
Fläche
reflektiert Licht, welches durch das optische Faserkabel übertragen
wird, zur Innenfläche
des Ballons, wodurch das Fluoreszenzmaterial erregt wird und bewirkt
wird, dass Fluoreszenz-Licht
zurück
zur Innenfläche
des Ballons zur reflektierenden Fläche über das optische Faserkabel zur
Konsole übertragen
wird. Die Konsole misst die Lebensdauer des Fluoreszenz-Lichtes und setzt
die Lebensdauer in eine Temperatur des Ballons um.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung umfasst der offenbarte Sensor ein Lumen
und einen Führungsdraht,
der durch das Lumen läuft.
Zumindest ein optisches Faserkabel ist ringförmig zwischen dem Führungsdraht
und dem Lumen beabstandet. Das optische Faserkabel weist ein distales
Ende auf, welches mit einem Fluoreszenzmaterial überzogen ist, und ein proximales
Ende, welches mit einer Konsole verbunden ist. Das Lumen ist in
Bezug auf den Führungsdraht
und das optische Faserkabel zurückziehbar.
Das optische Faserkabel ist radial nach außen vom Führungsdraht vorgespannt, so
dass, wenn das Lumen zurückgezogen
wird, das distale Ende des optischen Faserkabels sich weg vom Führungsdraht bewegen
wird. In der Praxis wird sich das distale Ende des optischen Faserkabels
weg vom Führungsdraht
und in Richtung auf die arterielle Wand bewegen. Die Konsole berechnet
die Temperatur des distalen Endes des optischen Faserkabels in einer
Weise, die oben erläutert
wurde.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung umfasst der offenbarte Sensor mehrere
optische Faserkabel, die um den Führungsdraht und ringförmig zwischen
dem Führungsdraht
und dem Lumen beabstandet sind. Die optischen Faserkabel sind radial
nach außen
vorgespannt, so dass, wenn das Lumen zurückgezogen wird, sich die distalen
Enden der optischen Faserkabel radial weg vom Führungsdraht und in Richtung auf
die arterielle Wand bewegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Verfeinerung wird die Konsole eine Temperatur für jedes
distale Ende für jedes
optische Faserkabel berechnen, wodurch ein Umfangstemperaturprofil
der arteriellen Wand bereitgestellt wird.
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Bei
einer anderen Verfeinerung des offenbarten Sensors weist der Sensor
ein Lumen auf, welches ein distales Ende aufweist, das mit einem
Ballon verbunden ist. Vorzugsweise läuft ein Führungsdraht durch das Lumen.
Zumindest ein optisches Faserkabel erstreckt sich längs der
Außenfläche des
Lumens und besitzt ein distales Ende, welches auf der Außenfläche des
Ballons angeordnet ist. Das distale Ende des optischen Faserkabels
ist mit einem Fluoreszenzmaterial überzogen, und das proximale
Ende des optischen Faserkabels ist mit einer Konsole verbunden,
wie oben erläutert
wurde. Da der Ballon aufgeblasen ist, erfasst das distale Ende des
optischen Faserkabels die arterielle Wand.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung des obigen Konzeptes sind mehrere optische
Faserkabel umfangsmäßig um die äußeren Flächen des
Lumens und des Ballons beabstandet, um dadurch ein Umfangsprofil
der Temperatur der arteriellen Wand bereitzustellen.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung umfasst das Lumen einen komprimierbaren
Abschnitt, der erlaubt, dass das Lumen eine Rückzugposition und eine erweiterte
Position annehmen kann. Das distale Ende des Lumens besitzt außerdem eine
Seitenöffnung. Das
distale Ende des optischen Faserkabels ist mit der Seitenöffnung ausgerichtet
und erstreckt sich durch die Seitenöffnung, wenn das Lumen in der Rückzugposition
ist. Wenn das Lumen in der Rückzugposition
ist, ist das distale Ende des optischen Faserkabels innerhalb des
Lumens angeordnet. Bei einer weiteren Verfeinerung dieses Konzepts
umfasst der distale Endabschnitt des Lumens mehrere Seitenöffnungen,
und der Sensor umfasst mehrere optische Faserkabel. Jedes optische
Faserkabel erstreckt sich durch eine der Seitenöffnungen des Lumens, wenn das
Lumen in der Rückzugposition
ist und jedes optische Faserkabel innerhalb des Lumens angeordnet
ist, wenn das Lumen in der erstreckten Position ist. Bei einer noch
weiteren Verfeinerung dieses Konzepts kann das Lumen in einer konischen
Einführung
untergebracht sein, die innerhalb des Lumens angeordnet ist, was
dazu dient, die optischen Faserkabel in und aus den Seitenöffnungen
zu führen,
wenn das Lumen gestreckt und zurückgezogen
wird.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung umfasst der distale Endabschnitt des
Lumens eine Seitenöffnung, und
das Lumen ist in einer zurückziehbaren
Hülle untergebracht.
Das distale Ende des optischen Faserkabels erstreckt sich durch
die Seitenöffnung
des Lumens und ist durch die Hülle
umgeben, wenn die Hülle
nicht zurückgezogen
ist. Die Hülle
kann zurückgezogen
werden, um das distale Ende des optischen Faserkabels freizulegen,
und, bei einer bevorzugten Verfeinerung ist das distale Ende des
optischen Faserkabels in einer Weise radial nach außen feder-vorgespannt,
so dass diese eine Seitenwand eines Gefäßes oder eines Organs erfasst,
wenn die Hülle
zurückgezogen
wird. Bei einer weiteren Verfeinerung dieses Konzepts sind mehrere
Seitenlöcher und
durch Federn vorgespannte optische Faserkabel vorgesehen.
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Bei
einer verwandten Verfeinerung umfasst der distale Endabschnitt des
Lumens eine Seitenöffnung,
durch welche sich das distale Ende des optischen Faserkabels erstreckt.
Eine Außenfläche des Lumens
besitzt einen Schlitz oder Nut, um das distale Ende des optischen
Faserkabels unterzubringen, um ein stromlinienförmiges Profil bereitzustellen.
Bei einer weiteren Verfeinerung dieser Ausbildung sind mehrere Seitenöffnungen
und Schlitze oder Nuten gemeinsam mit mehreren optischen Faserkabeln vorgesehen.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung des offenbarten Sensors umfasst die
Konsole eine Lichtquelle, um Licht über das optische Faserkabel
zu übertragen und
um das Fluoreszenzmaterial zu erregen. Die Konsole umfasst außerdem einen
Fotovervielfacher zum Umsetzen von Licht, welches durch das Fluoreszenzmaterial
erregt wurde, in mehrere analoge Spannungssignale. Die Konsole besitzt
außerdem ein
digitales Oszilloskop, welches mit dem Fotomultiplizierer verbunden
ist, um die mehreren analogen Spannungssignale in zumindest ein
Digitalsignal umzusetzen. Die Konsole besitzt außerdem einen Prozessor, der
mit dem digitalen Oszilloskop verbunden ist, um das zumindest eine
Digitalsignal in eine Temperatur des distalen Endes des optischen
Faserkabels umzusetzen.
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Bei
einer anderen Verfeinerung des offenbarten Sensors erregt die Lichtquelle
außerdem
das Fluoreszenzmaterial für
eine erste Zeitperiode und stoppt dann die Erregung. Wenn die Erregung
stoppt, nimmt die Intensität
des Lichts, welches durch das erregte Fluoreszenzmaterial emittiert
wird, als eine Funktion der Temperatur ab, was Änderungen der analogen Spannungssignale
zur Folge hat, welche durch den Fotovervielfacher erzeugt werden.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung des offenbarten Sensors weist der Prozessor
einen Speicher auf, der zumindest eine Tabelle aufweist, um das
zumindest eine Digitalsignal mit der Temperatur des distalen Endes
des optischen Faserkabels in Wechselbeziehung zu bringen.
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Der
Strahlenteiler ist mit der Lichtquelle und mit dem Fotovervielfacher
verbunden. Der Strahlenteiler überträgt Licht
von der Lichtquelle zum optischen Faserkabel, und überträgt außerdem Licht, welches
durch das erregte Fluoreszenzmaterial emittiert wird, vom optischen
Faserkabel zum Fotovervielfacher.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung des offenbarten Sensors weist der Sensor
außerdem
einen Trigger-Verzögerungsgenerator
auf, der mit der Lichtquelle verbunden ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist der Sensor außerdem ein Filter auf, welches
zwischen dem proximalen Ende des optischen Faserkabels und dem Fotovervielfacher
angeordnet ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist der Sensor außerdem ein Bandabstandsfilter
auf, welches zwischen dem proximalen Ende des optischen Faserkabels
und dem Fotovervielfacher angeordnet ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist der Sensor außerdem ein Bandabstandsfilter
auf, welches zwischen einem Strahlenteiler und dem Fotovervielfacher
angeordnet ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist das Fluoreszenzmaterial Magnesium-Fluorogermanat auf.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist das Fluoreszenzmaterial Magnesium-Fluorogermanat auf,
welches mit Mangan dotiert ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist das Fluoreszenzmaterial Lanthan-Oxysulfid
auf.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist das Fluoreszenzmaterial Lanthan-Oxysulfid
auf, welches mit Europium dotiert ist.
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Bei
einer weiteren Verfeinerung weist das Fluoreszenzmaterial einen
dotierten Leuchtstoff auf.
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Das
Gerät nach
der Erfindung kann bei einem Verfahren verwendet werden, um eine
Temperatur längs
einer arteriellen Wand zu bestimmen. Das offenbarte Verfahren umfasst
das Bereitstellen eines Katheters, der ein Lumen aufweist, und ein
optisches Faserkabels, welches sich durch das Lumen erstreckt. Das
optische Faserkabel besitzt ein distales Ende, welches mit einem
Fluoreszenzmaterial überzogen
ist. Das optische Faserkabel besitzt außerdem ein proximales Ende.
Das Verfahren umfasst den Schritt, den Katheter in die Arterie einzuführen, und, für eine erste
vorher festgelegte Zeitdauer, das Übertragen von Licht über das
optische Faserkabel zum Fluoreszenzmaterial, um dadurch das Fluoreszenzmaterial
zu erregen und dessen Fluoreszenz zu veranlassen. Das Verfahren
umfasst außerdem
den Schritt, die Übertragung
des Lichts durch das optische Faserkabel zu stoppen. Das Verfahren
weist außerdem den Schritt auf, Licht, welches durch das
erregte Fluoreszenzmaterial über
das optische Faserkabel am proximalen Ende des optischen Faserkabels
emittiert wird, für
eine zweite vorher festgelegte Zeitperiode zu empfangen. Das Verfahren
umfasst außerdem
den Schritt, eine Lebensdauer des Fluoreszenz-Lichtes zu messen,
welches am proximalen Ende des optischen Faserkabels empfangen wird und
die gemessene Lebensdauer des Fluoreszenz-Lichtes in einen Temperaturwert
umzusetzen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch einen Katheter und ein Fluoreszenz-Temperatur-Sensorsystem,
welches gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
ist;
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2 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer Katheterspitze, welche gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet ist;
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3 ist
eine Seitendraufsicht auf die Katheterspitze, die in 2 gezeigt
ist;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer anderen Katheterspitze, die gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet ist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer noch weiteren Katheterspitze,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
ist;
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6 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer noch weiteren Katheterspitze,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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7 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer noch weiteren Katheterspitze,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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8 ist
eine andere Seitenquerschnittsansicht der in 7 gezeigten
Katheterspitze mit der Muffe in einer zurückgezogenen Position und mit
den Temperatursonden in einer radial-expandierten Position;
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9 ist
eine Querschnittsansicht im Wesentlich längs der Linie 9-9 von 8;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ballon-Katheters, der mit mehreren
Temperatursonden ausgestattet ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet sind;
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11 ist
eine weitere perspektivische Ansicht der Katheterspitze, welche
in 10 gezeigt ist, jedoch mit dem Ballon in einem
expandierten Zustand;
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12 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer weiteren Katheterspitze, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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13 ist
eine Seitenansicht der Katheterspitze, die in 12 gezeigt
ist;
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14 ist
eine Seitenansicht einer weiteren Katheterspitze, die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist, in einer erweiterten Position;
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15 ist
eine Seitenansicht der Katheterspitze, die in 4 gezeigt
ist, in einer zurückgezogenen
Position;
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16 ist
eine Seitenansicht einer noch anderen Katheterspitze, die gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet ist, wobei eine Hülle
die distalen Enden der optischen Faserkabel umgibt;
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17 ist
eine Seitenansicht der in 16 gezeigten
Katheterspitze, mit der zurückgezogenen Hülle und
den distalen Enden der optischen Faserkabel, die sich radial nach
außen
erstrecken;
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18 ist
eine Seitenansicht einer noch weiteren Katheterspitze, die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist; und
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18A ist eine vergrößerte Ansicht des Details A
von 18.
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Es
sollte verstanden sein, dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise
maßstabsgerecht sind
und dass die Ausführungsformen
manchmal so gezeigt sind, dass grafische Symbole, Phantomlinien,
grafische Darstellungen und Bruchansichten verwendet werden. In
bestimmten Fällen
können
Details, die für
ein Verständnis
der offenbarten Ausführungsformen
nicht notwendig sind oder die andere Details haben, die schwierig
wahrzunehmen sind, weggelassen sein. Es sei verstanden, dass die
Erfindung natürlich
nicht auf die hier gezeigten besonderen Ausführungsformen notwendigerweise
beschränkt
ist.
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Ausführliche Beschreibung der zurzeit
bevorzugten Ausführungsformen
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Leuchtstoffe
bestehen aus anorganischen Oxiden, Oxysulfiden, Orthophosphaten
und seltenen Erdmetallen. Leuchtstoffe enthalten üblicherweise eine
kleine Konzentration eines Dotiermittels. Wenn erregt durch bestimmte
Wellenlängen
von Licht werden die Leuchtstoffe fluoreszieren, und die Abfallzeit der
Floureszente ist proportional zur Temperatur des Leuchtstoffes.
Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt üblicherweise die Zerfallszeit
für eine
bestimmte Emissionswellenlänge
ab.
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Bevorzugte
Leuchtstoffe, die bei den offenbarten Ausführungsformen verwendet werden,
umfassen mangan-dotiertes Magnesium-Fluorogermanat und europium-dotiertes
Lantan-Oxysulfid. Diese Leuchtstoffe haben Spitzenemissionintensitäten bei 514
nm, 538 nm und 619 nm.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform nutzt das System 10 eine
Lichtquelle 11, die ein Stickstofflaser ist. Die Lichtquelle 11 emittiert
ultraviolettes Licht, welches in der Richtung des Pfeils 12 über einen
Strahlenteiler 13 übertragen
wird. Der Strahlenteiler 13 ist mit einem optischen Faserkabel 14 an
einem Verbinder 15 verbunden. Das ultraviolette Licht wird
in der Richtung des Pfeils 16 übertragen.
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Wie
in 2–5 gezeigt
ist, sind die distalen Endabschnitte 17a–17c der
optischen Faserkabel 14a–14c mit einem Fluoreszenzmaterial 18 überzogen.
Das ultraviolette Licht, welches durch die Lichtquelle 11 erzeugt
wird und nach unten zu den optischen Faserkabeln 14a–14c übertragen
wird, erregt das Leuchtstoffmaterial 18, wodurch veranlasst wird,
dass dieses fluoresziert. Das fluoreszierende Licht oder die Emission
wird zurück
in Richtung auf ein proximales Ende des optischen Faserkabels in der
Richtung des Pfeils 21 (siehe 1) übertragen und
läuft über den
Strahlenteiler 13 und das Filter 22, bevor es
an einem Fotovervielfacher 23 empfangen wird.
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Der
Fotovervielfacher 23 setzt das Licht, welches durch Leuchtstoffmaterial 18 emittiert
wird, in mehrere Spannungssignale um, welche über die Leitung 24 zu
einem digitalen Oszilloskop 25 übertragen werden. Das digitale
Oszilloskop 25 setzt die Spannungssignale in ein Digitalsignal
um und überträgt das Digitalsignal über die
Leitung 26 zu einem Prozessor 27. Bei einer Ausführungsform
kann der Prozessor 27 ein Laptop-Computer sein. Ein Steuerraum 28 kann
verwendet werden, ein Signal zu einem Trigger-Verzögerungsgenerator 29 zu
liefern, der wiederum ein Signal zur Lichtquelle 11 sendet,
um Licht zu emittieren.
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Gleichzeitig
wird das Signal zum Oszilloskop
25 geliefert, um das Senden
von Digitalsignalen zum Prozessor
27 zu beenden. Nach einer
vorher festgelegten Zeitdauer einer Erregung des Fluoreszenzmaterials
18 wird
die Lichtquelle
11 abgeschaltet, und fluoreszierendes Licht,
welches durch das Fluoreszenzmaterial
18 emittiert wird,
wird dann am Fotovervielfacher
23 empfangen, der für eine vorher
festgelegte Zeitdauer Spannungssignale zum Oszilloskop
25 sendet,
der wiederum zumindest ein Digitalsignal zum Prozessor
27 sendet.
Bei einer Ausführungsform
zeigt das Digitalsignal, welches durch den Prozessor empfangen wird,
eine Änderung
in den Spannungssignalen, welche am Oszilloskop empfangen werden,
welche mit Tabellenwerten der exponentiellen Zerfallszeitkurve verglichen
werden, die im Speicher des Prozessors
27 gespeichert sind,
um das Digitalsignal in einen Temperaturwert umzusetzen. Der Vorgänger kann
auch einen Algorithmus nutzen, um die Temperatur zu berechnen. Diese
Algorithmen sind dem Fachmann bekannt (siehe beispielsweise
US-PS 5 012 809 ).
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Wendet
man sich nun 2–5 zu, so sind
die optischen Faserkabel 14a–14c innerhalb von Lumen 19a–19c angeordnet.
Wie in 4 und 5 gezeigt ist, sind die proximalen
Enden 31b, 31c der Lumen 19b, 19c mit
Verbindern 15b, 15c verbunden.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, läuft der distale
Endabschnitt 32a des Lumens 19a durch eine Spule 33.
Ein distales Ende 34 der Spule ist mit einer verschweißten Kugel 35 verbunden,
die eine distale Spitze 36 des Lumens 19a versiegelt.
Ein proximales Ende der Spule 33 ist an einer Außenfläche des
Lumens 19a an der Schweißstelle 38 angeschweißt. Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Lücke in der
Spule 33 beim Fluoreszenzmaterial 18 vorgesehen,
so dass die Spule 18 das Fluoreszenzmaterial 18 nicht
isoliert, um ungehinderte Wärmeleitung
zum Leuchtstoffmaterial 18 und daher eine genaue Temperaturmessung
bereitzustellen. Der Drahtstreifen 39 ist unterhalb der
Spule 33 angeordnet, um die Spule 33 vom Ausstrecken
abzuhalten. Die Verwendung der Spule 33 und des Streifens 39 liefern überragende
Wärmeleitung
zum Leuchtstoffmaterial 18 sowie strukturelle Integrität, während ein
kleines Profil beibehalten wird, um eine thermische Sonde, welche
in minimaler traumatischer Weise arbeitet, vorzusehen.
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Wie
in 4 und 5 gezeigt ist, kann das Fluoreszenzmaterial 18 vollständig frei
sein. Bei den in 4 und 5 gezeigten
Ausführungsformen sind
die Lumen 19b bzw. 19c mit Führungsdrahtlumen 41 bzw. 42 verbunden.
Das Führungsdrahtlumen 41 ist
am Lumen 19b durch Einschweißen 43 gesichert.
Im Gegensatz dazu läuft
gemäß 5 das Lumen 19c durch
das Führungsdrahtlumen 42. Ähnlich wie
bei der in 2–3 gezeigten
Ausführungsform
liefern die in 4–5 gezeigten
Ausführungsformen
einen schlanken, stromlinienförmigen
Thermosensor, der minimales Trauma während der Verwendung verursacht.
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Wendet
man sich nun 6 zu, so ist das Lumen 19d mit
einem Ballon 50 verbunden. Ein optisches Faserkabel 14d läuft durch
das Lumen 19d und den Ballon 50. Eine Reflexionsfläche 51 ist
an einem distalen Endabschnitt 32d des optischen Faserkabels 14d vorgesehen,
welche Licht, welches nach unten durch das optische Faserkabel 14d übertragen wird,
von der Konsole in Richtung auf das Fluoreszenzmaterial 18 reflektiert,
welches auf einer Innenfläche
des Ballons 50 gezeigt ist. Da das Fluoreszenzmaterial 18 erregt
wird, fluoresziert es Licht zurück
in Richtung auf die Reflexionsfläche 51,
die wiederum das fluoreszierte Licht über das optische Kabel 14d in
Richtung auf die Konsole überträgt, wie oben
erläutert
wurde. Ein separater Detektor 52 braucht oder braucht nicht
am distalen Endabschnitt 32d des optischen Faserkabels 14d angeordnet
sein. Bei der in 6 gezeigten Aus führungsform
wirkt das optische Faserkabel 14d wie ein Führungsdraht, und
folglich ist ein separater Führungsdraht
nicht notwendig.
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Bei
der in 7–9 gezeigten
Ausführungsform
umschließt
ein Lumen 19e einen Führungsdraht,
der als Phantom bei 54 gezeigt ist, und mehrere optische
Faserkabel, die bei 55 gezeigt sind. Wie in 8 gezeigt
ist, sind die optischen Faserkabel 55 radial nach außen vom
Führungsdraht 54 vorgespannt.
Wenn folglich das Lumen 19e oder die Hülle zurückgezogen wird, erstrecken
sich die optischen Faserkabel 55 nach außen in Richtung
auf die arterielle Wand, und die mit Fluoreszenzmaterial überzogenen
distalen Enden 56 der optischen Faserkabel 55 erfassen
die arterielle Wand und messen die Temperatur an unterschiedlichen
Umfangspunkten der arteriellen Wand, wie in 9 gezeigt
ist. Folglich kann die in 7–9 gezeigte
Ausführungsform ein
Umfangstemperaturprofil der arteriellen Wand bereitstellen. Das
abgeschrägte
Nasenstück 57 ist
am Lumen 19e lösbar
verbunden und erleichtert die Reduzierung von Trauma in Bezug auf
die Arterie, wenn der in 7–9 gezeigte
Katheter durch eine Arterie eingeführt wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform,
die sich auf Mehrfachsensoren richtet, sind in Bezug auf 10–11 mehrere
optische Faserkabel 61 rund um ein Lumen 62 angeordnet.
Jedes optische Faserkabel 61 besitzt ein mit Fluoreszenzmaterial überzogenes
distales Ende 63, welches auf einer Außenfläche 64 eines Ballons 65 angeordnet
ist. Der Ballon ist mit dem Lumen 62 verbunden. Wenn der Ballon 65 aufgeblasen
wird, wie in 11 gezeigt ist, werden die mit
Fluoreszenzmaterial überzogenen distalen
Enden 63 der optischen Faserkabel 61 die arterielle
Wanden erfassen und das Umfangstemperaturprofil wie oben erläutert bereitstellen.
Das abgeschrägte
Nasenstück 67 liefert
ein schlankes Profil, wodurch ermöglicht wird, dass der in 10–11 gezeigte
Katheter durch eine Arterie mit minimalen Trauma eingeführt werden
kann.
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Wendet
man sich nun 12 und 13 zu, so
ist das Lumen 19f ähnlich
mit einer Feder 33 verbunden. Das optische Faserkabel 14f ist
innerhalb des Lumens 19f angeordnet, und dessen distales Ende 17f ist
proximal zur Feder 33 angeordnet. Wie in 13 gezeigt
ist, besitzt das Lumen 19f mehrere Schlitze oder Nuten 71,
um verbesserten Wärmeübergang
zum distalen Ende 17f des optischen Faserkabels 14f und
daher zum Fluoreszenzmaterial 18 bereitzustellen. Das optische
Faserkabel 14f ist mit dem Lumen 19f über einen
Verbinder 15f verbunden.
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In 14–15 ist
ein expandierbares Lumen 19g offenbart. Insbesondere besitzt
das Lumen 19g einen expandierbaren Abschnitt 72,
der eine ziehharmonikaförmige
Struktur auf weist. Mehrere optische Faserkabel 73, 74 und 75 sind
ebenfalls gezeigt. Die optischen Faserkabel 73–75 sind
mit Seitenöffnungen 76, 77 und 78 entsprechend
ausgerichtet. In der erweiterten Position, die in 14 gezeigt ist,
ist das Lumen 19 ausgestreckt, und die optischen Faserkabel 73–75 sind
innerhalb des Lumens 19g angeordnet. Wenn jedoch das Lumen 19g zusammengezogen
oder auf die Position, welche in 15 gezeigt
ist, zurückgezogen
wird, erstrecken sich die optischen Faserkabel 73–75,
die mit dem Lumen 19g über
den Verbinder 19g verbunden sind, durch die Öffnungen 76–78 und
nehmen die Position ein, welche in 15 gezeigt
ist. Die distalen Enden der optischen Faserkabel 73–75 sind
in einer Weise radial nach außen
durch die konische Einführung 79,
die in 14 gezeigt ist, feder-vorgespannt.
Insbesondere dient die konische Einführung 79 dazu, das
Kabel 73–75 in
Richtung auf die Öffnungen 76–78 zu
führen und
daraus heraus durch die Öffnung
in einer Weise radial nach außen,
wie in 15 gezeigt ist. Bei den 14–15 gezeigten
Ausführungsformen
ist das Lumen 19g ebenfalls mit einer Feder 33 verbunden.
Obwohl lediglich drei Kabel 73–75 und drei Öffnungen 76–78 gezeigt
sind, sind ein viertes Kabel und eine vierte Öffnung in 14–15 nicht
gezeigt. Die Anzahl von Kabeln und Öffnungen kann im Bereich von
eins bis sechs liegen, wobei drei oder vier bevorzugt wird.
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In 16–17 ist
ein Lumen 19h offenbart, welches innerhalb einer Außenhülle 81 untergebracht
ist. Ähnlich
wie bei der in 14–15 gezeigten
Ausführungsform
sind mehrere optische Faserkabel 82–84 offenbart, welche
sich durch Seitenöffnungen 85–87 im
Lumen 19h erstrecken. Das Lumen 19h ist ebenfalls
mit einer Feder 33 verbunden. Die Hülle 81 ist zurückziehbar,
und wenn diese wie in 17 gezeigt ist, zurückgezogen
oder zurückverschoben
wird, werden die optischen Faserkabel 82–84 nach
außen
entweder durch die aufweisenden Federvorspannungseigenschaften von
ihnen selbst oder mittels einer Einführung vorgespannt, beispielsweise
der konischen Einführung 79,
wie in 14 gezeigt ist. Wiederum können ein
bis zu sechs Kabel und Öffnungen
verwendet werden.
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Bei
der in 18 und 18A gezeigten Ausführungsform
ist ein Lumen 19g offenbart, welches Öffnungen 91–93 aufweist,
durch die sich die optischen Faserkabel 94–96 erstrecken.
Zusätzlich zu
den Öffnungen 91–93 umfasst
die äußere Fläche des
Lumens 19g Schlitze oder Nuten 97–99,
die die distalen Enden der optischen Faserkabel 94–96 aufnehmen.
Die optischen Faserkabel 94–96 verbleiben in
ihren Positionen in den Schlitzen 97–99. Die in 18 und 18A gezeigte Ausführungsform liefert ein enges
Querschnittsprofil zum Minimieren des Traumas für den Patienten während der
Verwendung. Wiederum umfasst die in 18 und 18A gezeigte Ausführungsform eine Federspitze 33 und es
können
ein bis sechs Kabel, Öffnungen
und Schlitze verwendet werden.
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Variationen,
Modifikationen und weitere Ergänzungen
von dem, was hier beschrieben wurde, werden dem Fachmann deutlich
werden, ohne den Rahmen der Erfindung, wie diese beansprucht wurde,
zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht nur durch die vorherige
beispielhafte Beschreibung definiert sein, sondern anstelle durch
den Rahmen der folgenden Patentansprüche.