Katheter (Interventionelle Radiologie)

Angiografie- bzw. Diagnostikkatheter bestehen im Wesentlichen aus drei Teilen:

• proximalem Ansatzstück bzw. -stutzen für die Drahtführung bzw. Kontrastmittelinjektion
• Katheterschaft
• Katheterspitze

Die in der interventionellen Radiologie eingesetzten Katheter unterscheiden sich in Abhängigkeit von ihrem genauen Einsatzzweck. Wichtige Parameter sind:

• Material : Die Wandauskleidung besteht meist aus Polyethylen, Polyurethan, Nylon oder Teflon.
• Katheterdurchmesser: Er hat Einfluss auf die Dreh- und Führungsstabilität, die maximale Flussrate und die notwendige Größe des arteriellen Zugangs. Der Außendurchmesser wird in French (1 mm = 3 F) angegeben. Am häufigsten werden Katheter mit 4 - 5 F verwendet.
• Katheterlänge: Sie beträgt meist 65, 90 oder 120 cm. Mit zunehmender Katheterlänge sinken Flussrate, Dreh- und Führungsstabilität.
• Länge der Katheterspitze: Eine längere Spitze sorgt für eine größere Stabilität im Zielsegment, verringert jedoch die Manövrierbarkeit in den vorgeschalteten Gefäßsegmenten.
• Lochcharakteristik
• Flussrate
• maximal möglicher Führungsdrahtdurchmesser
• Lubrizität
• Härte
• Inkrustationsneigung
• Drehstabilität ("torquability"): Sie charakterisiert das Ansprechverhalten der Katheterspitze auf Drehbewegungen am Katheteransatz.
• Führungsstabilität ("trackability"): Sie entspricht der Fähigkeit des Katheters, dem Führungsdraht durch geschlängelte Gefäßverläufe zu folgen, ohne dass der Draht die Position verliert.
• Formstabilität ("memory"): Die Fähigkeit des Katheters, nach Verformung wieder seine vorgegebene Konfiguration einzunehmen.
• Vorschub ("pushability"): Die Kraft, die am Katheteransatz ausgeübt werden muss, um die Katheterspitze vorwärts zu bewegen.
• Eigenschaften, die das Durchqueren einer Läsion beeinflussen ("crossability")

Material

Am häufigsten werden Katheter aus Polyethylen eingesetzt. Sie sind weich, biegsam, relativ drehstabil, formstabil, gering thrombogen und damit für die selektive bzw. superselektive Katheterisierung eines Gefäßes besonders geeignet.

Katheter aus Polyurethan gelten ebenfalls als relativ weich und biegsam, wenig thrombogen und extrem formstabil. Durch zusätzliches Einarbeiten einer Armierung in die Wandung kann ihre geringe Drehstabilität kompensiert werden. Sie weisen einen relativ hohen Reibungskoeffizienten auf.

Nylonkatheter verfügen über eine relativ hohe Drehstabilität, einen relativ geringen Reibungskoeffizienten, eine verhältnismäßig gute Steifigkeit und gute Formstabilität. Sie tolerieren außerdem hohe Flussraten.

Teflonkatheter besitzen den höchsten Härtegrad und den niedrigsten Reibungskoeffizienten aller Katheter und weisen eine hohe Formstabilität auf. Grundsätzlich lassen sich über diese Katheter hohe Flussraten applizieren. Ihre hohe Thrombogenität kann temporär durch eine zusätzliche Heparinbeschichtung kompensiert werden.

Die meisten Kathetermaterialien weisen eine gewisse Thermoplastizität auf: Werden die Materialien erwärmt, weichen sie auf, verformen sich und sind in der Regel weniger steuerbar. Wenn Katheter über einen längeren Zeitraum im Blutgefäß verweilen, kann eine verminderte Drehstabilität die Folge sein. Andererseits kann diese Eigenschaft auch genutzt werden, um einen Katheter zu konfigurieren: Dabei wird der Katheter über einen Führungsdraht vorgeformt, kurzzeitig Wasserdampf ausgesetzt und anschließend in einer sterilen Kochsalzlösung abgekühlt.

Die Röntgensichtbarkeit eines Angiografiekatheters wird durch Zusatz von Substanzen aus Barium-, Blei-, Wismut- und Molybdänsulfatverbindungen gewährleistet. Durch eine hydrophile Beschichtung kann der eigentliche materialabhängige Friktionskoeffizient des Katheters um bis zu 90 % gesenkt werden. Dies erleichtert die Navigation durch geschlängelte Gefäße.

Weiterhin gibt es Angiografiekatheter, in deren Auskleidung Geflechte ("braids") aus Edelstahl, Nylon oder Dacron eingelassen sind.

Die Katheterspitze selbst besteht häufig aus einem anderen Material und verjüngt sich nach distal. Dadurch kann die Spitze weich und flexibel gestaltet werden. Außerdem werden die Katheterspitzen oftmals mit einer Beschichtung z.B. aus Wolfram versehen, um ihre Röntgensichtbarkeit nochmals zu erhöhen. Manche Hersteller bieten außerdem selbstdilatierende Spitzen an.

Gemäß ihrer Funktion oder Dimension unterscheidet man:

• Angiografie- bzw. Diagnostikkatheter
  • High-Flow-Katheter
  • Low-Flow-Katheter (Selektivkatheter)
• Supportkatheter
• Führungskatheter
• Mikrokatheter
• Ballonkatheter

High-Flow-Katheter

High-Flow-Katheter weisen eine dickere Wandung auf, sind an ihrem Schaftende mit mehreren Seitlöchern versehen und erlauben so höhere Injektionsgeschwindigkeiten und -drücke. Aufgrund ihrer Beschaffenheit ermöglichen sie eine bessere Dispersion von Kontrastmitteln im Blut. Das Risiko einer Intimaverletzung bzw. einer Katheterdislokation während der Kontrastmittelinjektion ist gering. Beispiele sind Flush- und Pigtail-Katheter.

Low-Flow-Katheter

Low-Flow- bzw. Selektivkatheter weisen an der Spitze nur ein Endloch auf und eignen sich besonders für die selektive Angiografie von Gefäßen. Aufgrund des Jet-Effekts während der Kontrastmittelinjektion ist das Risiko einer Intimaverletzung bzw. einer Katheterdislokation erhöht. Selektivkatheter werden auch als Therapiekatheter (z.B. für Embolisationen), Führungskatheter (für Mikrokatheter) oder Support-Katheter (bei der Sondierung von Okklusionen) verwendet.

Konfiguration

Je nach Konfiguration der Katheterspitze eines Selektivkatheters unterscheidet man:

• einfache Spitzenkonfiguration: gerade Katheter und Katheter mit einfacher Krümmung (z.B. Kumpe-, Berenstein-, RIM- (Rösch-inferior-mesenteric) oder Pigtail-Konfiguration).
• komplexe Spitzenkonfiguration: Katheter mit primärer, sekundärer oder tertiärer Krümmung bzw. Mehrfachkrümmung, z.B. Headhunter-, RDC- (Renal-double-Curve), Cobra-Konfiguration. Weiterhin gibt es Katheter mit inverser Spitzenkonfiguration (180°- bzw. Hirtenstabkrümmung), z.B. in Sidewinder-, Hook-, Shepherd-Hook-Konfiguration.

Katheter mit inverser Spitzenkonfiguration verhalten sich gegensinnig im Vergleich zu anderen Selektivkathetern: Durch Zug am Katheter positioniert sich dieser weiter in das sondierte Gefäß vor, während er sich durch Vorschub mit seiner Spitze vom sondierten Gefäßostium entfernt.

Besonderheiten:

• Cobra-Konfiguration: Weit geschwungen und recht starke Abwinkelung im distalen Anteil. Geeignet für die selektive Sondierung von Abgängen der Renal- und Mesenterialarterien.
• RDC-Konfiguration: Zweifache Spitzenkrümmung mit einem relativ langen, geraden, dazwischen eingelassenen Intermediärsegment. Geeignet für die Katheterisierung von Renal- und Viszeralarterien, der linken Vena testicularis bzw. ovarica.
• Headhunter-Konfiguration: Ähnlich wie Cora-Konfiguration, jedoch noch stärker gefasster Biegungsradius. Geeignet für Sondierung der supraaortalen Arterien.
• Inverse Konfiguration: Geeignet für die Kanülierung von transfemoral bei steilem Abgang bzw. spitzem Winkel von Renal- und Mesenterialarterienabgängen. Alternativ kommt die Kanülierung von transbrachial z.B. mit einem Katheter in Cobra-Konfiguration in Frage.
• Berenstein- und Kumpe-Konfiguration: Kommen insbesondere für die selektive Katheterisierung der kleinkalibrigen Vertebralarterien sowie Sondierung iliakaler und femoropoplitealer Arterien zum Einsatz.

Es existieren verschiedene Techniken, um bei einem Katheter mit vorgegebener Sidewinder-Konfiguration diese auch letztlich herzustellen:

• Zunächst wird der Katheter über einen Führungsdraht in die Aorta ascendens navigiert. Der Führungsdraht wird entfernt und der Katheter durch eine schnelle, kombinierte Vorwärts- bzw. Torsionsbewegung durch plötzliches Umschlagen seiner Katheterspitze in die beabsichtigte invertierte Angulation gebracht.
• Alternativ kann die Sidewinder-Konfiguration hergestellt werden, indem zunächst die kontralateralen Iliakalgefäße mit einen Katheter in RIM- bzw. Cobra-Konfiguration sondiert werden. Anschließend wird ein Führungsdraht kathetergestützt bis weit nach distal vorpositioniert. Der Selektivkatheter wird entfernt und gegen einen Katheter in Sidewinder-Konfiguration Over-the-Wire getauscht. Gelangt der Katheter mit seinem Scheitelpunkt an die Aortenbifurkation, wird der Führungsdraht entfernt und der Katheter kann nun mit in die Aorta abdominalis manövriert werden.
• Eine weitere Sidewinder-Konfigurationstechnik eignet sich u.a. für die Sondierung des Truncus brachiocephalicus: Ein Katheter mit vorgegebener Sidewinder-Konfiguration wird über einen Führungsdraht in die linke Arteria subclavia navigiert, bis sein Scheitelpunkt den Aortenbogen erreicht. Der Führungsdraht wird entfernt und der Katheter in Richtung Aortenbogen vorwärts positioniert, sodass sich die eigentliche Sidewinder-Schleife bildet.
• Waltman-Loop-Technik zur Schleifenbildung am distalen Ende eines wandverstärkten formstabilen Katheters in Cobra-Konfiguration: Der entsprechende Katheter wird über einen Führungsdraht ca. 10 cm in die kontralateralen Iliakalgefäße navigiert. Anschließend wird der Führungsdraht innerhalb des Katheters bis auf das Niveau der Aortenbifurkation zurückgezogen. Nun werden Katheter und Führungsdraht mit einer Drehbewegung vorwärts bewegt, sodass es durch das Abstützen der Katheterspitze zu einer Schleifenbildung kommt, die ca. 3 Wirbelkörperhöhen betragen sollte. Die Katheterspitze ist auf diese Weise invertiert.

Führungskatheter

Führungskatheter weisen ein relativ großes Innenlumen auf. Dadurch wird eine Knickresistenz und eine gewisse Stützfunktion bei der Navigation, beim Vorschub, bei der Passage und beim Wechsel von Führungsdrähten und Interventionsmaterialien ermöglicht. Außerdem erlauben sie während des Vorschubs von Führungsdraht oder Interventionsmaterial die gleichzeitige Verabreichung von Kontrastmitteln.

Im Gegensatz zu den Angiografie- bzw. Diagnostikkathetern, die eine Wandauskleidung ohne bzw. mit Armierung aufweisen, besitzen Führungskatheter drei Wandschichten:

• äußere Schicht: meist aus Polyethylen, Nylon oder Polyurethan
• mittlere Schicht: ein einfach bzw. doppelt gefasstes Geflecht aus Edelstahl zur Verstärkung
• innere Schicht: meist aus gleitfähigem Polytetrafluorethylen (PTFE) für eine leichtgängige Passage von Führungsdrähten oder Interventionsmaterialien.

Zusätzliche hydrophile Oberflächenbeschichtungen können den Reibungskoeffizienten, die Thrombogenität und antimikrobiellen Eigenschaften günstig beeinflussen. Die Katheterspitze ist meist abgerundet, besteht aus weichem Material und ist folglich relativ atraumatisch. Es existieren verschiedene Spitzenkonfigurationen mit unterschiedlichen Biegungen. Führungskatheter sind meist in einem Außendurchmesser zwischen 6 und 10 F bzw. einem Innendurchmesser zwischen 1,6 und 2,8 mm erhältlich.

Support-Katheter

Support-Katheter dienen dazu, Führungsdrähte abzustützen, um sie leichter platzieren zu können. Sie führen zu einer relativen Steigerung der eigentlichen Drahtspitzensteifigkeit und somit der Passagerate komplexer Gefäßläsionen (z.B. kalzifizierter Okklusionen). Der Übergang ihrer konisch zulaufenden Spitze zum Führungsdraht ist im Vergleich zu reinen Angiografiekathetern nahtlos. Außerdem verfügen sie über ein niedrigeres Profil (Durchquerungsprofil 1,5 bis 3,0 F), niedrigere Reibungskräfte und eine höhere Flexibilität.

Support-Katheter sind als Over-the-Wire- oder als Rapid-Exchange-System (Monorail-System) erhältlich. Kompatible Führungsdräte sind meist 0,035, 0,018, und/oder 0,014 Inch groß. Es existieren unterschiedliche Modifikationen:

• einwandige Katheter: z.B. aus Polyethylen oder Nylon.
• zweiwandige Katheter: z.B. mit einem Geflecht aus Edelstahl wandverstärkt. Alternativ kann ihre äußere Wandung aber auch aus robustem Polymer und ihre innere Wandung aus einem gleitfähigen Material (z.B. PTFE) konzipiert sein.

• dreiwandige Katheter: äußere Wandauskleidung aus Polymer (z.B. Polyethylen, Nylon, Polyester, Polyurethan), einer mittleren Armierung aus Edelstahl und einer inneren Wandauskleidung aus gleitfähigem PTFE bzw. Teflon. Alternativ werden Support-Katheter mit einer äußeren Wandung aus Nylon, einer mittleren Auskleidung aus Polyimid und einer inneren Wandung aus PTFE angeboten.

Support-Katheter sind in ihrem distalen Anteil hydrophil beschichtet, um einen leichtgängigen Vorschub vor allem in geschlängelten Gefäßen zu ermöglichen. Katheter mit Stützfunktion sind an ihrem distalen Schaftende mit 2–3 röntgendichten Markern aus Platin versehen, um die eigentliche Katheterposition zu visualisieren und/oder die Länge einer Läsion einzuschätzen. Es werden generell Katheter mit geraden und angulierten Spitzenkonfigurationen angeboten.

Mikrokatheter

Mikrokathetersysteme weisen einen extrem geringen distalen Außendurchmesser aus (2,0 bis 2,8 F). Ihr Katheterschaft verjüngt sich nach distal graduell. Proximal weisen sie einen Luer-Ansatzstutzen auf. Der Schaft besteht aus einem sehr dreh- und führungsstabilen Hauptabschnitt mit guten Vorschubeigenschaften, einem semiflexiblen Mittelabschnitt und einem hochflexiblen Endabschnitt. Dadurch eignen sie sich besonders für die superselektive Sondierung, für eine Angiografie und Embolisation kleiner Arterien und für superselektive Infusionstherapien.

Zur Steigerung der Stabilität werden verschiedene Techniken eingesetzt:

• Koaxialtechnik: Verwendung eines Mikrokatheters innerhalb eines Diagnostikkatheters.
• Triaxialtechnik: Kombination eines Mikro- und Diagnostikkatheters innerhalb einer armierten Führungsschleuse bzw. eines Führungskatheters.

Mikrokathetersysteme können aus 2 oder 3 Wandschichten gefertigt sein:

• zweiwandige Katheter: z.B. aus einer äußeren Nitinolauskleidung mit querverlaufenden Lasereinkerbunge und einer inneren Wandung aus gleitfähigem PTFE. Zur Steigerung der Lubrizität ist die äußere Nitinolauskleidung mit einer hydrophilen Beschichtung versehen. Alternativ kommt z.B. eine äußere Armierungswandung aus Edelstahl oder Wolfram zum Einsatz.
• dreiwandige Katheter: z.B. äußere Wandschicht aus Polyesterelastomeren bzw. Nylon, einer mittleren Wolframspiralauskleidung und einer inneren Wandschicht aus PTFE. Ebenfalls hydrophil beschichtet.

Mikrokatheter werden aufgrund ihres geringen Durchmessers über 0,014- bis 0,021-Inch-Führungsdrähte navigiert. Sie verfügen über atraumatische Katheterspitzen und verschiedenartige Katheterspitzenkonfigurationen. Bei den meisten Systemen sind die Katheterspitzen zudem konfigurierbar bzw. dampfformbar.

Ballonkatheter

Ballonkathetersysteme bestehen aus folgenden Komponenten:

• proximales Ansatzstück für die Ballonspeisung (Inflationslumen) und ggf. Drahtführung (Führungsdrahtlumen)
• Katheterschaft
• Ballon: meist mit einem proximalen und distalen röntgendichten Marker (Platin-Iridium) versehen, um die Ballonpositionierung visuell zu erleichtern.
• kurze Katheterspitze

Der Ballon besteht meist aus Polymeren wie z.B. Polyethylen, Polyurethan oder Polyolefin. Es werden generell Ballonkathetersysteme mit verschiedenen Ballondurchmessern, Ballonlängen und Katheterschaftlängen angeboten.

Hydrophile Beschichtungen vermindern die Reibungskraft. Ballonkatheter werden als Over-the-Wire oder Rapid-Exchange-Systeme (Monorail-Systeme) angeboten.

Bezüglich der Ballonkatheter-Compliance sind Nominaldruck (Nominal Pressure) und Berstdruck (Rated Burst Pressure) entscheidend, die in Form von Tabellen der Verpackung eines jeden Ballonkatheters beigefügt werden. Mit Nominaldruck ist der Druck gemeint, unter dem ein vorgegebener Ballondiameter erzielt wird. Der Berstdruck stellt eine herstellerspezifische Belastungsgrenze dar. Er ist als der Druck definiert, bei dem ein Ballon einen größeren Diameter annimmt, jedoch unter diesem noch nicht zerbersten soll. Beide Begrifflichkeiten stellen In-vitro-Messgrößen dar. Je nach Druck- und Expansionsverhalten unterscheidet man:

• Non- bzw. Low-Compliant-Ballonkatheter (Hochdruckballonkatheter): Diese überschreiten ihren vorgegebenen Ballondiameter auch unter hohen Inflationsdrücken kaum. Sie werden bei sehr rigiden Läsionen eingesetzt. Höhere Durchtrittsprofiltiefen sowie unterlegenere Rückfalteigenschaften nach der ersten Dilatation sind Nachteile.
• Semicompliant-Ballonkatheter: Diese überschreiten abhängig vom Inflationsdruck ihren vordefinierten Durchmesser in einem Ausmaß von bis zu 0,5 mm. Sie werden am häufigsten eingesetzt.
• Compliant-Ballonkatheter: Diese können ihren Durchmesser unter steigendem Inflationsdruck um bis zu 1 mm überschreiten und lassen sich dadurch flexibler auf die zu dilatierende Läsion abstimmen. Dadurch ist jedoch das Risiko einer segmentalen Gefäßüberdehnung sowie eines exzessiven unkontrollierten Barotraumas der Gefäßwand gegeben.

Weiterhin kommen sogenannte niedrigprofilige (Low-Profile-)Ballonkathetersysteme zum Einsatz. Sie weisen ein günstiges Verhältnis zwischen Ballondiameter und Größe des Einführbestecks (4 F) auf. Sie werden bevorzugt über 0,014- bzw. 0,018-Inch-Führungsdrähte navigiert und lassen sich sehr gut als Support-Katheter einsetzen.

• Kickuth R et al. Grundlagen der interventionellen Therapie. In: Mahnken A, Thomas C, Wilhelm K, Hrsg. Interventionelle Radiologie. 1. Auflage. Stuttgart: Thieme; 2019.