DE1955516A1 - Implantable Elektrodenanordnung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. QERHARD SCHWAN 8 MÜNCHEN 8 · QOERZER STRASSE 15

24, Okt. 1969

(Kledtronic, Inc.
3055 Old Highway Eight Minneapolis, Minn. 5541 B/W.St.A.

Implantable Elektrodenanordnung

Die Erfindung betrifft eine implantable Elektrodenanordnung, die im Bereich ihres einen Endes mindestens eine gegen Körperflüssigkeiten und Geuiebe im wesentlichen inerte, freiliegende Fläche zur Übertragung von elektrischen Stimulatianssignalen an Körpergewebe und im Bereich ihres anderen Endes mindestens eine.weitere, mit der einen Fläche über eine elektrische Leiteranordnung verbundene, gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerte, freiliegende Fläche aufweist, mittels deren die Elektrodenanordnung an eine die Stimulationssignale liefernde Signalquelle anschließbar ist, während der übrige Teil der Elektrodenanordnung in eine gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerte, elektrisch isolierende Substanz eingebettet ist.

Die Anzahl und Qualität von implantablen elektronischen Stimulationseinrichtungen steigt in jüngster Zeit ständig an. In Verbindung damit werden an die Eigenschaften der Elektrodenanordnung, mittels deren· die elektronischen Signale an dan Körper übermittelt werden, zunehmend höhere Anforderungen

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gestellt» Bei einer der häufiger verwendeten, bekannten Elektrodenleiteranordnungen handelt es sich um einen geuiendelten Leiter, der im allgemeinen aus rostsicherem Stahl besteht. Da die Elektrodenleiter der vorliegend betrachteten Art innerhalb des Körpers in gewissem Umfang freiliegän müssen, um Körperbeujegungen nicht zu behindern, ist die Flexibilität des Leiters ein besonders wichtiger Faktor. Da ferner die elektrischen ™ . Stimulationssignale eine verhältnismäßig kleine Amplitude haben, kommt es auf eine hohe Leitfähigkeit des Leiters an. Ferner muß der verwendete Leiter aus einem Werkstoff bestehen, der gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inert ist.

Der zuvor erwähnte gewendelte Leiter wird praktisch eingesetzt, weil er bei Biegebeanspruchungen weniger leicht bricht als ein gerader, nicht gewendelter Leiter. Rostsicherer Stahl ist ein ) gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerter Werkstoff, der für derartige gewendelte Leiter in aller Regel eingesetzt wird, obwohl zuweilen auch Platin oder Platin-Iridium-Legierungen verwendet werden, die abgesehen von ihrem höheren Preis günstiger sind.

Eine andere Art von Leitern, die bei implantablen elektronischen Geräten verwendet wird, weist einen nichtleitenden Kern auf, auf den mehrere leitende Streifen in einander überlappenden oder berührenden Windungen aufgewickelt sind. Wie aus dem Aufsatz "Permanent Intracardiac Stimulation for Complete Heart

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Block and Adams-Stokes Syndrome" von H. Lagergren, in Acta Chir Scand, 1966 beschrieben ist, besitzt ein derartiger Leiter eine erhöhte Zugfestigkeit. Dauerbiegeversuche, die bei Leitern der in dem Aufsatz won Lagergren beschriebenen Art durchgeführt wurden, zeigten jedoch, daß an den wendelförmig gewickelten Streifen ein Abrieb auftritt, der mindestens teilweise auf die Reibung zwischen den Windungen zurückzuführen sein dürfte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in hohem-(TIaQe leitfähige und flexible Leiter- oder Elektrodenanordnung mit erhöhter Zugfestigkeit zu schaffen, bei der die geschilderten IKlängel bekannter Ausführungsformen vermieden sind.

Ausgehend von einer Elektrodenanordnung der eingangs geschilderten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil der Leiteranordnung mit einem nichtleitenden flexiblen Kern und mehreren um diesen Kern wendelförmig herumgewickelten elektrischen Leitersträngen==ve.rs=e^en ist, daß jeder der Leiterstränge eine flexible Seele und einen auf diese Seele wendelförmig aufgewickelten elektrischen Leiterstreifen aufweist und daß die Leiterstränge und -streifen aus einem gegen Körperflüseigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerten Werkstoff bestehen. Der Kern der Leiteranordnung und d^ie Seelen der verschiedenen Leiterstränge bestehen vorzugsweise aus einem Faserstoff. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegen sowohl die Windungen der Leiterstränge auf dem Kern als

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auch die Windungen der Leiterstreifen auf den Seelen von den benachbarten Leiterstrangiuindungen bzui. Leiterstreifenwindungen in Abstand. Der Leiterstreifen besteht vortei lhaf teriueise aus einem dünnen, flachen Band, wodurch es möglich wird, Platin oder eine Platin-Iridium-Legierung zu verwenden, die im Vergleich zu rostsicherem Stahl eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Körperflüssigkeiten und Geiueben besitzen und ^ eine erhöhte Leitfähigkeit haben. Werden für die Leiterstränge Platin oder Platin-Iridium-Legierungen benutzt, können außerdem die Leiterstreifen und die mit dem Gewebe in Kontakt zu bringenden ElektrodenanschluQflachen aus dem gleichen Werkstoff gefertigt werden. Die Leiterstränge haben zweckmäßigerweise eine im wesentlichen zylindrische Form.

Es wurden praktische Vergleiche zwischen der Elektrode nach der Erfindung und Elektroden der in der USA-Patentschrift 3 198 beschriebenen Art durchgeführt, wobei beide Elektroden aus PIa- v tin gefertigt wurden. Dabei ergab sich, daß die Elektrode nach der Erfindung bei Verwendung von sechs Leitersträngen im Vergleich zu der bekannten Elektrode weniger als ein Zehntel der Fertigungskosten erfordert, ungefähr den halben elektrischen Widerstand besitzt, eine ungefähr 15fach höhere Zugfestigkeit aufweist, eine wesentlich bessere Biegefestigkeit besitzt und eine öfache Redundanz liefert.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher

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erläutert. Ee zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Leiterstranges der Elektrodenanordnung nach der Erfindung, ■

Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Leiteranordnung und

Figur 3 eine perspektivische Ansicht der fertig montierten Elektrodenanordnung.

Die Figuren 1, 2 und 3 sind zur Erleichterung des Verständnisses vergrößerte Darstellungen der betreffenden Bauteile; sie sind ferner nicht unbedingt maßstabsgerecht.

In Figur 1 ist ein elektrischer Leiterstrang dargestellt, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Der Leiterstrang 10 meist einen elektrisch nichtleitenden Kern oder eine Seele 11 auf, die vorzugsweise aus einem Faserwerkstoff wie Dacron besteht und um die ein elektrischer Leiterstreifen 12 wendelförmig herumgewickelt ist. Der Leiterstreifen 12 besteht aus einem dünnen, flachen Metallband. Der Leiterstreifen 12 ist vorzugsweise aus Platin oder einer Platin-Iridium-Legierung gefertigt. Es kann auch rostsicherer Stahl benutzt werden, doch ist das zur Ausbildung eines dünnen,, flachen Streifens aus rostsicherem Stahl erforderliche Ulalzverfahren aufwendiger als bei Platin

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oder Platin-Iridium-Legierungen; außerdem ist rostsicherer Stahl gegenüber Körperflüssigkeiten weniger inert. Der Leiterstreifen 12 ist derart wendelförmig auf die Seele 11 aufgewickelt, daß benachbarte Windungen gegenseitig in Abstand liegen„ Insgesamt hat der Leiterstrang 10 eine im wesentlichen zylindrische Form.

™ Figur 2 zeigt einen insgesamt mit 13 bezeichneten Leiter. Der Leiter 13 besitzt einen elektrisch nichtleitenden Kern 15, der vorzugsweise ebenfalls aus einem Faserwerkstoff wie Dacron besteht. Mehrere Leiterstränge 10 sind auf den Kern 15 wendelförmig derart aufgewickelt, daß jede Leiterstrangwindung von benachbarten Leiterstrangwindungen auf dem Kern 15 in Abstand liegt. Der Leiter 13 hat insgesamt gleichfalls eine im wesentlichen zylindrische Form.

) In Figur 3 ist eine insgesamt mit 14 bezeichnete Elektrodenanordnung dargestellt. Die Elektrodenanordnung 14 weist einen Leiter 13 gemäß Figur 2 auf, dessen eines Ende über ein AnschluQstück 17 mit einer freiliegenden elektrischen Leiterfläche 18 verbunden ist, die vorliegend als spitzauslaufender (YIetallstift veranschaulicht ist, der mit einem Teil des Körpers verbunden werden kann. Das Anschlußstück 17 und die freiliegende Leiterfläche 18 können, falls erwünscht, Teile des Leiters 13 sein, falls die Leiterstreifen 12, die Seelen 11 und der Kern 15 in hohem Maße inert gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe sind. Das.andere Ende des Leiters 13 ist über ein Anschluß-

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stück 19 mit einer weiteren Freiliegenden elektrischen Leiterfläche 20 verbunden, die vorliegend als ein Stift dargestellt ist, der an eine Signalquelle für elektrische Stimulationssignale anschlieflbar ist. Der Leiter 13 und mindestens ein Teil der Anschlußstücke 17 und 19 sind in eine Substanz 16 eingebettet, die gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inert ist.

Beim praktischen Einsatz der Anordnung wird die Leiterfläche 18 mit dem Teil des Körpers in Verbindung gebracht, der stimuliert werden soll, während die Leiterfläche 20 an eine elektrische Signalquelle angeschlossen wird. Die oben beschriebene und in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Leiterkonstruktion führt zu einem hochflexiblen Verbindungsleiter für die Elektrodenanordnung, der gegenüber bekannten Leitern verbesserte Zug-, festigkeit und Biegefestigkeit hat. Dies ist zum Teil auf die Abstände zwischen den Windungen der Leiterstreifen 12 auf den Seelen 11 und die Abstände zwischen den Windungen der Leiterstränge 10 auf dem Kern 15 zurückzuführen. Weitere Versuche zeigten, daß der in der beschriebenen und veranschaulichten Weise aufgebaute Leiter 13 eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit besitzt. Durch den Einsatz dünner, flacher ffletallbähder entsprechend dem Leiterstreifen 12 nach Figur 1 wird es außerdem von der Kostenseite her möglich, einen Werkstoff wie Platin und Platin-Iridium-Legierungen zu benutzen, während man bisher aus Kostengründen im wesentlichen auf den Einsatz von rostsicherem Stahl beschränkt war. Platin und Platin-Iridium-

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Legierungen sind insofern besonders vorteilhaft, als ihre Lebensdauer in Gegenwart von Körperflüssigkeiten und Gewebe größer ist; sie weisen außerdem eine erhöhte Leitfähigkeit auf c

Es versteht sich, daß die Erfindung überall dort mit Vorteil verwendet werden kann, wo es darauf ankommt, elektrische Stimulationssignale von einer Signalquelle zu dem zu stimulierenden .Körperteil zu übertragen. Infolgedessen ist;, die= Erfindung nicht auf die spezielle Elektrodenanordnung nacih Figur 3 beschränkt, sondern auch bei beliebigen anderen irnplantablen Elektroden anwendbar. .

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Implantable Elektrodenanordnung, die im Bereich ihres einen Endes mindestens eine gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerte, freiliegende Fläche zur Übertragung von elektrischen Stimulationssignalen an Körpergewebe und im Bereich ihres anderen Endes mindestens eine weitere, mit der einen Fläche über eine elektrische Leiteranordnung verbundene, gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerte, freiliegende Fläche aufweist, mittels deren die Elektrodenanordnung an eine die Stimulationssignale liefernde Signalquelle anschließbar ist, während der übrige Teil der Elektrodenanordnung in eine gegen Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerte, elektrisch isolierende Substanz eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Leiteranordnung (13) mit einem nichtleitenden, flexiblen Kern (15) und mehreren um diesen Kern wendelförmig herumgewickelten elektrischen Leitersträngen (.10) versehen ist, daß jeder der Leiterstränge eine nichtleitende flexible Seele (11) und einen auf diese Seele wendelförmig aufgewickölten elektrischen Leiterstreifen (12) aufweist und daß die Laiterstränge und -streifen aus einem yötjen Körper -flüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerten Werkstoff bestehen.

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   - ίο -

   Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   der Kern (15) und die Seelen (11) aus Faserstoff bestehen.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Leiterstränge (10) auf dem Kern (15) von den benachbarten Leiterstranguiindungen in Abstand liegen.

   4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Leiterstränge (12)
   auf den Seelen (11) υοη den benachbarten Leiterstreifenuiindungen in Abstand liegen.

   Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterstreifen (12) jedes Leiterstranges aus einem dünnen, flachen Band aus elektrisch leitandem Werkstoff besteht.

   Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstränge (10) im wesentlichen zylindrische Form haben.

   7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstreifen (12) aus Platin bestehen.

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   θ» Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstreifen (12) aus einer Platin-Iridium-Legierung bestehen.

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