DE2212592A1

DE2212592A1 - Vorrichtung zum ermitteln von muskelkontraktionen

Info

Publication number: DE2212592A1
Application number: DE19722212592
Authority: DE
Inventors: Rollin Henry Denniston
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-03-15
Publication date: 1973-05-30
Also published as: JPS4863584A; DE7209922U; NL7203411A; FR2166812A5; CA981757A; US3815611A; BR7201496D0; SE387840B

Description

Ger, P-162

Meat ronic , In: .
3055 Old Highway Eight, Minneapolis. Mann 554"¹ 8/V . St., Α.,

Vorrichtung zum Ermitteln von Muske 1 kontakt ionen

Die Überwachung bestimmter Körper parameter wie Herzschlag.. Blutdruck in verschiedenen Teilen des Körpers und Atemfrequenz. wurde in den-letzten Jahren zunehmend ve- ^f einest, in modernen Herzbehandlungsstationen und Intensivpflegestationen von Krankenhäusern werden Parameter unter Verwendung von Meßwertaufnehmern ständig überwacht, die auf oder im Korper angeordnet sind,, Die von derartigen Meßwertaufnehmern abgegebenen Signale werden an Zentralstationen übermittelt.. In vielen Fällen wird ein Alarm ausgelöst, wenn bei der Überwachung einer lebenswichtigen Funktion ein Fehlverhalten festgestellt wird, so daß sofort Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Es wurden chirurgische Verfahren entwickelt, die es in Verbindung mit verbesserten Meßwertauf nehmen oder Sensoren gestatten, Parameter zu überwachen, die früher nicht überwacht werden konnten. So ist es bekannt, Meßwertaufnehmer wie Katheter, die Druckwandler enthalten, in das Herz einzuführen, um Fehlfunktionen wie Flimmern, Herzstillstand, Tachykardie oder Bradykardie festzustellen, Mittels des Ausgangssignals des Meßwe'-taufnehmers

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kann eine geeignete Vorrichtung ausgelöst wenden, beispielsweise ein elektronischer Bedar f sdef ihr ι llato!" , der in der älteren Patentanmeldung P 21 O4 591 O beschriebenen Art, um für eine selbsttätige Defibrillation des Herzens zu sorgen, wenn Anzeichen für ein Flimmern vorliegen Derartige Katheter lassen sich ferner zum Auslösen eines Bedarfsherzschrittmachers verwenden, falls ein Herzschlag erforderlich ast, oder eines Kardioverters, wenn für einen Schock gesorgt werden muß, um einen arrhythmischen Herzzustand zu korrigieren oder zu beseitigen.,

Bislang erfolgte die Überwachung im allgemeinen durch Überwachung des Druckes oder der elektrischen Aktivität, Die Druck- überwachung eignet sich in besonderer Weise zur Ermittlung des Druckes in Flüssigkeiten oder Gasen; sie wird infolgedessen im allgemeinen bei der Ermittlung des Herzschlages eingesetzt, in dem der Druck innerhalb des Herzens selbst oder der Druck in den groSen Gefäßen gemessen wird, Die Überwachung der elektrischen Aktivität eignet sich für viele Anwendungen, beispielsweise zur externen und internen Aufnahme von Elektrokardiogrammen-

Ein Hauptnachteil der Ermittlung der elektrischen Aktivität liegt in der groSen Anfälligkeit gegenüber äußeren Störungen. Die elektrischen Ströme sind so klein, daß die Messung leicht durch ein externes elektrisches Feld gestört oder unterbrochen werden kann.

Der Drucksensor ist gegenüber Störungen wesentlich weniger

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empfindlich. Ein Nachteil ist jedoch, daß er bei der normalen Anwendung innerhalb des Blutstromes, entweder im Herzen oder in den großen Gefäßen, leicht Anlaß zu dem Aufbau von fibrösem Gewebe gibt» Ein solcher Aufbau sucht den Druckwandlermechanismus zu dämpfen. Für gewöhnlich wird eine Membran auf mechanischem Wege durch den Blutdruck bewegt, woraus schließlich ein elektrisches Signal abgeleitet wird» Nach zwei oder drei Wochen kann jedoch häufig der Aufbau an fibrösem Gewebe einen solchen Umfang angenommen haben ι daß das Ausgangssignal zu schwach wird, um einwandfrei weiterverarbeitet werden zu können.

Ein weiterer Nachteil des Drucksensors ist darin zu sehen, daß für den Betrieb des Wandlers ein verhältnismäßig hoher Vorstrom erforderlich ist, Dieser Strom liegt normalerweise im Bereich von 500/jA bis 1 mA. Wird ein derartiger Wandler in eine Herzkammer eingeführt, besteht die Gefahr, daß der Patient durch einen Schock Schaden erleidet.

Mit der Erfindung sollen derartige Nachteile bekannter Anordnungen vermieden werden, Es soll eine Vorrichtung zum Ermitteln von Muskelkontraktionen geschaffen werden, die gegenüber äußeren elektrischen und magnetischen Feldern unempfindlich ist- Die Vorrichtung nach der Erfindung soll nur einen sehr geringen Vorstrom» beispielsweise in der Größenordnung von 6/jA, erfordern= Ein derartig geringer Strom ist in keiner Weise für den Patienten gefährlich, Der Aufbau von fibrösem Gewebe soll die Arbeitsweise der Vorrichtung nicht störend beeinflussen, so daß bei Ausbildung

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der Vorrichtung als Katheter eine sehr lange Betriebsdauer erwartet werden kdnn.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung führt eine Muskelkontraktion zu einem Biegen eines nahe dem Muskel angeordneten Elastomerkörpers, dessen Widerstand sich bei Biegen des Körpers ändert» Wird an den Elastomerkörper eine Vorspannung angelegt, kann jede Widerstandsänderung leicht ermittelt werden. Die Impedanzänderung kann zur Ausbildung eines sich rhythmisch wiederholenden 'elektrischen Signals führen, wenn der Elastomerkörper beispielsweise für die Überwachung der Herztätigkeit benutzt wird. Dieses elektrische Signal läßt sich für Auslöse- oder Steuerzwecke verwenden. Beispielsweise kann dieses Signal benutzt werden, um einen Impulserzeuger derart zu steuern, daß ein Kardiovertier- oder Schrittmacherimpuls erst erzeugt wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne nach der mittels des Elastomerkörpers ermittelten letzten Herztätigkeit verstrichen ist.

Die Vorrichtung zum Ermitteln von Muskelkontraktionen nach der Erfindung ist nicht auf das Einführen in das Herz oder die großen Gefäße beschränkt. Sie kann im Innern zahlreicher Körperorgane, beispielsweise des gesamten Verdauungstraktes.benutzt werden, um die Muskeltätigkeit zu überwachen.

Flexible Leiter sind zwar bekannt, wurden jedoch bislang für völlig andere Zwecke eingesetzt. So wurde ein mit Kohlenstoff angereicherter Vinylwerkstoff (der einen flexiblen Leiter dar-

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stellt) für Hochfrequenzabschirmungen verwendet. Beispielsweise wurde er zur Abschirmung in Hohlleiter-Verbindungsstücken benutzt. Bei solchen Anwendungsfällen führt jedoch die durch Deformieren des Werkstoffes bewirkte Widerstandsänderung zu Räuschen und ist daher unerwünscht. Im Gegensatz dazu wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung die auf eine Deformation zurückzuführende Widerstandsänderung ausgenutzt.

Es wurde auch bereits versucht, zu Strömungsmessungen eingesetzte Druckwandler unter Verwendung dieses Werkstoffes zu bauen» Dabei wird der Werkstoff zwischen zwei Elektroden eingebracht und durch eine der Elektroden gequetscht, die auf Grund des Flüssigkeits- oder Gasdruckes bewegt wird. Diese Anwendung ist in "The Review of Scientific Instruments", Band 41, Nr= 5, Mai 1970, in einem Aufsatz mit dem Titel "Conductive Rubber Pressure Transducers for Fluids Research" beschrieben=

Ein solcher Werkstoff wurde auch bei "Dehnungs"-Wandlern benutzt. Ein mit einem im Impulsbetrieb arbeitenden Sende-, Empfangs- und Entschlüsselungssystem gekoppelter "Dehnungs"-Wandler ist in einem Aufsatz mit dem Titel "A Simple Transducer and Telemetry System for Motility and Distention Studies" in "Proceedings, Second Annual Rocky Mountain Bioengineering Symposium", 3. bis 4. Mai 1965, beschrieben.

Bei der Anwendung von flexiblen Leitern zur Erfassung der Muskeltätigkeit innerhalb des Körpers eines Lebewesens wird

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die Eigenschaft des flexiblen Leiters, bei Deformieren seinen Widerstand zu ändern, ausgenutzt, um einen verläßlichen Muskelkontraktionsdetektor langer Lebensdauer zu schaffen.,

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung handelt es sich also allgemein um eine Einrichtung zum Ermitteln oder Überwachen von Muskeltätigkeit. Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet es, die Muskeltätigkeit innerhalb eines lebenden Körpers zu bestimmen. Sie läßt sich beispielsweise zur Überwachung der Herztätigkeit benutzen.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer neuartigen Anwendung eines Elastomerkprpers, der bei den im folgenden offenbarten Ausführungsformen der Erfindung die Form eines flexiblen Leiters hat und als flexibler Leiter bezeichnet ist. Der bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendete flexible Leiter wird dadurch erhalten, daß in ein Elastomer, beispielsweise Vinyl, kleine leitende Teilchen, insbesondere feine Rußpartikel, •ingebracht werden. Die Leitfähigkeit und damit der Widerstand des flexiblen Leiters iet infolgedessen eine Funktion der Dichte der Kohlenstoffteilchen. Wird der flexible Leiter durch Biegen deformiert, ändert sich die Ausrichtung der Kohlenstoffteilchen und kommt es infolgedessen zu einer Änderung der Leitfähigkeit. Solche Leitfähigkeitsänderungen lassen sich ohne weiteres feststellen. Wird beispielsweise an den flexiblen Leiter eine konstante Spannung angelegt, ist die Änderung des durch den flexiblen Leiter fließenden Stromes repräsentativ für die Leit-

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.1

fähigkeitsänderung.

Der flexible Leiter wird in neuartiger Weise zum Ermitteln von Muskelkontraktionen in einem Lebewesen benutzt» Wenn der flexible Leiter der Detektorvorrichtung benachbart einem Muskel eines Lebewesens angeordnet wird_s führt jede Kontraktion dieses Muskels zu einem Biegen des flexiblen Leiters und damit z.o einer Änderung der Leitfähigkeit und des Widerstandes des Leiters= Diese Widerstandsänderung läßt sich ausnutzen;, um ein elektrisches Signal immer dann zu erzeugen, wenn der flexible Leiter gebogen wi rd.

Unter Verwendung dieses elektrischen Signales lassen sich Überwachungs- oder Auslöse- und Kontrollfunktionen ausführen„ Beispielsweise läßt sich das Signal verwenden, um einen Impulserzeuger - im allgemeinen in Form eines Kardioverters oder eines Herzschrittmachers - so zu steuern, daß ein Karaiovertier- oder Schrittmacherimpuls erzeugt wird, wenn seit der letzten Herztätigkeit, die von dem flexiblen Leiter erfaßt wurde, eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Unter Kardiovertieren wird dabei ein Verfahren zur Korrektur oder Behebung einer Anzahl von arrhythmischen Herzzuständen verstanden, die sowohl letal als auch nicht letal sein können» Zu diesen arrhythmischen Herzzuständen gehören Vorhoftachykardie, Vorhof flattern, Vor ho f flimmern,' Herzkammertachykardie, Herzkammerflattern, Herzkammer flimmern, Übergangsrhythmen und alle anderen ähnlichen» nirht für die richtige Schrittfolge sorgenden arrhythmischen Zustände die korri-

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giert oder beseitigt werden können, indem dem Herzen elektrische Schocks zugeführt werden. Der Ausdruck "Defibriliier en" fällt dementsprechend unter den Oberbegriff "Kardiovertieren" und bezieht sich auf ein Verfahren zum Aniegen voⁿ elektrischen Schocks an das Herz mit dem Zweck, einen flimmernden Vorhof oder eine flimmernde Herzkammer zu defibril1 leren

Der flexible Leiter eignet sich für das Erfassen von Muskelkontraktionen besonders gut, da er auf eine rhythmische Biegebeanspruchung , wie sie beispielsweise als Folge der Herztätigkeit auftritt, einwandfrei anspricht. Auf diese Weise kann jede Abweichung im Rhythmus oder in der Amplitude der Herzkontraktionen ermittelt werden. Die Fähigkeit des flexiblen Leiters, mit einem sehr geringen Vorstrom im Bereich von 6/jA zu arbeiten, ist ebenfalls von erheblichem Nutzen, weil es dadurch möglich wird, den Muskelkontraktionsdetektor sicher in ein Lebewesen einzubringen. Di· geringe Größe des flexiblen Leiters erlaubt es ferner, ihn innerhalb einer implantierbaren katheterartigen elektrischen Leitung zu verwenden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer dem Ermitteln von Muskelkontraktionen dienenden Leitung,

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Figur 2

eine elektrische Schaltung, die in Verbindung mit der Muskelkontraktionsdetektor leitung nach. Figur 1 verwendet werden kann,

Figur 3

eine Aufzeichnung der Herztätigkeit eines Lebewesens durch Erfassen der elektrischen Signale, des Druckes ajnd der Muskelkontraktion,

Figur 4

eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer zum Stimulieren und Ermitteln von Muskelkontraktionen verwendeten Leitung,

Figur 5

ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Schaltung, die in Verbindung mit der Muskelkontraktionsstimulations- und Detektorleitung nach Figur 4 verwendet werden kann, und

Figur 6

eine abgewandelte. Ausführungsform der Erfindung in Form einer Leitung zum Stimulieren und Ermitteln von Muskelkontraktionen„

Um den Überblick zu erleichtern, sind in den verschiedenen Figuren einander funktionsmäßig entsprechende Elemente mit den gleichen Zehner- und Einerziffern bezeichnet. Nur die Hunderterziffern unterscheiden sich voneinander»

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- 1O -

Die in Figur 1 veranschaulichte Vorrichtung dient dem Ermitteln von Muskelkontraktionen bei Lebewesen. Die Vorrichtung ist insbesondere so ausgelegt, daß sie in Form einer elektrischen Leitung in das Herz eines Lebewesens einiuhrbar--und als implantiertes Gerät zur Überwachung der Herztätigkeit verwendbar ist. Es versteht sich jedoch, daß die Vorrichtung nicht auf die Überwachung der Herztätigkeit beschränkt ist₈ sondern zum Ermitteln und Überwachen der Tätigkeit anderer Muskelarten verwendet werden kann.

Entsprechend Figur 1 weist die elektrische Leitung eine flexible Hülle 23 auf, die in einen lebenden Körper einführbar ist und die undurchlässig gegenüber Flüssigkeiten und Gewebe des lebenden Körpers ist. Die Leitung kann infolgedessen im Bereich eines Muskels innerhalb eines lebenden Körpers angeordnet werden. Die Hülle kann beispielsweise aus einem Silikonkautschuk gefertigt sein, der gegenüber Körpermedien und Gewebe im wesentlichen inert ist. Innerhalb der Hülle 23 sitzt ein flexibler elektrischer Leiter 11, an den elektrische Leiter 14 und 20 angeschlossen sind, die zu ÄnschluSstiften 21 bzw. 22 führen. Der flexible Leiter 11 wird in der Weise gefertigt, daS ein Elastomer, beispielsweise Vinyl, mit feinen Rußteilchen angereichert wird. Die elektrische Leitfähigkeit des flexiblen Leiters 11 ist infolgedessen eine Funktion der Dichte der Kohlenstoffteilchen.

Figur 2 zeigt den flexiblen Leiter 11 in einer Schaltung 1O, die sich für das Feststellen einer Biegebewegung des flexiblen Lei-

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ters 11 eignet. Die Schaltung 10 stellt dabei nur ein Beispiel für zahlreiche Stromkreise dar, die sich für das Ermitteln von Biegebewegungen des flexiblen Leiters 11 benutzen lassen. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist die eine Seite einer Spannungsquelle 12 über einen Leiter 13 mit einem festen Widerstand 15 verbunden. Die andere Seite der Spannungsquelle 12 steht über den Anschlußstift 21 und den Leiter 14 mit dem einen Ende des flexiblen Leiters 11 in Verbindung. Das andere Ende des flexiblen Leiters 11 ist über den Leiter 2O und den Anschlußstift 2.2 an die andere Seite des festen Widerstandes 15 angeschlossen. Ein Leiter 17 ist an die Verbindungsstelle zwischen dem festen Widerstand 15 und dem flexiblen Leiter 11 angeschlossen. Der Leiter 17 ist über einen Kondensator 16 wechselstrommäßig an einen Verstärker 18 angekoppelt. Der Kondensator 16 verhindert eine Verschiebung der Vorspannung des Verstärkers 18 auf Grund von Widerstandsänderungen, die im Laufe der Zeit eintreten. Es versteht sich, daß der Kondensator 16 weggelassen und der Verstärker 18 galvanisch angekoppelt werden kann, wenn aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden bekannten Verstärker ein geeigneter Verstärker 18 ausgewählt wird. Im vorliegenden Anwendungsfalle kann es sich bei dem Verstärker 18 beispielsweise um einen Operationsverstärker handeln.

Figur 3 stellt eine grafische Aufzeichnung dar, die im oberen Teil den mittels eines Druckdetektorsensors aufgenommenen Arterien·» druck zeigt. Bei der mittleren Kurve handelt es sich um ein normales Elektrokardiogramm (EKG). Die untere Kurve wurde mittels

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der Vorrichtung nach der Erfindung erhalten, wobei die ols elektrische Leitung ausgebildete implantable Aus führung;form in d:e rechte Herzkammer eingeführt wurde.

In Figur 3 stellen alle drei Kurven einen normalen Herzv r;Lag bis zu der gestrichelten Linie 31 dar, wo Flimmern eintrat. E= ist zu erkennen, daß der Arteriendruck abfällt, daß die EKG-Ku:ve starke Störungen erkennen läßt und daß entsprechend der Kurve des Muskelkontraktionssensors die Herzbewegung derart weitgehend ausgefallen ist, daß es zu keiner Herzkontraktion mehr kommt.

Figur 4 zeigt eine zum Stimulieren und Ermitteln von Muskelkontraktionen geeignete Ausführungsform in Form einer implantablen LeitungHO mit einem flexiblen elektrischen Leiter 111 _t einer vorderen Elektrode 132 und einer hinteren Elektrode 133, Die elektrische Verbindung mit einem Anschluß 126, der am äußeren vorderen Ende der Leitung 110 befestigt ist, erfolgt über eine Reihenschaltung aus einem Schraubenfederdraht 127, dem flexiblen Leiter 111 und einem Leiter 119, die in einem Gehäuse 128 aus Silikonkautschuk vollständig gekapselt sind, um sie gegen Korrosion innerhalb des menschlichen Gefäßsystems zu schützen und gegen Korpermedien inert zu machen. Der Schraubenfederdraht 127 ist so ausgebildet, daß ein Sondenführer hindurchgeschoben werden kann, um die Leitung 110 besser in den menschlichen Körper einführen und dort in die richtige Lage bringen zu können. Mittels des Leiters 119 wird der flexible Leiter 111 elektrisch zwischen den Schraubenfederdraht 127 und den Anschluß 126 gelegt. Der Anschluß 126

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steht ferner mit der vorderen Elektrode 132 über einen _eiter 129 in elektrischer Verbindung.

Die vordere Elektrode 132 weist mehrere in Abstand voneinander angeordnete leitende Metallringe 132', 132", 132'·« auf, Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind drei solche Ringe vorgesehen. Die drei die vordere Elektrode 132 bildenden Metallringe können beispielsweise aus massivem Platiniridium gefertigt sein. Jeder Ring umfaßt das Gehäuse 128 eng und ist dadurch gegen axiale Bewegung gesichert. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Ringen befindet sich ein Zwischenraum 134, um für die notwendige Flexibilität der Elektrode 132 zu sorgen, so daß diese ohne übermäßige Beanspruchung und Mühe in dem Gefäßsystem eingestellt werden kann. Mehrere Ringe 132·, 132" und 132·^?1 sind für die Elektrode 132 vorgesehen, damit ein ausreichender Flächenkontakt mit dem Herzgewebe erhalten wird, so daß nach dem Implantieren für einen guten elektrischen Kontakt gesorgt ist. Die Metallringe 132·, 132" und 132'·· der Elektrode 132 sind mittels eines Leiters 114 elektrisch in Reihe geschaltet. Der Leiter 114 führt zu einem Anschlußstift 121. Die Metallringe 132', 132" und 132'·' der Elektrode 132 sind mit dem Leiter 114 an Verbindungsstellen 137 elektrisch verbunden. Bei dem Leiter 114 handelt es sich um einen niederohmigen Draht, beispielsweise einen Platinlahndraht oder einen dreilagigen Kupferlahndraht, der in der US-PS 3 572 344 beschriebenen Art, Der Draht muß ausreichende Leitfähigkeit besitzen, um die beim Kardiovertieren und insbesondere beim Defibrillieren verwendeten Spannungen einwandfrei

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durchzulassen.

Die hintere Elektrode 133 ist ähnlich ausgebildet wie die vordere Elektrode 132, mit der Ausnahme, daß die Elektrode 133 einen z·.-sätzlichen leitenden Ring aufweist. Die Ringe 133', 133", 1?3¹¹⁷ und 133"" der Elektrode 133 sind mittels eines niederohmigeo Leiters 120 elektrisch in Reihe geschaltet. Der Leiter 12O fuhrt.z^ einem Anschlußstift 122. Zwischen aufeinanderfolgenden Ringen ist jeweils ein Zwischenraum 135 vorgesehen. Die Ringe 133', 133", 133"' und 133"" der Elektrode 133 sind mit dem Leiter 120 an Verbindungsstellen 138 elektrisch verbunden. Der Leiter 120 ist zweckmäßigerweise im wesentlichen genauso aufgebaut und ausgelegt wie der Leiter 114.

Die Anzahl der leitenden Ringe der vorderen Elektrode 132 kann ebenso wie die Anzahl der leitenden Ringe der hinteren Elektrode 133 variiert werden. Auch die Länge jedes Ringes und die Zwischenräume 134 und 135 zwischen diesen Ringen lassen sich ändern. Wichtig ist, daß die Leitung 110 hinreichend flexibel ist, um innerhalb des Gefäßsystems leicht eingestellt werden zu können, und daß gleichzeitig jede Elektrode eine ausreichende Oberfläche besitzt, um für einen guten elektrischen Kontakt mit dem Herzen zu sorgen, wenn die Leitung 11O in die geeignete Stellung gebracht ist, um Spannungen zuzuführen, die für ein Kardiovertieren oder Defibrillieren des Herzens ausreichen. Bei der in Figur 4 veranschaulichten Ausführungsform haben die Ringe der Elektrode 133 und der Elektrode 132 jeweils eine Länge von 6,35 mm, während die

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Zwischenräume 134 und 135 jeweils 9,53 mm lang sind» Die Gesamtlänge der implantierbaren Leitung 110 kann beispielsweise ungefähr 60 bis 7O cm betragen. Eine weitere wesentliche. Abmessung ist der in Figur 4 mit d. bezeichnete Abstand zwischen dem vordersten Ring 133"" der Elektrode 133 und dem hintersten Ring 132' der Elektrode 132. Es versteht sich, daß der erforderliche Abstand von Patient zu Patient geringfügig variiert. Im Mittel wird der Abstand d,. zwischen 10 und 12 cm liegen.

Figur 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer implantablen Leitung 21O, bei der gut leitende Silikonkautschukelektroden benutzt werden und eine flexible Leitung 211 unmittelbar an die vordere Elektrode 232 angeschlossen ist. Die leitenden Silikonkautschukelektroden lassen sich herstellen, indem der Silikonkautschuk mit feinen Rußteilchen angereichert wird. Im übrigen ist die Ausführungsform nach Figur 6 derjenigen gemäß Figur 4 weitgehend ähnlich.

Die implantable Leitung 210 weist den flexiblen elektrischen Leiter 211, die vordere Elektrode 232, eine hintere Elektrode 233 und ein Gehäuse 228 aus Silikonkautschuk auf. Der flexible Leiter 211 ist an seinem hinteren Ende mit einem Schraubenfederdraht 227 elektrisch verbunden, der in dem Gehäuse 228 vollständig gekapselt ist. Das vordere Ende des flexiblen Leiters 211 ist über eine Verbindungsstelle 237 an die vordere Elektrode 232 angeschlossen. Der Schraubenfederdraht 227 führt zu einem Anschlußstift 223. Er ist so ausgebildet, daß ein Sondenführer

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hindurchgeschoben werden kann, um die Leitung innerhalb des menschlichen Körpers leichter in die richtige Lage bringen zu können. Das Gehäuse 228 ist gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inert und schützt die Leitung 210 innerhalb des menschlichen Gefäßsystems gegen Korrosion.

Die vordere Elektrode 232 ist aus einem Silikonkautschukwerkstoff gefertigt, der hinreichend flexibel ist, um innerhalb des Gefäßsystems eines Lebewesens leicht eingestellt werden zu können. Die Elektrode 232 steht mit einem Leiter 214 in elektrischer Verbindung, der zu einem Anschlußstift 221 führt. Bei dem Leiter 214 handelt es sich um einen niederohmigen Draht, beispielsweise einen Platinlahndraht oder einen dreilagigen Kupferlahndraht der in der US-PS 3 572 344 beschriebenen Art. Der Draht muß ausreichende Leitfähigkeit besitzen, um die für das Kardiovertieren und insbesondere das Defibrillieren verwendeten Spannungen einwandfrei weiterzuleiten.

Die hintere Elektrode 233 ist ebenfalls aus einem flexiblen Silikonkautschukwerkstoff gefertigt. Die Elektrode 233 ist an einer Verbindungsstelle 238 an einen Leiter 22O angeschlossen, der zu einem Anschlußstift 222 führt. Der Leiter 220 kann zweckmäßig in der gleichen Weise aufgebaut und ausgebildet sein wie der Leiter 214.

Bei der in Figur 6 veranschaulichten Ausführungsform hat die hintere Elektrode 233 eine Länge von 12,7 cm und die vordere

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Elektrode 232 eine Länge von 5,1 cm. Die Länge der Elektroden 233 und 232 kann selbstverständlich variieren. Wichtig ist, daß eine ausreichende Oberfläche für jede der Elektroden zur Verfügung steht, um für einen guten elektrischen Kontakt mit dem Herzen zu sorgen, wenn die Leitung 210 in die richtige Stellung innerhalb des vaskulären Systems gebracht ist. Die Gesamtlänge der implantablen Leitung 210 beträgt beispielsweise ungefähr 60 bis 7O cm. Der Abstand dp liegt typischerweise bei 10 bis" 12 cm.

Figur 5 zeigt die implantable Leitung 110 nach Figur 4 in Verbindung mit einer Schaltung 300, mittels deren einem fehlerhaft arbeitenden Herzen Schrittmacherimpulse oder zum Kardiovertieren geeignete Schocks zugeführt werden können. Dabei bildet die Schaltung nach Figur 2 praktisch unverändert einen Bestandteil der Schaltung nach Figur 5. In beiden Figuren sind entsprechende Bauteile mit Bezugszeichen versehen, die die gleichen Zehner- und Einerziffern aufweisen. Eine Spannungsquelle 112 ist mit der einen Seite eines festen Widerstandes 115 über einen Leiter 113 verbunden. Ein Leiter 117 ist an die Verbindungsstelle 123 zwischen dem flexiblen Leiter 111 und der anderen Seite des Widerstandes 115 angeschlossen. Über einen Kondensator 116 ist der Leiter 117 wechselspannungsmäßig an den Eingang eines Verstärkers 118 angekoppelt, Eine Ausgangsleitung 119 ist an den Ausgang des Verstärkers 118 angeschlossen. Das auf der Ausgangsleitung 119 erscheinende Signal wird über eine Steuerstufe 302 einem Impulsgenerator 301 zugeführt. Der Impulsgenerator 301 ist an die hintere Elektrode 133 und die vordere Elektrode 132 elektrisch angeschlossen. Er

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kann zwischen die Elektroden einen Kardiovertier- und/oder
Schrittmacherimpuls legen. Da die vordere Elektrode 132 über
den Leiter 129 mit dem Anschluß 126 verbunden ist und auch der
flexible Leiter 111 über die Leitung 119 mit dem Anschluß 126
in Verbindung steht, ist die vordere Elektrode 132 an den flexiblen Leiter 111 angeschlossen.

Die Schaltungsanordnung nach Figur 5 kann in einfacher Weise so modifiziert werden, daß sie in Verbindung mit der implantablen
Leitung 210 nach Figur 6 verwendet werden kann. Zu diesem Zweck werden der Anschluß 126 und die Leiter 119 und 129 entfernt und wird entsprechend Figur 6 der flexible Leiter 211 unmittelbar mit der vorderen Elektrode 232 verbunden.

Die in Form einer elektrischen Leitung ausgebildete Vorrichtung nach Figur 1 zum Ermitteln von Muskelkontraktionen kann im Bereich eines Muskels eines Lebewesens angeordnet werden. Wenn sie in eine derartige Lage gebracht ist, kann sie Kontraktionen des Muskels feststellen. Die Ermittlung der Muskelkontraktionen erfolgt, indem an den Anschlußstiften 21 und 22 der Vorrichtung
nach Figur 1 Leiter angebracht werden, die mit einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 verbunden werden.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, liegt die Spannungsquelle 12 parallel zu dem festen Widerstand 15 und dem flexiblen Leiter 11. Wenn
sich der Muskel zusammenzieht, wird die flexible Hülle 23 gebogen und kommt es zu einem Biegen des flexiblen Leiters 11. Diese

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Biegebewegung führt zu einer Änderung der Ausrichtung der Kohlenstoff teilchen, die in dem flexiblen Leiter 11 enthalten sind. Der Leiter 11 ändert infolgedessen seinen Widerstand. Diese Widerstandsänderung kann leicht erfaßt werden. Die Widerstandsänderung bewirkt nämlich, daß sich der über den Leiter 11 und den Widerstand 15 fließende Strom ändert= Diese Stromänderung wird mittels des Kondensators 16 erfaßt und über den Kondensator 16 an den Verstärker 18 angekoppelt. Das betreffende Signal wird verstärkt, geformt und auf den Leiter 19 gegeben. Dieses in Form eines Impulses auftretende elektrische Ausgangssignal kann in beliebiger Weise auf elektronischem Wege weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann es zum Steuern eines Impulsgenerators einer Kardiovertier- oder Schrittmacheranordnung benutzt werden.

Die dem Stimulieren und Ermitteln von Muskelkontraktionen dienende Anordnung nach Figur 4 wird in Form einer elektrischen Leitung 110 mit Hilfe üblicher chirurgischer Verfahren in das Herz eingeführt, und zwar im allgemeinen in die rechte Herzkammer. Die Leitung 11O wird durch' eine periphere Vene, beispielsweise die rechte Jugularvene, mittels eines chirurgischen Eingriffes eingebracht, der sehr ähnlich dem bei der Implantation eines Schrittmacherkatheters verwendeten Eingriff ist. Die Leitung 110 ist so aufgebaut, daß die vordere Elektrode 132 in der rechten Herzkammer sitzt und der Anschluß 126 in der Spitze der rechten Herzkammer festgekeilt wird, während die hintere Elektrode 133 unmittelbar über dem rechten Vorhof oder gerade außerhalb der Herzsilhouette in dem (nicht veranschaulichten) Cavalsystem liegt. In dieser Stellung legt sich

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der in der rechten Herzkammer sitzende flexible i.eiter gegen die Kammerscheidewand zwischen der rechten und der linken Herzkammer an, so daß er zu Biegebeweg^ngen veranlaßt wird und auf diese Weise Kontraktionen des Herzens erfaßt.

Die elektrische Leitung 110 kann für ein Kardiovertieren des Herzens und für Herzschrittmacherzwecke benutzt werden. Bei Verwendung im Schrittmacherbetrieb muß der an das Herz angelegte Schrittmacherimpuls selbstverständlich einen wesentlich kleineren Energieinhalt aufweisen als ein typischer Kardiovertierimpuls; im übrigen ist die Arbeitsweise sehr ähnlich. Der Schrittmacherimpuls wird ebenso wie ein Kardiovertierimpuls dem Herzen zwischen der vorderen Elektrode 132 und der hinteren Elektrode 13.3 zugeführt. Wenn daher die Leitung 110 in der oben beschriebenen Weise in das Herz eingebracht ist, kann ein zwischen den Elektroden der Leitung 1 O auftretender elektrischer Impuls benutzt werden, um je nach dem Energieinhalt des Impulses das Herz zu kardiover tieren oder ihm einen Schrittmacherimpuls zuzuführen.

Bei Einsatz in der Defibrillations-Schrittmacher-Ausführungsform, beispielsweise der in Figur 5 veranschaulichten Anordnung, wird an den festen Widerstand 115 und den flexiblen Leiter 111 eine Vorspannung von der Spannungsquelle 112 aus angelegt. Ein Herzschlag führt zu einer Biegebewegung des Leiters 1 11 . Infolgedessen ändert sich die Ausrichtung der Kohlenstoffteilchen im Leiter und damit dessen Widerstand. Diese Widerstandsänderung ist leicht feststellbar. Die Widerstandsänderung bewirkt, da8 sich der durch

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den Leiter 111 fließende Strom und die am Leiter 11T anliegende Spannung ändern. Der Kondensator 116 und der Verstärker 118 sind derart mit dem flexiblen Leiter 111 verbunden, daß sie eine Änderung einer elektrischen Größe des Leiters 111 ermitteln und auf Grund dessen ein Ausgangssignal erzeugen können. Das elektrische Ausgangssignal kann über die Leitung 119 übermittelt werden, um die Erzeugung eines Kardiovertier- und/oder Schrittmacherimpulses durch den Impulsgenerator 301 zu unterdrücken. Mittels des flexiblen Leiters 111 kann also der Impulsgenerator 3O1 derart gesteuert werden, daß ein Kardiovertier- und/oder Schrittmacherimpuls nur erzeugt wird, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem der flexible Leiter 111 die letzte Herztätigkeit ermittelt hat.

Da die Arbeitsweise der Ausführungsform der Leitung nach Figur 6 derjenigen der Leitungsausführungsform gemäß Figur 4 entspricht, gilt die obige Beschreibung der Arbeitsweise der Leitung 110 nach Figur 4 auch für die Leitung 210 gemäß Figur 6, wenn diese in Verbindung mit der Schaltungsanordnung nach Figur 5 verwendet wird.

Die Erfindung ist nicht auf die veranschaulichten speziellen Ausführungsformen beschränkt. Es können alle externen Bewegungen ebenso wie alle internen Bewegungen des lebenden Körpers überwacht werden. Durch eine zweckentsprechende Abwandlung der Leitung 110 - Verwendung eines zusätzlichen elektrischen Leiters - ist es möglich, den Kardiovertierstromkreis von dem Überwachungsstromkreis zu trennen. Bei diesem Beispiel wird eine Trennung erhalten,

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weil das Überwachungselement, das heißt der flexible Leiter 111, nicht mit den Kardiovertierelektroden 132 oder 133 elektrisch verbunden ist, sondern über den Schraubenfederdraht 127 und den zusätzlichen Leiter elektrisch angeschlossen und vorgespannt wird. Wenn in diesem Falle der Anschluß 126 die Form einer leitenden Kappe erhält, ist es möglich, dem Herzen zwischen den innerhalb des Herzens befindlichen Elektroden Schrittmacherimpulse zuzuführen. Für diesen Zweck werden der modifizierte Anschluß 126 als die eine Elektrode und die Elektrode 132 als die andere Schrittmacherelektrode benutzt.

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Claims

- 23 Ansprüche

/Λ. Vorrichtung zum Ermitteln von Muskelkontraktionen, gekennzeichnet durch einen eingebettete leitfähige Teilchen aufweisenden Elastomerkörper (11 , 111, 211), dessen elektrischer Widerstand sich bei Biegen ändert, der im Bereich eines Muskels eines Lebewesens derart anordenbar ist, daß eine Muskelkontraktion zu einem Biegen des Körpers und damit zu einer Widerstandsänderung führt, und der in einer gegenüber Körpermedien und Gewebe im wesentlichen inerten flexiblen Hülle (23, 128, 228) untergebracht ist, die in ' den Körper des Lebewesens einführbar ist und mindestens einen Teil der Komponenten der Vorrichtung umschließt und dadurch gegen Körpermedien und Gewebe abschirmt, sowie durch eine mit dem Elastomerkörper in elektrischer Verbindung stehende Koppelanordnung (14, 2O; 119, 127; 214, 227), die innerhalb der Hülle verläuft und an eine elektrische Energiequelle (12, 112) anschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerkörper (11, 111, 211) derart aufgebaut und in der Vorrichtung angeordnet ist, daß er auf in beliebiger Richtung wirkende Biegebeanspruchungen anspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder' 2, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelanordnung (14, 2O; 119, 127; 214, 227) innerhalb der Hülle (23, 128, 228) in deren Längsrichtung verläuft

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und zu Anschlußelementen (21, 22; 121, 122; 221, 223) führt, die ihrerseits an die elektrische Energiequelle (12, 112) anschließbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als implantable Einheit ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerkörper (11, 111, 211) im Bereich des vorderen Endes der Hülle (23, 128, 228) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Elektrodenanordnung (126, 132, 1.3.3; 232, 233) zum Übermitteln eines Impulses an mindestens einen Muskel des Lebewesens zwecks Anregen von Muskeltätigkeit und eine weitere ebenfalls innerhalb der Hülle (128, 228) untergebrachte Koppelanordnung (114, 120; 214, 220) vorgesehen sind, die mit der Elektrodenanordnung in elektrischer Verbindung steht und an einen Impulsgenerator (3O1) anschließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung mindestens zwei Elektroden (132, 133; 232, 233) aufweist, die einen derartigen gegenseitigen Abstand haben, daß bei Anordnen der einen Elektrode (132, 232) inner-halb

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des Herzens die andere Elektrode (133, 233) außerhalb des Herzens liegt, und daß die Vorrichtung für Herzschrittmacherzwecke und/oder zum Kardiovertieren eines fehlerhaft arbeitenden Herzens einsetzbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (132, 133) mindestens zwei metallische leitende Flächen aufweist, die in Abstand voneinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (232, 233) aus einem flexiblen, leitenden, nichtmetallischen Werkstoff gefertigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (232, 233) aus einem Silikonkautschuk gefertigt sind, in den leitende Teilchen eingelagert sind.

. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1O, dadurch ge^. kennzeichnet, daß die beiden Koppelanordnungen (114, 119, 120, 127; 214, 220, 227) derart miteinander gekoppelt sind, daß in Abhängigkeit von der Ermittlung von Muskelkontraktionen durch den Elastomerkörper (111, 211) Impulse über die Elektrodenanordnung (126, 132, 133; 232, 233) an den Muskel übertragen werden.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine dritte Koppelanordnung (119, 129), die für eine elektrische Verbindung zwischen dem Elastomerkörper (111, 211) und der Elektrodenanordnung (126, 132, 133; 232, 233) sorgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch eine auf Widerstandsänderungen des Elastomerkörpers (111) ansprechende, ein Nutzsignol liefernde Einrichtung (118) und eine Steuereinrichtung (302), die in Abhängigkeit von dem Nutzsignal den Impulsgenerator (301) steuert.

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