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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen implantierbaren Herzschrittmacher,
welcher einen gemeinsamen Anschluß für seinen Stimulationsausgang und seinen Eingangsverstärker
aufweist.
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Da die Baugröße von implantierbaren Herzschrittmachern angesichts
der Mikrominiaturisierung der verwendeten Elektronikschaltungen in zunehmendem Maße
von der Größe der verwendeten Energiequellen abhängig ist, ist eine weitere Verkleinerung
nur dann möglich, wenn die Batterien kleiner bemessen werden können. Da die geforderte
Speicherfähigkeit für elektrische Energie jeweils einen nicht wesentlich verringerbaren
Mindestrauminhalt bedingt, ist die Verkleinerung der Baugröße von Herzschrittmachern
letztlich davon abhängig, daß es gelingt, den bei der Stimulation aufzuwendenden
Strom- bzw. Spannungsbedarf zu verringern. Ein verringerter Energiebedarf ermöglicht
andererseits auch - bei gleichbleibender Größe der Energiespeicher - eine entsprechende
Verlängerung der Betriebsdauer des Schrittmachers.
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Bei unipolaren Elektroden, die bei Schrittmachern der oben angegebenen
Art verwendet werden, dient eine gemeinsame Leitung zur Übertragung der Stimulationsimpulse
vom Schrittmacher zum Herzen und der den Schrittmacher mit den Herzaktionen synchronisierenden
Signale vom Herzen zum Schrittmacher. Die Signalabgabe und -aufnahme am herzseitigen
Ende der Zuleitung erfolgt über eine ebenfalls
gemeinsame Fläche,
wobei für die Dimensionierung der Fläche für die beiden unterschiedlichen Funktionen
verschiedene Gesichtspunkte maßgeblich sind. Während für Stimulationszwecke eine
kleine Elektrodenoberfläche ausreichend ist, sollte die Fläche zur Signalaufnahme
(Sensing-Fläche) relativ groß bemessen sein, um den Elektrolytwiderstand klein zu
halten.
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Eine entsprechende Elektrode, die zum Herabsetzen der Polarisationsverluste
eine poröse Struktur aufweist, ist aus der US-PS 3 981 309 bekannt. Bei einer anderen,
aus der US-PS 4 156 429 bekannten implantierbaren Elektrode besteht der poröse Teil
aus komprimierten Metallfasern.
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Beide Elektroden weisen den Nachteil auf, daß ihre Herstellung verhältnismäßig
aufwendig ist, da Sinter- bzw.
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Preßvorgänge erforderlich sind und Elemente, welche das herznahe Ende
im implantierten Zustand fixiert halten, gegebenenfalls zusätzlich vorgesehen werden
müssen. Bei der letztgenannten Elektrode ist ein das gepreßte Fasermaterial umgebender
Drahtkäfig, der die Fertigung zusätzlich verkompliziert, außerdem empfindlich gegen
mechanische Einwirkungen.
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Der in Anspruch 1 angegebenen Elektrode liegt die Aufgabe zugrunde,
unter Vermeidung dieser Nachteile eine konstruktive Ausführung anzugeben, welche
einen möglichst geringen Fertigungsaufwand erfordert und in ihrem herznahen Bereich
so gestaltet ist, daß ein Anwachsen im Fixationsort begünstigt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Elektrode läßt sich die für die Stimulation
maßgebliche elektrisch leitfähige OberfXächenkontur klein halten, während die für
die Synchronisation wirksame Fläche durch die Oberfläche der zusätzlich aufgebrachten,
einander dicht benachbarten Wendeln bestimmt wird. Die Oberflächenvergrößerung durch
eine aufgebrachte Wendellage läßt sich rechnerisch als Produkt der jeweiligen Oberfläche
und dem Faktor ermitteln, wobei für mehrlagige Ummantelungen die Oberflächenvergrößerung
zusätzlich mit der Anzahl der Lagen zu multiplizieren ist. Daraus ergibt sich, daß
der Effekt der Oberflächenvergrößerung um so größer ist, je mehr Wendellagen aufgebracht
werden, wobei deren Materialquerschnitt wegen des begrenzten zur Verfügung stehenden
Raumes möglichst klein sein sollte.
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Durch die konkave Form des von den Wendeln umgebenen Materials ist
eine hohe Feldintensität in deren Umgebung - und damit eine intensive Stimulationswirkung
- sichergestellt.
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Indem die Ummantelung aus dicht benachbarten Wendeln bevorzugt in
Form von Lagen auf einem Körper von im wesentlichen kreisringförmige Gestalt aufgebracht
wird, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, eine sogenannte Hohlsonde zu schaffen.
Bevorzugt ist der Kreisring nicht in sich geschlossen, sondern endet in einem oder
zwei unbewickelten Befestigungsstiel(en), die in die Zuleitungswendel hineingeführt
sind, wo sie durch eine die Zuleitungswendel umgebende Quetschhülse in einfacher
Weise sicher zu befestigen sind.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrisch wirksamen Sondenkopfes
ist auch für Sonden anderer Geometrie an-
wendbar, wobei letztere
in erster Linie durch den zum Befestigen der Elektrode im Herzen gewählten Befestigungsmechanismus
bestimmt wird. So läßt sich bevorzugt der Träger für die die Oberfläche vergrößernden
Wendeln in Form einer korkenzieherartigen Wendel ausbilden, welche durch Einschrauben
im Herzgewebe befestigbar ist, wobei sich bei Abstumpfung des Endes durch verdickung
oder Zurückführung entgegengesetzt zur inführungs- bzw. Befestigungsrichtung das
Einschrauben in das Trabekelwerk des Herzens verletzungsfrei bewerkstelligen läßt.
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Die erfindungsgemäße Elektrode weist den Vorteil auf, daß der in Bezug
auf das Körpergewebe elektrisch wirksame, aus einem besonderen körperverträglichen
Material - vorzugsweise einer Platin-Iridium Legierung - gefertigte Bereich nur
wenig Material erfordert und daher kostengünstig herstellbar ist.
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Zur Vergrößerung des Verhältnisses zwischen bei Synchronisation wirksamer
Oberfläche und effektiver Stimulationsfläche trägt bei im wesentlichen parallel
zur Frontfläche der Sonde verlaufenden Wendelachsen bei, wenn ein in Bezug auf die
Einführungsrichtung der Elektrode rückwärtig gelegener Bereich des Trägers bzw.
der die Ummantelung bildenden Wendeln mit einem elektrisch isolierenden Überzug
oder einer entsprechenden Abdeckung versehen ist. Eine andere diesbezügliche Maßnahme
besteht darin, daß die Oberfläche des die Ummantelung bildenden Draht- oder Fasermaterials
durch räumliche Strukturierung vergrößert ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet. Zwei bevorzugte Ausfüh-
rungsformen der Erfindung
sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den Sensingbereich bei einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Elektrode, Fig. 2 den vollständigen Kopf einer ersten Ausführungsvariante
im Querschnitt sowie Fig. 3 eine andere Ausführungsvariante eines vollständigen
Elektrodenkopfes.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Teil eines Sondenelements im Querschnitt
ist ein Draht 1 als Trägerelement von einer aus zwei Schichten 2 und 3 bestehenden
Ummantelung aus einem Material geringen Querschnitts umwickelt. Während der Trägerdraht
einen Querschnitt von 0,3 bis 0,4 mm aufweist, bestehen die Wendeln aus einem möglichst
feinen Material, das mindestens in seinem Oberflächenbereich ebenfalls elektrisch
leitend ist. Geeignet ist beispielsweise ein entsprechend fein gezogener Draht.
Der Trägerdraht stellt dabei die mechanische Festigkeit sicher, während die (lose
aufliegenden) Wendeln die beabsichtigte Oberflächenvergrößerung bewirken, die in
Fig. 1 klar zu erkennen ist.
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Bei anderen - nicht dargestellten Ausführungsformen - läßt sich eine
entsprechende Wirkung durch Umflechten des Trägerdrahtes erzielen, der zur weiteren
Vergrößerung der Oberfläche ebenfalls aus mehreren Wicklungen oder einem Drahtgeflecht
bestehen kann. Draht und Wendeln sind aus
einer körperverträglichen
Legierung, wie Elgiloy oder dergleichen hergestellt. Für die Wendeln selbst wird
bevorzugt eine Platin-Iridium Legierung verwendet.
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Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführung eines vollständigen Elektrodenkopfes
bildet das in Figur 1 dargestellte Sondenelement einen Ring, der nahezu kreisringförmig
geschlossen ist. Ein Ende 4 des Trägerdrahtes 1 ist bis in die Zuleitungswendel
5 hineingeführt, die in diesem Bereich von einer Quetschhülse 6 umgeben ist, mit
deren Hilfe das Sondenelement auf unkomplizierte Weise sowohl elektrisch als auch
mechanisch mit der Zuleitungswendel 5 verbunden ist. Das Sondenelement erstreckt
sich im wesentlichen parallel zur Frontfläche der Elektrode, so daß diese die Form
einer Hohlsonde aufweist. Der gesamte Elektrodenkopf mit Ausnahme des elektrisch
wirksamen Sondenteils und die Zuleitungswendel sind mit einem Mantel 7 aus Silikongummi
umgeben. Zur Verkleinerung des bei der Stimulation infolge der elektrischen Feldverteilung
wirksamen Bereiches ist die untere Hälfte des Sondenringes in eine ringförmige Lagerung
8 aus Teflon eingebettet.
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Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante eines Elektrodenkopfes
befindet sich das Sondenelement am Ende eines wendelförmigen Teils 9, das korkenzieherförmig
ausgebildet ist und entsprechend dem Trägerdraht 1 bei dem in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel mittels einer Quetschhülse 6' im Innern der Zuleitungswendel
5' befestigt ist. (Die bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 entsprechend verwendeten
Teile sind mit identischen Bezugszeichen versehen, denen ein ~~~ hinzugefügt wurde.)
Die
Enden 10 und 11 des t#nde1Sörmigen Elementes 9 sind ebenfalls in die Zuleitungswendel
5' selbst zurückgeführt.
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Während die in Fig 2 dargestellte Ausführungsform der erm findungsgemäßen
Elektrode bei der implantation durch die Vene in den Ventrikel Vorgeschoben wird
und das die Sonde tragende Ende dort ohne susätzliche Fixierungsmaßnahmen verbleibt,
i st die Ausführungsform gemäß figur 3 fixierbar. Wenn die Sonde Ihre vorgesehene
Position erreicht hat, wird die Zuleitung vom herzfernen Ende her gedreht, so daß
der ~i#rkenzieher--örmige Teil In das Trabekelwerk eingreift und sich im #7e##au#
der weiteren Drehbswegung sicher verhakt. Da der mit der Wendel 2 39 umgebene Enda
bereich des Teils 9 eine Rundung bildet, wird - im 6egensatz zu spitz endenden Ausführungen
- eine perforation der Herzwand verhindert Sowohl der wendelförmige Teil 9 als auch
das geradlinig zurückgeführte Ende 10 sind in ihrem außerhalb des Kontaktbereichs
mit der Zuleitungswendel 5' befindlichen Bereichen von einer Isolierung 12, die
ebenfalls aus Sillkongummi besteht, umgeben. Diese Isolierung bewirkt, daß die elektrische
Wirkung der Sonde in Bezug auf das Herzgewebe allein durch ihren Endbereich bestimmt
wird und der wendelförmige Teil ausschließlich der Befestigung dient.
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Der das Sondenelement bildende ringförmige Endbereich der Elektrode
erfüllt demnach eine zweifache Funktion: einerseits ist es für die Stimulations-
und Sensingwirkung durch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen physikalischen
Leitungsmechanismen optimal ausgestaltet und weist dabei andererseits eine Form
auf, die für den Fixierungsvorgang günstig ist.
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Die erfindungsgemäße Elektrode läßt sich dabei auch vorteilhaft herstellen,
da die Wendeln im Sondenbereich in einfacher Weise durch Umwickeln mit Techniken,
wie sie beispielsweise vom Spulenwickeln her bekannt sind, aufgebracht werden können.