EP 01 977 619.4 F44 324 EP/DE

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EP 01 977 619.4
F44 324 EP/DE
Medtronic, Inc.
Subkutane Elektrode zum Messen elektrischer Signale des
Herzens
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein implantierbare
Schrittmacher und insbesondere eine subkutane Elektrode,
die zum Messen,
Aufzeichnen und Erfassen elektrokardio-
graphischer Daten und Wellenformspuren von einem implantierten
Schrittmacher
flächenelektroden
erforderlich
verwendet
wird,
(Hautelektroden)
wären.
Die
ohne
oder
vorliegende
dass
ihre
Erfindung
Ober-
Verwendung
betrifft
vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, Spiralelektroden, die in Einsenkungen angeordnet sind, welche in einer
nachgiebigen, isolierenden "Einfassung" ausgebildet sind.
Jede Spiralelektrode wird zu einem integralen Element einer
subkutanen
Array")
Elektrodenanordnung
oder
SEA,
welche
("Subcutaneous
wiederum
Electrode
Herzdepolarisationen
erfasst, die durch eine tragbare Programmiereinrichtung für
die Vorrichtung übermittelbar und anzeigbar sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Elektrokardiogramm (EKG) wird in der Medizin gemeinhin
verwendet, um den Zustand des elektrischen Leitungssystems
des menschlichen Herzens zu bestimmen. Bei der Verwendung
wird eine EKG-Aufzeichnungsvorrichtung üblicherweise über
EKG-Leitungen, die mit Pflastern verbunden sind, welche am
Körper
des
Patienten
regelmäßig
angeordnet
sind,
am
Patienten befestigt, um eine Aufzeichnung zu erreichen, die
- 2 -
die Herzwellenformen in jedem von 12 möglichen Vektoren
darstellt.
Seit der Implantation des ersten Herzschrittmachers hat die
Technologie implantierbarer medizinischer Vorrichtungen mit
der Entwicklung hoch entwickelter, programmierbarer Herzschrittmacher,
Schrittmacher-Kardioverter-Defibrillator-
Arrhythmiesteuervorrichtungen
und
Arzneimittelverabrei-
chungsvorrichtungen, die dafür ausgelegt sind, Arrhythmien
zu
erkennen
schritte
und
geeignete
gemacht.
Die
Therapien
Erkennung
auszuführen,
verschiedener
Fort-
arrhyth-
mischer Episoden und ihre Unterscheidung zum Auslösen der
Ausführung einer geeigneten Therapie sind von erheblichem
Interesse. Rezepte zur Implantation und Programmierung der
implantierten
Vorrichtung
beruhen
PQRST-Elektrokardiogramms
(EKG)
(EGM).
werden
Die
Wellenformen
auf
und
der
Analyse
des
für
des
Elektrogramms
diese
Analyse
in
Systemen, die dafür ausgelegt sind, die Depolarisation des
Atriums bzw. des Ventrikels zu erfassen, gewöhnlich in die
P-Zacke und die R-Zacke getrennt. Diese Systeme verwenden
das Feststellen des Auftretens der P-Zacke und der R-Zacke,
die
Analyse
der
Frequenz,
die
Regelmäßigkeit
und
das
Einsetzen von Variationen der Frequenz der Wiederkehr der
P-Zacke und der R-Zacke, die Morphologie der P-Zacke und
der
R-Zacke
und
die
Ausbreitungsrichtung
der
Depolari-
sation, die durch die P-Zacke und die R-Zacke im Herzen
dargestellt
Speichern
ist.
Die
solcher
medizinischer
wohlbekannt.
Ermittlung,
EGM-Daten
Vorrichtungen
Die
Erfassung
die
Analyse
innerhalb
sind
und
die
auf
und
das
implantierbarer
dem
Verwendung
Fachgebiet
von
EKG-
Spuren war andererseits im Allgemeinen auf die Verwendung
einer externen EKG-Aufzeichnungseinrichtung beschränkt, die
über
Oberflächenelektroden
irgendeiner
Art
am
Patienten
- 3 -
angebracht war.
Die vorstehend erwähnten EKG-Systeme, die die Erfassung und
Analyse des PQRST-Komplexes verwenden, sind alle von der
räumlichen Orientierung und der Anzahl der Elektroden, die
sich am Körper befinden oder in der Nähe des Herzens und um
dieses herum angeordnet sind, abhängig, um die Depolarisationswellenfront zu erfassen.
Weil der funktionelle Entwicklungsgrad und die Komplexität
von
Systemen
tungen
im
mit
Laufe
implantierbaren
der
Jahre
medizinischen
zugenommen
haben,
Vorrichist
es
zunehmend wichtiger geworden, dass diese Systeme ein System
aufweisen,
um
die
Kommunikation
zwischen
einer
implan-
tierten Vorrichtung und einer anderen implantierten Vorrichtung und/oder einer externen Vorrichtung, beispielsweise
einer
Programmierkonsole,
einem
Überwachungssystem
oder dergleichen, zu erleichtern. Für diagnostische Zwecke
ist es wünschenswert, dass die implantierte Vorrichtung in
der Lage ist, Informationen in Bezug auf den Betriebszustand der Vorrichtung und den Zustand des Patienten zum
Arzt oder Kliniker zu übermitteln. Es sind implantierbare
Vorrichtungen nach dem neuesten Stand der Technik verfügbar, die sogar ein digitalisiertes elektrisches Signal zur
Anzeige der elektrischen Herzaktivität (beispielsweise ein
EKG-, EGM- oder vergleichbares Signal) übertragen können,
um es zu speichern und/oder durch eine externe Vorrichtung
zu analysieren. Das Oberflächen-EKG ist jedoch seit dem
Anfang
der
Stimulation
bis
heute
das
Standarddiagnose-
werkzeug geblieben.
Zum Diagnostizieren und Messen von Herzereignissen stehen
dem Kardiologen mehrere Werkzeuge, aus denen er auswählen
- 4 -
kann,
zur
Verfügung.
Diese
Werkzeuge
umfassen
Zwölf-
Leitungs-Elektrokardiogramme,
Belastungselektrokardio-
gramme,
die
die
Holter-Überwachung,
Radioisotopen-Bild-
gebung, die Koronarangiographie, die Herzmuskelbiopsie und
Blutserum-Enzymtests. Unter diesen ist das Zwölf-LeitungsElektrokardiogramm (EKG) im Allgemeinen die erste Prozedur,
die zum Bestimmen des Herzzustands vor dem Implantieren
eines
Stimulationssystems
verwendet
wird,
und
der
Arzt
verwendet anschließend normalerweise ein EKG, das durch die
Programmiereinrichtung verfügbar ist, um die Wirksamkeit
des Schrittmachers nach der Implantation zu prüfen. Diese
EKG-Spuren
werden
in
die
Datensätze
des
Patienten
aufgenommen und zum Vergleich mit neueren Spuren verwendet.
Es ist jedoch zu erwähnen, dass immer dann, wenn eine EKGAufzeichnung
Verbindung
einer
erforderlich
mit
einer
ist
(ob
durch
eine
direkte
EKG-Aufzeichnungsvorrichtung
Programmiereinrichtung
für
einen
oder
Schrittmacher),
externe Elektroden und Leitungen verwendet werden müssen.
Leider haben Oberflächenelektroden einige ernste Nachteile.
Beispielsweise
externer
kann
EKG-Systeme
ausgeführte
die
unter
oder
Verwendung
bestehender
Körperoberflächen-EKG-Systeme
Elektrokardiogrammanalyse
durch
mechanische
Probleme und eine schlechte Signalqualität begrenzt sein.
Elektroden, die außen an dem Körper angebracht sind, sind
eine Hauptquelle von Signalqualitätsproblemen und Analysefehlern, weil sie anfällig sind für solche Störungen, wie
Muskelrauschen,
Netzleitungsinterferenz,
kommunikationsgeräteinterferenz
und
Hochfrequenz-
Grundlinienverschie-
bungen durch die Atmung. Eine Signalbeeinträchtigung tritt
auch infolge von Kontaktproblemen, EKG-Wellenformartefakten
und
Unannehmlichkeiten
beim
Patienten
auf.
Extern
befestigte Elektroden unterliegen Bewegungsartefakten durch
- 5 -
Positionsänderungen und den relativen Versatz zwischen der
Haut
und
den
Elektroden
Elektroden.
eine
Weiterhin
spezielle
benötigen
Hautpräparation,
externe
um
einen
angemessenen elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Diese
Präparation verlängert zusammen mit der Positionierung der
Elektrode
und
Elektrode
dem
Anbringen
unnötigerweise
der
die
EKG-Leitung
an
der
Schrittmacher-Nachsorge-
sitzung. Ein möglicher Ansatz besteht darin, den implantierten
Schrittmacher
mit
der
Fähigkeit
zu
versehen,
Herzsignale zu erfassen und sie in eine Spur zu transformieren, die Spuren gleicht oder mit diesen vergleichbar
ist, welche durch an Oberflächenelektroden angebrachte EKGLeitungen erhalten werden können.
Es
ist
auf
dem
Fachgebiet
bekannt,
die
elektrische
Aktivität des menschlichen Herzens für diagnostische und
verwandte medizinische Zwecke zu überwachen. Im Ohlsson
erteilten
US-Patent
US-A-4 023 565
anordnung zum Aufzeichnen von
Leitungseingängen
beschrieben.
ist
eine
Schaltungs-
EKG-Signalen von
Ähnlich
mehreren
beschreiben
das
Levin erteilte US-Patent US-A-4 263 919, das Feldman u.a.
erteilte
US-Patent
US-A-4 170 227
und
das
Kepski
u.a.
erteilte
US-Patent
US-A-4 593 702
Mehrelektrodensysteme,
die Oberflächen-EKG-Signale für die Artefaktunterdrückung
kombinieren.
Die primäre Verwendung von Mehrelektrodensystemen im Stand
der
Technik
scheint
die
Vektorkardiographie
von
EKG-
Signalen zu sein, die von mehreren Brust- und Gliedmaßenelektroden aufgenommen werden. Dies ist eine Technik, durch
die die Richtung der Depolarisation des Herzens sowie die
Amplitude
überwacht
werden.
Im
Greensite
erteilten
Patent US-A-4 121 576 ist ein solches System erörtert.
US-
- 6 -
Zahlreiche
Körperoberflächen-EKG-Überwachungselektroden-
systeme wurden in der Vergangenheit beim Erfassen des EKGs
und
beim
Ausführen
suchungen
verwendet.
erteilten
US-Patent
von
vektorkardiographischen
Beispielsweise
ist
US-A-4 082 086
im
eine
Unter-
Page
u.a.
orthogonale
Vierelektrodenanordnung offenbart, die, sowohl aus Gründen
der Bequemlichkeit als auch zum Gewährleisten der genauen
Orientierung einer Elektrode in Bezug auf die andere auf
die Haut des Patienten aufgebracht werden kann. Im Case
erteilten
US-Patent
US-A-3 983 867
ist
ein
Vektor-
kardiographiesystem beschrieben, bei dem am Patienten an
normalen
Stellen
angeordnete
Orthogonalanzeige
mit
einem
EKG-Elektroden
und
Sechsachsen-Bezugssystem
eine
zum
Anzeigen von EKG-Signalen der Spannung in Abhängigkeit von
der
Zeit,
die
an
abgetasteten
Bipolarelektrodenpaaren
erzeugt werden, verwendet werden.
In US-A-4 310 000 von Lindemans und US-A-4 729 376 und USA-4 674 508 von DeCote ist die Verwendung einer getrennten
passiven Mess-Referenzelektrode, die am Anschlussblock des
Schrittmachers
montiert
oder
auf
andere
Weise
vom
Schrittmachergehäuse isoliert ist, um eine Mess-Referenzelektrode bereitzustellen, die nicht Teil der StimulationsReferenzelektrode ist und demgemäß an ihrer Oberfläche nach
der
Abgabe
eines
Stimulationsimpulses
keine
restlichen
Nachpotentiale aufweist, offenbart.
Weiterhin
sind
in
Bezug
auf
subkutan
implantierte
EGM-
Elektroden im vorstehend erwähnten Patent US-A-4 310 000
von
Lindemans
eine
oder
mehrere
Referenz-Messelektroden
offenbart, die an der Oberfläche des Schrittmachergehäuse
angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben wurde. Im Lund
- 7 -
erteilten
US-Patent
US-A-4 313 443
sind
eine
subkutan
implantierte Elektrode oder Elektroden zur Verwendung bei
der Überwachung des EKGs beschrieben.
In US-A-5 331 996 von Bennett sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Bereitstellen einer verbesserten Fähigkeit
zum Erkennen und Sammeln elektrischer Herzsignale durch
eine
Anordnung
verhältnismäßig
dicht
beabstandeter
sub-
kutaner Elektroden (die sich am Körper einer implantierten
Vorrichtung befinden) offenbart.
In US-A-6 522 915 "Surround Shroud Connector and Electrode
Housings For A Subcutaneous Electrode Array And Leadless
ECGs" von Ceballos u.a. ist eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer nachgiebigen Einfassung, die umfänglich um
den Umkreis des Schrittmachers herum angeordnet ist und mit
Einsenkungen
Erfassen
von
für
verschiedene
Elektrodentypen,
Herzdepolarisationswellen
die
verwendet
zum
werden,
ausgerüstet ist, offenbart. Die vorliegende Erfindung wird
in
Zusammenhang
mit
dieser
nachgiebigen
Abschirmung
verwirklicht.
WO-A-02/34333 ist nur für die Zwecke der Neuheit Stand der
Technik (Artikel 54(3) EPÜ). In diesem Dokument ist eine
implantierbare medizinische Vorrichtung offenbart, die eine
über
den
Umkreis
der
Vorrichtung
verteilte
subkutane
Elektrodenanordnung und eine nicht leitfähige Einfassungsabschirmung aus biokompatiblem Material aufweist.
In
EP-A-0 941 695
ist
eine
implantierbare
Herz-
überwachungsvorrichtung offenbart, bei der ein leitungsfreies Elektrodensystem verwendet wird.
- 8 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung sieht eine Vorrichtung nach Anspruch 1 vor.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine subkutane Spiralelektrode als eine bevorzugte Ausführungsform, die individuell in drei oder vier mit Einsenkungen versehene Gehäuse
eingebettet ist, welche in einer nachgiebigen Einfassung
angeordnet
sind,
Schrittmachers
welche
am
befestigt
Umkreis
ist.
eines
Diese
implantierten
Elektroden
sind
elektrisch mit der Schaltungsanordnung des implantierten
Schrittmachers verbunden und erfassen Herzdepolarisationswellenformen, die als elektrokardiographische Spuren auf
dem
Bildschirm
der
Programmiereinrichtung
machers darstellbar sind, wenn
einem
implantierten
des
Schritt-
der Programmierkopf über
Schrittmacher
(oder
einer
anderen
implantierten Vorrichtung) angeordnet ist, die so mit einer
leitungsfreien
subkutanen
Elektrodenanordnung
("Subcuta-
neous Electrode Array" – SEA) ausgerüstet ist.
Das mit Einsenkungen versehene Gehäuse besteht aus einem
Polymer.
Dieses
Gehäuse
weist
Wände
auf,
in
die
eine
Körperflüssigkeit fließen kann, so dass sich die Körperflüssigkeit oberhalb der Spiralspule, die durch eine kleine
umfängliche Mulde, welche in die Basis des mit Einsenkungen
versehenen Gehäuses eingebracht ist, innerhalb des Gehäuses
gehalten wird, und um diese herum befindet. Die Spiralspule
kann aus beliebigen Metallen der Titangruppe sowie Platin,
Platinlegierungen oder beliebigen Metallen der Platingruppe
mit oder ohne Legierungskomponenten hergestellt sein. Diese
Spiralspule
hängenden
bildet
das
Drahts,
der
proximale
beim
Ende
Austreten
eines
aus
zusammendem
mit
Einsenkungen versehenen Gehäuse durch ein röhrenförmiges
- 9 -
Isoliermaterial, wie Silikon, isoliert ist. Die isolierte
röhrenförmige Drahtanordnung passt in einen Kanal bzw. in
Kanäle,
die
sich
am
inneren
Bogen
der
erwähnten
nachgiebigen Einfassung befinden. Das distale Ende dieses
Drahts
ist
in
eine
Verbinderdurchführungsanordnung
in
Kontakt mit einem Verstärker bzw. mit Verstärkern in der
Mikroprozessorschaltungsanordnung geschweißt.
Die vorliegende Erfindung soll mehrere Probleme lösen, die
bei
der
auftreten
Verwendung
können.
subkutaner
Die
Herzdepolarisationen
Elektroden
elektrischen
sind
sehr
allgemein
Potentiale
klein
und
von
den
in
der
liegen
Größenordnung von einigen zehn Mikrovolt. Daher kann das
Signal, das die Elektroden erreicht, eine geringe Anstiegsgeschwindigkeit
haben.
Feste
Plattenelektroden
weisen
Rauschspitzen und Potentialdrifts auf, die, verglichen mit
Herzsignalen,
können
die
groß
sind.
Diese
Hauptbeitragenden
Verunreinigungen
molekularen
von
Ebene
Plattenelektroden
zu
diesem
Rauschen
Elektrodenoberflächen
können
externe
auf
selbst
sein.
der
Spannungsausschläge
verursachen, die groß genug sind, um die Messfunktion zu
stören. Bewegungsartefakte infolge der Störung, die durch
KörperflüssigkeitsOberfläche
oder Gewebebewegung in der
hervorgerufen
demonstriert
und
werden,
stellen
ein
wurden
in
üblicherweise
Nähe der
Tanktests
beobachtetes
Phänomen dar.
Die
vorliegende
Erfindung
löst
gemäß
ihrer
bevorzugten
Ausführungsform diese Probleme dadurch, dass es sich bei
ihr um eine spiralförmige subkutane Elektrode handelt, die
über eine nachgiebige Einfassung an einem Impulsgenerator
angebracht
werden
kann
und
ein
zuverlässiges
Ansprech-
verhalten bereitstellen kann. Die Elektrode hat eine große
- 10 -
Oberfläche,
wird
hergestellt und
aus
Materialien
mit
geringen
Kosten
kann kostengünstig montiert werden. Die
Oberfläche der Elektrode hat keinen direkten Kontakt mit
Körpergewebe
und
sich
bewegenden
Körperflüssigkeiten,
sondern sie ist mit Elektrodenbeschichtungen, wie Platinschwarz
oder
Titannitrid,
behandelt,
um
ihre
Signal-
leitungs- und Depolarisationseigenschaften zu verbessern.
Diese verbessernden Beschichtungen sind wichtig, weil der
Schrittmacher und damit die Elektroden im Laufe der Zeit in
Narbengewebe eingekapselt werden und dadurch in indirekten
Kontakt
mit
dem
Körpergewebe
gelangen.
Selbst
ein
indirekter Gewebekontakt kann eine dämpfende Wirkung auf
die Detektionsfähigkeit der Elektrode haben, wenn sie nicht
mit verbessernden Beschichtungen behandelt ist.
Die Elektrode ermöglicht, so wie sie ausgelegt ist, eine
zusammenhängende Drahtverbindung ohne Schweiß- oder Bondstellen
an
der
Elektrodenoberfläche.
Weiterhin
ist
die
Elektrode ohne ein chemisches Bonden in der Vorrichtung
verankert,
das
Potentialausschläge
durch
das
Freigeben
elektroaktiver Spezies an die Elektrodenoberfläche hervorrufen könnte. Der Teil der Elektrode, der von
dem mit
Einsenkungen versehenen Gehäuse bedeckt ist, ist minimal,
wodurch jegliche Potentialausschläge verhindert werden, die
durch
Körperflüssigkeitskriechen
eingeschlossenen
Sauerstoffs
oder
oder
durch
Gradienten
Wasserstoffs
oder
Ph-
Gradienten hervorgerufen werden. Eine zweite Ausführungsform
der
vorliegenden
Erfindung
Spulenelektrodenkonstruktion,
Konfiguration
hergestellt
die
ist.
in
Diese
verwendet
einer
eine
rechteckigen
Elektrode
hat
die
gleichen elektrischen Eigenschaften und Signaldetektionseigenschaften
wie
die
Spiralelektrode
und
ist
aus
den
- 11 -
gleichen Materialien hergestellt
und weist
die
gleichen
verbessernden Beschichtungen auf.
Eine
dritte
Ausführungsform
der
vorliegenden
Erfindung
verwendet eine flache Plattenelektrode, die in die Mulde
des mit Einsenkungen versehenen Gehäuses eingebettet ist.
Zum
mechanischen
Verringern
störungen
der
an
Stabilisieren
Möglichkeit
der
der
Elektrode
elektrokinetischer
Elektrode
(durch
Gewebe-
und
zum
Potential-
oder
Fluid-
bewegungsartefakte) ist der Boden der Einsenkung oder Mulde
mit einer Kreuzschraffur von Erhöhungen und Vertiefungen
mit einer minimalen Kontaktfläche zwischen der Platte und
dem Polymer, das in dem mit Einsenkungen versehenen Gehäuse
verwendet wird, strukturiert. Der Zweck der Kreuzschraffur
besteht
darin,
Fluidkontakt
die
zur
Elektroden
Unterseite
zu
der
stützen
und
einen
Elektrodengrenzfläche
bereitzustellen.
Eine Schutzkappe, die mit einem Eintrittsloch versehen ist,
um das Eindringen von Fluid in das aktive Elektrodenelement
zu
ermöglichen,
kann
über
der
die
flache
Elektrode
enthaltenden Mulde angeordnet sein. Diese Kappe übt einen
Druck
auf
die
Elektrode
aus,
wodurch
sie
gegen
strukturierten Boden der Einsenkung oder Mulde
den
gedrückt
wird, wodurch eine Bewegung der Elektrode verhindert wird.
Diese Kappe dient auch dem Dämpfen jeder äußeren Fluidbewegung, die andernfalls die Elektrode erreichen könnte
und
elektrokinetische
könnte.
Die
Behandlung
Potentialtransienten
Elektrodenoberflächen
und
zum
Verhindern
müssen
von
hervorrufen
während
der
Verunreinigungen
geschützt werden. Eine Beschichtung, welche beispielsweise
durch
kann,
Dexamethazonnatriumphosphat
bietet
einen
solchen
Schutz
bereitgestellt
und
erhöht
werden
auch
die
Befeuchtung der Elektrodenoberfläche nach der Implantation.
- 12 -
Leitfähige Hydrogele, welche nass aufgebracht und trocknen
gelassen werden, können auch auf die Elektrodenoberflächen
aufgebracht werden, um sie vor einer Beschädigung während
der
Handhabung
zu
schützen
und
eine
Verunreinigung
zu
verhindern.
Der Abstand der Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung
um die nachgiebige Einfassung ermöglicht einen maximalen
Elektrodenabstand und gleichzeitig eine geeignete Isolation
von
dem
Schrittmachergehäuse
Eigenschaften
der
infolge
Einfassung
und
der
der
isolierenden
schalenförmigen
Einsenkungen, in die die Elektroden eingebracht sind. Die
Positionierung hält einen maximalen und gleichen Abstand
zwischen den Elektrodenpaaren aufrecht. Dieser Abstand bei
der vier Elektroden aufweisenden Ausführungsform hält das
maximale durchschnittliche Signal dadurch aufrecht, dass
der Abstand der zwei Vektoren gleich ist und der Winkel
zwischen
diesen
mathematischen
Vektoren
90°
Modellierung
beträgt,
wie
dargestellt
in
ist.
der
Dieser
orthogonale Abstand der Elektrodenpaare minimiert auch die
Signalvariation.
Bei
einer
alternativen
drei
Elektroden
aufweisenden Ausführungsform sind die Elektroden innerhalb
des Abschirmteils in einem gleichseitigen Dreieck entlang
dem
Umfang
Vektoren
des
können
implantierten
Schrittmachers
gemäß
Ausführungsform
dieser
angeordnet.
kombiniert
werden, um ein geeignetes Messen von Herzsignalen (EKG) zu
ermöglichen.
Die
vorliegende
Erfindung
ermöglicht
es
dem
Arzt
oder
Medizintechniker, eine leitungsfreie Nachsorge auszuführen,
wodurch wiederum die Zeit eingespart werden kann, die zum
Befestigen externer Leitungen an dem Patienten
wird.
Diese
Zeiteinsparungen
können
die
benötigt
Kosten
der
- 13 -
Nachsorge verringern und es ermöglichen, dass der Arzt oder
Medizintechniker während jedes Tages mehr Patienten sieht.
Ohne Einschränkung auf diese umfassen andere Verwendungen:
eine Holter-Überwachung mit einer Ereignisspeicherung, eine
Arrhythmieerfassung
und
–überwachung,
eine
Mitnahme-
erfassung, eine Ischämieerfassung und –überwachung (S-TErhöhung und –Unterdrückung im EKG), Änderungen des QTIntervalls und eine Überwachung über das Telefon.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
Figur 1 ein System mit einer in den Körper implantierbaren
Vorrichtung
Einschluss
hermetisch
gemäß
einer
der
in
gedichteten
vorliegenden
einen
Erfindung
Patienten
Vorrichtung
und
unter
implantierten
einer
externen
Programmiereinheit,
Figur 2 fehlt in dieser Anmeldung,
Figur 3 ein Blockdiagramm der implantierten Vorrichtung aus
Figur 1,
Figur 4 eine Schnittansicht der einfassenden Abschirmung,
worin
elektrische
Verbindungen
der
Elektroden
mit
der
Hybridschaltungsanordnung dargestellt sind,
Figur 5 eine Schnittansicht einer Spiralspule,
die eine
Ausführungsform
Erfindung
einer
gemäß
der
vorliegenden
verwirklichten Elektrode ist,
Figur 6 eine Schnittansicht einer in einer Mulde an der
- 14 -
Basis eines mit
Einsenkungen versehenen Gehäuses unter-
gebrachten Spiralspule,
Figur 7
eine
Schnittansicht
einer
eingesenkten
Schale,
wobei eine Kreuzschraffur von Erhöhungen und Vertiefungen
in der Mulde an der Basis der Schale verwendet wird,
Figur 8 eine Schnittansicht einer mit einem Eingangsloch
versehenen Schutzkappe, die über die eingesenkte Schale und
in diese hinein gepasst ist, und
Figur 9 eine Schnittansicht rechteckiger Spulenelektroden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Figur
1
ist
eine
implantierbaren
Darstellung
medizinischen
eines
Systems
Vorrichtung,
das
mit
einer
zur
Ver-
wendung gemäß der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist.
Das in Figur 1 dargestellte System mit einer medizinischen
Vorrichtung weist eine implantierbare Vorrichtung 10, gemäß
dieser Ausführungsform ein Schrittmacher, auf, die in einen
Patienten
12
implantiert
worden
ist.
Wie
es
auf
dem
Fachgebiet allgemein üblich ist, ist der Schrittmacher 10
in einem hermetisch gedichteten, biologisch reaktionsträgen
Außengehäuse untergebracht, das selbst leitend sein kann,
um
als
eine
Blindelektrode
in
der
Stimulations-/Mess-
schaltung des Schrittmachers zu dienen. Eine oder mehrere
Schrittmacherleitungen, die in Figur 1 gemeinsam mit einer
Bezugszahl 14 bezeichnet sind, sind in herkömmlicher Weise
elektrisch
mit
dem
erstrecken
sich
über
Patienten.
Eine
Schrittmacher
eine
oder
Vene
mehrere
18
10
in
gekoppelt
das
Herz
freiliegende
16
und
des
leitende
Elektroden zum Empfangen elektrischer Herzsignale und/oder
- 15 -
zum
Übertragen
elektrischer
Stimulationsimpulse
auf
das
Herz 16 sind im Allgemeinen in der Nähe des distalen Endes
der
Leitungen
verstehen
14
angeordnet.
werden,
kann
die
Wie
Durchschnittsfachleute
Leitung
14
so
implantiert
werden, dass sich ihr distales Ende im Atrium und/oder im
Ventrikel des Herzens 16 befindet.
Wenngleich
die
vorliegende
Erfindung
hier
anhand
einer
Ausführungsform beschrieben wird, die einen Schrittmacher
aufweist, werden Durchschnittsfachleute, die die vorliegende
Offenbarung
lesen
konnten,
verstehen,
dass
die
vorliegende Erfindung vorteilhafterweise in Verbindung mit
zahlreichen anderen Typen von Systemen mit implantierbaren
medizinischen
Anwendung,
Vorrichtungen
bei
der
kationsverbindung
es
und
tatsächlich
wünschenswert
zwischen
zwei
ist,
in
eine
physikalisch
jeder
Kommuni-
getrennten
Bestandteilen bereitzustellen, verwirklicht werden kann.
In Figur 1 ist auch eine externe Programmiereinheit 20 für
eine
nichtinvasive
Kommunikation
mit
der
implantierten
Vorrichtung 10 über Aufwärts- und Abwärtskommunikationskanäle dargestellt, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird. Der Programmiereinheit 20 ist ein
Programmierkopf 22 gemäß herkömmlichen Programmiersystemen
für medizinische Vorrichtungen zugeordnet, der dazu dient,
die
Zweiwegekommunikation
Vorrichtung
10
und
der
zwischen
der
implantierten
Programmiereinrichtung
20
zu
erleichtern. Bei vielen bekannten Systemen mit implantierbaren Vorrichtungen ist ein Programmierkopf in der Art des
in Figur 1 dargestellten über der Implantationsstelle der
Vorrichtung (gewöhnlich innerhalb von 2 bis 3 Zoll (5,08 –
7,62 cm) vom Hautkontakt) auf dem Körper des Patienten
angeordnet, so dass eine oder mehrere Antennen innerhalb
- 16 -
des Kopfs RF-Signale zu einer Antenne senden und von dieser
empfangen
können,
implantierten
die
in
dem
Vorrichtung
oder
hermetischen
innerhalb
Gehäuse
des
der
Anschluss-
blocks der Vorrichtung angeordnet ist, wie auf dem Fachgebiet üblich ist.
Intern
weist
die
Programmiereinrichtung
20
gemäß
den
bevorzugten Ausführungsformen eine Verarbeitungseinheit (in
den
Figuren
nicht
dargestellt)
auf,
die
gemäß
der
vorliegenden Erfindung eine Personalcomputer-Hauptplatine,
beispielsweise eine Computer-Hauptplatine mit einem IntelPentium-3-Mikroprozessor
und
zugeordneten
Schaltungs-
anordnungen, wie einem digitalen Speicher, ist. Die Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise des Computersystems
der
Programmiereinrichtung
Offenbarung
nicht
werden
detailliert
in
der
dargelegt,
vorliegenden
weil
davon
ausgegangen wird, dass diese Einzelheiten Durchschnittsfachleuten wohlbekannt sind.
Die Programmiereinrichtung 20 weist ein Außengehäuse 60
auf, das vorzugsweise aus thermischem Kunststoff oder einem
anderen geeignet widerstandsfähigen, jedoch verhältnismäßig
leichtgewichtigen Material besteht. Ein Tragegriff ist in
den vorderen Teil des Gehäuses integriert eingeformt. Mit
diesem Griff kann die Programmiereinrichtung 20 in der Art
eines Koffers getragen werden.
Ein mit Gelenken versehener Anzeigeschirm 64 ist an der
oberen Fläche des Gehäuses 60 angeordnet. Der Anzeigeschirm
64
lässt
sich
dargestellt)
in
eine
geschlossene
herunterfalten,
wenn
Position
die
(nicht
Programmier-
einrichtung 20 nicht verwendet wird, wodurch die Größe der
Programmiereinrichtung 20 verringert wird und die Anzeige-
- 17 -
fläche
der
Anzeige
64
während
des
Transports
und
der
Lagerung geschützt wird.
Ein
Diskettenlaufwerk
ist
innerhalb
des
Gehäuses
60
angeordnet und über einen Disketteneingabeschlitz (nicht
dargestellt) zugänglich. Ein Festplattenlaufwerk ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 60 angeordnet, und es ist
vorgesehen,
indikator
dass
ein
Festplattenlaufwerks-Aktivitäts-
(beispielsweise
eine
nicht
dargestellte
LED)
bereitgestellt werden könnte, um einen Sichthinweis für die
Aktivierung der Festplatte zu geben.
Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, ist es häufig
erwünscht,
ein
Leitungssystems
Mittel
des
zum
Bestimmen
Patienten
des
Zustands
bereitzustellen.
des
Normaler-
weise ist die Programmiereinrichtung 20 mit externen EKGLeitungen 24 versehen. Genau diese Leitungen werden durch
die vorliegende Erfindung überflüssig gemacht.
Die
Programmiereinrichtung
20
kann
mit
einem
inneren
Drucker (nicht dargestellt) versehen sein, so dass eine
Papierkopie des EKGs eines Patienten oder einer Graphik,
die auf dem Anzeigebildschirm 64 der Programmiereinrichtung
angezeigt wird, erzeugt werden kann. Es sind mehrere Typen
von Druckern, wie der von General Scanning Co. erhältliche
Drucker AR-100, bekannt und im Handel erhältlich.
In
der
perspektivischen
Ansicht
von
Figur
2
ist
die
Programmiereinrichtung 20 mit dem mit Gelenken versehenen
Anzeigeschirm
64
dargestellt,
der
in
eine
von
mehreren
möglichen offenen Positionen angehoben wurde, so dass seine
Anzeigefläche für einen Benutzer sichtbar ist, der sich vor
der Programmiereinrichtung 20 befindet. Der mit Gelenken
- 18 -
versehene Anzeigeschirm ist vorzugsweise vom LCD-Typ oder
von einem elektrolumineszenten
Typ, der dadurch gekenn-
zeichnet ist, dass er, beispielsweise verglichen mit einer
Kathodenstrahlröhre (CRT) oder dergleichen, verhältnismäßig
dünn ist.
Wie
Durchschnittsfachleute
Anzeigeschirm
64
verstehen
wirkungsmäßig
Gehäuses
60
angeordneten
gekoppelt
und
dafür
mit
werden,
der
ist
der
innerhalb
des
Computerschaltungsanordnung
ausgelegt,
vom
internen
Computer
gesteuert eine Sichtanzeige von Graphiken und/oder Daten zu
liefern.
Die hier mit Bezug auf Figur 2 beschriebene Programmiereinrichtung 20 ist in weiteren Einzelheiten im Thomas J.
Winkler erteilten US-Patent US-A-5 345 362 mit dem Titel
"Portable
Computer
Apparatus
With
Articulating
Display
Die Programmiereinrichtung Medtronic Model 9790
ist die
Panel" beschrieben.
Einheit zum Programmieren der implantierbaren Vorrichtung,
mit der die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwirklicht
werden kann.
Figur
3
ist
ein
Blockdiagramm
der
elektronischen
Schaltungsanordnung, die den Impulsgenerator 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung bildet. Wie in Figur 3 ersichtlich
ist, weist der Schrittmacher 10 eine primäre Stimulationssteuerschaltung
21
zum
Steuern
der
Stimulations-
und
Messfunktionen der Vorrichtung auf. Die der Stimulationssteuerschaltung
21
zugeordnete
Schaltungsanordnung
kann
eine herkömmliche Konstruktion aufweisen, welche beispielsweise derjenigen entspricht, die im Sivula u.a. erteilten
- 19 -
Patent US-A-5 052 388 "Method and apparatus for implementing activity sensing in a pulse generator" offenbart ist.
In dem Maße, in dem bestimmte Bestandteile des Impulsgenerators 10 in ihrer Konstruktion und ihrer Arbeitsweise
herkömmlich
sind,
werden
diese
Bestandteile
hier
detailliert beschrieben, weil angenommen wird,
nicht
dass die
Konstruktion und die Implementation dieser Bestandteile für
Durchschnittsfachleute Routine wären. Beispielsweise weist
die Stimulationssteuerschaltung 21 in Figur 3 eine Messverstärker-Schaltungsanordnung 25, eine StimulationsimpulsAusgabeschaltungsanordnung 26, einen Kristalltaktgeber 28,
eine
Direktzugriffsspeicher-
und
Nurlesespeicher-Einheit
(RAM/ROM-Einheit) 30 und eine Zentralverarbeitungseinheit
(CPU) 32 auf, welche alle auf dem Fachgebiet wohlbekannt
sind.
Der
Schrittmacher
10
weist
auch
eine
interne
Kommuni-
kationsschaltung 34 auf, so dass er in der Lage ist, mit
der
externen
Programmier-/Steuerschaltung
20
zu
kommunizieren.
Unter weiterem Bezug auf Figur 3 sei bemerkt, dass der
Impulsgenerator 10 mit einer oder mehreren Leitungen 14
gekoppelt
transvenös
ist,
die
zwischen
sich,
der
wenn
sie
implantiert
Implantationsstelle
des
sind,
Impuls-
generators 10 und dem Herzen 16 des Patienten erstrecken,
wie
vorstehend
mit
Bezug
auf
Figur
1
erwähnt
wurde.
Physikalisch sind die Verbindungen zwischen den Leitungen
14 und den verschiedenen inneren Bestandteilen des Impulsgenerators
10
durch
eine
herkömmliche
Verbindungsblock-
anordnung 11 erleichtert, die in Figur 1 dargestellt ist.
Elektrisch kann die Kopplung der Leiter der Leitungen und
der internen elektrischen Bestandteile des Impulsgenerators
- 20 -
10 durch eine Leitungsschnittstellenschaltung 19 ermöglicht
werden, die in der Art eines Multiplexers das selektive und
dynamische
Einrichten
der
erforderlichen
Verbindungen
zwischen verschiedenen Leitern in den Leitungen 14 unter
Einschluss beispielsweise des atrialen Spitzenelektrodenleiters ATIP und des atrialen Ringelektrodenleiters ARING
und des ventrikulären Spitzenelektrodenleiters VTIP und des
ventrikulären Ringelektrodenleiters VRING und individuellen
elektrischen Bestandteilen des Impulsgenerators 10 bewirkt,
wie Durchschnittsfachleuten bekannt sein wird. Im Interesse
der Klarheit sind die spezifischen Verbindungen zwischen
den Leitungen 14 und den verschiedenen Bestandteilen des
Impulsgenerators
10
in
Figur
3
nicht
dargestellt,
wenngleich es Durchschnittsfachleuten klar sein wird, dass
die
Leitungen
14
beispielsweise
notwendigerweise
direkt
oder indirekt mit der Messverstärker-Schaltungsanordnung 24
und
der
Stimulationsimpuls-Ausgabeschaltung
26
gekoppelt
sind, wie es allgemein üblich ist, so dass elektrische
Herzsignale
zur
Messschaltungsanordnung
24
übermittelt
werden können und die Stimulationsimpulse über Leitungen 14
auf das Herzgewebe übertragen werden können. Wie in Figur 3
auch
nicht
dargestellt
anordnung
gewöhnlich
enthalten,
um
ist,
in
ist
die
Schutzschaltungs-
implantierten
beispielsweise
die
Vorrichtungen
Messschaltungsanordnung
der Vorrichtung vor Hochspannungs-Stimulationsimpulsen zu
schützen.
Wie vorstehend
steuerschaltung
erwähnt wurde,
20
die
enthält die Stimulations-
Zentralverarbeitungseinheit
32,
welche ein handelsüblicher programmierbarer Mikroprozessor
oder
eine
handelsübliche
programmierbare
Mikrosteuer-
einrichtung sein kann, die jedoch gemäß der vorliegenden
Erfindung eine kundenspezifische integrierte Schaltung ist.
- 21 -
Wenngleich spezifische Verbindungen zwischen der CPU 32 und
anderen Bestandteilen der Stimulationssteuerschaltung 20 in
Figur
3
nicht
dargestellt
sind,
werden
Durchschnitts-
fachleute verstehen, dass die CPU 32 den Zeitablauf der
Stimulationsimpuls-Ausgabeschaltung
verstärkerschaltung
24
unter
26
der
und
der
Kontrolle
der
Messin
der
RAM/ROM-Einheit 30 gespeicherten Programmierung steuert. Es
wird
angenommen,
dass
Durchschnittsfachleute
mit
dieser
Betriebsanordnung vertraut sind.
Unter fortgesetztem Bezug auf Figur 3 sei bemerkt, dass die
Kristalloszillatorschaltung
bevorzugten
28,
Ausführungsform
gemäß
ein
der
gegenwärtig
kristallgesteuerter
Oszillator mit 32768 Hz, der Stimulationssteuerschaltung 21
Hauptzeittaktsignale zuführt. Wiederum sind die Leitungen,
über
die
diese
gesteuerten
Taktsignale
Bestandteilen
den
des
verschiedenen
zeitlich
Impulsgenerators
10
(beispielsweise dem Mikroprozessor 32) zugeführt werden, in
Figur 3 im Interesse der Klarheit fortgelassen.
Es
sei
bemerkt,
dass
die
verschiedenen
in
Figur
3
dargestellten Bestandteile des Impulsgenerators 10 durch
eine Batterie (nicht dargestellt) mit Energie versorgt werden, die im hermetisch abgeschlossenen Gehäuse des Schrittmachers 10 enthalten ist, wie es auf dem Fachgebiet üblich
ist. Im Interesse der Klarheit sind in den Figuren die
Batterie und die Verbindungen zwischen ihr und den anderen
Bestandteilen des Impulsgenerators 10 nicht dargestellt.
Die Stimulationsimpuls-Ausgabeschaltung 26, die unter der
Steuerung
von
der
CPU
32
ausgegebener
Signale
Herz-
stimulationsimpulse erzeugt, kann beispielsweise von dem
Typ
sein,
der
im
Thompson
erteilten
US-Patent
US-A-
- 22 -
4 476 868 mit dem Titel "Body Stimulator Output Circuit"
offenbart ist.
Wiederum
wird
fachleute
jedoch
unter
angenommen,
vielen
dass
Durchschnitts-
verschiedenen
Typen
von
Stimulationsausgabeschaltungen aus dem Stand der Technik
auswählen könnten, die zum Verwirklichen der vorliegenden
Erfindung geeignet wären.
Die
Messverstärkerschaltung
24,
die
eine
herkömmliche
Konstruktion aufweist, bewirkt das Empfangen elektrischer
Herzsignale von Leitungen 14 und das Verarbeiten dieser
Signale
zum
Auftreten
Ableiten
spezifischer
von
Ereignissignalen,
elektrischer
die
Herzereignisse
das
unter
Einschluss atrialer Kontraktionen (P-Zacken) und ventrikulärer Kontraktionen (R-Zacken) wiedergeben. Die CPU führt
diese Ereignisse angebenden Signale der CPU 32 zu, um sie
beim
Steuern
der
synchronen
Stimulationsoperationen
des
Impulsgenerators 10 zu verwenden, wie es auf dem Fachgebiet
allgemein üblich
angebenden
ist. Weiterhin
Signale
über
eine
können diese
Ereignisse
Aufwärtsübertragung
zur
externen Programmiereinheit 20 übermittelt werden, um einem
Arzt oder einem Kliniker eine Sichtanzeige bereitzustellen.
Durchschnittsfachleute werden verstehen, dass der Schrittmacher 10 zahlreiche andere Bestandteile und Untersysteme,
beispielsweise
Aktivitätssensoren
und
zugeordnete
Schaltungsanordnung, aufweisen kann. Das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein
dieser
zusätzlichen
Bestandteile
im
Schrittmacher 10 wird jedoch nicht als zur vorliegenden
Erfindung
gehörend
angesehen,
welche
in
erster
Linie
leitungsfreie Elektroden betrifft, die für die Implementation und die Arbeitsweise des Kommunikationsuntersystems
- 23 -
34
im
Schrittmacher
10
und
kationsuntersystems in der
eines
zugeordneten
Kommuni-
externen Einheit 20
nützlich
sind.
Figur 4 ist eine Schnittansicht einer einfassenden Abschirmung 48, worin elektrische Verbindungen der Elektroden zu
der von Isolatoren 43 umgebenen Hybridschaltungsanordnung
dargestellt sind. Die Einfassung weist eingesenkte Schalen
49b und elektrische Kontakte 49a auf, die alle durch eine
röhrenförmige Verdrahtung 53 mit der Hybridschaltungsanordnung (nicht dargestellt) verbunden sind. Die röhrenförmige
Verdrahtung 53 ist an Durchführungskontakte 52 geschweißt,
die sich am oberen Teil der Platine befinden, welche die
Hybridschaltungsanordnung
binden
die
Spitze
und
hält.
den
Andere
Ring
der
Kontakte
64
ver-
atrialen
und
der
ventrikulären Stimulationsleitung mit der Hybridschaltungsanordnung.
Figur
5
welche
ist
die
eine
Schnittansicht
bevorzugte
vorliegenden
Erfindung
einer
Ausführungsform
verwendeten
Spiralspule
einer
Elektrode
61,
gemäß
der
ist.
Die
Spiralspule 61 besteht aus einem Draht aus Titan oder einem
anderen
Metall
der
Titangruppe,
Platin,
einer
Platin-
legierung oder einem Metall der Platingruppe, dessen Oberfläche durch Sputtern, Platinieren, Ionenätzen, Sintern,
Ätzen
werden
oder
eine
kann,
um
Kombination
dieser
eine
spezifische
große
Prozesse
behandelt
Oberfläche
zu
erzeugen. Die Spiralspule 61a ist dafür ausgelegt, in eine
Einsenkungsmulde 49c (siehe Figur 6) zu passen, in der eine
Spiralspule 61b ruht. Das vorstehende Ende einer Spiralspule
61c
ist
zusammenhängend
mit
der
röhrenförmigen
Verdrahtung 53 hergestellt (siehe Figur 6). Die einstückige
zusammenhängende
Konstruktion
beseitigt
eine
zusätzliche
- 24 -
Schweißung oder Verbindung an der eigentlichen Elektrode.
Das
Beseitigen
der
Schweißung
in
diesem
Bereich
ist
wichtig, weil dadurch die Möglichkeit ausgeschlossen wird,
dass
zwei
unähnliche
Metalle
innerhalb
der
ionischen
Umgebung miteinander reagieren und ein fehlerhaftes Signal
in das System eingebracht wird. Durch das Entfernen der
Schweißung
wird
auch
ausgeschlossen,
dass
Intermetall-
verbindungen während des Schweißens gebildet werden.
Figur 6 ist eine Schnittansicht der in die Mulde 49c an der
Basis der eingesenkten Schale 49b, die in die nachgiebige
Abschirmung 48 (siehe Figur 4) eingepasst ist, eingepassten
Spiralspule
61.
Dünnfilmbeschichtungen
durch
Sputtern
(poröser TiN), Platinieren (Platinschwarz) oder Aufbringungen
von
Kombination
RuO,
Ionenätzen,
dieser
Prozesse
Sintern,
zum
spezifischen Oberfläche können
Ätzen
Erzeugen
oder
einer
eine
großen
verwendet werden, um die
Oberfläche des Spiralspulendrahts 61 zu behandeln. Größere
Oberflächen
wodurch
verringern
niedrigere
die
Impedanz
Impedanzen
bei
zwischen
kleineren
Flächen,
Frequenzen
ermöglicht werden und das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht
wird.
Der
Draht
wird
aus
beliebigen
Metallen
der
Titangruppe, sowie Platin, einer Platinlegierung oder einem
Metall
aus
der
Platingruppe
mit
oder
ohne
Legierungs-
komponenten hergestellt.
Die Räume um die Spiralspule 61 ermöglichen das Fließen von
Körperflüssigkeiten um die Metallspulen, zwischen ihnen und
unter
ihnen.
Körperflüssigkeiten
haben
Leitungseigen-
schaften, welche es ermöglichen, dass Herzdepolarisationswellen
die
Spiralelektrode
sationswellen
werden
als
61
erreichen.
Änderungen
des
Die
Depolari-
elektrischen
Potentials erfasst und über den vom Isolator 63 geschützten
- 25 -
zusammenhängenden röhrenförmigen Draht, wenn der Draht aus
der
Mulde
49c
austritt,
übertragen.
Das
röhrenförmige
Material 53 hält den Draht von anderen elektrischen Potentialen isoliert und schützt den zusammenhängenden Draht.
Dieser
zusammenhängende,
leitfähige
Draht
überträgt
das
Signal bzw. die Signale zu dem Verstärker bzw. den Verstärkern,
der
Hybridschaltungsanordnung
und
dem
Mikro-
prozessor, um es zu verarbeiten und in EKG-Spuren umzuwandeln, die von einem Drucker gedruckt werden können, der
sich in der Programmiereinrichtung 20 befindet. Ein nachgiebiges Abschirmteil 48 (siehe Figur 4) dient dazu, die
eingesenkte Schale in Position in Bezug auf andere Spulen
zu halten, wobei der Abstand für eine orthogonale oder
gleichseitige
Erfassung
der
Herzdepolarisationswellen
notwendig ist.
Figur 7 ist eine Schnittansicht einer eingesenkten Schale,
bei der eine Kreuzschraffur von Erhöhungen und Vertiefungen
66 in der Mulde 49c an der Basis der eingesenkten Schale
49b verwendet wird. Diese Erhöhungen und Vertiefungen sind
mit
dem
in
verwendeten
der
Polymer
eingesenkten
Schale
zusammenhängend.
und
Eine
der
Mulde
alternative
Elektrodenausführungsform, die mit der kreuzschraffierten
Basis verwendet werden kann, verwendet eine dünne, feste
Kugelelektrode 68, die auf der Kreuzschraffur 66 liegt. Von
oben
betrachtet,
dargestellt
würde
erscheinen.
die
Kreuzschraffur
Wiederum
von
oben
67
wie
betrachtet,
erscheinen individuelle Erhöhungen 66a wie in der Einsatzzeichnung dargestellt ist. Wiederum auf die Kreuzschraffur
Bezug
nehmend,
sei
bemerkt,
dass
die
Erhöhungen
und
Vertiefungen 66 die Elektrode mechanisch stabilisieren und
die
Möglichkeit
der
Elektrode
elektrokinetischer
verringern
(Gewebe-
Potentialstörungen
oder
an
Fluidbewegungs-
- 26 -
artefakt). Das Muster der kreuzschraffierten Erhöhungen und
Vertiefungen stellt eine minimale Kontaktfläche zwischen
dem Draht und dem zur Bildung der eingesenkten Schale 49b
und der Mulde 49c verwendeten Polymer bereit. Der Zweck der
Kreuzschraffur besteht darin, die Elektrode 68 zu stützen,
während ein Fluidkontakt um die Elektrode herum, zwischen
Elektroden und
unter der Elektrode bereitgestellt wird.
Körperflüssigkeiten haben leitende Eigenschaften, die es
ermöglichen, dass Herzdepolarisationswellen die Elektrode
68 erreichen. Weil die dünne, feste Kugelelektrode 68 nicht
zusammenhängend mit der röhrenförmigen Verdrahtung 53 ist,
ist eine kleine Metallplatte 65, die an die röhrenförmige
Verdrahtung
53
gebondet
oder
geschweißt
ist,
an
die
Unterseite der Elektrode 68 geschweißt.
Herzdepolarisationswellen
elektrischen
Potentials
werden
erfasst
als
und
Änderungen
über
den
des
zusammen-
hängenden röhrenförmigen Draht übertragen, der vom Isolator
63
geschützt
wird,
wenn
der
Draht
aus
der
Mulde
49c
austritt. Ein röhrenförmiges Material 53, das den Draht von
anderen
elektrischen
Potentialen
isoliert
hält,
schützt
dann den zusammenhängenden Draht. Dieser leitfähige Draht
überträgt das Signal bzw. die Signale zum Verstärker bzw.
zu den Verstärkern, zur Hybridschaltungsanordnung und zum
Mikroprozessor,
um
es
zu
verarbeiten
und
in
EKG-Spuren
umzuwandeln, die von dem Drucker gedruckt werden, der sich
in der Programmiereinrichtung 20 befindet. Ein nachgiebiges
Abschirmteil 48 (siehe Figur 4) dient dazu, die eingesenkte
Schale in Position in Bezug auf andere Spulen zu halten,
wobei der Abstand für eine orthogonale oder gleichseitige
Erfassung der Herzdepolarisationswellen notwendig ist.
Figur 8 ist eine Schnittansicht einer mit einem Eingangs-
- 27 -
loch versehenen Schutzkappe 69a, die über die eingesenkte
Schale 49b und in diese hinein gepasst ist. Die Schutzkappe
69a ist mit einem Eingangsloch versehen, um das Eintreten
von Fluid in das aktive Elektrodenelement zu ermöglichen,
und sie ist über der Mulde 69c angeordnet, die die aktive
Elektrode
68
enthält.
Diese
Kappe
gleitet
in
die
eingesenkte Schale 49b, berührt die Elektrode 68 und übt
einen Druck 70 auf die Elektrode aus, wodurch sie gegen den
kreuzschraffierten Boden 66 der Mulde 49c gedrückt wird,
wodurch eine Bewegung der Elektrode verhindert wird. Die
aus einem Polymer, wie Urethan, hergestellte Kappe dient
auch dem Dämpfen einer externen Fluidbewegung, die andernfalls
das
aktive
Element
erreichen
könnte
und
elektrokinetische Potentialtransienten hervorrufen könnte.
Eine bevorzugte Konstruktion für die Öffnungen in der Kappe
ist eine, bei der die Tragelemente alle senkrecht zu den
Elementen
des
spulenförmigen
Drahts,
d.h.
radial,
verlaufen, wie bei 69a dargestellt ist.
Die Rippen im Querschnitt 69b sind oben abgerundet, um
scharfe Kanten zu beseitigen, wodurch ein glattes Aussehen
bereitgestellt ist. Der Außendurchmesser der schützenden
Kappe ist bemessen, um einen Gleitsitz 69c in
die die
Elektrode enthaltende Mulde bereitzustellen. Die Schutzkappe kann dann mit einem geeigneten Verbindungsmittel mit
der
Wand
des
mit
Einsenkungen
versehenen
Gehäuses
49b
verbunden werden. Die Kappe und die Elektrodenmulde müssen
den Draht 53 aufnehmen, der zur Hybridschaltungsanordnung
führt.
Eine
kleine
Öffnung
in
der
Seite
des
mit
Einsenkungen versehenen Gehäuses dient dazu, den röhrenförmigen
Draht
von
der
Elektrode
zur
Hybridschaltungs-
anordnung zu führen. Der Isolator 63 dient als Anker für
den Draht 53, während das Verbindungsmaterial zur kleinen
- 28 -
Metallplatte 65 als eine Dichtung dient.
Figur 9 zeigt eine Schnittansicht der rechteckigen Spulenelektroden 70 und 71 sowie eine perspektivische Ansicht 72
derselben Elektrode, welche eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Die rechteckige Spule
70 besteht aus einem Draht aus Titan oder einem anderen
Metall der Titangruppe, Platin, einer Platinlegierung oder
einem
Metall
der
Platingruppe,
dessen
Oberfläche
durch
Sputtern, Platinieren, Ionenätzen, Sintern, Ätzen oder eine
Kombination dieser Prozesse behandelt werden kann, um eine
große spezifische Oberfläche zu erzeugen. Die rechteckige
Spule 70 ist dafür ausgelegt, in eine rechteckige Einsenkungsmulde
49c
(gegenüber
der
in
Figur
6
dargestellten
modifiziert) zu passen, in der eine rechteckige Spule 71
ruht. Das vorstehende Ende einer rechteckigen Spule 70a ist
zusammenhängend
hergestellt
mit
(siehe
der
Figur
röhrenförmigen
6).
Die
Verdrahtung
einstückige
53
zusammen-
hängende Konstruktion beseitigt eine zusätzliche Schweißung
oder
Verbindung
an
der
eigentlichen
Elektrode.
Das
Beseitigen der Schweißung in diesem Bereich ist wichtig,
weil dadurch die Möglichkeit ausgeschlossen wird, dass zwei
unähnliche
Metalle
innerhalb
der
ionischen
Umgebung
miteinander reagieren und ein fehlerhaftes Signal in das
System eingebracht wird. Durch das Entfernen der Schweißung
wird
auch
ausgeschlossen,
dass
Intermetallverbindungen
während des Schweißens gebildet werden.
Wenngleich
bestimmte
Ausführungsformen
der
vorliegenden
Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, dienen diese
nur als Beispiel.
- 29 -
EP 01 977 619.4
F44 324 EP/DE
Medtronic, Inc.
Patentansprüche
1. Vorrichtung
zur
leitungsfreien
Erfassung
elektro-
kardiographischer Daten unter Verwendung einer Anordnung
subkutaner
Elektroden
(61,
68,
70,
71),
um
Herz-
depolarisationssignale, die sehr klein sind, und Signale
mit
niedrigen
Anstiegsgeschwindigkeiten
zu
detektieren,
wobei die Vorrichtung aufweist:
ein hermetisch gedichtetes Gehäuse,
eine Vielzahl subkutaner Elektroden (61, 68, 70, 71), die
durch eine nachgiebige Einfassung (48), die in der Außenfläche des Gehäuses montiert ist, an einem Impulsgenerator
(10) befestigt sind, und
eine Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung innerhalb des
Gehäuses, die elektrisch mit der Vielzahl von Elektroden
gekoppelt ist, um Herzsignale zu detektieren und elektrokardiographische
Daten
bereitzustellen,
wobei
die
Ober-
fläche der Vielzahl von Elektroden gegen einen direkten
Kontakt
mit
Körpergewebe
und
sich
bewegenden
Körper-
flüssigkeiten isoliert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche der
Elektroden mit einer Elektrodenbeschichtung, wie Platinschwarz oder Titannitrid, behandelt ist, um Signalleitungsund Depolarisationseigenschaften zu verbessern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl
- 30 -
der Elektroden eine zusammenhängende Drahtverbindung ohne
Schweißungen
oder
Bondverbindungen
an
der
Elektroden-
oberfläche aufweist.
4. Vorrichtung
wobei
die
nach
einem
Elektroden
in
der
voranstehenden
Ansprüche,
dem
Gehäuse,
von
frei
jeder
chemischen Bindung, in einem eingesenkten Abschnitt (496)
des Gehäuses verankert sind.
5. Vorrichtung
nach
Anspruch
4,
wobei
ein
Teil
der
Elektrode, der
durch den eingesenkten Abschnitt bedeckt
ist, minimal ist, um Potentialausschläge zu verhindern, die
durch
Körperflüssigkeitskriechen
eingeschlossenen
Sauerstoffs
oder
oder
Gradienten
Wasserstoffs
hervor-
gerufen werden.
6. Vorrichtung
wobei
die
nach
einem
Elektroden
der
eine
voranstehenden
spulenförmige
Ansprüche,
Elektroden-
konstruktion (70, 71) in einer rechteckigen Konfiguration
aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Elektroden eine flache Plattenelektrode (68) aufweisen, die
in
eine
Mulde
des
mit
Einsenkungen
versehenen
Gehäuses
eingebettet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die flache Plattenelektrode
stabilisiert
gegen
ist,
elektromagnetische
indem
der
Boden
des
Potentialstörungen
mit
Einsenkungen
versehenen Gehäuses mit einer kreuzschraffierten Struktur
(66) mit Erhöhungen und Vertiefungen, die so ausgebildet
sind,
dass
zwischen
der
Platte
und
dem
in
dem
mit
Einsenkungen versehenen Gehäuse verwendeten Polymer eine
- 31 -
minimale Kontaktfläche vorhanden ist, strukturiert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die kreuzschraffierte
Struktur die Elektrode trägt und einen Fluidkontakt bzw.
Körperflüssigkeitskontakt
mit
der
Unterseite
der
Elektrodenfläche ermöglicht.
10. Vorrichtung
nach
Anspruch
7,
8
oder
9,
wobei
eine
Schutzkappe (69a) angeordnet ist, um das Eindringen von
Körperflüssigkeiten in das aktive elektrische Element zu
ermöglichen, wobei die Schutzkappe über dem eingesenkten
Abschnitt angeordnet ist, der die flache Elektrode enthält.
11. Vorrichtung
nach
Anspruch
10,
wobei
die
Kappe
so
aufgebaut ist, dass ein Druck auf die Elektrode ausgeübt
wird,
um
gegen
Einsenkungen
den
strukturierten
versehenen
Gehäuses
zu
Boden
des
mit
drücken,
um
eine
Bewegung der Elektrode zu verhindern.
12. Vorrichtung
aufgebaut
ist,
nach
dass
Anspruch
eine
11,
wobei
äußere
die
Kappe
Fluidbewegung
so
bzw.
Körperflüssigkeitsbewegung gedämpft wird, die andernfalls
die
Elektrode
erreichen
könnte
und
elektrokinetische
Transienten hervorrufen könnte.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Elektroden eine Spiralspulenelektrode (61) einschließen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse Wände
aufweist, in die Körperflüssigkeit fließen kann, so dass
die Körperflüssigkeit sich oberhalb der Spiralelektroden
und um diese herum befindet und durch eine kleine Umfangsmulde, die in der Basis des mit Einsenkungen versehenen
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Gehäuses gebildet ist, in das Gehäuse eingeschlossen ist.
15. Vorrichtung
nach
Anspruch
13
oder
14,
wobei
die
Spiralelektrode Spiralspulen aufweist, die aus Materialien
bestehen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus
Platin, Platinlegierungen und Metallen der Platingruppe mit
oder ohne Legierungskomponenten besteht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, wobei die
Spiralelektroden
eine
Spiralspule
aufweisen,
welche
ein
proximales Ende eines zusammenhängenden Drahts bildet, der
beim Austreten aus dem mit Einsenkungen versehenen Gehäuse
durch röhrenförmige Isolationsmaterialien isoliert ist.
17. Vorrichtung
nach
Anspruch
16,
wobei
das
isolierte
röhrenförmige Isolationsmaterial in Kanäle eingeführt ist,
die sich am inneren Bogen an einer nachgiebigen Einfassung
befinden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei ein distales Ende
des zusammenhängenden Drahts an die Verbinderdurchführungsanordnung
in
Kontakt
mit
Verstärkern
in
einer
Mikro-
prozessorschaltungsanordnung geschweißt ist.
19. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei
die
behandelt
Elektrodenoberfläche
ist,
um
vor
einer
mit
einer
Beschichtung
Verunreinigung
während
der
Handhabung zu schützen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Beschichtung
Dexamethasonnatriumphosphat
bereitzustellen
und
die
aufweist,
Befeuchtung
um
einen
der
oberfläche nach der Implantation zu verbessern.
Schutz
Elektroden-
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21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei leitfähige Hydrogele auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht sind, um vor
einer Beschädigung während der Handhabung zu schützen und
eine Verunreinigung zu verhindern.
22. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei
der
Abstand
der
Elektroden
um
die
nachgiebige
Einfassung einen maximalen Elektrodenabstand bereitstellt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Abstand das
maximale
durchschnittliche
Signal
bei
Verwendung
zweier
gleicher Vektoren aufrechterhält.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Abstand der
gleichen Vektoren einen 90°-Winkel-Vektor aufweist.
25. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei
das
mit
Polymer besteht.
Einsenkungen
versehene
Gehäuse
aus
einem
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