DE2643956C2 - Elektrodensystem zur Rhythmuskorrektur eines funktionsgestörten Herzens - Google Patents

Elektrodensystem zur Rhythmuskorrektur eines funktionsgestörten Herzens

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DE2643956C2 DE2643956A DE2643956A DE2643956C2 DE 2643956 C2 DE2643956 C2 DE 2643956C2 DE 2643956 A DE2643956 A DE 2643956A DE 2643956 A DE2643956 A DE 2643956A DE 2643956 C2 DE2643956 C2 DE 2643956C2
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    • A61N1/0587—Epicardial electrode systems; Endocardial electrodes piercing the pericardium

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrodensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine häufige Herzrhythmusstörung ist das Herzkammerflimmem, das sich in wogenden Bewegungen der Herzkammern infolge ungeordneter, ungleichzeitiger Zusammenziehung der einzelnen Muskelfasern äußert und innerhalb kürzester Zeit zum Tode führt, wenn keine Defibrillation mit einem energiereichen elektrischen Strom stattfindet
Es ist bekannt, beim Auftreten des Kammerflimmerns zur Defibrillation oder Kardioversion Scheibenelektroden an den Brustkorb des Patienten anzulegen, so daß ein Teil des über diese Elektroden zugeführten Stroms auch den Herzmuskel erreicht Findet die Defibrillation aber von außen statt, muß dem Patienten eine sehr viel höhere elektrische Energie zugeführt werden, als sie benötigt würde, wenn die Elektroden unmittelbar an das Herz angelegt werden.
Bei einer Operation am offenen Herzen ist es üblich, Scheibenelektroden direkt an die Oberfläche des Herzens anz-jlegen. Endothorakische Elektroden bestehen im allgemeinen aus kreisförmigen Scheiben von etwa 10 cm Durchmesser aus einem leitenden Metall, beispielsweise nicht rostendem Stahl, und werden im allgemeinen auf einander entgegengesetzten Seiten des Herzens an die Herzkammerwände angelegt.
Bei einem anderen bekannten Elektrodensystem der eingangs angegebenen Art (Proceedings of the 3rd International Conference on Medical Electronics, London 1960, S. 265-267) wird eine Anordnung der Elektroden seitlich an den Herzkammerwänden vorgeschlagen, wobei sich die Elektroden möglichst großflächig an die seitlichen Herzkammerwände anschließen sollen, um eine möglichst einheitliche Verteilung der Impulsbelastung auf die Fibrillen des Herzens und damit eine geringe Schädigung der Fibrillen zu erreichen. Die an die seitlichen Herzkammerwände angelegten Elektroden müssen so breit und lang sein, daß die über der kritisehen Herzmuskelmenge liegende Menge des Herzmuskels durch den Stromimpuls stimuliert und synchronisiert werden kann. Derart großflächige Elektroden lassen sich jedoch nur mit Schwierigkeiten an den Herzseitenwänden befestigen und darüber hinaus können sie so die Herzkontraktion beeinträchtigen. Schließlich muß großflächigen Elektroden auch ein energiereicherer Strom zugeführt werden, der einen höheren Energieverbrauch bedingt, wodurch die Verwendung im Zusammenhang mit implantierbaren Defibrillatoren problematisch wird. In diesem Zusammenhang ist in der Veröffentlichung auch erwähnt worden, daß das Problem der Schaffung eines Impulses mit gutem Wirkungsgrad bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst worden sei.
bo Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrodensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das in einfacher und sicherer Weise im Bereich des Herzens implantierbar ist und bei geringem Energieverbrauch eine Defibrillation des Herzens ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Elektrodensystem nach der Erfindung läßt sich einmal sicher und ohne Beeinträchti-
gung der Herzfunktion am Her/.cn anordnen und gewährleistet zum anderen, daß die durch die Elektroden zugeführte elektrische Energie zur Herzrhythmuskorrektur im wesentlichen vollständig die kritischen Bereiche des Herzens, d. h. das Reizleitungssystem des Herzens, erreicht
Die Herzbasis-Elektrode kann dabei so bemessen und geformt sein, daß sie sich unter Anpassung an den Um riß des Herzens um mindestens einen Teil des Herzumfangs erstrecken kann. Die im oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode kann auch eine intravenös einführbare Elektrode sein. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 4—9 beschrieben worden.. Der Stand der Technik sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt
Fig. 1 schematisch eine Vorderansicht des Herzens mit einer bekannten Scheibenelektrodenanorunung für die Defibrillation,
F i g. 2 schematisch eine Vorderansicht eines Herzens mit einem seiner Basis und seiner Spitze angepaßten Elektrodensystem,
F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Herzens mit einer der Herzspitze angepaßten Elektrode und einer intravenös eingeführten Elektrode,
F i g. 4 eine perspektivische Darstellung der Herzspitzenelektrode nach F i g. 2,
F i g. 5 eine Draufsicht auf die inneren Flächen der Herzbasis-Elektrode nach F i g. 2,
F i g. 6 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Elektrodensystcms mit einer Herzbasis- und einer Herzspitzenelektrode,
F i g. 7 einen Querschnitt durch eine Herzbasis-Elektrode,
F i g. 8 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Herzbasiselektrode und
Fig.9 eine schematische Darstellung eines Herzens mit einer weiteren Ausführungsform einer Herzbasiselektrode.
Zunächst wird an Hand der Fig. 1 der allgemeine Aufbau eines Herzens 10 beschrieben. Dieses hat eine rechte Herzkammer 12 und eine linke Herzkammer 14, einen rechten Vorhof 16, einen linken Vorhof 18, ferner eine obere Hohlvene 20 und eine untere Hohlvene 22, die Blut in den rechten Vorhof 16 abgeben. Man erkennt ferner die Pulmonalarterie 24, die Aorta 26, den Aortenbogen 28, die Herzinnenhaut 30, den Herzmuskel 32 und das Epikard 34 des Herzens 10, sowie die Herzbeutelhöhle 36. Das äußere Blatt des Herzbeutels ist nicht dargestellt Im oberen Bereich des Herzens 38 (Herzbasis) grenzen die Vorhöfe und die Herzkammern aneinander. Die Herzspitze ist mit 40 bezeichnet.
Auf entgegengesetzten Seiten des Herzens liegen an den Wänden der rechten und linken Herzkammer zwei zur Defibrillation dienende Scheibenelektroden 42 und 44 an. Jede Scheibenelektrode besitzt eine allgemein kreisförmige, leitende Scheibe 46 sowie einen isolierten Handgriff 48, den der Chirurg erfassen kann, und ist mit einem elektrischen Anschlußleiter 50 versehen. Wenn man den Scheibenelektroden 42 und 44 elektrische Energie zuführt, wird zwischen ihnen ein elektrisches Feld aufgebaut, das durch die Feldlinien 52 und 54 dargestellt ist. Mit 52 sind die stärker konzentrierten und mit 54 die stärker gestreuten Feldlinien bezeichnet. Im allgemeinen ist das von den bekannten Scheibenelektroden zur Innendefibrillation erzeugte elektrische Feld ziemlich gut konzentriert, so daß mit ihm eine gute Defibrillutionswirkung erzielt werden kann.
An Hand der F i g. 2 wird nun ein Elektrodensystem mit einer Herzbasiselektrode 70 und einer Herzspitzenelektrode 82 beschrieben. Beide Elektroden 70 und 82 sind geteilt. Die Herzbasiselektrode 70 besitzt einen rechten Teil 72 und einen linken Teil 74. Der größere, rechte Teil 72 liegt an der Rückwand und der Seitenwand des rechten Vorhofs und der kleinere, linke Teil 72 an der Vorderwand und der Seitenwand des linken Vorhofs an. In dieser Ausführungsform läßt die Elektrode 70 die Pulmonalarterie 24 frei, damit diese nicht zusammengedrückt wird. Den Teilen 72 und 74 der Herzbasiselektrode ist je ein eigener elektrischer Anschlußleiter 76 bzw. 78 zugeordnet Diese Leiter sind bei 68 Y-förmig an einen gemeinsamen Leiter 80 angeschlossen. Alle Elektrodenanschlußleiter 76,78 und 80 sind natürlich gegenüber dem Körpergewebe isoliert Diese Isolierung ist teilweise nicht dargestellt Ferner sind der rechte und der linke Teil 72 und 74 der Herzbasiselektrode auf ihren dem Herz 10 abgekehrten Seiten gegenüber dem Körpergewebe isoliert und haben sie auf ihren dem Herzen zugekehrten Seiten leitende Flächen.
Die Herzspitzenelektrode 82 besitzt ein aus elektrisch leitendem Material bestehendes Band 84, welches das Herz im Bereich seiner Spitze 40 im wesentlichen vollständig umgibt Das Band 84 ist bei 85 geteilt, damit es verschieden geformten Herzspitzen angepaßt werden kann. Die dem Herzen abgekehrte Oberfläche der Herzspitzenelektrode 82 ist mit einem Isoliermaterial 86 abgedeckt, welches die ganze Herzspitze kappenförmig bedeckt. Auf der dem Herzen zugekehrten Fläche hat die Herzspitzenelcktrode 82 ebenso wie die Herzbasiselektrode 70 eine leitende Fläche. Der Herzspitzenelektrode 82 wird elektrische Energie über einen Anschlußleiter 88 zugeführt, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Herzspitze aufwärts führt Die Herzspitzenelektrode kann vollständig im Mittelfeldraum angeordnet werden, so daß kein Eingriff in den Rippenfellraum erforderlich ist.
Über die Anschlußleiter 80 und 88 zugeführte elektrische Energie bewirkt den Aufbau eines elektrischen Feldes, das in F i g. 3 durch Feldlinien 90 dargestellt ist. Diese zwischen der Herzbasiselektrode 70 und der Herzspitzenelektrode 82 vorhandenen Feldlinien 90 sind im Herz selbst im wesentlichen gut konzentriert, so daß zur Defibrillation eines kranken Herzens weniger elektrische Energie erforderlich ist als bisher.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die an der Herzspitze 40 vorgesehene Herzspitzenelektrode 82 so mit der vorstehend anhand der F i g. 2 beschriebenen identisch. Sie besitzt ein dem Herz angepaßtes, leitendes Band 84, das an seiner Außenfläche mit einer Isolierschicht 86 versehen ist, die eine die Herzspitze umgebende Kappe bildet. Die Herzspitzenelektrode 82 wirkt mit einer intravenös eingeführten Elektrode 92 zusammen.
Die Elektrode 92 besteht aus einem kleinen intravaskularen Katheter, der in der oberen Hohlvene 20 angeordnet werden kann und dessen leitende Elemente aus bo Bändern 94 bestehen, denen über den Anschlußleiter 96 elektrische Energie zugeführt wird. Über die Anschlußleiter Ρ* und 96 dem Raum zwischen den Elektroden 82 und 92 zugeführte elektrische Energie bewirkt in dem Herzen 10 den Aufbau eines elektrischen Feldes, das t>5 durch die Feldlinien 98 und 100 dargestellt ist. Die zentraler angeordneten Feldlinien 98 gehen durch die zentralen Bereiche des Herzens. Die weiter entfernten Feldlinien 100 verlaufen an den Außenflächen der Herz-
kammerwände. In dieser Ausführungsform fließt durch den Herzmuskel mehr elektrische Energie als in der bekannten Anordnung gemäß F i g. 2. Infolge des Ersatzes der im Bereich der rechten Herzkammer angeordneten, distalen Elektrode der bekannten Anordnung durch eine sich außen im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende Herzspitzenelektrode müssen die von einer Elektrode zur anderen gehenden Feldlinien notwendigerweise durch den Herzmuskel gehen.
In den Fig.4 bis 5 sind Einzelheiten der Herzbasis- und der Herzspitzenelektrode der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist in F i g. 4 die dem Herz zugekehrte Fläche der Herzspitzenclektrode 82 schaubildlich gezeigt. Fig.5 ist eine ähnliche Darstellung der leitenden Fläche der Herzbasiselektrode 70. Das Band 84 der Herzspitzeneiektrode 82 besieht aus einem feinen Maschenwerk 102 aus leitendem, beispielsweise hochleitfähigem Metall, wie Platin, Silber oder einer Platinlegierung und kann beispielsweise 6 Maschen pro mm haben. Jedes Element des Maschenwerks 102 hat einen Durchmesser von 25—76 mm. An dem Maschenwerk 102 ist bei 106 ein elektrischer Anschlußleiter 104 angeschweißt, dessen Ausbildung nachstehend genauer beschrieben wird und der in einem biegsamen Isoliermantel 108 angeordnet ist und mit diesem ein elektrisches Anschlußkabel 88 bildet.
Die in F i g. 5 gezeigte Herzbasiselektrode ist ähnlich aufgebaut wie die vorstehend anhand der F i g. 5 und 6 beschriebene Herzspitzenelektrode 82. Der rechte Teil 72 der Herzbasiselektrode 70 besitzt ein Drahtmaschcnwerk 124. Der linke Teil 74 der Herzbasiselektrode besitzt als leitendes Element ein Drahtmaschen werk 126. Die elektrischen Anschlußleiter 76 und 78 sind bei 138 an die Maschenwerke des rechten bzw. linken Teils der Herzbasiselektrode angeschweißt Das metallische Maschenwerk 126 des linken Teils 74 der Herzbasiselektrode ist an seiner Außenfläche mit einer Isoliermaterialschicht 140 versehen, die ebenso wie das Isoliermaterial 133 aus Silikonkautschuk besteht.
Im Gebrauch der in den F i g. 2,3 und 5 dargestellten Elektrodensysteme mit einer Herzbasis- und einer Herzspitzenelektrode soll die Herzspitzenelektrode im Bereich des untersten Drittels des Herzens zu liegen kommen und soll die Herzbasiselektrode das Herz im Bereich der Vorhöfe in einem Winkelbereich von 70 bis 140 Grad umgeben.
Anhand der F i g. 6 soll nun eine weitere Ausführungsform des Elektrodensystems mit einer Herzbasis- und einer Herzspitzenelektrode beschrieben werden. Die Herzbasiselektrode 142 hat die Form eines einstükkigen Bandes 144, das bei 146 geteilt ist, damit sich die Vorhofwände frei bewegen können. Das Band 144 besitzt ein Isolierband 148, in dem mehrere Metallplättchen 150 eingebettet oder auf andere Weise sandwichartig angeordnet sind. Einander benachbarte Plättchen 150 sind miteinander durch elektrische Leiter 152 verbunden. Die Herzbasiselektrode 142 wird über einen elektrischen Anschlußleiter 154 gespeist, der bei 156 an eins der Plättchen 150 angeschweißt ist. Die Außenfläche des Bandes 144 ist durch das Isolierband 148 vollkommen isoliert Dagegen ist das Band 144 in seiner dem Herz zugekehrten Innenfläche mit mehreren in das Isolierband 148 geschnittenen Löchern 158 ausgebildet und sind die Plättchen 150 auf der Innenseite mit je einem Teil 160 ausgebildet, der sich durch eins der Löcher 158 erstreckt und mit dem Herzbeutel oder bei Anordnung in der Herzbeutelhöhle mit dem Herzen in Berührung gebracht werden kann.
Die in F i g. 6 gezeigte Herzspitzenelektrode 162 hat die Form einer die Herzspitze umgebenden Kappe 164 aus Isoliermaterial. Am Scheitel der Isolierkappe 164 ist eine Kalotte 166 aus Metall angeordnet. Die Herzspitzcnelektrode 162 besitzt ferner oberhalb der Kalotte 166 mehrere Plättchen 168, welche annähernd die Form von Teilen eines Kegels haben. Die Isolierkappe 164 hat eine geschlossene Außenfläche und ist in ihrer Innenfläche mit mehreren Löchern 170 ausgebildet, durch die
ίο Flächenteile 172 je eines der Plättchen 168 vorstehen. Die Kalotte 166 und die Plättchen 168 sind durch elektrische Leiter 174 miteinander und mit einem isolierten Zuleitungskabel 176 verbunden. Die Herzspitzenelektrode 162 ist ferner mit mehreren Schlitzen 178 ausgebildet, die es den Plättchen 168 ermöglichen, sich beim Zusammenziehen und Ausdehnen der Herzkammern hin- und herzubiegen.
Es kann zweckmäßig sein, die Herzbasiselektrode nach ihrer Implantation auf geeignete Weise festzulegen. Eine mechanische Festlegung der Herzspitzenelektrode ist dagegen im allgemeinen nicht erforderlich, doch kann auch sie ggf. mechanisch festgelegt werden. In den F i g. 9 und 10 sind zwei Ausführungsformen von Einrichtungen zum Befestigen der Herzbasiselektrode an dem Körpergewebe dargestellt
In F i g. 7 ist im Querschnitt eine Herzbasiselektrode 178 dargestellt, die wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Sie besitzt ein im wesentlichen cbenflächiges Draht-Maschenwerk 180 und einen
jo Isolierkörper 182, der das Maschenwerk 180 abstützt und dessen Ränder umgibt Auf der dem Herzen abgekehrten Fläche der Elektrode ist ein weitmaschiges Gewebe 184 angeordnet. Bei der Implantation ist es zweckmäßig, die Herzbasiselektrode 178 für einen kurzen Zeitraum von einigen Tagen mit Hilfe von Nadeln festzulegen. Während dieses Zeitraums wächst das Körpergewebe auf natürliche Weise in das weitmaschige Gewebe 184 hinein, wodurch die Elektrode festgelegt wird. Die Nadeln können dann entfernt werden.
F i g. 8 zeigt eine andere Ausführungsform einer Festlegeeinrichtung, mit der die Herzbasiselektrode 178' innerhalb kürzester Zeit festgelegt werden kann, so daß dazu keine Nadeln erforderlich sind. Die Herzbasiselektrodc 178' besitzt ein leitendes Draht-Maschenwerk 180', das in Isoliermaterial 182' eingebettet ist, auf dem auf seiner dem Herzen abgekehrten Seite mehrere Häkchen 186 vorgesehen sind. Wenn die Herzbasiselektrode 178' innerhalb der Herzbeutelhöhle auf dem Epikard angeordnet wird, greifen die Häkchen 186 in die Innenwandung des äußeren Blatts des Herzbeutels ein, so daß die Elektrode 178' einwandfrei festgelegt wird.
In F i g. 9 ist eine weitere Ausführungsform einer Elektrodenanordnung dargestellt, die ebenfalls eine freie Bewegung der Vorhöfe ermöglicht ohne daß eine Herzbasiselektrode geteilt ist In den F i g. 12 und 13 ist die Pulmonalklappe mit 216 und die Aortenklappe mit 218 bezeichnet Man erkennt ferner die obere Hohlvene 20, die rechten Puimonalvenen 220 und die linken PuI-monalvenen 222. In der Ausführungsform gemäß F i g. 3
bo wird durch die Verwendung der geteilten Herzbasiselektrode ein Zusammendrücken der Pulmonalarterie 24 vermieden. Man kann diesen Effekt aber auch durch die Verwendung einer Elektrode mit mehreren Radien erzielen, wie sie in F i g. 13 dargestellt ist
Die in F i g. 6 dargestellte Herzbasiselektrode besitzt drei Abschnitte mit unterschiedlichen Radien. Der erste Abschnitt 224 liegt im Bereich der Vorhöfe des Herzens 10 in der Nähe der Aortenklappe 218 und der oberen
Hohlvene 20. Der zweite Abschnitt 226 hat einen kleineren Radius und ist dem knapp über der Klappe 216 liegenden Teil der Pulmonalarterie und dem diesem Teil benachbarten Teil des Herzens angepaßt. Der dritte Teil 228 hat wieder einen größeren Radius. Er liegt auf der Seite des Herzens hinter der Pulmonalarterie und endet hinter den linken Pulmonalvenen 222. Zur Speisung der Herzbasiselektrode dient ein an sie angeschlossener elektrischer Anschlußleiter 230.
10
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
20
25
40
50
55
60
65

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Elektrodensystem zur Rhythmuskorrektur eines funktionsgestörten Herzens mit zwei Elektroden, von denen die eine so bemessen und geformt ist, daß sie sich unter Anpassung an den Umriß des Herzens um dieses erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode eine dem Pereich der Herzspitze (40) angepaßte Elektrode (82, 162) ist und die andere Elektrode eine dem oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode (70, 92, 142) ist
2. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode (70,142) so bemessen und geformt ist, daß sie sich unter Anpassung an den Umriß des Herzens um mindestens einen Teil des Herzumfangs erstrecken kann.
3. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode eine intravenös einführbare Elektrode (92) ist.
4. Elektrodensystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jenen Flächen der dem oberen Bereich des Herzens und der Herzspitze angepaßten Elektrode (70,142,82,162), die im Gebrauch dem Herzen abgekehrt sind, eine elektrische Isolierung (140, 133, 182, 86, 110) vorgesehen ist.
5. Elektrodensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode (/0) aus zwei getrennten Teilen (72,74) besteht, die so bemessen und geformt sind, daß sie auf entgegengesetzten Seiten der Pulmonalarterie (24) angeordnet werden können.
6. Elektrodensystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des Herzens und der Herzspitze angepaßten Elektroden (70, 82) eine von einem metallischen Maschenwerk (124, 126, 102) gebildete leitende Oberfläche zum Berühren des Herzgewebes aufweisen.
7. Elektrodensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des Herzens und der Herzspitze angepaßten Elektroden (142,162) eine von Metallblättchen (IS, 168) gebildete, leitende Fläche zum Berühren des Herzgewebes aufweisen.
8. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzspitzen-Elektrode (162) eine kegelstumpfförmige Kappe (164) bildet, die geeignet ist, die Herzspitze (40) kappenartig zu umgeben.
9. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem oberen Bereich des Herzens angepaßten Elektrode (70, 142) mechanische Halteeinrichtungen (184, 186) zum Verbinden dieser Elektrode (70, 142) mit im Bereich des Herzens (10) befindlichem Körpergewebe vorhanden sind.
10. Elektrodensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode (70) in mechanisch unbeanspruchtem Zustand einen ersten Abschnitt (224) mit einem ersten Radius und einen zweiten Abschnitt (226) besitzt, der einen /weiten kleineren Radius aufweist und geeignet ist, die Pulmonal-Arterie (24) des Herzens zu umgeben.
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