DE2703629A1

DE2703629A1 - Gewebestimulator

Info

Publication number: DE2703629A1
Application number: DE19772703629
Authority: DE
Inventors: Joseph Herman Schulman
Original assignee: Pacesetter Systems Inc
Current assignee: Pacesetter Systems Inc
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1977-08-04
Also published as: FR2339408B3; FR2339408A1; JPS52146087A; IT1076105B; DE2703629C2; US4006748A; CA1085931A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Wkickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke SPMY Dipl.-Ing. F. A.'Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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Docket 75/359 postfach 860.20

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

PACESETTER SYSTEMS, INC. 12740 San Fernando Road, Sylmar, California 91342/V.St.A.

Gewebestimulator

Die Erfindung betrifft allgemein einen Körperstimulator, und zwar im einzelnen einen verbesserten Körpergewebestimulator des unipolaren Typs, der mittels eines magnetischen Feldes wiederaufladbar ist.

Obwohl sich die Erfindung auf die verschiedensten Arten von Körpergewebestimulatoren bzw. -anreger bezieht, die in den Körper implantierbar sind, wird sie nachstehend in Verbindung mit einem Herzstimulator näher erläutert, der allgemein als "Schrittmacher" bezeichnet wird; diese Bezugnahme geschieht jedoch nur zu Er laut erungs zwecken, da die Erfindung in keiner Weise auf einen Schrittmacher beschränkt ist.

Ein Schrittmacher ist, wie allgemein bekannt, eine Einrichtung, die Stimulations- bzw. Anregungsimpulse an das Herz abgibt. In den vergangenen Jahren wurden gro^ße Fortschritte bei der Entwicklung derartiger Schrittmacher erzielt. Gegenwärtig ist ein Schrittmacher verfügbar, der in den Körper implantierbar ist und eine Energiequelle, wie z.B. eine Batterie, aufweist, die mittels eines äußeren, magnetischen

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Wechselfeldes Wiederaufladbar ist, so daß es nicht erforderlich ist, den Schrittmacher periodisch zum Zwecke des Ersetzens der Batterie aus dem Körper herauszunehmen; auf diese Weise wird die Notwendigkeit von häufigen chirurgischen Operationen ausgeschaltet. Ein verfügbarer Schrittmacher ist in einem hermetischen Behälter abgedichtet, so daß die Lebensdauer des Schrittmachers verlängert wird. Während des WiederaufIadens verläuft das äußere magnetische Feld durch den hermetischen Behälter und wird von einer Aufnahmespule aufgenommen, die einen Teil der Wiederaufladungsschaltung innerhalb des hermetischen Behälters bildet.

Der vorerwähnte, hermetisch abgedichtete, wiederaufladbare Schrittmacher kann in zwei Arten vorliegen, und zwar kann er vom bipolaren Typ oder vom unipolaren Typ sein. Bekanntermaßen verlaufen beim bipolaren Typ zwei Elektroden vom Schrittmacher zum Herzen, und Jeder Impuls wird zwischen diesen Elektroden angelegt. Beim unipolaren Typ verläuft nur eine Elektrode zum Herzen. Die andere Elektrode hat die Form einer äußeren, elektrisch leitfähigen Metallplatte auf der Seite des Schrittmachers. Die salinische Körperlösung und das Körpergewebe, die elektrisch leitend sind, bilden einen elektrischen RUckleitungsweg zwischen der Elektrode in oder auf dem bzw. am Herzen und der äußeren Platte, die elektrisch mit der Schaltung innerhalb des hermetischen Behälters verbunden ist. Die äußere Platte befindet sich üblicherweise in direktem Kontakt mit der Haut oder anderem Körpergewebe innerhalb des Körpers. Ein Beispiel eines unipolaren Schrittmachers nach dem Stande der Technik ist in der US-PS 3 735 766 beschrieben. Gemäß dem Stande der Technik wird die äußere Elektrode von^einer kontinuierlichen, dünnen Platte eines biokompatiblen Metalls von einer genügend großen Fläche, z.B. in der Größenordnung von mehreren Einheiten von 6,45 cm , gebildet, damit die Stromdichte an dieser Platte möglichst niedrig wird.

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Bei dem wiederaufladbaren,unipolaren Schrittmacher wird das wiederaufladende, magnetische Wechselfeld von einem äußeren Wiederaufladungskopf geliefert, der in der Nähe der Stelle des implantierten Schrittmachers an den Körper angelegt wird. Es geschieht ziemlich oft, daß der Kopf bezüglich des Schrittmachers so angeordnet wird, daß eine adäquate Wiederaufladung stattfindet, während ein Teil des magnetischen Feldes durch die äußere Platte hindurchgeht.

Mit der Erfindung soll ein implantierbarer, unipolarer Schrittmacher geschaffen werden, bei dem die Wirkungen eines äußeren, magnetischen Wechselfeldes auf die äußere Platte des Schrittmachers minimalisiert sind.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein implantierbarer, unipolarer Schrittmacher der Art zur Verfügung gestellt werden, welcher durch ein äußeres, magnetisches Wechselfeld wiederaufladbar ist, wobei die Erwärmung der äußeren Elektrode minimalisiert wird.

Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dadurch erzielt, daß man einen Schrittmacher des unipolaren Typs mit einer äußeren Elektrodenplatte versieht, die so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß Jede wesentliche Quadratfläche der Oberfläche der Platte ein sehr kleiner Bruchteil des gesamten, leitfähigen Oberflächenbereichs der Platte ist. In einer Ausführungsform wird das dadurch erreicht, daß die äußere Elektrodenmetallplatte durch schmale Schlitze geschlitzt ist, so daß die Platte effektiv langgestreckte, rechteckige, schmale Streifen begrenzt. Jede* der Streifen ist elektrisch nur durch einen einzigen, leitenden Weg mit jedem bzw. irgendeinem anderen Streifen verbunden, wobei alle Streifen elektrisch mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden sind.

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Weitere Merkmale der Erfindung sind insbesondere

aus den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger, in der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines implant!erbaren, unipolaren Schrittmachers nach dem Stande der Technik, der eine konventionelle, äußere Elektrodenplatte aufweist; und

Fig. 3 bis 9 Aufsichten auf verschiedene Ausführungsbeispiele der neuartigen, äußeren Elektrodenplatte gemäß der Erfindung.

Die neuartigen Merkmale der Erfindung und die sich daraus ergebenden wesentlichen Vorteile lassen sich am besten erkennen, wenn man zunächst ein spezifisches Ausführungsbeispiel eines implantierbaren, unipolaren Schrittmachers nach dem Stand der Technik betrachtet, so daß ein solches spezifisches Ausführungsbeispiel nachstehend zunächst erläutert werden soll. Die Vorderansicht eines Schrittmachers nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1 dargestellt, während eine Querschnittsansicht dieses Schrittmachers in Fig. 2 gezeigt ist. Bei dem Schrittmacher handelt es sich um einen Schrittmacher vom wiederaufladbaren Typ, und zwar erfolgt die Wiederaufladung mittels eines äußeren, magnetischen Wechselfeldes, wobei der Schrittmacher selbst mittels eines hermetischen Behälters 10 hermetisch abgedichtet ist. Der letztere enthält eine konventionelle Impulserzeugungsschaltung 12, eine Stromquelle, z.B. eine Batterie 13, und eine Wiederaufladungsschaliung 14, die durch ein Einkapselungsmittel, z.B. Epoxidharz 15, verkapselt bzw. eingekapselt sind. Die Wiederaufladungsschaltung 14 umfaßt eine Aufnahmespule, die mit 14a bezeichnet ist und das äußere, magnetische Wechselfeld aufnimmt, wodurch es möglich

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wird, daß die Schaltung 14 die Batterie 13 wieder auflädt. Der Behälter 10 dichtet den Inhalt des Schrittmachers wirksam hermetisch gegen die salinische Körperlösung ab.

Von einem Anschluß 16, der an dem Behälter 10 des Schrittmachers angebracht ist, erstreckt sich eine einzige bzw. einzelne Elektrode 17, die über den Anschluß 16 mit der Impulserzeugungsschaltung 12 verbunden ist. Die Elektrodenleitung ist genügend lang, so daß sich die Elektrode zu dem Herzen des Patienten erstrecken kann, das mit Impulsen beaufschlagt werden soll. Zur Vereinfachung der Fig. 2 ist der Anschluß 16 dort nicht dargestellt, sondern es ist dort nur die Leitung 18 angedeutet, wie sie an ihrem einen Ende mit der Schaltung 12 verbunden ist. Es ist ohne weiteres klar, daß das andere Ende der Leitung 18 in die Elektrode 17 übergeht, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Behälter 10 ist gemäß der Darstellung der Fig. 2 von einer Schicht von isolierendem Material umgeben. Eine solche Schicht kann dazu benutzt werden, eine optimale biokompatible Oberfläche um den Behälter 10 herum zu erzielen und elektrische und/oder wärmemäßige Isolierung zu bewirken, wenn das erforderlich ist.

Der unipolare Schrittmacher, der allgemein in Anlage an der Haut 22 des Patienten implantiert ist, weist eine äußere Elektrode in der Form einer elektrisch leitfähigen Metallplatte 25 auf, die elektrisch mit der Impulserzeugungsschaltung 12 verbunden ist, z.B. mittels der Leitung 26. Allgemein verläuft die Leitung 26 durch eine geeignete, isolierte Durchführung in den Behälter hinein. Jedoch gibt es bei einem Metallbehälter 10 eine Alternative zu einer Durchführung für die Leitung 26, die darin besteht, daß letztere mit der äußeren Oberfläche des Behälters verbunden ist, der im Inneren mit der Impulserzeugungsschaltung 12 verbunden 1st.

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Die salinische Körperlösung, die elektrisch leitfähig ist, bildet einen elektrisch leitenden RUckfUhrungsweg für die Stromimpulse zwischen der Elektrode 17 und der äußeren Platte 25t die der salinischen Körperlösung ausgesetzt und mit dieser in Kontakt ist. Da das äußere Metall mit der salinischen Körperlösung und/oder dem Körpergewebe in Berührung kommt, wird hierfür ein biokompatibles Metall benutzt, das eine zufriedenstellende elektrische Ankopplung an die salinische Lösung bildet. Einige Beispiele derartiger Metalle sind rostfreier Stahl (SS), wie z.B. der rostfreie Stahl 304, Kobalt-Chrom-Legierungen, Titan, Platin, Zirkon und Niob wie auch Legierungen dieser Metalle. Derartige Metalle weisen einen spezifischen Widerstand im Mikroohm-cm-Bereich auf, d.h. ihr spezifischer Widerstand liegt z.B. zwischen etwa 60 und etwa 200 Mikroohm-cm. Die typische Dicke einer äußeren Elektrodenplatte 25 nach dem Stand der Technik liegt in der Größenordnung von 0,254 mm (10 mils) oder mehr, wobei die Platte aus einer kontinuierlichen, dünnen Metallplatte mit beträchtlichem Oberflächenbereich gebildet wird, der z.B. 12,90 bis 19,35 cm (2-3 sq.in.) beträgt. Dieser relativ große Oberflächenbereich ist erwünscht, damit die Stromdichte an der Platte auf ein Minimum herabgesetzt wird, so daß die Stimulierung aufgrund der Impulse nicht an der Stelle der äußeren Metallplatte auftritt. Nach dem Stand der Technik ist die Platte typischerweise kreisförmig oder quadratisch oder in Form eines breiten Rechtecks.

Die Erfahrung mit unipolaren, wiederaufladbaren Schrittmachern nach dem Stand der Technik hat gezeigt, daß eine adäquate Wiederaufladung selbst dann stattfindet, wenn der äußere Wlederaufladungskopf, der das äußere Magnetfeld liefert, bezüglich des implantierten Schrittmachers so angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil des magnetischen Feldes durch die äußere Platte 25 hindurchgeht. Das magnetische Wechselfeld, das durch die Platte 25 hindurchgeht, ist mittels der Punkte 29

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in Fig. 1 und mittels der gestrichelten Linien 29 in Fig. 2 angedeutet. Darüberhinaus wurde gefunden, daß es bei einem unipolaren Schrittmacher nach dem Stand der Technik, bei dem die Platte 25 von einer kontinuierlichen, dünnen Metallplatte gebildet wird, dann, wenn ein relativ starkes, magnetisches Wechselfeld zum Zwecke der Wiederaufladung der Batterie angelegt wird, durch das magnetische Feld, das durch die Platte 25 hindurchgeht, zu einer beträchtlichen Wärmeerzeugung in der Platte kommt. Wenn die Leistung des äußeren, magnetischen Wechselfeldes dazu ausreicht, in dem Schrittmacher eine Leistung in der Größenordnung von etwa 0,5 W oder mehr, z.B. 2 bis 3 W, zu induzieren, dann kann die Erwärmung der Platte so groß werden, daß sie ausreicht, beim Patienten Unbehagen, Schmerz, Beschwerden oder dergl. hervorzurufen, und daß sie außerdem als Potentialquelle zur Beschädigung bzw. Zerstörung von Körpergewebe wirkt.

Die Erwärmung der äußeren Metallplatte 25 aufgrund des Durchgangs eines magnetischen Wechselfeldes durch diese Platte, die äußerst unerwünscht ist, wird durch die vorliegende Erfindung weitgehend minimalisiert, wenn nicht gar vollständig ausgeschaltet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine äußere Metallplatte 25 vorgesehen, in der die maximale kontinuierliche Fläche, die von einer quadratischen oder kreisförmigen Grenzlinie auf der Oberfläche der Platte umschlossen wird, auf einen kleinen Maximalwert beschränkt ist, d.h. daß diese Fläche so weit beschränkt ist, daß sie sehr klein bleibt. Die maximal umschlossene, quadratische oder kreisförmige Fläche ist ein sehr kleiner Bruchteil des gesamten leitfähigen Oberflächenbereichs der Platte 25. Da die größte Kreisfläche, die innerhalb einer Quadratfläche eingeschlossen werden kann, 3,14/4 der Quadratfläche beträgt, soll sich die nachstehend verwendete Bezeichnung "wesentliche Quadratfläche" auf eine Quadratfläche oder die größte Kreisfläche, die von dieser umschlossen wird, beziehen.

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•Λ*

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, die eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer äußeren Platte 25 zeigt. Zu Erläuterungszwecken sei z.B. angenommen, daß die Plattenabmessungen 3,81 cm χ 5,08 cm (1,5 x 2 in.) betragen. Infolgedessen beträgt die gesamte, leitfähige Oberfläche der Platte 19,35 cm² (3 sq.in.). Die Platte 25 ist mittels einer Mehrzahl schmaler Schlitze 31 geschlitzt, die sich gemäß der Darstellung von entgegengesetzten Seiten der Platte aus erstrecken. Diese Schlitze wandeln die Platte aus einer einzigen

ρ kontinuierlichen, dünnen Metallplatte von 19,35 cm wirksam in eine Mehrzahl von langgestreckten, rechteckigen, leitfähigen Streifen 32 um. Die Schlitze 31 erstrecken sich nicht über die gesamte Plattenbreite, damit die Platte nicht in elektrisch getrennte Streifen aufgeteilt wird. Vielmehr erstreckt sich jeder Schlitz 31 von einem Ende oder einer Seite der Platte bis in die Nähe der entgegengesetzten Plattenseite. Dadurch wird sichergestellt, daß sich ein kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Weg von jedem Streifen 32 zu einem gemeinsamen Anschluß 30 erstreckt, mit dem die Leitung 26 verbunden ist. Die Schlitze 32 wandeln die Platte 25 im Ergebnis bzw. wirkungsmäßig in die schmalen, langgestreckten, rechteckigen Streifen 32 um. Die Breite W jedes Streifens 32 ist im Vergleich mit allen äußeren Abmessungen der gesamten Platte 25 ziemlich klein« Infolgedessen ist jede wesentliche, kontinuierliche Quadratfläche auf jedem der Streifen viel kleiner als der gesamte Oberflächenbereich der Platte 25.

Es wurde entdeckt, daß dann, wenn man die maximale wesentliche Quadratfläche auf der Oberfläche jedes Streifens auf einem kleinen Maximalwert hält, die Erwärmung^ der geschlitzten Platte durch ein äußeres, magnetisches Wechselfeld im Vergleich mit der Erwärmung einer nichtgeschlitzten Platte von dem gleichen Metall und der gleichen Dicke, die dem gleichen äußeren Wechselfeld ausgesetzt wurde, stark herabgesetzt werden konnte. Die Erwärmung kann auf jedes annehmbare maximale

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Niveau herabgesetzt werden, indem man nur die maximale.wesentliche Quadratfläche auf der Oberfläche jedes der Streifen herabsetzt. Das kann leicht dadurch erzielt werden, daß man lediglich die Anzahl der Schlitze 31 erhöht. Die Schlitze 31 können sehr schmal ausgebildet werden, z.B. in einer Breite von 0,0254 mm. Infolgedessen ist ihre Wirkung auf den gesamten, leitfähigen Oberflächenbereich der Platte 25 vernachlässigbar.

Die beträchtliche Herabsetzung der Plattenerwärmung bei der geschlitzten Platte läßt sich besonders gut durch folgendes Beispiel verdeutlichen, bei dem wiederum angenommen wird, daß die nichtgeschlitzte Platte eine Abmessung von

5,08 cm χ 3,81 cm hat, so daß ihre Gesamtoberfläche 19,35 cm beträgt. Durch Schlitzen der Platte mit in gleichem Abstand voneinander vorgesehenen Schlitzen, die sich von den 5,08 cm Seiten aus erstrecken, werden 16 getrennte Streifen ausgebildet. Vernachlässigt man die Schlitzbreiten, dann beträgt die Breite jedes Streifens etwa 2/16 = 3,175 mm. Infolgedessen ist die maximale Quadratfläche auf jeder Streifenoberfläche nur (3,175) = 10,08 mm . Andererseits beträgt die maximale Quadratfläche auf jeder nichtgeschlitzten Platte (3,81) =

14,52cm . Infolgedessen wird die maximale Quadratfläche mittels der Schlitze um einen Faktor von 144 herabgesetzt. Wenn man zum Vergleich den gesamten, leitfähigen Oberflächenbereich

2 der Platte 25 heranzieht, der 19,35 cm beträgt, dann repräsentiert die maximale Quadratfläche (10,08 mm ) eine Reduzierung um einen Faktor von 190.

Es sei darauf hingewiesen, daß es durch einfache Erhöhung der Anzahl von Schlitzen möglich ist, die, maximale, wesentliche Quadratfläche auf der Oberfläche jedes Streifens 32 außerordentlich klein zu machen, so daß dadurch die Erwärmung der Platte minimalislert wird. In dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, wird W durch einfache Verdoppelung

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der Anzahl von in gleichem Abstand voneinander vorgesehenen Schlitzen 31 um den Faktor 2 herabgesetzt, so daß die wesentliche Quadratfläche tun den Faktor 4 vermindert wird. In Jeden praktischen Fall hängt die tatsächliche maximale, wesentliche Quadratfläche auf jeder Streifenoberfläche von der Wärme ab, die erzeugt werden darf. Unter gewissen Bedingungen kann eine Herabsetzung der Wärme um den Faktor 2 gegenüber der Warne, die in einer nichtgeschlitzten Platte erzeugt wird, ausreichend sein. Jedoch ist davon auszugehen, daß die Platte 25 in den meisten praktischen Anwendungsfällen so ausgebildet wird, daß die wesentliche Quadratfläche auf jedem Streifen nicht mehr als 1/n der gesamten, leitfähigen Oberfläche der Platte ist, wobei η in der Größenordnung von nicht weniger als 5 liegen wird und in einigen Fällen 100 oder mehr betragen wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist jeder Streifen 32 durch einen anderen Streifen 32 elektrisch mit der Leitung 26 verbunden, jedoch abgesehen von einem leitfähigen Streifen 32, mit dem die Leitung 26 an dem Anschluß 30 direkt verbunden ist. Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Platte 25· Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Flg. 3 nur darin, daß sich die Schlitze 32 alle von einer Seite der Platte 25 aus nach einwärts erstrecken. In dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 ist jeder Streifen 32 elektrisch wirksam durch den unteren Teil 25a der Platte 25 mit der Leitung 26 verbunden, anstatt daß er durch einen anderen Streifen 32 mit der Leitung 26 verbunden wäre. Ein Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnlich ist, ist in Fig. 5 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 erstrecken sich die Schlitze*¹ von drei Seiten der Platte 25 nach einwärts.

Es sei darauf hingewiesen, daß die geschlitzte Platte 25 nicht als elektrostatische Abschirmung dienen oder funktio-

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nieren muß. Vielmehr dient sie als eine äußere elektrisch leitfähige Platte für einen unipolaren Schrittmacher. Im Gebrauch befindet sie sich in der salinischen Körperlösung und 1st in Kontakt mit dieser Lösung, und sie leitet Ströme zu der salinischen Körperlösung und/oder zum Körpergewebe sowie von der salinischen Körperlösung und/oder dem Körpergewebe weg. Damit jeder leitfähige Streifen 32 zum Aufbau der elektrisch leitfähigen Platte 25 beiträgt und einen Teil dieser Platte bildet, muß er einen elektrisch leitfähigen Weg zu der Leitung 26 haben, welche die Platte 25 mit der Irapulserzeugungsschaltung 12 verbindet. Es sei jedoch besonders darauf hingewiesen, daß jeder Streifen 32 mit der Leitung 26 über einen einzigen elektrisch leitfähigen Weg verbunden sein sollte, ohne daß ein Rückstromweg zwischen irgendwelchen zwei Streifen vorhanden ist. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß sich im Gebrauch salinische Körperlösung, die elektrisch leitfähig ist, in den Schlitzen 31 befindet. Jedoch ist der spezifische Widerstand der Metallplatte im Mikroohm-cm-Berelch, z.B. im Bereich von 80 bis 200 Mikroohm-cm , während der spezifische Widerstand der salinischen Lösung allgemein in der Größenordnung von etwa 20 0hm-cm beträgt. Infolgedessen wirkt die salinische Körperlösung aufgrund ihres außerordentlich hohen Widerstands im Vergleich mit demjenigen der Metallplatte 25 nicht als in Betracht zu ziehender Stromleiter zwischen benachbarten Streifen 32.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der geschlitzten Platte 25 ist in Fig. 6 gezeigt. Hier ist ein einziger, kontinuierlicher Schlitz 31 in der Platte 25 ausgebildet, der die Form einer Spirale hat. Der Schlitz wandelt die Platte wirksam in einen einzigen, langen, kontinuierlichen, spiralförmigen Streifen 32 um, dessen entgegengesetzte Enden mit 32a und 32b bezeichnet sind und der eine Breite W hat. Es sei darauf hingewiesen, daß die maximale, wesentliche Quadratfläche auf der

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Oberfläche des Streifens nicht größer als Vr ist, was nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Oberflächenbereichs der Platte 25 darstellt. Es sei weiterhin bemerkt, daß die äußere Elektrodenplatte gewünschtenfalls anstelle von einer geschlitzten Platte 25 von einem langgestreckten, schmalen, elektrisch leitfähigen Streifen oder Draht gebildet sein kann, der um den Schrittmacher als Spule herumgewickelt sein kann. Der Streifen kann im Vergleich mit seinem gesamten,elektrisch leitfähigen Oberflächenbereich schmal sein, und zwar so, daß die größte, wesentliche Quadratfläche auf der Streifenoberfläche beträchtlich kleiner als sein gesamter leitfähiger Oberflächenbereich ist.

In jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden ein oder mehrere getrennte, leitfähige Streifen 32 dadurch ausgebildet, daß man ein oder mehrere Schlitze 31 in die Platte 25 schneidet. Gewünschtenfalls kann die Platte 25 von getrennten, kleinen, metallischen Plattenteilen 40 gebildet werden, die miteinander an dem Anschluß 43 mit der Leitung 26 verbunden sind, und zwar mittels elektrisch leitfähiger Drähte 41, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn es erwünscht ist, dann kann man jedes Plattenteil 40 durch einen getrennten, leitfähigen Draht 41 mit einem gemeinsamen Draht 45, mit dem die Leitung 26 auch verbunden ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist, verbinden, anstatt einige der Plattenteile 40 durch andere Plattenteile mit der Leitung 26 zu verbinden. In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 besteht der gesamte, elektrisch leitfähige Oberflächenbereich der äußeren Platte im wesentlichen aus den Oberflächenbereichen aller Plattenteile Vorzugsweise sollte jedes Plattenteil 40 als langgestrecktes Rechteck ausgebildet werden, so daß jede wesentliche Quadratoder Kreisfläche auf dem Plattenteil klein im Vergleich mit der Gesamtfläche des Plattenteils ist.

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Wie Fig.9 zeigt, kann die äußere Platte 25, mit der die vorstehend erläuterten Vorteile erreicht werden, nämlich herabgesetzte Erwärmung, auch als eine Matrix von elektrisch leitfähigen Drähten 47 ausgebildet werden. Jeder Draht-kann als langes Rechteck von minimaler Breite angesehen werden. Wenn es erwünscht ist, ein elektrostatisches Feld mit kleiner oder überhaupt keiner Behinderung durch die leitfähige Platte hindurchzuschicken, trotzdem aber die leitfähige Platte ohne Erzeugung von Wärme an das Gewebe anzukoppeln, dann kann das erreicht werden, indem man die Drähte in genügender V/eise auftrennt, daß ein elektrostatisches Feld zwischen den Drähten hindurchgehen kann. Jeder dieser Drähte kann direkt oder über einen der anderen Drähte mit der Leitung 26 verbunden werden. Es sei jedoch wiederum darauf hingewiesen, daß jeder Draht mit irgendeinem anderen Draht nur an einer Stelle verbunden werden sollte, und zwar so, daß man keine große, im wesentlichen quadratische oder kreisförmige Schleife von kontinuierlichem Draht erhält, die aufgrund des magnetischen Feldes Wärme erzeugen würde. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 besteht der gesamte, leitfähige Oberflächenbereich der Platte 25 aus den freiliegenden Oberflächenbereichen aller Drähte 47.

Die neuartige äußere Platte gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem vorteilhaft, wenn sie einen Teil eines implantierbaren, unipolaren Schrittmachers bildet, der nicht mittels eines äußeren, magnetischen Feldes aufladbar ist. Ein Patient mit einem implantierbaren, unipolaren Schrittmacher kann nämlich dort sein, wo ein externes, magnetisches Feld vorhanden ist. Ein derartiges Feld kann durch die Haut verlaufen und eine konventionelle äußere Platte erwärmen. Wenn jedoch eine äußere Platte gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist die Erwärmung der Platte durch ein solches Feld nur minimal. Infolgedessen schützt die neuartige Platte den Patienten wirksam vor Unbehagen, Schmerzen, Beschwerden oder dergl.

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oder Beschädigung bzw. Zerstörung von Körpergewebe, selbst dann, wenn es vorkommt, daß sich der Patient an einer Stelle befindet, an der ein äußeres, magnetisches Feld vorhanden ist.

Es wurde gefunden, daß dann, wenn das äußere, magnetische Wechselfeld relativ stark ist, wie z.B. so groß, daS es 2 W oder mehr an Leistung in dem Schrittmacher induzieren kann» die maximale, wesentliche Quadratfläche nicht 0,806 cm überschreiten sollte, damit die Plattenerwärmung auf ein Minimum herabgesetzt wird und dadurch Unbehagen, Schmerzen oder Beschwerden des Patienten oder eine Potentialschädigung des Körpergewebes verhindert werden.

Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung einen unipolaren Stimulator für lebendes Gewebe, der implantierbar ist und eine äußere Plattenelektrode aufweist, die in einem Ausführungsbeispiel aus einer flachen Metallplatte besteht, welche mittels Schlitzen so geschlitzt ist, daß eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifen ausgebildet wird. Jeder Streifen befindet sich mit irgendeinem anderen Streifen über nur einen einzigen Weg elektrisch in Kontakt. Die Streifen sind so dimensioniert, daß jede wesentliche Quadrat- oder Kreisfläche auf jedem Streifen beträchtlich kleiner als der gesamte, leitfähige Oberflächenbereich der Platte ist. Infolgedessen wird die Erwärmung der geschlitzten Platte aufgrund eines äußeren, magnetischen Wechselfeldes beträchtlich vermindert.

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Claims

Patentansprüche

Unipolarer, implantierbarer Stimulator für lebendes Gewebe mit einer Impulserzeugungseinrichtung, einer Stimulierungselektrode, die elektrisch mit der Impulserzeugungseinrichtung verbunden ist und an bzw. in dem Gewebe, das durch Impulse stimuliert werden soll, die der Stimulierungselektrode durch die Impulserzeugungseinrichtung zugeführt werden, angeordnet werden kann, und mit einer äußeren Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung, die mit der Impulserzeugungseinrichtung verbunden ist und in direktem elektrischem Kontakt mit der salinischen Körperlösung steht, welche sich von der Stimulierungselektrode zu der äußeren Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung erstreckt, so daß sie auf diese Weise einen elektrisch leitenden Weg zwischen beiden bildet, gekennzeichnet durch eine äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25), die eine elektrisch leitende Oberfläche von vorbestimmter Fläche begrenzt, welche sich in direktem elektrischem Kontakt mit der salinischen Körperlösung befindet, wenn der Stimulator (10) in einem Körper implantiert ist, wobei die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Elementen (32;40;47) begrenzt, derart, daß jede wesentliche Quadratfläche auf der Oberfläche von jedem der Elemente einen vorbestimmten, maximalen Wert, der merklich kleiner als die Gesamtfläche der leitenden Oberfläche der äußeren Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung ist, nicht überschreitet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine Metallplatte ist, in der eine Mehrzahl von Schlitzen (31) vorgesehen ist, welche die Platte in eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifen (32) auftrennt, die die elektrisch leitfähigen Elemente begrenzen bzw. bilden, wobei jeder Streifen

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ORIGINAL INSPECTED

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elektrisch mit irgendeinem bzw. jedem anderen Streifen.nur durch einen einzigen, elektrisch leitfähigen Weg verbunden ist, und wobei die Streifen Dimensionen haben, derart, daß jede wesentliche Quadratfläche der Oberfläche jedes Streifens einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet, der merklich kleiner als die Gesamtfläche der leitfähigen Oberfläche der Metallplatte ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine Platte von biokompatiblem Metall ist, die eine Mehrzahl von Schlitzen (31) aufweist, welche sich von wenigstens einer Seite der Metallplatte nach einwärts erstrecken, so daß sie auf diese Weise die Platte in eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen, langgestreckten, im wesentlichen rechteckig geformten Streifen (32) aufteilen und die elektrisch leitfähigen Elemente begrenzen bzw. bilden, wobei jeder Streifen elektrisch mit jedem bzw. irgendeinem anderen Streifen durch einen einzigen leitfähigen Weg verbunden ist, ohne daß ein Rückweg zwischen ihnen vorhanden ist, und wobei' die Streifen ferner Dimensionen haben, derart, daß die größte wesentliche Quadratfläche auf der leitfähigen Oberfläche jedes Streifens um einen Faktor η kleiner ist als der gesamte, leitfähige Oberflächenbereich der Platte, wobei η nicht kleiner als 10 ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß η nicht kleiner als 100 ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine Mehrzahl von einzelnen,elektrisch leitfähigen Metallplatten (40) umfaßt, wobei jede dieser Platten elektrisch mit jeder bzw. irgendeiner anderen Platte durch einen einzigen, elektrisch leitfähigen Weg verbunden ist, und wobei ferner jede wesentliche Quadratfläche von jeder der Metallplatten merklich

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kleiner ist als der Gesamtoberflächenbereich der Metallplatten, und zwar um einen Faktor, der nicht kleiner als 10 ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß die wesentliche Quadrat- oder Kreisfläche auf jeder der Metallplatten (40) um einen Faktor von nicht weniger als 100 kleiner ist als die gesarate Fläche der Metallplatten.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Metallplatten (40) die Form eines langgestreckten Rechtecks hat.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine Anordnung von einzelnen, elektrisch leitfähigen Drähten (47) umfaßt, wobei jeder Draht durch einen einzigen, elektrisch leitfähigen Draht mit jedem bzw. irgendeinem anderen Draht verbunden ist, ohne daß ein Stromrückleitungsweg zwischen ihnen besteht, und wobei ferner die gesamten, leitfähigen Oberflächenbereiche der Drähte den Bereich der leitfähigen Oberfläche der äußeren Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung definieren bzw. bilden.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung (12)von einer Stromquelle (14) versorgt wird, die mittels eines äußeren, magnetischen Feldes (29) wiederaufladbar ist, das in dem Stimulator (10) Leistung induzieren kann, wobei jede wesentliche Quadratfläche auf der Oberfläche von jedem der Elemente um einen Faktor η kleiner als der gesamte leitfähige Oberflächenbereich der Elemente ist, wobei η nicht kleiner als 5 ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine

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Platte von biokompatiblem Metall ist, die eine Mehrzahl von Schlitzen (31) besitzt, welche sich von wenigstens einer Seite der Metallplatte aus nach einwärts erstrecken, so daß sie auf diese Weise die Platte in eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen, langgestreckten, im wesentlichen rechteckig geformten Streifen (32) unterteilen bzw. auftrennen, welche die elektrisch leitfähigen Elemente definieren bzw. bilden, wobei jeder Streifen mit jedem bzw. irgendeinem anderen Streifen durch einen einzigen leitfähigen Weg ohne Rückweg zwischen ihnen verbunden ist, und wobei ferner die Streifen Dimensionen haben, die derart sind, daß die größte, wesentliche Quadratfläche auf der leitfähigen Oberfläche jedes Streifens um den Faktor η kleiner als die gesamte, leitfähige Oberfläche der Platte ist, wobei η nicht kleiner als 10 ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung (12) mittels einer Stromquelle (14) in dem Stimulator (10) mit Leistung versorgt wird, die mittels eines äußeren, magnetischen Feldes (29) wiederaufladbar ist, das in der Lage ist, Leistung in der Größenordnung von nicht weniger als 2 W in dem Stimulator zu induzieren, wobei die äußere Elektrode bzw. Elektrodeneinrichtung (25) eine Platte von biokompatiblem Metall mit einer Mehrzahl von Schlitzen (31) ist, die sich von wenigstens einer Seite der Metallplatte aus nach einwärts erstrecken und dadurch die Platte in eine Mehrzahl von elektrisch leitfähige, langgestreckte, im wesentlichen rechteckig geformte Streifen (32) auftrennen bzw. -teilen, welche die elektrisch leitfähigen Elemente begrenzen bzw. bilden, wobei ferner jeder Streifen mit jedem bzw. irgendeinem anderen Streifen durch einen einzigen, leitfähigen Weg ohne einen Rückweg zwischen ihnen elektrisch verbunden ist, und wobei die Streifen außerdem Dimensionen haben, die derart sind, daß die größte, wesentliche Quadratfläche auf der leitfähigen Oberfläche jedes Strei-

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fens vun einen Faktor η kleiner als der gesamte, leitfähige
Oberflächenbereich der Platte ist, wobei η nicht weniger als beträgt.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Quadratfläche der Oberfläche der Platte nicht weniger als 12,90 cm ist und η nicht weniger als 100 beträgt.

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