DE10208391A1

DE10208391A1 - Medical implant for local stimulation of muscle and nerve cells has an annular core with an electric winding that is used to induce a stimulation voltage in the muscle or nerve tissue so that stimulation electrodes are not needed

Info

Publication number: DE10208391A1
Application number: DE2002108391
Authority: DE
Inventors: Karl Haberger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-25

Abstract

Implant for generation of a local magnetic field with which a voltage can be coupled to muscle or nerve tissue. Said implant comprises a core of magnetic material of high permeability that is at least partially wound with a coil so that a magnetic field generated by the coil induces a voltage in the muscle or nerve cells to be stimulated. The invention also relates to a corresponding method for application of a suitable excitation pulse to nerve tissue that takes into account the non-linear behavior of nerve cells in that a quick alteration of the magnetic field induces a high voltage outside the nerve excitation threshold, while slow alteration generates a low voltage within the excitation threshold.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Stimulierung von Muskel- oder Nervengewebe über magnetische Induktion. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Implantat, das lokal im Muskel- oder Nervengewebe eine Spannung induziert über die Änderung eines magnetischen Feldes, ohne dass ein direkter mechanischer Kontakt zwischen Implantat und Muskel- oder Nervenzellen hergestellt werden muss. The invention is concerned with the stimulation of muscle or nerve tissue magnetic induction. In particular, the invention is concerned with an implant that is local in muscle or nerve tissue a voltage is induced by changing one magnetic field without direct mechanical contact between the implant and Muscle or nerve cells must be made.

State of the art

Menschliche Muskel- und Nervenzellen besitzen ein Ruhemembranpotenzial in der Größenordnung von -70 mV. Eine Eigenschaft dieser Zellen ist, dass sie erregbar sind, das heißt, es können Aktionspotenziale in ihnen ausgelöst werden. Beim Auslösen eines Aktionspotenzials springt das Membranpotenzial, ausgehend vom negativen Ruhepotenzial, sehr schnell auf einen positiven Spitzenwert nahe +30 mv. Danach kehrt es zum Ruhewert zurück. Das Aktionspotenzial dauert am Nerv etwa 1 ms, am Muskel etwa 10 ms und am Herzmuskel mehr als 200 ms. Zum Auslösen eines Aktionspotenzials ist es notwendig, dass das Ruhemembranpotenzial bis zu einer Schwelle (ca. -50 mv) depolarisiert wird. An diesem Schwellenpotenzial wird die Membranladung instabil, sie baut sich selbsttätig schnell ab und kehrt ihre Polarität um (nichtlineares Verhalten von Muskel- und Nervenzellen). Human muscle and nerve cells have a resting membrane potential in the Order of magnitude of -70 mV. A property of these cells is that they are excitable, that is, action potentials can be triggered in them. When triggering an action potential the membrane potential jumps to you very quickly, starting from the negative resting potential positive peak value close to +30 mv. Then it returns to the rest value. The Action potential lasts about 1 ms on the nerve, about 10 ms on the muscle and more on the heart muscle than 200 ms. To trigger an action potential, it is necessary that the The resting membrane potential is depolarized down to a threshold (approx. -50 mv). At this The membrane charge becomes unstable, it quickly degrades automatically reverses their polarity (nonlinear behavior of muscle and nerve cells).

Nervenzellen können durch elektrische Reizung mit Elektroden erregt werden. Dazu wird entweder ein Strompuls über eine spitze Elektrode ins Innere der Zelle angelegt, oder über extrazelluläre Metallelektroden ein Strompuls bzw. eine entsprechende Spannung außen an die Zellmembran angelegt. Nerve cells can be excited by electrical stimulation with electrodes. This will either a current pulse is applied to the interior of the cell via a pointed electrode, or via extracellular metal electrodes a current pulse or a corresponding voltage to the outside Cell membrane.

Insbesondere bei Cochlea Implantaten oder Herzschrittmachern (US 4 282 885, WO 97/38653) werden extrazelluläre Metallelektroden verwendet. Der Nachteil dieser Elektroden ist der enge Kontakt, der zwischen Nervengewebe und Elektrode hergestellt werden muss, um den Strompuls effektiv an die zu stimulierenden Muskel- oder Nervenzellen zu bringen. Dabei wird oft das Nervengewebe und die die Nervenzellen umgebende Myelinschicht beschädigt, denn die Elektroden werden z. B. in das Gewebe geschraubt. Ein weiterer Nachteil metallischer Elektroden im Elektrolyten ist der Abbau der Elektroden durch elektrochemische Prozesse und die dabei auftretende Schädigung des Gewebes durch diese elektrochemischen Prozesse. Mechanisch oder chemisch beschädigte Nerven sind in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt. Especially with cochlear implants or pacemakers (US 4,282,885, WO 97/38653) extracellular metal electrodes are used. The disadvantage of these electrodes is the narrow one Contact that must be made between the nerve tissue and the electrode in order for the Effectively deliver the current pulse to the muscle or nerve cells to be stimulated. Doing so often damages the nerve tissue and the myelin layer surrounding the nerve cells, because the Electrodes are e.g. B. screwed into the fabric. Another disadvantage of metallic Electrodes in the electrolyte is the degradation of the electrodes by electrochemical processes and the damage to the tissue that occurs as a result of these electrochemical processes. Mechanically or chemically damaged nerves are impaired in their functionality.

Eine zerstörungsfreie Stimulierung von Nervengewebe ist über magnetische Induktion möglich. Derartiges wurde bereits vor knapp hundert Jahren als transkranielle Magnetstimulierung des Gehirns vorgeschlagen und dem damaligen experimentellen Stand entsprechend untersucht (S. P. Thompson: A physiological effect of an alternating magnetic field. Proc. R. Soc. (Biol.) 1910; 82: 396-8). Neuere Ansätze basieren auf den Arbeiten von Jalinous, Freeston, Barker (Noninvasive magnetic stimulation of the human motor cortex. Lancet 1985; i: 1106-1107), die ebenfalls transkraniell eine Hirnreizung und eine Reizung peripherer Muskelnerven untersuchen und medizinisch anwenden. Dabei erfolgt die Nervenreizung nicht-invasiv, das heißt durch die Körperoberfläche. Entsprechend stark muss das veränderliche Magnetfeld sein. Typische Werte sind 1. . .2 Tesla über 100. . .200 µsec. Derartige Werte werden beispielsweise erreicht mittels einer Entladung eines Kondensators von einigen kV und ca. 100 µF Kapazität über eine Flachspule mit ca. 10 cm Durchmesser und 10.20 µH Induktivität. Das erregbare Volumen ist hierbei ungenau lokalisiert; es umfasst viele Kubikzentimeter. Dies bedeutet zum einen, dass eine hohe magnetische Energie aufgebracht werden muss, und zum anderen die Lokalisierung trotz spezieller Feldgestaltung höchst unvollkommen ist. A non-destructive stimulation of nerve tissue is possible via magnetic induction. This was proposed almost a hundred years ago as transcranial magnetic stimulation of the brain and was investigated according to the experimental state at the time (SP Thompson: A physiological effect of an alternating magnetic field. Proc. R. Soc. (Biol.) 1910; 82: 396-8 ). More recent approaches are based on the work of Jalinous, Freeston, Barker (Noninvasive magnetic stimulation of the human motor cortex. Lancet 1985 ; i: 1106-1107), which also transcranially investigate brain irritation and irritation of peripheral muscle nerves and apply them medically. The nerve irritation occurs non-invasively, that is, through the body surface. The changing magnetic field must be correspondingly strong. Typical values are 1.. .2 Tesla over 100.. .200 µsec. Such values are achieved, for example, by discharging a capacitor of a few kV and approximately 100 µF capacitance via a flat coil with a diameter of approximately 10 cm and an inductance of 10.20 µH. The excitable volume is localized imprecisely; it covers many cubic centimeters. On the one hand, this means that a high magnetic energy has to be applied, and on the other hand the localization is extremely imperfect despite the special field design.

Solved task

Aufgabe der Erfindung ist es, einzelne Muskel- oder Nervenzellen bzw. -bündel lokal stimulieren zu können, ohne dass das Gewebe durch das Einbringen von Elektroden mechanisch oder chemisch beschädigt wird und in seiner Funktionsfähigkeit gestört wird. Lokal stimulieren bedeutet, dass einzelne Nervenzellen bzw. Nervenzellbündel individuell angesprochen werden können. The object of the invention is to locally stimulate individual muscle or nerve cells or bundles to be able to mechanically or without the insertion of electrodes is chemically damaged and its functionality is disturbed. Stimulate locally means that individual nerve cells or nerve cell bundles are addressed individually can.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 dargestellte Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. This object is achieved by the invention shown in claim 1. Further developments and advantageous refinements of the invention are the subject of Dependent claims.

description

Die Depolarisation des Membranpotenzials einer Muskel- oder Nervenzelle erfolgt durch Anlegen eines Strompulses bzw. einer entsprechenden Spannung an die Muskel- oder Nervenzelle. Um lokal eine Spannung in das Nervengewebe einzukoppeln, wird erfindungsgemäß durch magnetische Induktion an der Zelle eine Spannung erzeugt. Dazu wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgestellt, das lokal am Muskel- oder Nervengewebe implantiert wird und dort eine Spannung induziert. So sind einzelne Muskel- und/oder Nervenfasern bzw. -bündel individuell ansprechbar. Außerdem findet durch diese Art des Stimulierens keine irreversible mechanische oder elektrochemische Zerstörung des Gewebes statt. The membrane potential of a muscle or nerve cell is depolarized by Applying a current pulse or a corresponding voltage to the muscle or Nerve cell. In order to locally couple a tension into the nerve tissue, According to the invention, a voltage is generated on the cell by magnetic induction. This will a device for generating a magnetic field presented locally on the muscle or Nerve tissue is implanted and a voltage is induced there. So individual muscle and / or nerve fibers or bundles individually addressable. In addition, through this type of stimulation, no irreversible mechanical or electrochemical destruction of the tissue instead of.

Des weiteren wird ein Verfahren zum Anlegen von Reizpulsen gegeben, das das nichtlineare Verhalten von Muskel- und Nervenzellen berücksichtigt, um so effektiv die Zelle bis zur Schwelle zu depolarisieren. Furthermore, a method for applying stimulus pulses is given, which is the non-linear Behavior of muscle and nerve cells is taken into account, so the cell effectively up to the threshold to depolarize.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Implantats werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the implant according to the invention are described with reference explained in more detail on the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 Kern in Ringform, mit einer Spule um einen Teil des Kerns gewickelt, und einer Nervenfaser bzw. einem Nervenbündel, die bzw. das durch die Mitte des Ringes führt. Fig. 1 core in the form of a ring, with a coil wound around a part of the core, and a nerve fiber or a nerve bundle that leads through the center of the ring.

Fig. 2a Kern in Spiralenform Fig. 2a core in spiral form

Fig. 2b Kern in U-Form mit verschiebbaren Verschluss Fig. 2b core in a U-shape with sliding closure

Fig. 2c Ringkern, der über einen Teil seines Umfangs offen ist und dort über einen verschiebbaren Riegel zur Ringform geschlossen werden kann Fig. 2c toroid, which is open over part of its circumference and can be closed there via a sliding bolt to form a ring

Fig. 2d Ringkern zum Auseinander- bzw. Zusammenklappen Fig. 2d toroid for folding or folding

Fig. 3 Implantat mit Ringkern, Spule und Versorgungsspule mit elektronischer Schaltung Fig. 3 implant with toroid, coil and supply coil with electronic circuit

Fig. 4 Impulsform zum Stimulieren einer Zelle Fig. 4 pulse shape for stimulating a cell

Fig. 4a Steuer-Strom Fig. 4a control current

Fig. 4b am Nervengewebe induzierte Spannung Fig. 4b induced tension on nerve tissue

Eine mögliche Ausführungsform eines Implantats gemäß der Erfindung sieht einen Kern aus magnetischem Material hoher Permeabilität vor, um den zur Erzeugung eines Magnetfeldes eine Spule beliebiger Windungszahl gewickelt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform (Fig. 1) ist dieser Kern zu einem Ring (2) geformt. Dabei sollte es sich um eine geschlossene Anordnung handeln, die den magnetischen Fluss bündelt. Die Spule (3) ist zumindest um einen Teil des Kerns gewickelt. Zur Applizierung des Implantats kann der Kern auseinandergeklappt oder - genommen werden. Die auseinandergeklappten Teile (Fig. 2a), z. B. zwei Ringhälften werden um das Nervengewebe gelegt und anschließend so wieder miteinander verbunden, dass eine feste Kopplung bestehen bleibt, das heißt, dass der gesamte Induktionsfluss im Kern bleibt. Für diesen Kern wird ein magnetisches Material hoher Permeabilität verwendet, am besten Ferrit. Die Abmessungen des Kerns sind so, dass er das Muskel- oder Nervengewebe (Fig. 1 (1)) möglichst eng umschließt. A possible embodiment of an implant according to the invention provides a core made of magnetic material with high permeability, around which a coil of any number of turns is wound in order to generate a magnetic field. In a preferred embodiment ( Fig. 1) this core is shaped into a ring ( 2 ). This should be a closed arrangement that bundles the magnetic flux. The coil ( 3 ) is wound around at least part of the core. The core can be opened or unfolded to apply the implant. The unfolded parts ( Fig. 2a), for. B. two halves of the ring are placed around the nerve tissue and then connected again in such a way that a firm coupling remains, that is to say that the entire induction flow remains in the core. A magnetic material of high permeability is used for this core, preferably ferrite. The dimensions of the core are such that it surrounds the muscle or nerve tissue ( Fig. 1 ( 1 )) as closely as possible.

Die Größe des Implantats bestimmt sich durch die Präparations- und Operationstechniken. Dazu ist es vorteilhaft, die zu applizierenden Teile kanülengängig zu machen. Bei Systemgrößen von ca. 2 mm Durchmesser und ähnlich geringen longitudinalen Abmessungen ist dies erreichbar. Eine typische Ausführungsform ist ein Kern mit ca. 1 mm Innendurchmesser und 2 mm Außendurchmesser. Aufgrund der geringen Abmessungen können auch bei geringen Strömen in der Spule hohe Magnetflüsse erreicht werden. Das elektrische Feld, das das zeitlich veränderbare Magnetfeld, das im Kern erzeugt wird, umschließt, liegt bei einer Muskel- oder Nervenfaser, die durch die Mitte des Ringes geführt ist, längs der Zellmembran an und erzeugt dort eine Spannung. Es bildet sich also ein Potenzialgradient entlang der Muskel- bzw. Nervenfaser. Ebenso ist ein Bündel aus Nervenfasern, das durch die Mitte des Ringes geführt ist, in seiner Gesamtheit stimulierbar. The size of the implant is determined by the preparation and surgical techniques. To it is advantageous to make the parts to be applied cannula-accessible. For system sizes of approx. 2 mm in diameter and similarly small longitudinal dimensions, this can be achieved. A typical embodiment is a core with an internal diameter of approximately 1 mm and 2 mm Outer diameter. Due to the small dimensions, even with low currents high magnetic fluxes can be achieved in the coil. The electric field that the temporal changeable magnetic field that is generated in the core, lies with a muscle or Nerve fiber, which is passed through the middle of the ring, along the cell membrane and produces there a tension. A potential gradient is thus formed along the muscle or Nerve fiber. Likewise, a bundle of nerve fibers that runs through the middle of the ring stimulable in its entirety.

Eine weitere mögliche Form des Kerns ist ein Ring, der über einen Teil seines Umfangs offen ist und dort über einen verschiebbaren Riegel zur Ringform geschlossen werden kann (2b), so dass eine feste Kopplung entsteht, das heißt, dass der gesamte Induktionsfluss im Kern bleibt. Eine weitere mögliche Form des Kerns ist eine U-Form (Fig. 2c), deren offene Seite über einen verschiebbaren Riegel geschlossen werden kann, so dass eine feste Kopplung entsteht, das heißt, dass der gesamte Induktionsfluss im Kern bleibt. Another possible form of the core is a ring, which is open over part of its circumference and can be closed there to form a ring by means of a sliding latch ( 2 b), so that a fixed coupling is created, that is, the entire induction flow in the core remains. Another possible form of the core is a U-shape ( FIG. 2c), the open side of which can be closed by means of a sliding latch, so that a fixed coupling is created, that is to say that the entire induction flow remains in the core.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ausbildung des Kerns als Spirale, die um den Nervenstrang geschraubt wird. Anschließend kann sie zu einem Ring zusammengeschoben werden (Fig. 2d). Auch hier werden die beiden Enden so miteinander verbunden, dass eine feste Kopplung entsteht, das heißt, dass der gesamte Induktionsfluss im Kern bleibt. Für das Zusammenbiegen der Spirale zu einem Ring muss das permeable Material flexibel sein. Hierfür eignen sich Kombinationen von hochpermeablen Materialien, eingebettet in Polymeren oder auch anderen, insbesondere federnden oder mnematischen Materialien. Aufgrund der geringen Abmessungen können auch bei geringen Strömen in der Spule hohe Magnetflüsse erreicht werden. Another possibility is to form the core as a spiral, which is screwed around the nerve cord. Then it can be pushed together to form a ring ( Fig. 2d). Here, too, the two ends are connected to one another in such a way that a fixed coupling is created, which means that the entire induction flow remains in the core. The permeable material must be flexible to bend the spiral into a ring. Combinations of highly permeable materials, embedded in polymers or other, especially resilient or mnematic, materials are suitable for this. Due to the small dimensions, high magnetic fluxes can be achieved even with low currents in the coil.

Die Entwicklung der Mikroelektronik, und insbesondere der MRAM-Technik führt derzeit zu einer intensiven Beschäftigung mit kleinen, lokal im Bereich weniger Mikrometer wirkenden, hohen Magnetfeldern und der dafür wichtigen Materialien. Die dafür erforderliche Geometrie (Leitungslänge, Material) kann aus den üblichen elektrotechnischen Gesetzmäßigkeiten abgeleitet werden. Eine weitere technische Ausführung eines Implantats kann also aus einem elektrischen Leiter beliebiger Form bestehen, der z. B. mit einem magnetischen Material hoher Permeabilität beschichtet ist. Ein solcher Leiter kann z. B. parallel zu einer Muskel- oder Nervenfaser verlaufen und dort Spannung induzieren. The development of microelectronics, and especially MRAM technology, is currently leading to an intensive occupation with small, locally acting in the range of a few micrometers, high magnetic fields and the important materials for them. The geometry required for this (Cable length, material) can be from the usual electrical engineering laws be derived. A further technical implementation of an implant can therefore consist of one electrical conductor of any shape exist, the z. B. high with a magnetic material Permeability is coated. Such a conductor can e.g. B. parallel to a muscle or Nerve fibers run and induce tension there.

Eine zweckgerichtete Ansteuerung zur Stimulierung wird durch einen geeignet geformten Impuls erreicht, so dass sich eine gezielte Steuerung der Muskel- oder Nervenzelle ergibt und ihr nichtlineares Verhalten berücksichtigt wird (Fig. 3). Das Magnetfeld induziert im Leiter, also auch im schwach elektrisch leitenden Nervengewebe, nach den üblichen Grundregeln der Elektrotechnik eine Spannung. Beim Ausschalten des Stroms, also des Magnetfeldes, wird ein im Betrag gleiches, aber entgegengesetzt gerichtetes Spannungs-Strom-Produkt induziert. Ein sinusförmiger Wechselstrom hebt sich daher in seiner Wirkung weitgehend auf. Appropriate control for stimulation is achieved by a suitably shaped pulse, so that there is targeted control of the muscle or nerve cell and its non-linear behavior is taken into account ( FIG. 3). The magnetic field induces a voltage in the conductor, i.e. also in the weakly electrically conductive nerve tissue, according to the usual basic rules of electrical engineering. When the current, that is to say the magnetic field, is switched off, a voltage-current product of the same but opposite direction is induced. A sinusoidal alternating current therefore largely has no effect.

Beispielsweise kann erfindungsgemäß der Anstieg des Stromes, also des Magnetfeldes schnell durchgeführt werden, der Abfall hingegen langsam (Fig. 3a). Die induzierte Leistung ist somit zwar gleich, nicht aber die induzierte Spannung. Der schnelle Anstieg induziert eine hohe Spannung, der langsame Abfall eine geringe Spannung (Fig. 3b), die insbesondere unter der Erregungsschwelle der Nervenzelle bleiben soll. Wie bei der galvanischen Erregung sind zwei Richtungen (positives und negatives Potenzial) realisierbar. For example, according to the invention, the increase in the current, that is to say the magnetic field, can be carried out quickly, but the decrease, on the other hand, can be carried out slowly ( FIG. 3a). The induced power is therefore the same, but not the induced voltage. The rapid increase induces a high voltage, the slow decrease a low voltage ( Fig. 3b), which should remain below the excitation threshold of the nerve cell. As with galvanic excitation, two directions (positive and negative potential) can be realized.

Der Gesamtvorgang soll sich innerhalb einiger Millisekunden abspielen; er kann insbesondere mit Frequenzen wiederholt werden, die im Bereich der Erholungszeit einer Muskel- oder Nervenzelle liegen. The entire process should take place within a few milliseconds; he can in particular repeated at frequencies that are in the range of a muscle or recovery time Nerve cell lie.

Die Energieversorgung des Implantats erfolgt von extern, so dass das Implantat von außerhalb des Körpers angesteuert wird. Dazu wird die benötigte elektrische Energie durch ein Wechselstromfeld eingekoppelt. Entweder direkt in die Spule (Fig. 4 (3)) oder in eine eigens dafür vorgesehene Versorgungsspule (Fig. 4 (4)). Das versorgende Wechselstromfeld ist vorzugsweise ein Hochfrequenzfeld im Bereich einiger kHz. . .MHz. Die Eindringtiefe eines derartigen Feldes ist reziprok frequenzabhängig und wird durch die spezifische Leitfähigkeit des Gewebes (typisch 2 Ohmcm) bestimmt. Sie reicht auch bei vergleichsweise hohen Frequenzen im MHz-Bereich viele Zentimeter tief, ist also für Bereiche der peripheren Muskulatur und des Rückenmarks gut geeignet. The energy supply to the implant is external, so that the implant is controlled from outside the body. For this purpose, the required electrical energy is coupled in through an alternating current field. Either directly into the coil ( Fig. 4 ( 3 )) or into a specially designed supply coil ( Fig . 4 ( 4 )). The supplying alternating current field is preferably a high-frequency field in the range of a few kHz. , .MHz. The depth of penetration of such a field is inversely frequency-dependent and is determined by the specific conductivity of the tissue (typically 2 ohm cm). It extends many centimeters deep even at comparatively high frequencies in the MHz range, so it is well suited for areas of the peripheral muscles and spinal cord.

Die elektrische Energie kann in einem geeigneten Speicherbauteil, vorzugsweise in einem Kondensator, gespeichert werden. The electrical energy can be in a suitable storage component, preferably in a Capacitor.

Dem Hochfrequenzfeld kann nach den üblichen Verfahren der Nachrichtentechnik eine Information aufgeprägt sein. Die Frequenzen werden so gewählt, dass die Frequenz der Energieversorgung und Informationsübertragung wesentlich höher liegt als die für die Muskel- bzw. Nerverregung verwendete Impuls-Wiederholrate, und somit mit elektrotechnischen Mitteln eine Entkopplung beider Vorgänge möglich ist. Die Information wird in einer elektronischen Schaltung (Fig. 4 IC), mit z. B. einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen, ausgewertet. Die Information kann z. B. die für die spezifische Erregung geeignete Impulsform übermitteln oder/und sich auf die Adressierung mehrerer Implantate beziehen. Dazu soll jedes einzelne Implantat mittels einer Adresse angesprochen werden können und daraufhin unmittelbar oder auch verzögert ein abrufbares Impuls-Schema zur Reizung erzeugen. Dies wird mit den üblichen Codierungsverfahren der Steuerungstechnik gelöst. Die individuelle Ansprechbarkeit der einzelnen Implantate zur induktiven Nerv-Erregung ermöglicht es, zahlreiche derartige Implantate räumlich eng benachbart zu betreiben; beispielsweise längs der Spina auf den austretenden Nervenbahnen, die die Extremitäten und auch viele innere Organe enervieren. Die Versorgung und Steuerung soll dann vorzugsweise durch eine gemeinsame, außen am Körper zu tragende Spule, der "Basisstation", erfolgen, die rechnergesteuert dem Implantaten-System, also an die einzelnen Implantate, zugeordnete Befehle abgibt. Der Wegfall einer elektrischen Verbindung in den Körper vermindert das Infektionsrisiko. Die externe Spule kann beispielsweise in ein Kleidungsstück, Pflaster oder ähnliches eingearbeitet sein. Information can be impressed on the radio-frequency field in accordance with the usual methods of communications technology. The frequencies are chosen so that the frequency of the energy supply and information transmission is significantly higher than the pulse repetition rate used for muscle or nerve excitation, and thus a decoupling of both processes is possible by means of electrotechnical means. The information is in an electronic circuit ( Fig. 4 IC), with z. B. one or more integrated circuits evaluated. The information can e.g. B. transmit the pulse shape suitable for the specific excitation and / or refer to the addressing of several implants. For this purpose, each individual implant should be able to be addressed by means of an address and then generate a pulse scheme for stimulation that can be called up immediately or delayed. This is solved with the usual coding methods of control technology. The individual responsiveness of the individual implants for inductive nerve excitation makes it possible to operate numerous such implants in close physical proximity; For example, along the spina on the exiting nerve tracts that enervate the extremities and many internal organs. The supply and control should then preferably take place through a common coil to be worn on the outside of the body, the "base station", which issues computer-controlled commands assigned to the implant system, that is to the individual implants. The elimination of an electrical connection in the body reduces the risk of infection. The external coil can, for example, be incorporated into a piece of clothing, plaster or the like.

Desweiteren ist die Schaltung für die Energie-Aufbereitung und Ansteuerung der um den Kern gewickelten Spule sowie sonstiger wichtiger Steuervorgänge zuständig. Furthermore, the circuit for energy processing and control is around the core wound coil and other important control processes.

Die Schaltung weist eine Größe auf, die vergleichbar mit den Abmessungen des Kernes ist. Sie hat also eine Gesamtfläche, die nicht größer als ca. 1 mm² ist. Sie kann auf den Kern aufgebracht werden, und insbesondere gemeinsam mit dem Kern mit einer physiologisch verträglichen Beschichtung versehen werden. Alle Bestandteile des Implantats können physiologisch verträglich beschichtet werden. The circuit has a size that is comparable to the dimensions of the core. So it has a total area that is not larger than about 1 mm ² . It can be applied to the core, and in particular can be provided with a physiologically compatible coating together with the core. All components of the implant can be coated in a physiologically compatible manner.

Ebenso kann das Implantat auch für das Messen von Potenzialänderungen in Muskel- oder Nervenzellen verwendet werden. Durch diese Rückmeldung sind lernfähige, sich in gewissem Sinne selbst-konfigurierende Ansteuerungen denkbar. Das System lernt, welche Erregungsmuster zu den gewünschten Aktionen führen. Außerdem kann eine Stimulation auch vom Körper selbst gesteuert werden. Dazu nimmt ein geeigneter Sensor einen Nervenimpuls auf; der Stimulator erregt daraufhin einen weiterführenden Nerv. Eine derartige Schaltungsfunktion bzw. Verstärkungsfunktion kann beispielsweise Bedeutung bei unterbrochenen Nervenbahnen haben. Es entsteht durch das Implantat also ein System, das induktiv die physiologische Muskel- oder Nervenerregung abtastet und zur Modulation eines Signals verwendet. Likewise, the implant can also be used for measuring potential changes in muscle or Nerve cells are used. Through this feedback you are able to learn, in a certain way Self-configuring controls possible. The system learns which Arousal patterns lead to the desired actions. In addition, stimulation can also be controlled by the body itself. A suitable sensor takes a nerve impulse on; the stimulator then excites a further nerve. Such Circuit function or amplification function can be important, for example have broken nerve tracts. The implant creates a system that inductively senses the physiological muscle or nerve excitation and modulates one Signal used.

Ein Problem stellt die Beeinflussung derartiger magnetischer Materialien im Zusammenhang mit Untersuchungsmethoden wie etwa der Tomographie mittels NMR dar. NMR mit inhomogenen Magnetfeldern im Bereich von typisch 1 Tesla kann an Patienten, die ein erfindungsgemäßes Implantat tragen, nicht durchgeführt werden. Es wird deshalb ein magnetischer Überlastschutz vorgesehen, der das Implantat gegenüber starken Gleichfeldern, oder langsam veränderlichen Feldern immobil macht. Dazu kann ein magnetisches Material für den Kern verwendet werden, das die Wirkung magnetischer Gleichfelder weitgehend kräftefrei toleriert oder deren Kräfte kompensiert, andererseits aber schnell veränderliche Magnetfelder im Sinne eines hochpermeablen Materials leitet bzw. bündelt. One problem is the interference with such magnetic materials Examination methods such as tomography using NMR. NMR with inhomogeneous Magnetic fields in the range of typically 1 Tesla can be applied to patients who have an inventive Wear an implant, do not perform it. It therefore becomes a magnetic overload protection provided the implant against strong constant fields, or slowly changing Makes fields immobile. A magnetic material for the core can be used for this, that tolerates the effects of constant magnetic fields largely without force or their forces compensated, but on the other hand rapidly changing magnetic fields in the sense of a highly permeable material conducts or bundles.

Ebenso ist die Nicht-Beeinflussung der Steuerelektronik durch Röntgenstrahlung (Löschen von EEPROMS usw.) sicherzustellen. Dies gelingt durch spezielle "strahlenharte" Schaltungs- Technologien, die aus entsprechenden Entwicklungen (Space, Military, Kernenergie) bekannt sind. Die von derartigen Schaltungen tolerierten Strahlen-Dosen erreichen ca. 1 Gy und liegen damit weit über dem in der medizinischen Diagnostik und insbesondere auch Therapie verwendeten Dosen. The control electronics are not influenced by X-rays (deletion of EEPROMS etc.). This is achieved through special "radiation-hard" circuit Technologies known from relevant developments (space, military, nuclear energy) are. The radiation doses tolerated by such circuits reach approximately 1 Gy and lie thus far above that in medical diagnostics and especially therapy used cans.

Claims

1st implant
to generate a local magnetic field,
with which a tension can be coupled into muscle and / or nerve tissue.

2. Implant according to claim 1
with a core made of high permeability magnetic material and a coil,
which is wrapped around at least part of the core.

3. Implant according to one of claims 1 or 2 with a core that surrounds the muscle and / or nerve tissue.

4. Implant according to one of claims 1 to 3, wherein the core is shaped into a ring ( 2 ).

5. The implant of claim 4, wherein the ring ( 2 ) has typical dimensions of approximately 1 mm inner diameter and approximately 2 mm outer diameter.

6. Implant according to one of claims 4 or 5, wherein the ring ( 2 ) for application into the tissue can be opened in at least one area of the circumference

7. Implant according to one of claims 4 to 6, with the magnetic circuit largely in the core when closed closed is.

8. Implant according to one of claims 1 to 3, the core being shaped into a spiral.

9. The implant according to claim 8, the spiral can be pushed together in the tissue after application.

10. Implant according to one of the preceding claims with a ferrite core.

11. The implant of claim 1
with an electrical conductor of any shape,
which is coated with a magnetic material of high permeability.

12. Implant system composed of several implants according to one of the preceding Expectations.

13. implant,
which is suitable for measuring the magnetic field generated by nerve cell activity,
in that a voltage can be coupled into it by magnetic induction,
and this can be used to modulate a signal.

14. Implant according to one of the preceding claims, the energy supply for the implant can be coupled in via a high-frequency field is.

15. Implant according to one of the preceding claims, information can be impressed on the radio-frequency field by modulation.

16. Implant according to one of the preceding claims,
wherein the radio frequency field with the coil according to claim 2,
or can be picked up with a specially provided supply coil and can be buffered in a suitable component.

17. Implant according to one of the preceding claims, with an electronic circuit for the execution of logic operations.

18. Implant according to one of the preceding claims, hard radiation technologies are used for the circuit.

19. Implant according to one of the preceding claims, the circuit being applied to the permeable core.

20. Implant according to one of the preceding claims, the implant being coated in a physiologically compatible manner.

21. Implant
with an implantable part according to one of the preceding claims
and an external part outside the body with a coil for controlling the implantable part.

22. A method of applying a suitable pulse shape to the coil to stimulate the nerve tissue,
taking into account the nonlinear behavior of nerve cells,
by inducing a high voltage above the nerve excitation threshold by a rapid change in the magnetic field
and a slow change in the magnetic field induces a low voltage below the excitation threshold.

23. A method for applying a suitable pulse shape according to claim 22, wherein the Apply the pulse shape with frequencies in the range of the recovery time of a nerve is repeated.