DE19758114A1 - Elektrodenanordnung zur Rückenmarkstimulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung zur Rüc­ kenmarkstimulation, insbesondere zur Stimulation der dicken afferenten Nervenfasern im Dorsal Column, gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Aus der WO 95/19804 ist eine derartige Elektrodenanordnung zur Rückenmarkstimulation bekannt, die ein streifenförmiges Trägerelement aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, das hinter dem Rückenmark implantiert wird und dabei parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet wird, wo­ bei eine Seite des Trägerelements dem Rückenmark zugewandt ist. Die Stimulation des Rückenmarks erfolgt hierbei durch drei streifenförmige Elektroden, die alle auf der dem Rüc­ kenmark zugewandten Seite des Trägerelements nebeneinander angebracht und ebenfalls parallel zum Rückenmarkskanal aus­ gerichtet sind. Die mittlere Elektrode dient hierbei als Kathode, während die beiden äußeren Elektroden als Anoden geschaltet werden.

Diese bekannte Elektrodenanordnung mit drei nebeneinander angeordneten Elektroden bietet zum einen den Vorteil, daß die Rückenmarksstimulation örtlich wesentlich selektiver als bei einer unipolaren Elektrodenanordnung erfolgt, da das elektrische Feld durch die beiden äußeren Elektroden lateral eingeschränkt wird.

Zum anderen ist es mit einer derartigen Elektrodenanordnung auch möglich, die Feldverteilung postoperativ zu verändern, indem die äußeren Elektroden mit einer unterschiedlichen Amplitude angesteuert werden, wodurch sich das Feld lateral verschieben läßt, was beispielsweise bei einer postoperati­ ven lateralen Dislokation der Elektrodenanordnung oder bei einer unsymmetrischen Bindegewebsbildung an der Elektroden­ anordnung vorteilhaft sein kann.

Nachteilig bei dieser bekannten Elektrodenanordnung ist da­ gegen der relativ große laterale Platzbedarf, was zu einem relativ aufwendigen chirurgischen Eingriff bei der Implan­ tation führt und darüber hinaus die Traumatisierung bei der Implantation sowie die störend postoperative Bindegewebs­ bildung fördert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Elek­ trodenanordnung zur Rückenmarkstimulation zu schaffen, die bei möglichst geringem lateralen Platzbedarf eine örtlich selektive Rückenmarkstimulation ermöglicht.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Elektrodenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, bei einer Elektrodenanordnung der eingangs beschriebenen Art einen Teil der Elektroden auf der dem Rückenmark zugewandten Sei­ te des Trägerelements anzuordnen und die restlichen Elek­ troden auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trä­ gerelements zu befestigen. Auf diese Weise läßt sich der laterale Platzbedarf der Elektrodenkonfiguration vorteil­ haft verringern, da die auf unterschiedlichen Seiten des Trägerelements angeordneten Elektroden durch das Trägerele­ ment gegeneinander isoliert werden und somit in lateraler Richtung überlappen können.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind drei Elektroden vorgesehen, wobei auf der dem Rückenmark zuge­ wandten Seite des Trägerelements eine Elektrode mittig an­ geordnet ist, während die beiden anderen Elektroden außen auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trägerelements befestigt sind. Die mittlere Elektrode wird hierbei vor­ zugsweise als Kathode geschaltet, während die äußeren Elek­ troden Anoden bilden, was vorteilhaft zu einer lateralen Einschränkung des elektrischen Feldes führt.

In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, die beiden äußeren Elektroden getrennt anzusteuern, um beispielsweise eine postoperative laterale Dislokation der Elektrodenan­ ordnung oder eine unsymmetrische Bindegewebsbildung durch eine entsprechend asymmetrische elektrische Ansteuerung zu kompensieren.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen waagerechten Querschnitt durch den Oberkörper eines Menschen im Bereich des Rückenmarks mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung zur Rückenmarkstimula­ tion,

Fig. 2a, 2b die Elektrodenanordnung aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung in der Rück­ ansicht bzw. Vorderansicht,

Fig. 3 die Verteilung des von der Elektrodenan­ ordnung erzeugten elektrischen Feldes so­ wie

Fig. 4a, 4b alternative Ausführungsformen einer Elek­ trodenanordnung zur Rückenmarkstimulation im Querschnitt.

Die in Fig. 1 gezeigte Querschnittsdarstellung verdeut­ licht zunächst den anatomischen Aufbau der Wirbelsäule in der Höhe eines Wirbels. Aus der Darstellung ist ersicht­ lich, daß die einzelnen Wirbel jeweils ein vorderes Wirbel­ element 1v und ein hinteres Wirbelelement 1h aufweisen, die zusammen den Rückenmarkskanal umschließen, in dem sich das Rückenmark 2 befindet, das von einer Schicht 3 aus Gehirn- Rückenmarksflüssigkeit umgeben ist. An das Rückenmark 2 schließen sich seitlich die sogenannten dorsalen Wurzeln 4 an, die weiter seitlich in den Rückenmarksnerv 5 übergehen.

Weiterhin zeigt Fig. 1 die Anordnung einer erfindungsgemä­ ßen Elektrodenanordnung 6, die im hinteren Bereich des Rüc­ kenmarkskanals zwischen dem Rückenmark 2 und dem hinteren Wirbelelement 1h implantiert und im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet wird, wobei eine Seiten­ fläche der streifenförmigen Elektrodenanordnung 6 dem Rüc­ kenmark 2 zugewandt ist, während die andere Seitenfläche der Elektrodenanordnung 6 nach hinten in Richtung des hin­ teren Wirbelelements 1h weist.

Diese Plazierung der Elektrodenanordnung 6 ist vorteilhaft, da das Hauptziel bei der Stimulation des Rückenmarks 2 in der Aktivierung der dicken afferenten Nervenfasern besteht, die in dem mit einer Strichlinie umrandeten Bereich 7 des Rückenmarks 2 liegen, der auch als Dorsal Column bezeichnet wird.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 6 ist aus den perspektivischen Darstellungen in den Fig. 2a und 2b ersichtlich, wobei Fig. 2a eine Rückansicht der Elektrodenanordnung 6 mit dem Rückenmark 2 wiedergibt, wäh­ rend Fig. 2b eine Vorderansicht der Elektrodenanordnung 6 zeigt. Aus diesen Darstellungen ist ersichtlich, daß die Elektrodenanordnung 6 ein streifenförmiges Trägerelement 8 aufweist, das aus elektrisch isolierendem Material besteht und in der vorstehend beschriebenen Weise im Rückenmarkska­ nal implantiert wird.

Auf der dem Rückenmark 2 abgewandten Seite des Trägerele­ ments 8 sind insgesamt acht streifenförmige Elektroden A befestigt, die als Anoden fungieren, während die zugehöri­ gen Kathoden K auf der dem Rückenmark 2 zugewandten Seite des Trägerelements 8 angebracht sind. Durch diese Vertei­ lung der Elektroden A, K auf die beiden Seiten des Träger­ elements 8 wird der laterale Platzbedarf der Elektrodenan­ ordnung 6 gegenüber einer nur einseitigen Anordnung der Elektroden A, K wesentlich verringert, da die auf gegen­ überliegenden Seiten angebrachten Elektroden A, K durch das Trägerelement 8 gegeneinander isoliert werden und somit kein seitlicher Abstand zwischen den Elektroden A, K erfor­ derlich ist.

Die Anoden A auf der dem Rückenmark 2 abgewandten Seite des Trägerelements 8 sind jeweils paarweise in einem einheitli­ chen Abstand nebeneinander angeordnet und im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet, wobei die ein­ zelnen Anodenpaare entlang der Längserstreckung des Trä­ gerelements 8 in einer Linie übereinander angeordnet sind. Die zugehörigen Katoden K sind auf der dem Rückenmark 2 ab­ gewandten Seite des Trägerelements 8 jeweils in Höhe der Anodenpaare A angeordnet, so daß die Elektrodenanordnung 6 vier übereinander angeordnete tripolare Elektrodenkonfigu­ rationen aufweist, die getrennt angesteuert werden können und hierzu jeweils über getrennte elektrische Zuleitungen verfügen, die durch ein an der Unterseite des Trägerele­ ments 8 abgehendes Kabel 9 zu einem Stimulationsgerät ge­ führt werden.

Durch diese separate elektrische Ansteuerung der einzelnen tripolaren Elektrodenkonfigurationen ist es vorteilhaft möglich, die Feldverteilung in axialer Richtung zu steuern.

Die tripolare Elektrodenkonfiguration mit jeweils zwei au­ ßenliegenden Anoden A und einer dem Rückenmark 2 zugewand­ ten mittig angeordneten Kathode K bietet den Vorteil, daß die Stimulation des Rückenmarks 2 wesentlich selektiver auf die dicken afferenten Nervenfasern im Dorsal Column 7 wirkt, da das elektrische Feld durch die außenliegenden An­ oden A lateral eingeschränkt wird.

Zum anderen ist es auf diese Weise möglich, die elektrische Feldverteilung bei der Stimulation in lateraler Richtung zu variieren, indem die außenliegenden Anoden A der einzelnen tripolaren Elektrodenkonfigurationen mit unterschiedlichen Stimulationsamplituden beaufschlagt werden. Hierdurch wer­ den die Anforderungen an die laterale Positionierungsgenau­ igkeit bei der Implantation der Elektrodenanordnung 6 ver­ ringert, da eine geringfügige laterale Fehlstellung der Elektrodenanordnung 6 durch eine entsprechend asymmetrische Ansteuerung der außenliegenden Anoden A kompensiert werden kann. Eine derartig unsymmetrische Ansteuerung der Anoden A kann auch eingesetzt werden, um den Einfluß einer unsymme­ trischen Bindegewebsbildung auf die Elektrodenimpedanz zu kompensieren.

Die durch die vorstehend beschriebene Elektrodenanordnung erzeugte Feldverteilung ist detailliert in Fig. 3 darge­ stellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die elektrischen Feldlinien E im Bereich des Dorsal Column 7 besonders dicht verlaufen, was dort mit einer relativ gro­ ßen elektrischen Feldstärke verbunden ist und somit eine örtlich stark selektive Stimulation der im Dorsal Column 7 befindlichen afferenten Nervenfasern führt, ohne die effe­ renten Motorfasern zu aktivieren.

Die in Fig. 4a im Querschnitt dargestellte Elektrodenan­ ordnung unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Elektrodenanordnung im wesentlichen dadurch, daß die laterale Ausdehnung der im implantierten Zustand dem Rückenmark zugewandten Kathode K* wesentlich kleiner ist als die laterale Ausdehnung der beiden Anoden A', A'', die auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trägerele­ ments 10 angebracht sind. Hierdurch wird die Feldstärke vor der Kathode K* und damit im Bereich des Dorsal Column 7 er­ höht, was vorteilhaft zu einer weiteren Steigerung der ört­ lichen Selektivität bei der Stimulation der dicken afferen­ ten Nervenfasern führt.

Fig. 4b zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung zur Rückenmark­ stimulation, das sich von den vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnungen dadurch unterscheidet, daß die ein­ zelnen Elektroden jeweils aus dünnen Drähten A°, K° aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, die jeweils in die Seitenflächen des Trägerelements 10 eingelassen und parallel zur Längserstreckung des Trägerelements 10 ausge­ richtet sind, wobei sich die Kathodendrähte K° auf der dem Rückenmark zugewandten Seite des Trägerelements 10 befin­ den, wohingegen die Anodendrähte A° auf der dem Rückenmark abgewandten Seite in das Trägerelement 10 eingelassen sind. Die einzelnen Elektroden A°, K° lassen sich durch separate Zuleitungen elektrisch getrennt ansteuern, wodurch sich die Feldverteilung in weiteren Grenzen einstellen läßt, um ei­ nen möglichst guten Stimulationseffekt zu erzielen. Die Im­ plantation dieser Elektrodenanordnung erfolgt in der glei­ chen Weise wie vorstehend in der Beschreibung zu Fig. l erläutert.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie­ le. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (6)

1. Elektrodenanordnung (6) zur Rückenmarkstimulation, insbesondere zur Stimulation der dicken afferenten Nerven­ fasern im Dorsal Column (7), mit
einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden streifenförmigen Trägerelement (8) zur Implantation an der Hinterseite des Rückenmarks (2) im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal und mit einer seiner beiden Seitenflä­ chen dem Rückenmark (2) zugewandt,
mindestens drei seitlich an dem Trägerelement (8) nebenein­ ander befestigten und jeweils im wesentlichen parallel zu dem Trägerelement (8) ausgerichteten langgestreckten Elek­ troden (A, K), die zum bipolaren Anschluß an ein Stimulati­ onsgerät mit mindestens zwei elektrisch gegeneinander iso­ lierten Zuleitungen verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Elektrode (K) und die beiden äußeren Elek­ troden (A) zur Verringerung des lateralen Platzbedarfs auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements (8) angebracht sind.

2. Elektrodenanordnung (6) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die laterale Ausdehnung der mittleren Elektrode (K*) zur Fokussierung des elektrischen Feldes im Bereich des Dorsal Column (7) wesentlich kleiner ist als die laterale Ausdehnung der äußeren Elektroden (A', A'').

3. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden (A°, K°) aus einem elektrisch leitfähigen Draht besteht und seitlich in das Trägerelement (10) eingelassen ist.

4. Elektrodenanordnung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Elek­ trode (K) auf der dem Rückenmark (2) zugewandten Seite des Trägerelements (8) und die beiden äußeren Elektroden (8) auf der dem Rückenmark (2) abgewandten Seite des Trägerele­ ments (8) angebracht sind.

5. Elektrodenanordnung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Elek­ trode eine Kathode (K) ist und die beiden äußeren Elektro­ den Anoden (A) sind.

6. Elektrodenanordnung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Elektroden (A, K) zur separaten elektrischen Ansteuerung jeweils mit einer Zuleitung verbunden sind, wobei die einzelnen Zulei­ tungen elektrisch gegeneinander isoliert sind.