[go: up one dir, main page]

DE202021106784U1 - Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards - Google Patents

Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards Download PDF

Info

Publication number
DE202021106784U1
DE202021106784U1 DE202021106784.5U DE202021106784U DE202021106784U1 DE 202021106784 U1 DE202021106784 U1 DE 202021106784U1 DE 202021106784 U DE202021106784 U DE 202021106784U DE 202021106784 U1 DE202021106784 U1 DE 202021106784U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
electrode
electrode line
wave
electrode contacts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE202021106784.5U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Biotronik SE and Co KG
Original Assignee
Biotronik SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biotronik SE and Co KG filed Critical Biotronik SE and Co KG
Priority to DE202021106784.5U priority Critical patent/DE202021106784U1/en
Publication of DE202021106784U1 publication Critical patent/DE202021106784U1/en
Expired - Lifetime legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02Details
    • A61N1/04Electrodes
    • A61N1/05Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0551Spinal or peripheral nerve electrodes
    • A61N1/0553Paddle shaped electrodes, e.g. for laminotomy

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

Implantierbare Elektrodenleitung (1), aufweisend:- einen distalen Endabschnitt (12) aufweisend ein Substrat (30) mit einer Vorderseite (31), auf der zumindest zwei Elektrodenkontakte (10, 11) angeordnet sind, und mit einer der Vorderseite (31) abgewandten Rückseite (32), die einen elektrischen Isolator bildet,- ein proximales Ende (14) zum Verbinden der Elektrodenleitung (1) mit einem aktiven Implantat (2), wobei die Elektrodenkontakte (10, 11) jeweils über einen elektrischen Leiter (3) mit dem proximalen Abschnitt (11) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) flexibel ist und von einem kollabierten Zustand in einen expandierten Zustand expandierbar ist, wobei das Substrat (30) im expandierten Zustand eine Wellenstruktur mit Wellenbergen (33) und Wellentälern (34) aufweist, wobei die beiden Elektrodenkontakte (10, 11) beabstandet zueinander auf einem Wellenberg (33) angeordnet sind, und wobei die Rückseite (32) des Substrats (30) im Bereich der Wellentäler (34) zum Abstützen des Substrats (30) am Implantationsort konfiguriert ist.Implantable electrode line (1), having: - a distal end section (12) having a substrate (30) with a front side (31) on which at least two electrode contacts (10, 11) are arranged and with one facing away from the front side (31). Back (32), which forms an electrical insulator, - a proximal end (14) for connecting the electrode line (1) to an active implant (2), the electrode contacts (10, 11) each having an electrical conductor (3). are electrically connected to the proximal section (11), characterized in that the substrate (30) is flexible and expandable from a collapsed state to an expanded state, the substrate (30) in the expanded state having a corrugated structure with crests (33) and Wave troughs (34), wherein the two electrode contacts (10, 11) are arranged spaced apart from one another on a wave crest (33), and the back (32) of the substrate (30) in the region of the wave tä ler (34) is configured to support the substrate (30) at the implantation site.

Description

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Elektrodenleitung, insbesondere zur spinalen Nervenstimulation (spinal cord stimulation, kurz SCS).The invention relates to an implantable electrode line, in particular for spinal nerve stimulation (spinal cord stimulation, SCS for short).

Prinzipiell existieren zwei unterschiedliche Bauformen von Elektroden für die SCS, die im Epiduralraum nahe des Rückenmarks platziert werden (vgl. 1), und zwar:

  • - isodiametrische Elektroden mit Durchmessern unterhalb von üblicherweise 2 mm und mehr als 4, üblicherweise 8 Elektrodenpolen zur perkutanen Implantation (Perkutan-Elektroden), oder
  • - Paddelelektroden mit einem isodiametrischen Elektrodenkörper ähnlich der Perkutan-Elektrode und einem bis zu 10 mm verbreitertem distalen Ende mit üblicherweise 16 und mehr Elektrodenpolen.
In principle, there are two different designs of electrodes for the SCS, which are placed in the epidural space near the spinal cord (cf. 1 ), in fact:
  • - isodiametric electrodes with diameters of usually less than 2 mm and more than 4, usually 8 electrode poles for percutaneous implantation (percutaneous electrodes), or
  • - Paddle electrodes with an isodiametric electrode body similar to the percutaneous electrode and a distal end widened by up to 10 mm with usually 16 or more electrode poles.

Ein Vorteil der Perkutan-Elektrode besteht in der minimalinvasiven Methode zur Platzierung; der Vorteil der Paddelelektrode liegt vor allem in der besseren Effizienz bei gegebener Leistung. Derartige Elektroden sind z.B. aus der US 9,867,978 B1 , WO 2009111142 A2 und US 6,205,361 B1 bekannt.An advantage of the percutaneous electrode is the minimally invasive method of placement; the advantage of the paddle electrode lies primarily in the better efficiency with the given performance. Such electrodes are, for example, from the US 9,867,978 B1 , WO 2009111142 A2 and US 6,205,361 B1 known.

Der Epiduralraum hat in etwa eine Dicke von um die 2 mm. Damit die Stimulationssignale möglichst effektiv das Rückenmark erreichen, wird eine Dicke der Paddelelektrode von 2 mm bevorzugt, so dass sich die Elektrodenpole nah an die Rückenmarkshaut anlegen können. Die Breite der Paddelelektroden beträgt üblicherweise bis zu 10 mm. Elektroden mit diesen Formfaktoren können jedoch nicht perkutan über übliche Hohlnadeln in den Epiduralraum eingeführt werden.The epidural space is approximately 2mm thick. In order for the stimulation signals to reach the spinal cord as effectively as possible, a paddle electrode thickness of 2 mm is preferred so that the electrode poles can lie close to the spinal cord membrane. The width of the paddle electrodes is usually up to 10 mm. However, electrodes with these form factors cannot be inserted percutaneously into the epidural space via conventional hollow needles.

Es sind daher aufwändige Sonderanfertigungen von Einführbestecken mit ovalem Innendurchmesser notwendig, die die perkutane Einführung breiter Paddelelektroden erlauben.Expensive custom-made insertion sets with an oval inner diameter are therefore necessary, which allow the percutaneous insertion of wide paddle electrodes.

Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenleitung bereitzustellen, die im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert ist.Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing an electrode lead which is improved with regard to the aforementioned problem.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektrodenleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.This object is achieved by an electrode lead having the features of claim 1. Advantageous configurations of the invention are described below.

Gemäß Anspruch 1 wird eine implantierbare Elektrodenleitung offenbart, die einen distalen Endabschnitt aufweist, der über ein Substrat verfügt, mit einer Vorderseite, auf der zumindest zwei Elektrodenkontakte angeordnet sind, und mit einer der Vorderseite abgewandten Rückseite, die vollständig als elektrischer Isolator ausgestaltet ist. Weiterhin weist die Elektrodenleitung ein proximales Ende zum Verbinden der Elektrodenleitung mit einem aktiven Implantat auf (der proximale Abschnitt kann z. B. als Stecker ausgebildet sein), wobei die Elektrodenkontakte über elektrische Leiter mit dem proximalen Ende elektrisch leitend verbunden sind.According to claim 1, an implantable electrode lead is disclosed which has a distal end section which has a substrate, with a front side on which at least two electrode contacts are arranged, and with a rear side facing away from the front side, which is designed entirely as an electrical insulator. Furthermore, the electrode line has a proximal end for connecting the electrode line to an active implant (the proximal section can be embodied as a plug, for example), the electrode contacts being electrically conductively connected to the proximal end via electrical conductors.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Substrat flexibel ist und von einem kollabierten Zustand in einen expandierten Zustand expandierbar ist, wobei das Substrat im expandierten Zustand eine wellenförmige Struktur mit Wellenbergen und Wellentälern aufweist, wobei die beiden Elektrodenkontakte beabstandet zueinander auf einem Wellenberg angeordnet sind, und wobei die Rückseite des Substrats im Bereich der Wellentäler zum Abstützen des Substrats am Implantationsort (insbesondere an einem Wirbelbogen einer Person) konfiguriert ist.According to the invention, it is provided that the substrate is flexible and can be expanded from a collapsed state to an expanded state, with the substrate having a wavy structure with wave crests and wave troughs in the expanded state, with the two electrode contacts being arranged at a distance from one another on a wave crest, and with the backside of the substrate is configured in the region of the troughs to support the substrate at the implantation site (particularly at a vertebral arch of a person).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine minimale Breite des Substrats größer als der maximale Durchmesser eines längserstreckten Abschnitts der Elektrodenleitung, der das proximale Ende mit dem distalen Abschnitt der Elektrodenleitung bzw. mit dem Substrat verbindet. Der längserstreckte Abschnitt wird auch als Elektrodenkörper bezeichnet.According to one embodiment of the invention, a minimum width of the substrate is greater than the maximum diameter of an elongate section of the electrode line that connects the proximal end to the distal section of the electrode line or to the substrate. The elongate section is also referred to as the electrode body.

Das flexible Substrat besitzt somit vorzugsweise eine Vorderseite, auf der die mindestens zwei Elektrodenflächen mit Kontakt zum Gewebe angebracht sind, und eine Rückseite, die vollständig aus einem elektrischen Isolator besteht und sich am Implantationsort z. B. an einem Wirbelkörper abstützen kann.The flexible substrate thus preferably has a front side, on which the at least two electrode surfaces are attached with contact to the tissue, and a back side, which consists entirely of an electrical insulator and z. B. can be supported on a vertebral body.

Die Erfindung stellt also mit anderen Worten eine flexible Gestaltung einer Paddelelektrode dar, die durch elastische Formänderung in einen isodiametrischen Zustand gebracht werden kann und somit die Nutzung handelsüblicher Einführbestecke ermöglicht.In other words, the invention represents a flexible design of a paddle electrode which can be brought into an isodiametric state by elastic deformation and thus enables the use of commercially available insertion instruments.

Damit die erfindungsgemäße Elektrodenleitung möglichst gut perkutan implantierbar ist, ist der distale Abschnitt der Elektrodenleitung vorzugsweise so dünn und flexibel ausgestaltet, dass er durch Falten oder Einrollen in ein übliches Einführbesteck perkutan geführt werden kann und andererseits eine ausreichende Biegesteifigkeit aufweist, um im implantierten Zustand über Formstabilität den nötigen Abstand der Elektrodenpole zueinander zu gewährleisten. Dies wird mit Vorteil dadurch erreicht, dass der distale Abschnitt z. B. als dünne flexible Leiterbahn ausgebildet ist, die mit einem 3D-Wellenprofil versehen ist. Im flachgedrückten Zustand können die Leiterbahn bzw. der distale Abschnitt entweder gerollt oder gefaltet werden. Außerhalb des Einführbestecks entfaltet sich die Elektrode, besitzt aufgrund des Wellenprofils eine erhöhte Steifigkeit und drückt sich gegen die Rückenmarkshaut (vgl. 2). Auch im Fall, dass die elastische Leiterbahn kein Thermoplast ist, z. B. bei Leiterbahnen auf Basis üblicher Polyimide (PI), kann das Wellenprofil nachträglich aufgebracht werden, indem die Folie z. B. über Tauchbeschichtung mit thermoplastischen Polyurethan beschichtet und danach über die Schmelztemperatur plastisch verformt wird.So that the electrode line according to the invention can be implanted percutaneously as well as possible, the distal section of the electrode line is preferably designed so thin and flexible that it can be guided percutaneously by folding or rolling it into a conventional insertion set and, on the other hand, has sufficient bending stiffness to ensure dimensional stability in the implanted state to ensure the necessary distance between the electrode poles. This is advantageously achieved in that the distal section z. B. is designed as a thin flexible conductor track, which is provided with a 3D wave profile. When flattened, the trace or distal portion can be either rolled or folded. Outside of the introducer, the electrode unfolds, has increased rigidity due to the wave profile and presses against the spinal cord membrane (cf. 2 ). Even if the elastic conductor is not a thermoplastic, e.g. B. in conductor tracks based on conventional polyimides (PI), the wave profile can be applied later by the film z. B. is coated with thermoplastic polyurethane by dip coating and then plastically deformed above the melting temperature.

Am Ort, an dem die Leiterbahnen auf dem elastischen Substrat in den längserstreckten Abschnitt des Elektrodenkörpers zusammengeführt werden, befindet sich vorzugsweise eine elastische Weiche.An elastic switch is preferably located at the point at which the conductor tracks on the elastic substrate are brought together in the longitudinally extended section of the electrode body.

Ausgehend von der Ebene des flächigen Substrates, besitzt das flexible Substrat eine dreidimensionale (3D) Form, bei der Abschnitte der Rückseite teilweise oberhalb anderer Abschnitte der Vorderseite angeordnet sind. Das flexible Substrat kann dabei eine verrundete Wellenstruktur oder eine zick-zack-förmige Wellenstruktur aufweisen.Proceeding from the plane of the planar substrate, the flexible substrate has a three-dimensional (3D) shape in which portions of the back surface are partially superimposed on other portions of the front surface. The flexible substrate can have a rounded corrugated structure or a zigzag corrugated structure.

Weiterhin weist das flexible Substrat im zusammengefalteten bzw. kollabierten Zustand vorzugsweise einen maximalen Außendurchmesser auf, der geringer oder gleich dem Innendurchmesser des Einführbestecks ist und im ausgefalteten bzw. expandierten Zustand größer als der Innendurchmesser des Einführbestecks ist.Furthermore, the flexible substrate preferably has a maximum outer diameter in the folded or collapsed state which is less than or equal to the inner diameter of the insertion instrument and in the unfolded or expanded state is greater than the inner diameter of the insertion instrument.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das flexible Substrat aus einem Thermoplast besteht oder einen Thermoplast aufweist.Furthermore, according to one embodiment, it is provided that the flexible substrate consists of a thermoplastic or has a thermoplastic.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das flexible Substrat aus einem Gemisch aus einem Thermoplast und einem Duroplast besteht.According to a further embodiment it is provided that the flexible substrate consists of a mixture of a thermoplastic and a thermoset.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das flexible Substrat aus einem mit einem Thermoplast beschichteten Duroplast besteht.Furthermore, according to one embodiment, it is provided that the flexible substrate consists of a duroplast coated with a thermoplastic.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Faltung des Substrats zur Herstellung der kollabierten Form des Substrats ziehharmonikaförmig erfolgt. Alternativ ist vorgesehen, dass die Faltung durch Einrollen erfolgt.Furthermore, according to one embodiment of the invention, it is provided that the folding of the substrate to produce the collapsed shape of the substrate takes place in the shape of an accordion. Alternatively, it is provided that the folding takes place by rolling.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Entfaltung des Substrats über elastische Elemente erfolgt, die sich mindestens zum Teil außerhalb der Ebene der Elektrodenflächen befinden. Die elastischen Elemente bestehen z. B. aus einem elastischen Kunststoff (z. B. Silikon, Polyurethan o.ä.) und sind vorzugsweise bogenförmig gestaltet.Furthermore, according to one embodiment of the invention, it is provided that the substrate is unfolded via elastic elements which are located at least in part outside the plane of the electrode surfaces. The elastic elements consist z. B. made of an elastic plastic (z. B. silicone, polyurethane, etc.) and are preferably designed arcuate.

Gemäß einer Ausführungsform sind die elastischen Elemente als Stützbalken gestaltet.According to one embodiment, the elastic elements are designed as support beams.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die elastischen Elemente schlauchförmig ausgestaltet.According to a further embodiment, the elastic elements are of tubular design.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich am flexiblen Substrat Aufnahmen für einen Mandrin befinden. Nach Einfädelung des Mandrins befindet sich das Substrat in einem zusammengefalteten Zustand. Ein Herausziehen des Mandrins führt zu einer Entfaltung bzw. Expansion des Substrats bzw. Paddels durch die elastischen Elemente in den besagten expandierten Zustand.According to a further embodiment, provision is made for receptacles for a stylet to be located on the flexible substrate. After threading the stylet, the substrate is in a folded state. Pulling out the stylet leads to an unfolding or expansion of the substrate or paddle by the elastic elements in said expanded state.

Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:

  • 1 eine Darstellung einer Anwendung einer erfindungsgemäßen Elektrodenleitung für die SCS;
  • 2 eine Schnittdarstellung einer implantierten erfindungsgemäßen Elektrodenleitung;
  • 3A eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenleitung;
  • 3B eine geschnittene Ansicht durch ein Substrat einer Elektrodenleitung gemäß 3A im expandierten bzw. implantierten Zustand;
  • 3C die Schnittansicht gemäß 3B, wobei schlauchförmige elastische Elemente zum Entfalten des Substrats der Elektrodenleitung am distalen Abschnitt der Elektrodenleitung vorgesehen sind, wobei die rechte Seite der 3C den kollabierten Zustand des Substrats zeigt;
  • 3D eine Modifikation der in der 3C gezeigten Elektrodenleitung, wobei das Substrat an seinen Rändern Elemente aufweist, die Verletzungen durch zu scharfe Kanten vermeiden sollen;
  • 4A die Ausführungsform der Elektrodenleitung gemäß 3A, wobei zusätzlich Aufnahmen, insbesondere Ösen, zur Aufnahme eines Mandrins vorgesehen sind, um einen kollabierten Zustand des Substrats aufrechtzuerhalten;
  • 4B die Ausführungsform der Elektrodenleitung gemäß 3C, wobei schlauchförmige elastische Elemente zum Entfalten des Substrats vorgesehen sind;
  • 4C die Ausführungsform der Elektrodenleitung gemäß 3C, wobei ein Mandrin durch die Aufnahmen geführt ist, um das Substrat im kollabierten Zustand zu halten, in dem die Elektrodenleitung perkutan durch eine Hohlnadel implantierbar ist, wobei sich das Substrat außerhalb der Hohlnadel durch Herausziehen des Mandrins aus den Aufnahmen in den expandierten Zustand entfaltet;
  • 5A eine Abwandlung der in der 4B gezeigten Ausführungsform einer Elektrodenleitung, wobei anstelle der schlauchförmigen elastischen Elemente bogenförmige elastische Elemente vorgesehen sind; und
  • 5B eine weitere Abwandlung der in der 4B gezeigten Ausführungsform einer Elektrodenleitung, wobei anstelle der schlauchförmigen elastischen Elemente elastische Elemente in Form von Stützbalken vorgesehen sind.
Exemplary embodiments of the solution according to the invention and further features and advantages of the invention are to be explained below with reference to the figures. Show it:
  • 1 a representation of an application of an electrode line according to the invention for the SCS;
  • 2 a sectional view of an implanted electrode line according to the invention;
  • 3A a schematic plan view of the front of an embodiment of an electrode line according to the invention;
  • 3B a sectional view through a substrate of an electrode line according to FIG 3A in the expanded or implanted state;
  • 3C the sectional view according to 3B , wherein tubular elastic members for unfolding the substrate of the electrode line are provided at the distal portion of the electrode line, the right side of the 3C shows the collapsed state of the substrate;
  • 3D a modification of that in the 3C shown electrode line, the substrate having elements at its edges that are intended to prevent injuries caused by sharp edges;
  • 4A the embodiment of the electrode line according to FIG 3A , wherein additional recordings, in particular eyelets, are provided for receiving a stylet in order to maintain a collapsed state of the substrate;
  • 4B the embodiment of the electrode line according to FIG 3C , being tubular elastic elements are provided for unfolding the substrate;
  • 4C the embodiment of the electrode line according to FIG 3C wherein a stylet is passed through the receptacles to hold the substrate in the collapsed state in which the electrode lead can be implanted percutaneously through a hollow needle, the substrate unfolding outside of the hollow needle by withdrawing the stylet from the receptacles into the expanded state;
  • 5A a modification of that in the 4B shown embodiment of an electrode line, wherein instead of the tubular elastic elements arcuate elastic elements are provided; and
  • 5B another modification of the 4B shown embodiment of an electrode line, wherein instead of the tubular elastic elements elastic elements are provided in the form of support beams.

3A zeigt im Zusammenhang mit 3B eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen implantierbaren Elektrodenleitung 1, mit einem distalen Endabschnitt 12, aufweisend ein Substrat 30 mit einer Vorderseite 31, auf der zumindest zwei Elektrodenkontakte 10, 11 angeordnet sind, und mit einer der Vorderseite 31 abgewandten Rückseite 32, die einen elektrischen Isolator bildet. Die Elektrodenleitung 1 weist gemäß 1 weiterhin ein proximales Ende 14 zum Verbinden der Elektrodenleitung 1 mit einem aktiven Implantat 2 auf, wobei die Elektrodenkontakte 10, 11 über elektrische Leiter 3 mit dem proximalen Abschnitt 14 elektrisch verbunden sind. 3A shows related to 3B an embodiment of an implantable electrode line 1 according to the invention, with a distal end section 12, having a substrate 30 with a front side 31, on which at least two electrode contacts 10, 11 are arranged, and with a rear side 32 facing away from the front side 31, which forms an electrical insulator. The electrode line 1 has according to 1 furthermore has a proximal end 14 for connecting the electrode line 1 to an active implant 2 , the electrode contacts 10 , 11 being electrically connected to the proximal section 14 via electrical conductors 3 .

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Substrat 30 flexibel ist und von einem kollabierten Zustand in einen expandierten Zustand expandierbar ist, wobei das Substrat 30 im expandierten Zustand eine Wellenstruktur mit Wellenbergen 33 und Wellentälern 34 aufweist, wobei die beiden Elektrodenkontakte 10, 11 beabstandet zueinander auf einem Wellenberg 33 angeordnet sind, und wobei die Rückseite 32 des Substrats 30 im Bereich der Wellentäler 34 zum Abstützen des Substrats 30 am Implantationsort konfiguriert ist. Dies ist in der 2 exemplarisch dargestellt. 2 zeigt dabei einen Querschnitt einer Wirbelsäule mit Rückenmark RM, Epiduralraum E, Liquor L, Spinalnerv S und Wirbelkörper W. Weiterhin sind die Position des Rückens R sowie des Bauchs B eingezeichnet.According to the invention, it is provided that the substrate 30 is flexible and can be expanded from a collapsed state into an expanded state, with the substrate 30 having a corrugated structure with wave crests 33 and wave troughs 34 in the expanded state, with the two electrode contacts 10, 11 being spaced apart from one another on a Wave crests 33 are arranged, and wherein the rear side 32 of the substrate 30 is configured in the region of the wave troughs 34 for supporting the substrate 30 at the implantation site. This is in the 2 shown as an example. 2 shows a cross-section of a spine with spinal cord RM, epidural space E, liquor L, spinal nerve S and vertebral body W. The position of the back R and the abdomen B are also shown.

Die Verwendung eines Substrats 30 einer Elektrodenleitung 1 in Form einer flexiblen Leiterplatte ist besonders attraktiv für flächige Elektrodenstrukturen mit einer Vielzahl an verschiedenen Leiterbahnen und/oder Elektrodenpolen, wie sie z. B. bei der Paddelelektrode für die spinale Nervenstimulation verwendet wird. Die Kunststoffsubstrate 30, auf die die entsprechenden elektrischen Leiter aufgebracht sind (z. B. PI, LCP), besitzen im Allgemeinen eine geringere Elastizität als Isolationsmaterialien, die sonst für implantierbare Leitungen genutzt werden (Silikone, Polyurethane PU). Um trotzdem eine biegsame Elektrode 1 zu ermöglichen, werden die Substrate 30 vorzugsweise in Form sehr dünner Folien (<< 1 mm) gefertigt. Um Verletzungen des Gewebes durch die Folienkanten zu vermeiden, werden diese üblicherweise zumindest an den Kanten nachträglich mit weicheren Kunststoffen, z. B. Silikon oder PU, umgeben bzw. mit entsprechenden Kantenelementen 35 ausgestattet.The use of a substrate 30 of an electrode line 1 in the form of a flexible printed circuit board is particularly attractive for flat electrode structures with a large number of different conductor tracks and/or electrode poles, as are used, for. B. is used in the paddle electrode for spinal nerve stimulation. The plastic substrates 30 to which the corresponding electrical conductors are applied (eg PI, LCP) generally have lower elasticity than insulation materials that are otherwise used for implantable lines (silicone, polyurethane PU). In order to nevertheless enable a flexible electrode 1, the substrates 30 are preferably manufactured in the form of very thin foils (<<1 mm). In order to avoid damage to the tissue from the film edges, these are usually subsequently covered with softer plastics, e.g. B. silicone or PU, surrounded or equipped with appropriate edge elements 35.

Das gängigste Ausgangsmaterial für flexible Leiterplatten 30 ist PI. Da Leiterplatten 30 üblicherweise in einer Ebene hergestellt werden und PI ein Duroplast ist, ist eine spätere Umformung der PI-Folie zu einem 3D-Profil problematisch. Eine Möglichkeit besteht darin, auf die PI-Folie ein Thermoplast aufzubringen. Durch die thermoplastischen Elemente auf der PI-Folie ist nachträglich eine vereinfachte plastische Umformung möglich und auch eine reversible Verschweißung verschiedener Lagen der PI-Folie.The most common starting material for flexible circuit boards 30 is PI. Since printed circuit boards 30 are usually manufactured in one plane and PI is a duroplast, later shaping of the PI film into a 3D profile is problematic. One possibility is to apply a thermoplastic to the PI film. Due to the thermoplastic elements on the PI film, a simplified plastic deformation is subsequently possible and also a reversible welding of different layers of the PI film.

In einer Ausführungsform werden flexible Leiterplatten 30 mit den Abmaßen 6 x 60 mm und 50 µm Schichtdicke auf Basis von Polyimid (PI) über Tauchbeschichtung mit einer 10 µm dicken Polyurethan (PU)- Schicht versehen.In one embodiment, flexible circuit boards 30 with the dimensions 6×60 mm and a layer thickness of 50 μm based on polyimide (PI) are provided with a 10 μm thick polyurethane (PU) layer by dip coating.

Die elektrisch leitfähigen Komponenten bzw. Elektrodenkontakte 10, 11 auf dem flexiblen Substrat 30 bestehen z. B. aus etwa 5 µm dicken und 50 µm breiten Leiterbahnen aus Gold. Gemäß einer Ausführungsform befinden sich auf der Vorderseite 31 des Substrats 30 insgesamt 2x16 Elektroden 10, 11 in insgesamt vier Reihen. Jede der 32 Elektroden 10, 11 ist mit einer Leiterbahn 3 verbunden, wobei jeweils Leiterbahnen Pärchen bilden und die Pärchen am proximalen Ende 36 des Paddels 30 jeweils kurzgeschlossen sind (vgl. 3A).The electrically conductive components or electrode contacts 10, 11 on the flexible substrate 30 consist z. B. from about 5 microns thick and 50 microns wide conductor tracks made of gold. According to one embodiment, a total of 2×16 electrodes 10, 11 in a total of four rows are located on the front side 31 of the substrate 30. FIG. Each of the 32 electrodes 10, 11 is connected to a conductor track 3, conductor tracks forming pairs and the pairs being short-circuited at the proximal end 36 of the paddle 30 (cf. 3A) .

Am proximalen Ende 36 des Paddels bzw. Substrats 30 befindet sich vorzugsweise ein flächig ausgeformter Ausleger 37 mit insgesamt 16 metallischen Kontaktflächen 38, an die z. B. seilförmige Zuleitungen z. B. geschweißt werden. Nach Kontaktierung der Zuleitungen kann der Ausleger 37 entweder gefaltet oder eingerollt und z. B. in einen Katheter eingeführt werden, der den Ausleger in einem gefalteten oder gerollten Zustand hält. Das besagte Wellenprofil des Substrats 30 kann z. B. in der folgenden Weise umgesetzt werden: In einer auf 190°C erhitzten metallischen Passform mit z. B. einem Wellenprofil, das einem Sinus mit 1 mm Amplitude und 4 mm Periodenlänge entspricht, werden die mit PU beschichteten PI-Leiterplatten eingebracht. Je nach Amplitude der Wellen und dem Abstand der Wellenberge 33 kann die Biegesteifigkeit im Vergleich zu einer ungewellten Folie um mehrere Größenordnungen erhöht werden. Bei einem Muster mit 0,25 µm Dicke, der Amplitude 1 mm und der Periodenlänge 4 mm wurde eine Erhöhung um den Faktor 50 gemessen. In Simulationen werden für ähnliche Geometrien Faktoren bis 150 erwartet. Die Amplitude des Wellenprofils soll vorzugsweise mindestens 0,25 mm bis maximal 5 mm, vorzugsweise bis maximal 1 mm betragen. Die Periodenlänge soll vorzugsweise zwischen 0,2 mm und maximal 5 mm, bevorzugt maximal 2 mm, betragen.At the proximal end 36 of the paddle or substrate 30 is preferably a flat-shaped extension 37 with a total of 16 metallic contact surfaces 38, to the z. B. cable-like leads z. B. be welded. After contacting the leads, the boom 37 can either be folded or rolled up and z. B. be inserted into a catheter that holds the boom in a folded or rolled condition. Said wave profile of the substrate 30 can, for. B. be implemented in the following manner: In a heated to 190 ° C metallic fit with z. B. a wave profile that corresponds to a sine wave with 1 mm amplitude and 4 mm period length, the PU-coated PI circuit boards are inserted. Depending on The amplitude of the waves and the distance between the wave crests 33 can increase the flexural rigidity by several orders of magnitude compared to a non-corrugated film. An increase by a factor of 50 was measured for a sample with a thickness of 0.25 µm, an amplitude of 1 mm and a period length of 4 mm. In simulations, factors of up to 150 are expected for similar geometries. The amplitude of the wave profile should preferably be at least 0.25 mm up to a maximum of 5 mm, preferably up to a maximum of 1 mm. The period length should preferably be between 0.2 mm and a maximum of 5 mm, preferably a maximum of 2 mm.

Die Elektroden 10, 11 befinden sich nahe dem Scheitelpunkt bzw. Wellenberg 33 des Wellenprofils wobei sich die Lücke zwischen den Elektrodenpärchen 10, 11 vorzugsweise exakt auf dem Scheitelpunkt 33 befindet (vgl. 3B).The electrodes 10, 11 are located near the crest or crest 33 of the wave profile, with the gap between the electrode pairs 10, 11 preferably being located exactly on the crest 33 (cf. 3B) .

Durch diese Anordnung der elektrisch leitfähigen Flächen 10, 11 kann die Folie 30 entlang der Scheitelpunkte 33 gefaltet werden, ohne die Metallisierung zusätzlichen mechanischen Belastungen auszusetzen. Im gefalteten Zustand passt das Paddel 30 somit in übliche Epiduralkanülen (z. B. mit Innendurchmesser ~ 2 mm).This arrangement of the electrically conductive surfaces 10, 11 allows the film 30 to be folded along the crests 33 without subjecting the metallization to additional mechanical loads. In the folded state, the paddle 30 thus fits into standard epidural cannulas (e.g. with an inner diameter of ~2 mm).

Zur Unterstützung des Entfaltungsvorgangs können zusätzliche elastische Elemente 40, z. B. in Form von elastischen Kunststoffschläuchen, z. B. aus Silikon, dienen, die auf der Rückseite 32 des Substrats 30 zwischen den Wellentälern 34 angeordnet sind. Die Elemente 40 können z. B. einen Außendurchmesser im Bereich von 1 mm bis 1,5 mm aufweisen (vgl. 3C).Additional elastic elements 40, e.g. B. in the form of elastic plastic hoses, z. B. made of silicone, which are arranged on the back 32 of the substrate 30 between the troughs 34. The elements 40 can e.g. B. have an outer diameter in the range of 1 mm to 1.5 mm (cf. 3C ).

An den Substratkanten angebrachte z. B. bogenförmige Schlauchabschnitte 35 können dazu genutzt werden, um mögliche Verletzungen durch zu scharfe Kanten zu vermeiden (vgl. 3D).Attached to the substrate edges z. B. curved hose sections 35 can be used to avoid possible injuries caused by sharp edges (cf. 3D ).

Weiterhin sind gemäß den 4A bis 4C am flexiblen Substrat 30 Aufnahmen 50 für einen Mandrin 60 vorgesehen. Nach Einfädelung des Mandrin 60 befindet sich das Substrat 30 im kollabiertem bzw. zusammengefalteten Zustand (vgl. 4C). Ein Herausziehen des Mandrins 60 führt zu einer Entfaltung des Substrats 30 bzw. Paddels durch die elastischen Elemente 40 (4A und 4B).Furthermore, according to 4A until 4C on the flexible substrate 30 receptacles 50 for a stylet 60 are provided. After threading in the stylet 60, the substrate 30 is in the collapsed or folded state (cf. 4C ). Pulling out the stylet 60 leads to the substrate 30 or paddle being unfolded by the elastic elements 40 ( 4A and 4B) .

Weiterhin können alternativ die elastischen Elemente 40 als bogenförmige elastische Elemente 41 (vgl. 5A) oder als Stützbalken 42 (vgl. 5B) ausgebildet sein.Furthermore, as an alternative, the elastic elements 40 can be used as arc-shaped elastic elements 41 (cf. 5A) or as a support beam 42 (cf. 5B) be trained.

Die Erfindung erlaubt mit Vorteil die Implantation und Explantation von paddelartigen Elektrodenleitungen 1 mit herkömmlichen Instrumenten. Hierdurch werden die Herstellungskosten gesenkt und die Automatisierbarkeit erleichtert.The invention advantageously allows the implantation and explantation of paddle-like electrode lines 1 using conventional instruments. This lowers the manufacturing costs and makes it easier to automate.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 9867978 B1 [0003]US9867978B1 [0003]
  • WO 2009111142 A2 [0003]WO 2009111142 A2 [0003]
  • US 6205361 B1 [0003]US6205361B1 [0003]

Claims (1)

Implantierbare Elektrodenleitung (1), aufweisend: - einen distalen Endabschnitt (12) aufweisend ein Substrat (30) mit einer Vorderseite (31), auf der zumindest zwei Elektrodenkontakte (10, 11) angeordnet sind, und mit einer der Vorderseite (31) abgewandten Rückseite (32), die einen elektrischen Isolator bildet, - ein proximales Ende (14) zum Verbinden der Elektrodenleitung (1) mit einem aktiven Implantat (2), wobei die Elektrodenkontakte (10, 11) jeweils über einen elektrischen Leiter (3) mit dem proximalen Abschnitt (11) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) flexibel ist und von einem kollabierten Zustand in einen expandierten Zustand expandierbar ist, wobei das Substrat (30) im expandierten Zustand eine Wellenstruktur mit Wellenbergen (33) und Wellentälern (34) aufweist, wobei die beiden Elektrodenkontakte (10, 11) beabstandet zueinander auf einem Wellenberg (33) angeordnet sind, und wobei die Rückseite (32) des Substrats (30) im Bereich der Wellentäler (34) zum Abstützen des Substrats (30) am Implantationsort konfiguriert ist.Implantable electrode line (1), having: - a distal end section (12) having a substrate (30) with a front side (31) on which at least two electrode contacts (10, 11) are arranged and with one facing away from the front side (31). Back (32), which forms an electrical insulator, - a proximal end (14) for connecting the electrode line (1) to an active implant (2), the electrode contacts (10, 11) each having an electrical conductor (3). are electrically connected to the proximal portion (11), characterized in that the substrate (30) is flexible and expandable from a collapsed state to an expanded state, the substrate (30) in the expanded state having a corrugated structure with crests (33) and Wave troughs (34), wherein the two electrode contacts (10, 11) are arranged spaced apart from each other on a wave crest (33), and wherein the back (32) of the substrate (30) in the region of the wave valleys (34) is configured to support the substrate (30) at the implantation site.
DE202021106784.5U 2021-12-14 2021-12-14 Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards Expired - Lifetime DE202021106784U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202021106784.5U DE202021106784U1 (en) 2021-12-14 2021-12-14 Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202021106784.5U DE202021106784U1 (en) 2021-12-14 2021-12-14 Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202021106784U1 true DE202021106784U1 (en) 2021-12-21

Family

ID=79179719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202021106784.5U Expired - Lifetime DE202021106784U1 (en) 2021-12-14 2021-12-14 Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202021106784U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6205361B1 (en) 1998-02-10 2001-03-20 Advanced Bionics Corporation Implantable expandable multicontact electrodes
WO2009111142A2 (en) 2008-03-06 2009-09-11 Stryker Corporation Foldable, implantable electrode array assembly and tool for implanting same
US9867978B1 (en) 2016-09-16 2018-01-16 Precision Neurotechnologies Llc Conformal electrode arrays for electrophysiologic recording and neural stimulation within the cerebral ventricles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6205361B1 (en) 1998-02-10 2001-03-20 Advanced Bionics Corporation Implantable expandable multicontact electrodes
WO2009111142A2 (en) 2008-03-06 2009-09-11 Stryker Corporation Foldable, implantable electrode array assembly and tool for implanting same
US9867978B1 (en) 2016-09-16 2018-01-16 Precision Neurotechnologies Llc Conformal electrode arrays for electrophysiologic recording and neural stimulation within the cerebral ventricles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68923555T2 (en) TRANSVENOUSLY INSERTABLE ELECTRODE CABLE FOR HEART DEFIBRILLATION.
DE69627290T2 (en) Implantable electrode cable with at least one electrode contact
DE69923299T2 (en) Multifunctional electrode for the stimulation of neuronal tissues
US8271099B1 (en) Implantable paddle lead comprising compressive longitudinal members for supporting electrodes and method of fabrication
DE3914662C2 (en)
DE69325846T2 (en) Pacemaker probe
EP1878462B1 (en) Insertion device
EP0601339B1 (en) Defibrillation electrode
EP0843574B1 (en) Cuff electrode
DE60207216T2 (en) CABLE WITH ANGLE AND SPACE POSITION ADJUSTABLE BETWEEN ELECTRODES
EP3292885B1 (en) Stretchable electrode conductor assembly and medical implant
US9020608B2 (en) Implantable paddle lead comprising stretching electrical traces and method of fabrication
DE3015260A1 (en) ENDOCARD ELECTRODE ARRANGEMENT
US20070191709A1 (en) Self-folding paddle lead and method of fabricating a paddle lead
DE102017001971A1 (en) Multi-electrode array
DE8207842U1 (en) IMPLANTABLE LINE
DE2652195B2 (en) Pacemaker electrode assembly
DE102007034990A1 (en) Electrode catheter for interventional purposes
DE202010015346U1 (en) Electrode for the stimulation of nerves
DE102016103597A1 (en) Implantable cuff electrode
EP2110154B1 (en) Device for reducing the interference susceptibility of elongate impants
DE102020100121A1 (en) Implantable electrode with a stub line
EP2059296B1 (en) Device for the defibrillation of the heart
EP1285678B1 (en) Single electrode lead for pacemaker systems
DE202021106784U1 (en) Implantable electrodes based on 3D structured flexible circuit boards

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R156 Lapse of ip right after 3 years