DE69411066T2

DE69411066T2 - Elektrodenvorrichtung

Info

Publication number: DE69411066T2
Application number: DE69411066T
Authority: DE
Inventors: Kurt Hoegnelid; Heinz Neubauer; Jens Wolf
Original assignee: Pacesetter AB
Current assignee: Pacesetter AB
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2014-03-11
Also published as: EP0621054A1; EP0621054B1; SE9301346D0; DE69411066D1; JPH07537A; US5458630A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Elektrodenvorrichtung mit einer isolierenden Hülle, in der ein elektrischer Leiter angeordnet ist, um einen Kontakt an einem proximalen Teil der Elektrodenvorrichtung mit einer Elektrodenoberfläche auf der Elektrodenvorrichtung elektrisch zu verbinden.
Elektrodenvorrichtungen werden verwendet, wenn z.B. ein Herzschrittmacher oder ein Defibrillator mit einem Herzen verbunden werden soll, um die Funktionen des Herzens abzufühlen oder das Herz zu behandeln. In der Regel bestehen diese Elektrodenvorrichtungen aus einer oder mehreren wendelförmig gewickelten Metalldrähten, die von einem Kontakt an einem proximalen Ende, der mit einem Herzschrittmacher oder Defibrillator verbindbar ist, zu einer mit dem Herzen verbundenen oder in der Nähe des Herzens liegenden Elektrodenoberfläche verlaufen. Eine derartige Elektrodenvorrichtung ist zum Beispiel in der DE-A-3640033 offenbart. Die Elektrodenoberfläche kann z.B. aus einer kleinen Stimulationselektrode, einer größeren intrakardiellen Defibrillatorelektrode oder einer epikardiellen Patchelektrode bestehen. Die Elektrodenvorrichtung kann auch mit verschiedenen Arten von Sensoren ausgestattet sein, die über einen metallischen Leiter mit dem Herzschrittmacher oder dem Defibrillator verbunden sind.
Da sich das Herz in ständiger Bewegung befindet, ist eine mit dem Herzen verbundene oder nahe dem Herzen angeordnete Elektrodenvorrichtung ständig Belastungsschwankungen ausgesetzt. Daher könnte(n) ein oder mehrere der Metalldrähte brechen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen einer Elektrodenoberfläche oder einem Sensor und dem Kontakt an dem proximalen Ende unterbrochen würde. Wenn eine Vielzahl elektrisch voneinander isolierter Metalldrähte verwendet werden, könnte die Isolierung durch die ständig wechselnde Belastung verursachte Abreibungschäden erleiden, was einen Kurzschluß hervorrufen würde. Zusätzlich wird die Herstellung der Elektrodenvorrichtung komplexer, je höher die Anzahl der enthaltenen Komponenten wird, wie wenn eine Vielzahl von Elektrodenoberflächen und Sensoren mit ein und derselben Elektrodenvorrichtung verbunden werden müssen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrodenvorrichtung gemäß der obigen Einleitung zu schaffen, die in der Lage ist, zuverlässig und sicher den Kontakt und die Elektrodenoberfläche elektrisch oder Sensoren miteinander ohne das Risiko von Brüchen, Kurzschlüssen oder dergleichen zu verbinden und die implantierbar ist.
4 Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrodenvorrichtung zu schaffen, bei der die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann, ohne die Anzahl der Funktionen, die die Elektrodenvorrichtung ausführen kann, zu reduzieren.
Diese Aufgaben werden mit einer implantierbaren Elektrodenvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der der elektrische Leiter flüssig ist, gelöst.
Ein flüssiger Leiter ist ein vollständig zuverlässiger Träger von Energie und Signalen zwischen dem Kontakt und der Elektrodenoberfläche oder einem Sensor. Ein flüssiger Leiter kann einer unbegrenzten Anzahl von Belastungswechseln widerstehen, ohne das ein Bruch auftritt, und eine dünne Isolationsschicht ist ausreichend, um Kurzschlüsse zu verhindern, da der flüssige Leiter schwächere Abreibungslasten als ein fester Leiter auf die Isolation ausüben würde.
Der flüssige Leiter kann vorteilhafterweise nichtmetallisch sein.
Eine Verfeinerung der Elektrodenvorrichtung wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß die isolierende Hülle mit einem Durchgangsloch zwischen dem Kontakt und der Elektrodenoberfläche versehen ist und das Durchgangsloch mit einem elektrisch leitenden Gel gefüllt ist, um den elektrischen Leiter zu bilden.
Die Herstellung der Elektrodenvorrichtung wird einfacher, da das Durchgangsloch in der Hülle nur mit dem flüssigen Gel gefüllt zu werden braucht.
Wenn die Elektrodenvorrichtung für Defibrillatorsysteme als am Herzen angebrachte oder in dessen Nähe angeordnete Patches ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn das distale Ende eine erste leitende, elastische Platte und eine zweite elastische Platte aufweist, die an den Kanten verbunden sind, wodurch sie einen Hohlraum zwischen den Platten bilden, der mit einem elektrisch leitenden Gel gefüllt ist, und die lei tende elektrische Platte und das elektrisch leitende Gel elektrisch mit dem elektrischen Leiter verbunden sind, wodurch die leitende Platte dann die Elektrodenoberfläche bildet.
Das ergibt eine Patchelektrode, die geschmeidig und nachgiebig ist. Wenn z.B. die Elektrodenoberfläche direkt an das Herz angelegt wird, wird das Gel im Gegensatz zu Patches, die z.B. aus Metalldrähten bestehen, leicht den Herzbewegungen folgen.
In Verbindung mit der Verwendung eines elektrisch leitenden Gels ist es vorteilhaft, wenn das elektrisch leitende Gel aus einem dotierten polymeren Gel oder einem hydrophilen Gel besteht. Das Gel kann insbesondere mit einem metallischen Pulver, Salz oder Kohlenstoffpulver dotiert werden.
Als eine Alternative zur Verwendung eines elektrisch leitenden Gels kann die Elektrodenvorrichtung gemäß der Erfindung derart ausgebildet sein, daß die isolierende Hülle mit einem Durchgangsloch zwischen dem Kontakt und der Elektrodenoberfläche versehen ist und das Durchgangsloch mit einem Elektrolyten gefüllt ist. Die Verwendung eines Elektrolyten würde besonders für die Verwendung in Abfühlfunktionen angebracht sein.
In Verbindung damit ist es vorteilhaft, wenn das Durchgangsloch bei der Herstellung mit ungelösten Ionen gefüllt wird.
Wenn die Vorrichtung in den Körper implantiert wird, wird das Durchgangsloch mit Körperflüssigkeit gefüllt, die durch die Hülle hineindiffundiert. Die vor der Implantation in dem Loch deponierten ungelösten Ionen werden dann mit der Flüssigkeit eine Lösung bilden, wodurch ein Elektrolyt in dem Loch erzielt wird. Dieser Prozess erfolgt innerhalb einer kurzen Zeit nach der Implantation und ist normalerweise innerhalb einiger Tage abgeschlossen.
Alternativ kann die Elektrodenoberfläche aus einem Ionen transportierenden Material hergestellt sein.
Wenn die Elektrodenoberfläche aus einem Ionen transportierenden Material hergestellt wird, werden keine ungelösten Ionen währende der Herstellung benötigt. Der Elektrolyt wird in dem Durchgangsloch durch die Wanderung von Ionen durch das Ionen transportiernde Material gebildet.
Eine Verbesserung der Elektrodenvorrichtung wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß die Elektrodenvorrichtung weiterhin mindestens einen zusätzlichen elektrischen Leiter aufweist, um mindestens einen zusätzlichen Kontakt an dem proximalen Ende mit mindestens einer zusätzlichen elektrischen Oberfläche zu verbinden.
Im Prinzip kann die Elektrodenvorrichtung eine unbegrenzte Anzahl von Leitern umfassen. Sie können sogar eine Mischung aus festen Metalleitern und flüssigen Leitern sein. Wenn z.B. große Energien übertragen werden müssen wie bei der Abgabe von Defibrillationsimpulsen, kann eine Anordnung von festen Metalleitern oder eine Kombination von festen Metalleitern und flüssigen Leitern angebracht sein. Die Elektrodenvorrichtung könnte auch so ausgebildet sein, daß sie nur flüssige Leiter enthält.
Angesichts der obigen Ausführungen ist es gemäß der Erfindung auch möglich, die Elektrodenvorrichtung so auszubilden, daß sie eine isolierende Hülle mit einem elektrischen Leiter enthält, um einen Kontakt am proximalen Ende der Elektrodenvorrichtung mit einer Elektrodenoberfläche auf der Elektrodenvorrichtung zu verbinden, wobei die Elektrodenvorrichtung an dem distalen Ende eine erste leitende, elastische Platte und eine zweite elastische Platte aufweist, die an den Kanten verbunden sind, wodurch sie einen Hohlraum zwischen den Platten bilden, der mit einem elektrisch leitenden Gel gefüllt ist, und die leitende elektrische Platte und das elektrisch leitende Gel elektrisch mit dem elektrischen Leiter verbunden sind, wodurch die leitende Platte dann die Elektrodenoberfläche bildet.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezug auf 7 Figuren beschrieben, in denen
FIG. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Elektrodenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
FIG. 2 Details der Art zeigt, wie die Elektrodenvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels konstruiert sein könnte;
FIG. 3 eine alternative Version der Elektrodenvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
FIG. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Elektrodenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
FIG. 5 Details der Art zeigt, wie die Elektrodenvorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsspiels konstruiert sein könnte;
FIG. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Elektrodenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
FIG. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Defibrillationselektrode gemäß der Erfindung zeigt.
In FIG. 1 wird ein über eine Elektrodenvorrichtung 6 mit einem Herzen 4 verbundener Herzschrittmacher 2 gezeigt. Die Elektrodenvorrichtung 6 ist eine VVI-Vorrichtung, d.h. sie hat einen Elektrodenkopf 8, der im rechten Ventrikel angeordnet ist, um das Herz 4 zu stimulieren, und eine Ringelektrode 10, um Herzsignale im Ventrikel abzufühlen. Die Elek trodenvorrichtung 6 hat auch eine Kontaktanordnung 12 zur lösbaren Verbindung mit dem Herzschrittmacher 2. Die Kontaktanordnung 12 hat eine erste mit dem Elektrodenkopf 8 und der Schrittmacherelektronik verbundene Kontaktoberfläche 14 und eine zweite mit der Ringelektrode 10 und der Schrittmacherelektronik verbundene Kontaktoberfläche 16.
In FIG. 2 wird ein Ausschnitt der Elektrodenvorrichtung 6 dargestellt. Ein metallischer Leiter 20 ist wendelförmig in einer isolierenden Hülle 18 angeordnet. Der metallische Leiter 20 hat eine isolierende Beschichtung 22, um den metallischen Leiter von dem Elektrolyten 24, der das Durchgangsloch in der isolierenden Hülle 18 füllt, zu isolieren. Die Ringelektrode 10 ist ein integraler Teil der isolierenden Hülle 18. Die Ringelektrode kann z.B. eine mit dem Elektrolyten 24 und umgebenden Körpergewebe in Kontakt stehende Platinelektrode oder eine aus einem leitenden Material hergestellte Membran sein, um elektrische Signale von dem Herzschrittmacher zu empfangen oder an diesen zu überführen.
30 In FIG. 3 wird eine alternative Version der Elektrodenvorrichtung 6 dargestellt. Eine erste isolierende Hülle 26 umschließt die gesamte Elektrodenvorrichtung 6. Ein isolierender Schlauch 30 ist innerhalb dieser Hülle 26 angeordnet. Ein erster flüssiger Leiter 28 befindet sich in dem Raum zwischen dem Schlauch 30 und der Hülle 26. Der flüssige Leiter 28 kann aus einem Elektrolyten oder einem leitenden Gel bestehen. Ein zweiter flüssiger Leiter 32 befindet sich in dem isolierenden Schlauch 30 zum Anschließen des Elektrodenkopfes 8 an den Herzschrittmacher 2. Der zweite flüssige Leiter 32 besteht aus einem leitenden Gel, z.B. einem dotierten Polymergel. Auch hier kann die Ringelektrode 10 ein Metallring oder eine aus irgendeinem leitenden Material hergestellte Membran sein.
In FIG. 4 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Elektrodenvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Herzschrittmacher 34 wird über eine Elektrodenvorrichtung 38 mit einem Herzen 36 verbunden. Die Elektrodenvorrichtung 38 ist als eine VDD-Elektrode ausgebildet, d.h. sie enthält einen Elektrodenkopf 40, der im rechten Ventrikel zur Stimulation des Herzgewebes angeordnet ist, eine erste Ringelektrode 42 zum Abfühlen von Herzsignalen im Ventrikel und eine zweite Ringelektrode 44 und eine dritte Ringelektrode 46 zum Abfühlen atrieller Aktivität im Herzen. Die Elektrodenvorrichtung 38 ist lösbar über eine Kontaktanordnung 48 mit dem Herzschrittmacher verbunden. Die Kontaktanordnung 48 weist eine erste Kontaktoberfläche 50, die mit dem Elektrodenkopf 40 verbunden ist, eine zweite, mit der ersten Ringelektrode 42 verbundene Kontaktoberfläche 52, eine dritte, mit der zweiten Ringelektrode 44 verbundene Kontaktoberfläche 54 und eine vierte, mit der dritten Ringelektrode 46 verbundene Kontaktoberfläche 56 auf.
In FIG. 5 ist auf der rechten Seite ein Querschnitt der Elektrodenvorrichtung 38 und auf der linken Seite ein Teil eines Längsquerschnittes der Elektrodenvorrichtung 38 dargestellt. Die Elektrodenvorrichtung 38 weist eine isolierende Hülle 58 auf, in der vier Durchgangslöcher 60, 62, 64, 66 angeordnet sind. Jedes Loch 60, 62, 64, 66 verbindet den jeweiligen Elektrodenkopf 40 und die jeweilige erste Ringelektrode 42, die zweite Ringelektrode 44 und die dritte Ringelektrode 46 (FIG. 4) mit dem Herzschrittmacher 34. Der erste Hohlraum 60, der den Elektrodenkopf 40 mit der ersten Kontaktoberfläche 50 verbindet, ist mit einem elektrisch leitenden Gel 68 gefüllt. Die anderen Hohlräume 62, 64, 66 können mit einem leitenden Gel oder einem Elektrolyten gefüllt sein.
In FIG. 6 ist ein mit dem Herzen über eine erste Elektrodenvorrichtung 76, die einen mit dem rechten Ventrikel des Herzens 74 verbundenen Elektrodenkopf 78 aufweist, verbundener Defibrillator 72 dargestellt. Der Defibrillator 72 kann das Herz über die erste Elektrodenvorrichtung 76 mit der gleichen Behandlung wie ein Herzschrittmacher versehen. Die erste Elektrodenvorrichtung 76 hat nur einen elektrischen Leiter von dem Defibrillator 72 zu dem Elektrodenkopf 78. Dieser elektrische Leiter kann mit einem elektrisch leitenden Gel in irgendeiner der vorab beschriebenen Weisen ausgebildet sein. Um das Herz 74 zu defibrillieren, weist der Defibrillator 72 eine zweite Elektrodenvorrichtung 80 und eine dritte Elektrodenvorrichtung 84 auf. Die zweite Elektrodenvorrichtung 80 hat eine erste, zur Anordnung direkt am Herzen 74 oder nahe daran ausgebildete Defibrillationselektrode 82. Die dritte Elektrodenvorrichtung 84 hat eine zweite Defibrillationselektrode 86, die in korrespondierender Weise wie die erste Defibrillationselektrode 82 direkt am Herzen 74 oder nahe daran angeordnet ist. Ein Defibrillationsimpuls von dem Defibrillator 72 wird über die erste Defibrillationselektrode 82 und die zweite Defibrillationselektrode 86 derart abgegeben, daß der Impuls das Herz 74 passiert. Die zweite Elektrodenvorrichtung 80 und die dritte Elektrodenvorrichtung 84 kann metallische oder nichtmetallische flüssige Leiter haben.
In FIG. 7 wird die erste Defibrillationselektrode 82 detaillierter dargestellt. Die erste Defibrillationselektrode 82 hat eine erste, aus einem leitenden Material hergestellte Elektrodenplatte 88 und eine zweite Elektrodenplatte 90, die leitend oder isolierend sein kann. Die zwei Platten 88, 90 sind an den kanten verbunden, wodurch sie einen Hohlraum bilden, der mit einem elektrisch leitenden Gel 92 gefüllt ist. Die erste Defibrillationselektrode 82 wird an das Herz 74 mit einer leitenden Platte 88 an dem Herzen 74 angelegt.
Der mit Gel gefüllte Raum macht die erste Defibrillationselektrode 82 geschmeidig und an die Bewegungen des Herzens 74 anpaßbar.

Claims

1. Eine implantierbare Elektrodenvorrichtung (6; 38; 76) mit einem Kontakt (12; 48) an einem proximalen Teil der Elektrodenvorrichtung (6; 38; :76), einer Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78), einer isolierenden Hülle (18; 26; 58), in der ein elektrischer Leiter (24; 28; 68, 70) angeordnet ist, um den Kontakt (12; 48) mit der Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78) elektrisch zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (24; 28, 32; 68, 70) flüssig ist.

2. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Leiter (24; 28, 32; 68, 70) nichtmetallisch ist.

3. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Hülle (18; 26; 58) mit einem Durchgangsloch zwischen dem Kontakt (12; 48) und der Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78) versehen ist und das Durchgangsloch mit einem elektrisch leitenden Gel gefüllt ist, um den elektrischen Leiter zu bilden.

4. Eine Elektrodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein distales Ende der Elektrodenvorrichtung eine leitende elastische Platte (88) und eine elastische Platte (90) aufweist, die an den Kanten verbunden sind, wodurch sie einen Hohlraum zwischen den Platten (88, 90) bilden, der mit einem elektrisch leitenden Gel (92) gefüllt ist, und die leitende elastische Platte (88) und das elektrisch leitende Gel (92) elektrisch mit dem elektrischen Leiter verbunden sind, wodurch die leitende Platte dann die Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78) bildet.

5. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da durch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Gel aus einem dotierten polymeren Gel oder einem hydrophilen Gel besteht.

6. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel mit einem metallischen Pulver, Salz oder Kohlenstoffpulver dotiert ist.

7. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Hülle (18, 26, 58) mit einem Durchgangsloch (60, 62, 64, 66) zwischen dem Kontakt (12; 48) und der Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78) versehen ist und das Durchgangsloch mit einem Elektrolyten gefüllt ist.

8. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (60, 62, 64, 66) bei der Herstellung mit ungelösten Ionen gefüllt wird.

9. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78) aus einem Ionen transportierenden Material besteht.

10. Eine Elektrodenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen zusätzlichen elektrischen Leiter (32, 68, 70) gibt, um mindestens einem zusätzlichen Kontakt an dem proximalen Ende mit mindestens einer zusätzlichen Elektrodenoberfläche (8, 10; 40, 42, 44, 46; 78) zu verbinden.

11. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Leiter (32, 68, 70) flüssig ist.

12. Eine Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (24, 28, 32, 68, 70) ein elektrisch leitendes Gel ist und daß die Elektrodenvorrichtung (6; 38; 76) an einem distalen Ende eine erste leitende, elastische Platte (88) und eine zweite elastische Platte (90) aufweist, die an den Kanten verbunden sind, wodurch sie einen Hohlraum zwischen den Platten (88, 90) bilden, der mit einem elektrisch leitenden Gel (92) gefüllt ist, und die leitende elastische Platte (88) und das elektrisch leitende Gel (92) elektrisch mit dem elektrischen Leiter (24, 28, 32, 68, 70) verbunden sind, wodurch die leitende Platte (88) dann die Elektrodenoberfläche (82) bildet.