DE10155087B4

DE10155087B4 - Implantierbares Muskelstimulationsgerät und zugehöriges Computerprogramm

Info

Publication number: DE10155087B4
Application number: DE10155087A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Priv.-Doz. Dr. Bumm
Original assignee: Pulsion Medical Systems SE
Current assignee: Pulsion Medical Systems SE
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: US7146216B2; CA2411002A1; EP1310270A3; EP1310270B1; DE10155087A1; CA2411002C; ES2258586T3; EP1310270A2; DE50206212D1; US20030120321A1

Abstract

Implantierbares Muskelstimulationsgerät zur Behandlung der gastro-ösophagealen Refluxkrankheit, aufweisend
(a) mindestens zwei implantierbare, zur Stimulation eines Sphinkters oder Sphinkterersatzes geeignete Stimulationselektroden (5a, 5b, 5c),
(b) mindestens einen implantierbaren Sensor zur Ausgabe eines Sensorsignals, und
(c) ein Steuergerät (1), welches einen Impulsgeber zum Aufsteuern elektrischer Impulse auf die Stimulationselektroden sowie einen Signaleingang (2) zum Empfang des Sensorsignals aufweist,
wobei die Frequenz und/oder die Intensität der elektrischen Impulse in Abhängigkeit des Sensorsignals regelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sensorsignal eine vom Füllungszustand des Magens (8) abhängige Impedanz der Magenwand erfaßt,
und die Frequenz und/oder die Amplitude der elektrischen Impulse in Abhängigkeit des Sensorsignals so regelbar sind, daß ein höherer Füllungszustand des Magens (8) eine stärkere Stimulation des Sphinkters (11) oder Sphinkterersatzes und somit einen höheren Schließdruck bewirkt, und ein niedrigerer Füllungszustand des Magens (8) eine schwächere Stimulation des Sphinkters (11) oder Sphinkterersatzes und somit einen...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein implantierbares Muskelstimulationsgerät, insbesondere zur Behandlung der gastro-ösophagealen Refluxkrankheit und ein Computerprogramm zur Steuerung und Begelung dieses Gerätes.
Die Gastroösophageale Refluxkrankheit ist die häufigste Erkrankung des oberen Gastrointestinaltraktes. Ursächlich besteht eine Insuffizienz des unteren Ösophagussphinkters mit Zurücklaufen von Magensäure, in schweren Fällen auch Duodenalsekret mit Pankreas- und Gallenfermenten in die Speiseröhre. Außerdem ist der physiologische Winkel (HIS-Winkel) zwischen Speiseröhre und Mageneingang bei vielen Patienten abgeflacht, und in vielen Fällen besteht ein Zwerchfellbruch, der zur Verlagerung des Mageneingangs über das Zwerchfell führt und dadurch den Reflux noch fördert. Bei länger einwirkendem Reflux kommt es bei Patienten zur Ausbildung einer Refluxösophagitis bis hin zur Umwandlung des Plattenepithels im Ösophagus zu Zylinderepithel. In diesem sogenannten Barrett-Ösophagus, der allgemein als Spätfolge einer langjährigen Refluxkrankheit aufgefaßt wird, kommt es häufig zum Entstehen von Adenokarzinomen des distalen Ösophagus. Diese Tumorart gehört derzeit zu den in der Häufigkeit am schnellsten zunehmenden Tumorarten der westlichen Welt.
Zur Behandlung der gastroösophagealen Refluxkrankheit können die Magensäuresekretion hemmende Medikamente eingesetzt werden. Diese führen zwar meist zu einer Abheilung der Refluxösophagitis, in der Regel kommt es jedoch nach dem Absetzen der Medikamente zu einem Rezidiv, so daß eine lebenslange Einnahme erforderlich ist. Die Behandlung ist für den Refluxpatienten teuer und umständlich in der Handhabung. Auch verhindert das Abblocken der Magensäure nicht den Rückfluß von Gallen- und Pankreasfermenten in den Ösophagus. Eine definitive medikamentöse Therapie, die nicht als Dauerbehandlung durchgeführt werden müßte, existiert nicht.
Die gängige chirurgische Therapie der Refluxkrankheit besteht im Herumlegen und Fixieren eines Magenanteils, des sogenannten Magenfundus, als Manschette um den Endteil des Ösophagus im Bereich des unteren Ösophagussphinkters. Als Folge dieses als Fundoplikatio bezeichneten Eingriffs ist bei vielen Patienten die Unfähigkeit des Aufstoßens und des Erbrechens festzustellen. Gelegentlich treten vermehrte Blähungen auf. Im Falle einer zu eng angelegten Manschette kommt es häufig zu Schluck- und Passagestörungen, die gelegentlich sogar einen erneuten operativen Eingriff nach sich ziehen. Bei zu weit angelegter Manschette kommt es zu einem Wiederauftreten von gastro-ösophagealem Reflux, und es entsteht ein Refluxrezidiv. Auch bei später Aufweitung der Manschette kommt es zu einem Rezidiv, das medikamentös oder durch Reoperation behandelt werden kann. Im Falle der Dislokation der Manschette wird der Antirefluxmechanismus normalerweise hyperkompetent, und die entstehenden Schluckstörungen und Schmerzen machen häufig eine Reoperation unumgänglich.

Aus US 5,716,385 ist ein implantierbarer Zwerchfellschrittmacher sowie dessen Verwendung zur Behandlung der Gastroösophagealen Refluxkrankheit bekannt. Der Zwerchfellschrittmacher reagiert auf elektromyographisch detektierte vorübergehende Relaxationen des unteren ösophagealen Sphinkters mit Stimulation der Muskeln des cruralen Zwerchfells, wodurch der Druck im Bereich des unteren Ösophagus erhöht wird. Mitunter wird jedoch der gastroösophageale Reflux nur vermindert, nicht jedoch vermieden.

Aus US 6,097,984 ist bekannt, zur Behandlung der Gastroösophagealen Refluxkrankheit den unteren ösophagealen Sphinkter mit einem Schrittmacher in Abhängigkeit der Ösophagusmotilität zu stimulieren. Allerdings kann von einer detektierten Ösophagus-Welle nicht zuverlässig geschlossen werden, ob überhaupt ein Bolus enthalten ist, oder nur Speichel geschluckt wurde. Schluckbewegungen mit einhergehender erhöhter Ösophagus-Motilität können auch ohne Aufnahme von Nahrung erfolgen. Entsprechend kann bei der vorbekannten Vorrichtung durch Schlucken eine temporäre Lockerung des Sphinkters ausgelöst werden mit der Folge, daß durch unterbewußtes Schlucken im Schlaf der von Reflux-Patienten besonders gefürchtete nächtliche Reflux ausgelöst werden kann. Bereits Kaugummikauen nach einer Mahlzeit kann eine ösophagus-motilitätsgeregelte Sphinkter-Stimulierung stark beeinträchtigen. Ferner ist bei Refluxpatienten die Ösophagusmotilität ohnehin häufig gestört. Insofern kann es ungünstig sein, eine Regelung auf eben der Ösophagusmotilität als Erfassungsgröße aufzubauen, da die gestörte Ösophagusmotilität so zu einem dauerhaft hohen Schließdruck des unteren Ösophagus-Sphinkters und zu Dysphagie führen kann.

Aus DE 693 28 304 T2 ist ein interner Darmschrittmacher bekannt, welcher jedoch nicht im Zusammenhang mit der Behandlung der Gastroösophagealen-Refluxkrankheit steht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, gastroösophagealem Reflux entgegenzuwirken, und deren Einsatz die Anwendung herkömmlicher medikamentöser oder chirurgischer Therapien mit den oben angeführten Problemen vermeidbar macht. Darüberhinaus soll ein Computerprogramm geschaffen werden, das sich zur Steuerung und Regelung einer solchen Vorrichtung eignet.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein implantierbares Muskelstimulationsgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Das implantierbare Muskelstimulationsgerät weist mindestens zwei implantierbare, zur Stimulation eines Sphinkters oder Sphinkterersatzes geeignete Stimulationselektroden, mindestens einen implantierbaren Sensor zur Ausgabe eines vom Füllungszustand des Magens abhängigen Sensorsignals, und ein Steuergerät, welches einen Impulsgeber zum Aufsteuern elektrischer Impulse auf die Stimulationselektroden sowie einen Signaleingang zum Empfang des Sensorsignals aufweist, auf. Dabei sind die Frequenz und/oder die Intensität der elektrischen Impulse in Abhängigkeit des Sensorsignals regelbar, und zwar vorzugsweise so, daß ein höherer Füllungszustand des Organs eine stärkere Stimulation des Sphinkters oder Sphinkterersatzes und somit einen höheren Schließdruck bewirkt. Bei hohem Füllungszustand des Magens und entsprechend höherer Refluxgefahr bewirkt das Gerät somit einen höheren auf den Ösophagus ausgeübten Druck des Sphinkters oder Sphinkterersatzes, wohingegen bei leerem Magen die Nahrungsaufnahme durch Senken des Drucks erleichtert wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Sensor um einen Dehnungsrezeptor, der vorzugsweise mindestens einen Dehnungsmeßstreifen aufweist.

Vorteilhafterweise weist der Sensor mindestens zwei, vorzugsweise drei bis fünf Meßelektroden zur Messung der Impedanz von zum Magen gehörigem Gewebe auf.

Vorzugsweise weist das Steuergerät mindestens eine Batterie auf. Zweckmäßig sind hier unter dem Gesichtspunkt der Langlebigkeit und der speicherbaren Energiedichte beispielsweise Lithium-Zellen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuergerät mit mindestens einem integrierten Schaltkreis und/oder Mikroprozessor ausgestattet. Dies erlaubt einen hohen Grad an Miniaturisierung und erhöht so den Komfort für den Patienten.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Muskelstimulationsgerät drei bis fünf Stimulationselektroden auf.

Besonders vorteilhaft ist es, das Steuergerät zusätzlich mit einen Steuereingang auszustatten, über welchen die Frequenz und/oder die Intensität der elektrischen Impulse durch ein externes Signal steuerbar sind. Beispielsweise kann der Patient so befähigt werden, in bestimmten Situationen, beispielsweise nach dem Einnehmen opulenter Mahlzeiten, das Gerät durch eine einfache Maßnahme auf maximale Sphinkterstimulation zu stellen. Auch eine Kalibrierung kann über den Steuereingang vorgenommen werden.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Computerprogramm ausführbare Instruktionen zur Regelung der Frequenz und/oder Intensität von elektrischen Impulsen zur Stimulation eines Sphinkters oder Sphinkterersatzes in Abhängigkeit eines den Füllungszustand des Magens anzeigenden Sensorsignals eines implantierten Sensors auf. Dabei weist das Computerprogramm vorzugsweise eine Regelcharakteristik auf, wonach ein höherer Füllungszustand des Organs eine stärkere Stimulation des Sphinkters oder Sphinkterersatzes und somit einen höheren Schließdruck bewirkt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der schematischen, nicht maßstäblichen Zeichnung erläutert. Hierbei zeigt 1 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Muskelstimulationsgeräts im implantierten Zustand.

Das in 1 schematisch dargestellte Muskelstimulationsgerät besitzt ein Steuergerät 1 mit einem Eingang 2, an welchem die Sensorelektroden 3a, 3b, 3c angeschlossen sind, sowie einem Ausgang 4, welcher mit den Stimulationselektroden 5a, 5b, 5c verbunden ist. Mittels der Sensorelektroden 3a, 3b, 3c, welche im Bereich der großen Magenkurvatur 6 implantiert sind, kann fortlaufend die Impedanz der Magenwand 7 gemessen werden, über welchletztere das Steuergerät 1 den Füllungsszustand des Magens 8 ermittelt.
Das Steuergerät 1 weist eine austauschbare Lithiumbatterie 9 als elektrische Spannungsquelle sowie einen Mikroprozessor 10 und integrierte Schaltkreise (nicht dargestellt) auf und legt in Abhängigkeit des Füllungsszustand des Magens 8 Frequenz und/oder die Intensität elektrischer Impulse fest, welche zur direkten Stimulation des Sphinkters 11 (unteren Speiseröhrensphinkter) mittels der radial um den Sphinkter 11 plazierten Stimulationselektroden 5a, 5b, 5c dienen.
Für die Ausführung dieser Regelung ist in dem Steuergerät 1 ein mittels des Mikroprozessors 10 ausführbares Computerprogramm implementiert, welches eine Regelcharakteristik aufweist, wonach ein höherer Füllungszustand des Magens 8 eine stärkere Stimulation des Sphinkters 11 oder Sphinkterersatzes bewirkt. Der Sphinkter 11 reagiert auf die Stimulation durch Ausübung eines entsprechenden Drucks auf den Bereich des unteren Ösophagus 12. Wenn die Refluxgefahr aufgrund reichlicher vorausgegangener Nahrungsaufnahme des Patienten erhöht ist, wird so durch eine mittels entsprechender Stimualtion des Sphinkters 11 bewirkten Anhebung des Schließdrucks am unteren Ösophagus 12 der Gefahr entgegengewirkt. Bei nur wenig gefülltem Magen 8 erleichtert ein entsprechend verminderter Schließdruck die Nahrungsaufnahme. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem nichtflüchtigen Speicherchip (EPROM) 13 in dem Steuergerät 1 gespeichert sein.
Das Steuergerät 1 ist über einen externen drahtlosen Signaleingang (nicht dargestellt) von außen kalibrierbar, so daß beispielsweise geeignete physiologische Obergrenzen für den maximal zu liefernden Stimulationsstrom festgelegt werden können. Hierfür weist das Computerprogramm eine entsprechend Kalibrierroutine auf. Darüberhinaus läßt sich über den externen drahtlosen Signaleingang die Stimulation des Sphinkters 11 und somit der Schließdruck am unteren Ösophagus 12 manuell auf den maximalen Wert einstellen.
Die Stimulationselektroden 5a, 5b, 5c wie auch die Sensorelektroden 3a, 3b, 3c können beispielsweise mittels einer Bauchspiegelung implantiert werden. Das Steuergerät 1 wird Idealerweise wie ein herkömmlicher Herzschrittmacher in eine Gewebetasche unter dem Rippenbogen eingesetzt.
Bei unzureichender Stimulierbarkeit des Sphinkters 12 kann durch Präparation eines gestielten Muskellappens aus Eigengewebe, z.B. Muskulatur des Zwerchfells 14 des Patienten eine Sphinkterersatzmanschette hergestellt werden.

Claims

Implantierbares Muskelstimulationsgerät zur Behandlung der gastro-ösophagealen Refluxkrankheit, aufweisend (a) mindestens zwei implantierbare, zur Stimulation eines Sphinkters oder Sphinkterersatzes geeignete Stimulationselektroden (5a, 5b, 5c), (b) mindestens einen implantierbaren Sensor zur Ausgabe eines Sensorsignals, und (c) ein Steuergerät (1), welches einen Impulsgeber zum Aufsteuern elektrischer Impulse auf die Stimulationselektroden sowie einen Signaleingang (2) zum Empfang des Sensorsignals aufweist, wobei die Frequenz und/oder die Intensität der elektrischen Impulse in Abhängigkeit des Sensorsignals regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal eine vom Füllungszustand des Magens (8) abhängige Impedanz der Magenwand erfaßt, und die Frequenz und/oder die Amplitude der elektrischen Impulse in Abhängigkeit des Sensorsignals so regelbar sind, daß ein höherer Füllungszustand des Magens (8) eine stärkere Stimulation des Sphinkters (11) oder Sphinkterersatzes und somit einen höheren Schließdruck bewirkt, und ein niedrigerer Füllungszustand des Magens (8) eine schwächere Stimulation des Sphinkters (11) oder Sphinkterersatzes und somit einen schwächeren Schließdruck bewirkt.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensor um einen Dehnungsrezeptor handelt.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsrezeptor mindestens einen Dehnungsmeßstreifen aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mindestens zwei Meßelektroden (3a, 3b, 3c) zur Messung der Impedanz zum Magen (8) gehörigen Gewebes aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 3 bis 5 Meßelektroden (3a, 3b, 3c) zur Messung der Impedanz der Magenwand (7) aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) mindestens eine Batterie (9) aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) mindestens einen integrierten Schaltkreis aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) mindestens einen Mikroprozessor (10) aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Muskelstimulationsgerät 3 bis 5 Stimulationselektroden (5a, 5b, 5c) aufweist.
Implantierbares Muskelstimulationsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) zusätzlich einen Steuereingang aufweist, über welchen die Frequenz und/oder die Intensität der elektrischen Impulse durch ein externes Signal steuerbar und/oder kalibrierbar sind.
Computerprogramm, aufweisend ausführbare Instruktionen zur Regelung der Frequenz und/oder Intensität von elektrischen Impulsen zur Stimulation eines Sphinkters (11) oder Sphinkterersatzes in Abhängigkeit eines den Füllungszustand des Magens (8) anzeigenden Sensorsignals eines implantierten Sensors.
Computerprogramm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Computerprogramm eine Regelcharakteristik aufweist, wonach ein höherer Füllungszustand des Magens (8) eine stärkere Stimulation des Sphinkters (11) oder Sphinkterersatzes und somit einen höheren Schließdruck bewirkt.