DE102011010575B4 - Implantierbarer myoelektrischer Muskelstimulator - Google Patents

Abstract

Implantierbarer myoelektrischer Muskelstimulator, der länglich und zylinderförmig ausgestaltet und mittels einer Injektionsnadel in einen Muskel einführbar ist, wobei die Injektionsnadel nach der Injektion zurückgezogen und der Muskelstimulator gleichzeitig mit Hilfe eines Ausstoßers aus der Injektionsnadel ausgestoßen wird, um dauerhaft an der gewünschten Position innerhalb des Muskels zu verbleiben und diesen gesteuert zu Kontraktionen anzuregen, wobei der Muskelstimulator zur Verankerung im Muskel an jedem seiner Enden ein Ankerelement besitzt, die zur Fassung der angezielten Muskelfaser über Drehgelenke senkrecht zur Zylinderachse drehbar und mittels Torsionselementen senkrecht zur Zylinderachse ausrichtbar sind, wobei die Ankerelemente mit einer Einrastfunktion jeweils nach der ersten Auslenkung in die endgültige Ausrichtung senkrecht zur Zylinderachse fixierbar sind, wobei der Muskelstimulator in der Mitte seiner Längsausdehnung geteilt ist und die beiden Hälften über ein Federelement und ein in Querrichtung flexibles oder festes Verbindungselement miteinander verbunden sind und wobei mehrere Elektroden auf einem Ankerelement angeordnet sind und der Muskelstimulator sowohl längs als auch quer zur Muskelfaser positionierbar ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Im Folgenden wird ein medizintechnisches Gerät zur gesteuerten Anregung von Muskeln zu Kontraktionen beschrieben, mit dem krankhaft eingeschränkte Muskelfunktionen wiederhergestellt werden können und das sich insbesondere zum Einsatz als altersgerechtes Assistenzsystem für gesundes und unabhängiges Leben eignet.
• Stand der Technik
• Geräte zur Stimulation des Herzmuskels – so genannte Herzschrittmacher – gibt es schon sehr lange. Sie haben eine eigenständige Stromversorgung und agieren primär autonom. Sie unterstützen einen Muskel, der auch im gesunden Körper nicht willentlich steuerbar ist. Ihre Aufgabe ist eine deutlich andere als die des erfindungsgemäßen Gerätes, das zur Stimulation normalerweise willentlich steuerbarer Skelettmuskulatur dient. In das Innenohr (Cochlea-Implantate) oder die Retina eingepflanzte Geräte haben die Aufgabe, dort Nerven zu reizen – jedoch nicht Muskeln, wie das beschriebene Gerät. Von Reizstromgeräten werden Muskeln über außen auf die Haut aufgeklebte Elektroden stimuliert. Diese Geräte sind aber nicht in der Lage, selektiv auf tiefer liegende oder nahe beieinander liegende Muskeln einzuwirken. So kann bspw. der Handstrecker (M. extensor carpi ulnaris) von außen nicht unabhängig vom Fingerstrecker (M. extensor digitorum manus) angesprochen werden, was aber genau zur Vorbereitung einer Greifbewegung erforderlich ist. Es gibt allerdings Geräte, die Muskeln wie das erfindungsgemäße durch implantierte Elektroden direkt reizen. Hier seien Schrittmacher für das Zwerchfell (bspw. bei amyotropher Lateralsklerose) oder Hilfsmittel zur Kontrolle des Blasenschließmuskels erwähnt – beides Organe, die nicht der Skelettmuskulatur angehören.
• Mängel der bisher bekannten Ausführungen
• Die genannten Geräte verwenden entweder Elektroden, die über Kabel durch die Haut versorgt werden, was große Infektionsgefahr, Angehängtheit im wahrsten Sinne des Wortes und auch psychische Probleme zur Folge hat, oder sie benötigen eine belastende Operation, um bspw. so genannte Cuff-Elektroden um den zu stimulierenden Muskel oder diesen ansteuernde Nerven zu legen. In US 5342316 A wird die Platzierung eines stimulatorähnlichen Gerätes in biologischem Gewebe beschrieben. Zur Sicherstellung des dauerhaften Verbleibs in Muskelfasern werden jedoch keine Maßnahmen vorgeschlagen. Ebenso fehlen Rückhaltemechanismen, um das Gerät am Wandern zu hindern.
• Auch US 6214032 B1 beschreibt einen implantierbaren Stimulator, der mittels ei-ner Injektionsnadel in einen Muskel implantiert wird. Ihm fehlt aber ein Federmechanismus, der es dem Stimulator erlauben würde, den natürlichen Kontraktions- und Entspannungsbewegungen einer Muskelfaser zu folgen. Ebenso fehlen dort ein oder mehrere Verankerungsmechanismen, mit denen ein auf Muskelfasern abgestimmter Stimulator seine Position halten könnte. US 4989617 beschreibt eine Elektrode mit Ankerelementen im Muskelgewebe. Ihr fehlt aber die Flexibilität, um mit den Bewegungen einer Muskelfasern Schritt zu halten. Auch wurde dort nicht auf die Funktion der Elektrode als autonomer Stimulator eingegangen.
• Ein weiterer implantierbarer Stimulator ist in US 2006/0095078 A1 angegeben.
• Aufgabe der Erfindung
• Das erfindungsgemäße Gerät soll mittels einer Injektionsnadel in einen Muskel eingeführt werden können, um dort dauerhaft zu verbleiben und den Muskel gesteuert zu Kontraktionen anzuregen. Hierbei soll die Energie zur Aktivierung des Muskels von außen drahtlos zugeführt werden. Die Steuerung des Gerätes soll sich außerhalb befinden, im Gerät vollständig integriert sein oder aber sich sowohl außen als auch im Gerät befinden. Dieser Muskelstimulator soll Menschen und ggf. auch Tiere unterstützen, bei denen die Muskulatur noch vorhanden, deren Anregung auf natürlichem Wege, also über die dazugehörigen Nerven, jedoch nicht mehr möglich ist. Die Nervenleitungen können hier als Folge einer Krankheit, wie z. B. der amyotrophen Lateralsklerose, oder einer Läsion, z. B. nach einem Verkehrsunfall, gestört sein.
• Lösung der Aufgabe
• Wie in 1 skizziert, ist das Gerät zur Lösung obiger Aufgabe zylinderförmig aufgebaut, wobei der Durchmesser des Zylinders dem Durchmesser der dicksten in der Humanmedizin verwendeten Injektionsnadeln entspricht. Das Gerät weist an jedem seiner Enden ein Drehteil a auf, das über ein Drehgelenk b senkrecht zur Zylinderachse drehbar ist. Eine vorteilhafte Ausprägung der Erfindung besitzt im Drehgelenk b ein Torsionselement, das vorgespannt ist und die Auslenkung senkrecht zur Zylinderachse (wie für den vorderen Teil in 1b) und für beide Teile in 1c) skizziert) unterstützt. Eine weitere vorteilhafte Ausprägung bietet eine Einrastfunktion, die die Drehteile nach der ersten Auslenkung in der endgültigen Ausrichtung senkrecht zur Zylinderachse fixiert. Der Zylinder ist in der Mitte seiner Längsausdehnung geteilt und die beiden Hälften sind über ein Federelement c und ein in Querrichtung flexibles oder festes Verbindungselement d miteinander verbunden. Das Verbindungselement d definiert die maximale Ausdehnung des Gerätes in Longitudinalrichtung und stellt auch elektrische Verbindungen zwischen den beiden Zylinderhälften her. Innerhalb einer oder beider Zylinderhälften, ggf. auch im Innenbereich der Feder c, befinden sich die Steuerung des Gerätes, die Induktivität zur Fernspeisung und die elektrischen Verbindungen zu den reizenden Elektroden. Die Zylinderwände selber können metallisch sein und als Induktivität dienen, sind dann aber gegenüber den Elektroden und dem Körpergewebe zu isolieren. Das Gerät wird, wie in 2 gezeigt, mit einer Injektionsnadel e an den gewünschten Endpunkt innerhalb des zu stimulierenden Muskels gebracht. Dann wird die Injektionsnadel zurückgezogen und das Gerät gleichzeitig mit Hilfe eines Ausstoßers f aus der Injektionsnadel ausgestoßen, so dass es an der gewünschten Position innerhalb des Muskels verbleibt. Sobald das vordere Drehteil a sich außerhalb der Injektionsnadel befindet, wird es sich quer zur Zylinderachse ausrichten. Eine dazu geeignete Mechanik wird schon sehr lange in Harpunen eingesetzt. Nach vollständigem Zurückziehen der Injektionsnadel kann sich auch das hintere Drehteil a in die Endstellung senkrecht zur Zylinderachse ausrichten. Unterstützend zur Ausrichtung des hinteren Drehteils kann eine Haftfunktion des Ausstoßers am hinteren Drehteil wirken, die die Feder c gegen den Widerstand des vorderen Drehteils im Muskelgewebe auslenkt und nach Überwindung der Haftfunktion ein Zurückziehen der hinteren Zylinderhälfte bei gleichzeitiger Auslenkung des hinteren Drehteils bewirkt. Das Gerät kann quer zur (wie in 3a) gezeigt) oder in Richtung der Muskelfasern (wie in 3b) gezeigt) eingebracht werden. Die Vorteile beider Ausrichtungen können durch Verteilung der Elektroden wie in 5c) kombiniert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, an einem oder beiden Enden des Zylinders mehrere Drehteile unterschiedlicher Drehrichtungen zur besseren Fixierung des Gerätes anzubringen. 4a) stellt die Aufsicht in Longitudinalrichtung auf ein Gerät mit einem Drehteil dar, das sich noch in der Ausgangsrichtung innerhalb der Injektionsnadel befindet. 4b) stellt dieses Gerät nach Drehung des Drehteils dar, 4c) zeigt ein verbessertes Gerät mit zwei senkrecht zueinander stehenden Drehteilen und die 4d) und 4e) eine Verbesserung mit schirmförmig entfalteten Drehteilen. Entsprechende schirmförmige Mechaniken finden sich in der Medizintechnik beispielsweise bei Prothesen zur Schließung von Vorhofdefekten des Herzens. Denkbar sind auch Konstellationen, bei denen die Drehachsen von vorderem und hinterem Drehteil verschoben sind, bspw. senkrecht aufeinander stehen. 4c) kann auch als Darstellung zweier solcher an verschiedenen Enden des Gerätes befindlicher Drehteile interpretiert werden. Je nach therapeutischem Einsatz des Gerätes kann es ausreichend sein, dass die Drehteile selber die Elektroden g darstellen (5a)), sich eine Elektrodenanaordnung auf den Drehteilen befindet (5b)) oder die ganze Oberfläche des Gerätes mit einer Elektrodenanordnung bedeckt ist (5c)). Die Einzelelektroden können wie Cochlea-Implantate angesteuert werden, wobei in vivo festzustellen ist, welche Kombination von Elektroden das beste Ergebnis liefert.

Claims (3)

1. Implantierbarer myoelektrischer Muskelstimulator, der länglich und zylinderförmig ausgestaltet und mittels einer Injektionsnadel in einen Muskel einführbar ist, wobei die Injektionsnadel nach der Injektion zurückgezogen und der Muskelstimulator gleichzeitig mit Hilfe eines Ausstoßers aus der Injektionsnadel ausgestoßen wird, um dauerhaft an der gewünschten Position innerhalb des Muskels zu verbleiben und diesen gesteuert zu Kontraktionen anzuregen, wobei der Muskelstimulator zur Verankerung im Muskel an jedem seiner Enden ein Ankerelement besitzt, die zur Fassung der angezielten Muskelfaser über Drehgelenke senkrecht zur Zylinderachse drehbar und mittels Torsionselementen senkrecht zur Zylinderachse ausrichtbar sind, wobei die Ankerelemente mit einer Einrastfunktion jeweils nach der ersten Auslenkung in die endgültige Ausrichtung senkrecht zur Zylinderachse fixierbar sind, wobei der Muskelstimulator in der Mitte seiner Längsausdehnung geteilt ist und die beiden Hälften über ein Federelement und ein in Querrichtung flexibles oder festes Verbindungselement miteinander verbunden sind und wobei mehrere Elektroden auf einem Ankerelement angeordnet sind und der Muskelstimulator sowohl längs als auch quer zur Muskelfaser positionierbar ist.
2. Implantierbarer myoelektrischer Muskelstimulator nach Anspruch 1, wobei die Einrastfunktion entriegelbar ist, um den Stimulator gegebenenfalls aus dem Gewebe wieder zu entfernen.
3. Implantierbarer myoelektrischer Muskelstimulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Verbindungselement der beiden Zylinderhälften die maximale Ausdehnung des Stimulators in Longitudinalrichtung definiert und eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Zylinderhälften herstellt, die Zylinderwände metallisch sein und als Induktivität dienen können und dann gegenüber den Elektroden und dem Körpergewebe isoliert sein müssen.

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