DE102011086194A1

DE102011086194A1 - Ohrimplantat und Stimulationselektrode für ein Ohrimplantat

Info

Publication number: DE102011086194A1
Application number: DE102011086194A
Authority: DE
Inventors: Hans Wilhelm Pau; Detlef Behrend; Wolfram Schmidt; Olaf Specht; Mareike Warkentin; Klaus-Peter Schmitz
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Universitaet Rostock
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ohrimplantat und eine Stimulationselektrode für ein Ohrimplantat. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ohrimplantat und eine Stimulationselektrode für ein Ohrimplantat anzugeben, die bei gleicher Leistung kostengünstiger herstellbar sind. Die erfindungsgemäße Stimulationselektrode (1) weist mindestens ein elektrisches Stimulationselement (8) auf, welches auf der Oberfläche der Stimulationselektrode (1) angeordnet ist, wobei jedem Stimulationselement (8) eine Leiterbahn (9) zur elektrischen Verbindung des Stimulationselements (8) mit einer Treiberelektronik zugeordnet ist und wobei das Stimulationselement (8) auf einem länglichen, streifenförmigen Trägerelement (7) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ohrimplantat, eine Stimulationselektrode für ein Ohrimplantat und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Ohrimplantate unterstützen das Hörempfinden regelmäßig durch akustische Verstärkung oder durch elektrische Stimulation.
Im herkömmlichen Sinne wird unter Hörgeräten die Reizung des Innenohres über gewandelten Luft- oder Substratschall, also eine akustische Verstärkung verstanden. Im Gegensatz dazu zählen die sog. Cochleaimplantate streng genommen nicht zu den Hörgeräten, da die Reizung des Innenohres nicht akustisch, sondern elektrisch durch implantierte Elektroden stattfindet. Es sind mittlerweile aber auch Cochleaimplantate bekannt, bei denen die Reizung des Innenohres akustisch erfolgt.
Das konventionelle Cochleaimplantat ist eine Hörprothese für Gehörlose, deren Hörnerv noch funktioniert. Das vollständige Cochleaimplantat-System besteht aus einem Mikrofon, einem digitalen Sprachprozessor, einer Sendeeinheit, beispielsweise einer Sendespule mit Magnet, und dem eigentlichen Implantat, das sich aus einer Empfangseinheit, beispielsweise einer Empfangsspule mit einem weiteren Magneten, dem Stimulator, und dem Elektrodenträger mit den Stimulationselektroden zusammensetzt. Der Elektrodenträger mit den darauf angebrachten Stimulationselektroden wird in die Hörschnecke (lat. Cochlea) eingebracht, um den mit einem Mikrofon aufgenommenen Schall mit Hilfe eines (digitalen) Signalprozessors über elektrische Pulse direkt an den Hörnerv weiterzugeben. Die elektrischen Reize in der Hörschnecke erzeugen beim Träger Hörempfindungen unterschiedlichster Art. Die Höreindrücke unterscheiden sich deutlich von denen eines voll funktionsfähigen Ohres, da die wahrgenommene spektrale Auflösung durch die Zahl der Elektroden stark eingeschränkt ist. Der neurologische Mechanismus für die Verarbeitung von akustischen Reizen ist jedoch so flexibel, dass bei vielen Patienten eine schnelle Anpassung an die vom Cochleaimplantat verursachten Hörempfindungen stattfindet.
Aus DE 10 2007 026 631 A1 ist es weiterhin bekannt, ein Cochleaimplantat nicht nur für eine elektrische Anregung des Hörnervs, sondern für eine kombinierte elektrische und (akustische) mechanische Anregung zu verwenden. Dadurch kann eine zusätzliche Anregung des Hörnervs über mindestens partiell intakte Haarzellen erfolgen, die zu einem verbesserten Hörempfinden führen kann. Insbesondere ist eine solche Stimulationselektrode für Patienten geeignet, deren Haarzellen zwar schon so weitgehend degeneriert sind, so dass herkömmliche Hörgeräte mit rein akustischer Verstärkung nicht mehr ausreichen, jedoch einige Haarzellen noch derart funktionsfähig sind, dass der Höreindruck durch die zusätzliche mechanische Anregung (Schallwellen) verbessert bzw. vorteilhaft ergänzt werden kann.
Ein Nachteil konventioneller Cochleaimplantate ist der hohe Herstellungsaufwand. Herkömmliche Stimulationselektroden werden im Querschnitt ringförmig oder halbringförmig ausgebildet, um das Implantat atraumatisch in die Cochlea implantieren zu können. Die elektrischen Stimulationselemente (Elektroden) werden an der Oberfläche der Stimulationselektrode angeordnet und die elektrischen Zuleitungen werden im Inneren des hohlkanalförmigen Grundkörpers zu einer Treiberelektronik geführt. Solche ringförmigen bzw. halbringförmigen Querschnitte (Hohlkanal) führen jedoch zu einem erhöhten Herstellungsaufwand.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ohrimplantat und eine Stimulationselektrode für ein Ohrimplantat anzugeben, die bei gleicher Leistung kostengünstiger herstellbar sind. Die erfindungsgemäße Stimulationselektrode soll insbesondere leicht und atraumatisch einsetzbar sein und einen guten Höreindruck über einen großen Frequenzbereich vermitteln.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Idee der Erfindung besteht darin, eine Stimulationselektrode für ein Cochleaimplantat zur elektrischen Stimulation des menschlichen Ohrs bereitzustellen, bei dem die Stimulationselektrode einen schichtweisen Laminataufbau aus (vorzugsweise mehreren) flexiblen durchkontaktierten Leiterbahnfolien aufweist. Die erfindungsgemäße Stimulationselektrode ist insbesondere für die endosteale Anwendung geeignet.
Dazu weist die Stimulationselektrode mindestens ein elektrisches Stimulationselement auf, welches auf der Oberfläche der Stimulationselektrode angeordnet ist, wobei jedem Stimulationselement eine Leiterbahn zur elektrischen Verbindung des Stimulationselements mit einer Treiberelektronik zugeordnet ist und wobei das Stimulationselement auf einem flexiblen, länglichen, streifenförmigen Trägerelement angeordnet ist.
Mit anderen Worten bilden die Trägerelemente (mit den darauf angeordneten Stimulationselementen) eine Sandwich-Struktur aus. Vorzugsweise ist das Trägerelement aus einer flexiblen Folie mit einem rechteckförmigen Querschnitt geformt. Vorzugsweise besteht die flexible Folie aus Polyimid, Polysulfon oder Poly-Ether-Ether-Keton. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Trägerelement einlagig bzw. einstückig, also als Monolayer ausgebildet.
Die an der Oberfläche der Trägerelemente angeordneten Stimulationselemente (nachfolgend auch als Elektroden bezeichnet) bestehen vorzugsweise aus Gold, Platin, Iridium oder einer Legierung aus mindestens zwei der vorgenannten Materialien.
Vorzugsweise ist ein erstes Ende der Leiterbahn mit dem Stimulationselement verbunden und bis zu einem zweiten Ende innerhalb des Trägerelements geführt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Leiterbahnen vollständig innerhalb der jeweiligen Trägerelemente eingebettet und somit von Leiterbahnen benachbarter Trägerelemente elektrisch isoliert. Die Leiterbahnen bestehen vorzugsweise aus einem hochleitfähigen Material.
Der Querschnitt der Trägerelemente ist vorzugsweise rechteckförmig. Der Querschnitt der Leiterbahnen ist vorzugsweise ebenfalls rechteckförmig. Das Verhältnis der Fläche des Querschnitts einer Leiterbahn zur Fläche des Querschnitts des dazugehörigen Trägerelements beträgt vorzugsweise kleiner als 0,5, bevorzugter kleiner als 0,4, noch bevorzugter kleiner als 0,3 und bevorzugter kleiner als 0,2.
Vorzugsweise weist das mindestens eine Stimulationselement eine fraktale Oberfläche auf. Unter einer fraktalen Oberfläche wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Oberfläche verstanden, die eine Makrostruktur und/oder eine Mikrostruktur aufweist. Die Makrostruktur weist vorzugsweise eine regelmäßige oder unregelmäßige kraterförmige, konusförmige oder säulenförmige Oberflächenstruktur im Bereich von 1 bis 500 µm auf. Die Mikrostruktur weist vorzugsweise eine regelmäßige oder unregelmäßige kraterförmige, konusförmige oder säulenförmige Oberflächenstruktur im Bereich von 1 bis 1000 nm auf.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Stimulationselement ringförmig ausgebildet ist, wodurch eine günstige elektrische Anregung erreicht werden kann. Besonders bevorzugt ist das Stimulationselement durch eine Vielzahl konzentrischer Ringe ausgebildet, wodurch eine Fokussierung des elektrischen Feldes und somit ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
Alternativ können die elektrischen Stimulationselemente eine ovale und/oder längliche Form aufweisen. Auch runde oder annähernd runde Ausgestaltungen der Stimulationselemente sind erfindungsgemäß mit umfasst. Die Länge (bzw. der Durchmesser) der Stimulationselemente liegt insbesondere im Bereich von 0,02 bis 2mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,5mm, weiter bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1mm. Die Stimulationselemente sind vorzugsweise auf dem Trägerelement aufgesetzt und weisen demnach eine Höhe auf. Die Höhe der Stimulationselemente liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,5mm, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,1mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,005 bis 0,01mm.
Vorzugsweise weist die Stimulationselektrode einen flexiblen Grundkörper auf, der als Trägersubstrat dient. Vorzugsweise weist der längliche Grundkörper eine axiale Biegesteifigkeit von 1mNmm² bis 100mNmm² auf.
Vorzugweise ist der Querschnitt des länglichen Grundkörpers kreisförmig, halbkreisförmig oder sichelförmig oder im Wesentlichen kreisförmig, im Wesentlichen halbkreisförmig oder im Wesentlichen sichelförmig ausgebildet. Alternativ kann der Querschnitt des länglichen Grundkörpers ebenfalls rechteckförmig oder im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Die maximale Ausdehnung des Querschnitts des länglichen Grundkörpers beträgt vorzugsweise zwischen 0,2mm und 1mm.
Der Grundkörper ist vorzugsweise aus Polyurethan geformt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Vielzahl von übereinander geschichteten Trägerelementen vorgesehen, wobei jedes Trägerelement mindestens ein elektrisches Stimulationselement und eine innerhalb des Trägerelements geführte Leiterbahn aufweist. Dabei bilden jeweils ein Trägerelement, mindestens eine in das Trägerelement eingebettete Leiterbahn und die daran angeschlossenen auf der Oberfläche des Trägerelements freiliegenden Elektroden (Stimulationselemente) ein Funktionselement des Schichtenstapels aus.
Dies hat den Vorteil, dass die Stimulationselemente jedes Trägerelements oder sogar jedes Stimulationselement (durch eine geeignete Elektronik) separat angesteuert werden können. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine bevorzugte Charakteristik des elektrischen Feldes erzeugt werden kann. Insbesondere ist es möglich, benachbarte Elektroden (Stimulationselemente) phasenverschoben anzusteuern, wodurch wahlweise eine Fokussierung, Defokussierung und Wanderung des elektrischen Feldes (entlang der Cochlea) realisiert werden kann.
Ein besonders effizienter Schichtaufbau besteht darin, die Vielzahl der Trägerelemente kaskadenförmig zu schichten, so dass jeweils ein Endbereich jedes der Trägerelemente freiliegt. Mit anderen Worten ist die Längsausdehnung des untersten (oder obersten) Trägerelements am größten und die jeweils darauf angeordneten Trägerelemente sind etwas kürzer ausgebildet, so dass eine Kaskade freiliegender Enden der Trägerelemente gebildet wird. Diese freiliegenden Enden bilden dann die aktiven Bereiche aus, in denen die Elektroden (Stimulationselemente) auf der Oberfläche angeordnet sind. Mit einem solchen Schichtaufbau kann eine Stimulationselektrode trotz guter Charakteristik des erzeugten elektrischen Feldes sehr kostengünstig hergestellt werden.
Alternativ kann eines der mittleren Trägerelemente die größte Längsausdehnung aufweisen, wobei sich die jeweils oberhalb und unterhalb dieses Trägerelements angeordneten Trägerelemente zur Ausbildung einer beidseitigen Kaskade entsprechend verkürzen.
Die separate Ansteuerung der kaskadenförmig angeordneten Trägerelemente mit ihren Elektroden (Stimulationselementen) erfolgt vorzugsweise derart, dass die aktiven Bereiche der Trägerelemente mit der größten Längserstreckung (korrespondiert mit der Gehörschneckenspitze im menschlichen Ohr) mit Frequenzen von 20 bis 500 Hz, die mittleren Trägerelemente mit Frequenzen von 1500 bis 10000 Hz und die kürzeren Trägerelemente (korrespondiert mit dem ovalen Fenster im menschlichen Ohr) mit Frequenzen von 10000 bis 20000 Hz angeregt werden. Die Treiberelektronik des Ohrimplantats ist ausgebildet, die Elektroden (Stimulationselemente) entsprechend anzusteuern.
Der einzelne aktive Bereich (die Ausdehnung der Stimulationselemente an der Oberfläche) besitzt vorzugsweise eine maximale Erstreckung zwischen 0,02 bis 2mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,5mm, weiter bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1mm.
Die maximale Breite der Stimulationselektrode beträgt vorzugsweise 500 µm. Die maximale Dicke der Stimulationselektrode (mit allen übereinander geschichteten Trägerelementen mit ihren Elektroden) beträgt vorzugsweise 300 µm. Durch die erfindungsgemäße Stimulationselektrode kann ein für die endosteale Applikation optimales Ausbreitungsverhalten des elektrischen Feldes in Richtung des Cortischen Organs und der Pars cochlearis erreicht werden.
Die Vielzahl (kaskadenförmig angeordneter) aktiver Bereiche besitzt vorzugsweise eine maximale Längserstreckung zwischen 1 und 10 mm, während der in der Gehörschnecke befindliche Teil der Stimulationselektrode vorzugsweise eine Länge zwischen 10 und 16 mm aufweist. Die Stimulationselektrode weist vorzugsweise eine Gesamtlänge zwischen 30 und 50 mm auf.
Vorzugsweise ist das Verhältnis der maximalen Breite einer Leiterbahn zur minimalen Breite der Leiterbahn kleiner als 5, noch bevorzugter kleiner als 2. Vorzugsweise sind alle Leiterbahnen gleich breit.
Vorzugsweise ist das Verhältnis der maximalen Breite eines Trägerelements zur minimalen Breite des Trägerelements kleiner als 5, noch bevorzugter kleiner als 2. Vorzugsweise sind alle Trägerelemente gleich breit.
Vorzugsweise sind sämtliche Trägerelemente und Leiterbahnen parallel zueinander, jeweils übereinander geschichtet. Vorzugsweise ist die Breite der Trägerelemente uniform, d.h. über ihre Längserstreckung gleichbleibend. Vorzugsweise ist Breite der Leiterbahnen ebenfalls uniform.
Vorzugsweise weist die Stimulationselektrode einen Führungskopf zur atraumatischen Implantation auf. Der Führungskopf ist vorzugsweise kugelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist der Führungskopf am distalen Ende der Stimulationselektrode angeordnet. Vorzugsweise ist der maximale Querschnitt des kugelförmigen bzw. ellipsoidförmigen Führungskopfes größer als der maximale Querschnitt der übrigen Stimulationselektrode, d.h. des Schichtenstapels ggf. mit Grundkörper. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des maximalen Querschnitts des Führungskopfes zum maximalen Querschnitt der übrigen Stimulationselektrode zwischen 1,01 und 5, bevorzugter zwischen 1,1 und 1,5. Vorzugsweise weist der Führungskopf auf seiner Oberfläche mindestens eine drehbar gelagerte Kugel auf. Vorzugsweise weist der Führungskopf auf seiner Oberfläche mehrere, umlaufend angeordnete, jeweils drehbar gelagerte Kugeln auf. Vorzugsweise ist der maximale Querschnitt des Führungskopfes größer als der maximale Querschnitt der Kugeln. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des maximalen Querschnitts des Führungskopfes zum maximalen Querschnitt der Kugeln zwischen 3 und 50, bevorzugter zwischen 5 und 15.
Es ist weiterhin bevorzugt, auf der Stimulationselektrode zusätzlich eine Vielzahl von akustischen Stimulationselementen anzuordnen, die jeweils von den auf den Trägerelementen angeordneten Elektroden und von den in den Trägerelementen eingebetteten Leiterbahnen elektrisch isoliert sind.
Dadurch kann im Gegensatz zur rein elektrischen Anregung eine kombinierte elektrische und akustische Anregung erreicht werden. Dadurch kann eine zusätzliche Anregung des Hörnervs erfolgen, die zu einem verbesserten Hörempfinden führen kann. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Stimulationselektrode für Patienten geeignet, deren Haarzellen zwar schon so weitgehend degeneriert sind, dass herkömmliche Hörgeräte (mit akustischer Verstärkung) nicht mehr ausreichen, jedoch einige Haarzellen noch derart funktionsfähig sind, dass der Höreindruck durch die kombinierte mechanische und elektrische Anregung verbessert bzw. vorteilhaft ergänzt werden kann.
Vorzugsweise werden mittels der Stimulationselemente auf der Stimulationselektrode Spannungspulse mit einer Amplitude zwischen –100mV und +100mV zur elektrischen Stimulation des Hörnervs erzeugt.
Vorzugsweise weisen die Trägerelemente Lumineszenzpartikel auf. Diese Lumineszenzpartikel sind vorzugsweise innerhalb des Trägerelements (uniform) dispergiert. Die Lumineszenzpartikel sind ausgebildet, entweder durch elektrische Anregung und/oder durch in das Trägerelement eingekoppeltes Licht zum Leuchten angeregt zu werden.
Dadurch kann im Gegensatz zur rein elektrischen Anregung eine kombinierte elektrische und optische Anregung erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind neben den Lumineszenzpartikel enthaltenden Trägerelementen auch akustische Stimulationselemente vorhanden, so dass simultan eine kombinierte optische, akustische und elektrische Anregung erfolgen kann.
Die vorliegende Erfindung offenbart weiterhin ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stimulationselektrode, wobei der schichtweise Laminataufbau aus flexiblen Trägerelementen (flexiblen Folie) erfindungsgemäß durch Kleben oder Schweißen verbunden wird. Besonders bevorzugt sind Ultraschallschweißen und Hochfrequenzschweißen.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Stimulationselektrode im Bereich des ersten Endes mit einer Empfangsspule verbunden ist, wobei die Vielzahl der Elektroden mit der Empfangsspule elektrisch verbunden ist. Die Stimulationselektrode empfängt ihre Signale regelmäßig von einer Sendeeinheit (Sendespule mit Magnet), die sich außerhalb des Ohres befindet und mit einem Mikrofon und einem (digitalen) Signalprozessor verbunden ist. Die Signalübermittlung erfolgt durch die Kopfhaut mittels elektromagnetischer Induktion. Die Sendespule des Prozessors haftet vorzugsweise mit Hilfe des Magneten auf der Kopfhaut. Die Empfangsspule wird zusammen mit dem Magneten hinter dem Ohr unter der Haut implantiert und dient als Schnittstelle zwischen der Stimulationselektrode und dem Signalprozessor.
Die Erfindung betrifft somit weiterhin ein Ohrimplantat, das ein Mikrophon, einen Signalprozessor sowie eine mit dem Signalprozessor in Wirkverbindung stehende Stimulationselektrode mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale aufweist. Die Wirkverbindung des erfindungsgemäßen Ohrimplantats kann drahtvermittelt oder auch drahtlos sein. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Ohrimplantat eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit auf, wobei die Sendeeinheit ein Mikrophon, einen Signalprozessor und eine Sendespule umfasst und die (zu implantierende) Empfangseinheit eine Empfangsspule umfasst.
Vorzugsweise ist jedes der elektrischen Stimulationselemente (und/oder der akustischen Stimulationselemente) durch den Signalprozessor einzeln ansteuerbar. Vorzugsweise ist der Signalprozessor derart ausgelegt ist, dass jedes der elektrischen Stimulationselemente (und/oder der akustischen Stimulationselemente) durch den Signalprozessor gepulst mit einer Pulslänge von 10µs bis 5ms und einer Pulswiederholfrequenz von 20Hz bis 10kHz ansteuerbar ist. Dadurch ist es gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante möglich, die elektrischen Stimulationselemente (und/oder der akustischen Stimulationselemente) entlang der Elektrodenträgerlänge zeitversetzt anzusteuern, so dass ein wanderndes elektrisches Feld, d.h. eine sich entlang der Längsachse der Trägerelemente (bzw. des Grundkörpers) fortbewegende Anregung von proximal nach distal generiert wird. Dadurch kann der Höreindruck nachhaltig verbessert werden. Die zeitversetzte Anregung vom proximalen Ende zum distalen Ende erfolgt vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit zwischen 300m/s und 2000m/s.
Vorzugsweise sind auf der Oberfläche der Stimulationselektrode zusätzlich Kavitäten eingebracht, in denen Pharmaka, wie z.B. Breitbandantibiotika oder Proliferationsinhibitoren eingebracht werden. Diese wirken als Depot und führen dadurch zu einer längerfristigen Senkung des Infektionsrisikos und einer weiteren Verminderung der Zelladhäsion. Die Kavität weist vorzugsweise eine laterale Ausdehnung zwischen 20 und 200µm und/oder eine nach innen geneigte Wölbung mit einem Radius zwischen 10 und 100µm auf.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Diese Erläuterungen sollen aber keinesfalls einschränkend verstanden werden.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Ohrimplantat in schematischer, geschnittener Darstellung,
2 einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung in schematischer, perspektivischer Darstellung,
3 einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung in Draufsicht, und
4 einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung in Draufsicht, und
5 einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung in schematischer, perspektivischer Darstellung,
6 die Stimulationselektrode der 5 in schematischer, geschnittener Darstellung, und
7 eine Draufsicht auf den Führungskopf der in 5 gezeigten Stimulationselektrode.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ohrimplantat in schematischer, geschnittener Darstellung. Das erfindungsgemäße Ohrimplantat ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus einer Sendeeinheit mit einem Mikrofon 2, einem digitalen Signalprozessor 3, einer Sendespule 4 sowie einer Empfangseinheit, die sich aus der erfindungsgemäßen Stimulationselektrode 1 und der damit verbundenen Empfangsspule 6 zusammensetzt. Im Ausführungsbeispiel sind Mikrofon 2 und Signalprozessor 3 zu einer integralen Einheit gebildet, jedoch können diese Komponenten alternativ auch separat ausgebildet sein. Sendeeinheit und Empfangseinheit können wie ein herkömmliches Cochleaimplantat implantiert werden.
Die Stimulationselektrode 1 des erfindungsgemäßen Ohrimplantats wird – wie auch bei herkömmlichen Cochleaimplantaten – in die Hörschnecke 5 (Cochlea) eingeführt, um den mit dem Mikrofon 2 aufgenommenen Schall mit Hilfe eines (digitalen) Signalprozessors 3 elektrisch an den Hörnerv weiterzugeben, also den aufgenommenen Schall über ein elektrisches Feld zu imitieren.
Die Empfangsspule 6 wird zusammen mit einem Magneten hinter dem Ohr unter der Haut implantiert und dient als Schnittstelle zwischen der Stimulationselektrode 1 und dem Signalprozessor 3. Die Signalübermittlung erfolgt durch die Kopfhaut mittels elektromagnetischer Induktion. Die Sendespule 4 des Prozessors 3 haftet mit Hilfe des Magneten auf der Kopfhaut. Der Signalprozessor 3 wird auch Sprachprozessor genannt, da er die Laute einer Lautsprache in geeignete Signale für die Stimulationselektrode 1 umwandelt.
Die Stimulationselektrode 1 ist im Bereich ihres ersten (proximalen) Endes mit der Empfangsspule 6 verbunden und überträgt die dort empfangenen Signale bis zu einem aktiven Bereich, der sich vorzugsweise im Bereich des zweiten (distalen) Endes der Stimulationselektrode 1 befindet. Dieser Bereich ist derart bemessen, dass er sich innerhalb der Cochlea 5 erstreckt; mit anderen Worten erstreckt sich der passive Bereich, der lediglich zum Signaltransport dient, von der Empfangsspule 6 (bei in die Cochlea 5 eingeschobener Stimulationselektrode 1) bis zum Eingang in die Cochlea 5 und der aktive Bereich, der zur Anregung des Hörnervs dient, erstreckt sich vom Eingang in die Cochlea 5 bis zum zweiten, distalen Ende der Stimulationselektrode 1. Vorzugsweise besitzt der aktive Bereich eine Länge zwischen 1 und 10mm und erstreckt sich vom ersten Ende der Stimulationselektrode 1 aus gesehen in einer Entfernung zwischen 70% und 100% der Gesamtlänge Stimulationselektrode 1.
2 zeigt einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung in schematischer, perspektivischer Darstellung.
Die Stimulationselektrode 1 besteht aus einem flexiblen Trägerelement 7, das vorzugsweise aus Polyimid, Polysulfon oder PEEK (Poly-Ether-Ether-Keton) besteht. Auf der Oberfläche des Trägerelements 7 ist eine Elektrode 8 angeordnet, die zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und damit zur Anregung des Hörnervs dient. Die Stimulationselektrode 1 ist als Schichtenstapel ausgebildet, wobei die Trägerelemente 7 und die darin eingebetteten Leiterbahnen 9 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Durch den verwendeten Schichtaufbau kann die Stimulationselektrode 1 besonders kostengünstig hergestellt werden.
Die Stimulationselektrode 1 muss jedoch nicht notwendigerweise einen wie in den 5 und 6 gezeigten Grundkörper 11 aufweisen, sofern der Schichtenstapel aus der Vielzahl von Trägerelementen 7 (zusammen mit den Elektroden 8 und Leiterbahnen 9) eine ausreichende Stabilität aufweist, um in die Cochlea eingeführt zu werden.
Um einen größeren Frequenzbereich einerseits und einen größeren Bereich der Cochlea 5 andererseits effizient anregen zu können, ist es vorgesehen, eine Vielzahl von Trägerelementen 7 entlang der Längsachse der Stimulationselektrode 1 anzuordnen, die zusammen mit den darauf angeordneten Elektroden 8 jeweils übereinander geschichtet sind. Jede der separat ansteuerbaren Elektroden 8 kann ein elektrisches Feld (mit separat einstellbarer Frequenz) in einem anderen Bereich der Längsachse der Stimulationselektrode 1 erzeugen. Der aktive Bereich 11, in dem die Elektroden 8 vorgesehen sind, befindet sich jeweils in dem Bereich, um den das jeweilige Trägerelement 7 länger ist als das darüberliegende Trägerelement 7. Beim obersten Trägerelement 7, das von keinem weiteren Trägerelement 7 überdeckt ist, ist der aktive Bereich 11 vorzugsweise im Bereich des distalen Endes des Trägerelements 7 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die aktiven Bereiche, d.h. die Elektroden 8 ringförmig ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist eine parallele Ansteuerung der Elektroden 8 vorgesehen. Bei der parallelen Stimulierung können die Elektroden 8 gleichzeitig den Hörnerv reizen. Es hat sich gezeigt, dass die vom Signalprozessor 3 gesteuerte Kodierungsstrategie in Form von Reihenfolge bzw. Muster, mit dem eine Anzahl von Elektroden 8 zugleich aktiviert werden, wesentlich für die Erkennung der gehörten Signale und für das Lautsprachverstehen beiträgt. Vorzugsweise ist der Signalprozessor 3 derart ausgelegt ist, dass jedes der Elektroden 8 durch den Signalprozessor 3 gepulst mit einer Pulslänge von 10µs bis 5 ms und einer Pulswiederholfrequenz von 100Hz bis 10kHz ansteuerbar ist.
3 zeigt einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung in Draufsicht. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich von der Ausführungsvariante der 2 lediglich dadurch, dass zusätzlich ein ellipsoidförmiger Führungskopf 10 zur atraumatischen Implantation vorgesehen ist.
4 zeigt einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung in Draufsicht. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich von der Ausführungsvariante der 2 lediglich dadurch, dass jedes Trägerelement 7 über eine größere Anzahl von Elektroden 8 verfügt. Da jede der Elektroden 8 durch eine separate Leiterbahn angesteuert wird, erhöht sich entsprechend die Anzahl der im Trägerelement 7 eingebetteten Leiterbahnen 9. Aufgrund der schichtweisen Anordnung einer Vielzahl von Trägerelementen 7 kann die Anzahl der pro Trägerelement 7 eingebetteten Leiterbahnen 9 trotz einer großen Gesamtzahl von Elektroden 8 erfindungsgemäß relativ klein gehalten werden, wodurch die erfindungsgemäße Stimulationselektrode bei gleicher Leistung kostengünstiger herstellbar ist.
5 zeigt einen Ausschnitt einer Stimulationselektrode gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung in schematischer, perspektivischer Darstellung. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich von der Ausführungsvariante der 4 lediglich dadurch, dass zusätzlich ein als Trägersubstrat dienender Grundkörper 11 vorgesehen ist. Da die Trägerelemente 7 erfindungsgemäß möglichst flach ausgebildet werden, ist es vorteilhaft, einen die Stabilität der Stimulationselektrode erhöhenden Grundkörper 11, beispielsweise aus Polyurethan, vorzusehen. Dadurch lässt sich Stimulationselektrode besser in die Cochlea einführen. Die Biegesteifigkeit des Grundkörpers 11 wird so gewählt, dass eine Implantation der Stimulationselektrode problemlos erfolgen kann.
6 zeigt die Stimulationselektrode der 5 in geschnittener Darstellung entlang der Schnittachse A-A’.
7 zeigt eine Draufsicht auf den Führungskopf der in 5 gezeigten Stimulationselektrode. Um die Stimulationselektrode besonders atraumatisch in die Cochlea einführen zu können, weist der Führungskopf 10 in einer bevorzugten Ausführungsvariante mehrere Kugeln 12 auf, die drehbar an der Oberfläche des Führungskopfes 10 gelagert sind und nach außen über die Oberfläche des Führungskopfes 10 hinausragen. Diese Kugeln 12 erleichtern das Einbringen der Stimulationselektrode in die Cochlea, da die Reibung zwischen der Stimulationselektrode und der Innenwand der Cochlea verringert werden kann. Die Kugeln 12 sind vorzugsweise am distalen Ende des Führungskopfes 10 sowie lateral umlaufend angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Stimulationselektrode
2: Mikrophon
3: Signalprozessor
4: Sendespule
5: Cochlea
6: Empfangsspule
7: flexibler Träger/Trägerelement
8: Elektrode/Stimulationselement
9: Leiterbahn
10: Führungskopf
11: Grundkörper
12: Kugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007026631 A1 [0005]

Claims

Stimulationselektrode (1) für ein Ohrimplantat, aufweisend: mindestens ein elektrisches Stimulationselement (8), welches auf der Oberfläche der Stimulationselektrode (1) angeordnet ist, wobei jedem Stimulationselement (8) eine Leiterbahn (9) zur elektrischen Verbindung des Stimulationselements (8) mit einer Treiberelektronik zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stimulationselement (8) auf einem länglichen, streifenförmigen Trägerelement (7) angeordnet ist.
Stimulationselektrode (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (7) aus einer flexiblen Folie mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
Stimulationselektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (7) aus Polyimid, Polysulfon oder Poly-Ether-Ether-Keton besteht.
Stimulationselektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende der Leiterbahn (9) mit dem Stimulationselement (8) verbunden und bis zu einem zweiten Ende innerhalb des Trägerelements (7) geführt ist.
Stimulationselektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stimulationselement (8) eine fraktale Oberfläche aufweist und/oder ringförmig ausgebildet ist.
Stimulationselektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stimulationselement (8) aus Gold, Platin, Iridium oder einer Legierung aus mindestens zwei der vorgenannten Materialien besteht.
Stimulationselektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von länglichen, streifenförmigen Trägerelementen (7) übereinander geschichtet ist, wobei jedes Trägerelement (7) mindestens ein elektrisches Stimulationselement (8) und eine innerhalb des Trägerelements (7) geführte Leiterbahn (9) aufweist.
Stimulationselektrode (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl streifenförmiger Trägerelemente (7) kaskadenförmig geschichtet ist, so dass jeweils ein Endbereich jedes der streifenförmigen Trägerelemente (7) freiliegt, wobei das mindestens eine elektrische Stimulationselement (8) im freiliegenden Endbereich des jeweiligen Trägerelements (7) angeordnet ist.
Stimulationselektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führungskopf (10) zur atraumatischen Implantation vorgesehen ist, wobei der Führungskopf (10) an einem Ende der Stimulationselektrode (1) angeordnet ist und auf seiner Oberfläche mindestens eine drehbar gelagerte Kugel (12) aufweist.
Ohrimplantat, aufweisend: ein Mikrophon (2), eine einen Signalprozessor (3) aufweisende Treiberelektronik sowie eine mit dem Signalprozessor (3) in Wirkverbindung stehende Stimulationselektrode (1) mit den Merkmalen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.