DE102015108467A1

DE102015108467A1 - Gehäuse für ein medizinisches Implantat mit einer Stromdurchleitung

Info

Publication number: DE102015108467A1
Application number: DE102015108467.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Hauptmann; Sven Jürgen Grob
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US20180221670A1; JP2018515252A; EP3280492A1; WO2016189147A1; US10195449B2; CN107810030A

Abstract

Die Anmeldung bezieht sich auf ein Gehäuse für ein medizinisches Implantat. Das Gehäuse umfasst eine Gehäusewand aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer Innenseite sowie einer Außenseite und eine Stromdurchleitung durch die Gehäusewand. Die Stromdurchleitung umfasst eine auf der Innenseite der Gehäusewand angeordnete elektrisch leitende erste Anschlusskontaktfläche, eine auf der Außenseite der Gehäusewand angeordnete elektrisch leitende zweite Anschlusskontaktfläche, einen in die Gehäusewand integrierten Kondensator mit einer ersten Kondensatorelektrode und einer zweiten Kondensatorelektrode, eine erste Verbindungsleitung, welche die erste Anschlusskontaktfläche mit der ersten Kondensatorelektrode elektrisch verbindet, und eine zweite Verbindungsleitung, welche die zweite Anschlusskontaktfläche mit der zweiten Kondensatorelektrode elektrisch verbindet. Zwischen der ersten Anschlusskontaktfläche und der zweiten Anschlusskontaktfläche besteht keine durchgehend elektrisch leitende Verbindung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein medizinisches Implantat mit einer Stromdurchleitung.
Erkrankungen des Zentralnervensystems, wie beispielsweise Epilepsie, die Parkinsonsche Erkrankung oder Zwangserkrankungen, werden u. a. mittels direkter elektrischer Stimulation des Gehirns therapiert. Dazu werden Elektroden in die Zielareale implantiert und unter der Haut mit entsprechenden Implantat-Systemen elektrisch verbunden. Über das Implantat-System werden elektrische Reize an das Zielareal übertragen. Bei der elektrischen Stimulation ist insbesondere die Betrachtung der Ladungsdichte und damit der Ladungsmenge pro Puls ein wichtiges Kriterium, um dauerhafte Schädigungen des Gewebes im Verlauf der therapeutischen Stimulation zu vermeiden. Üblicherweise wird die Übertragung der Ladungsmenge durch einen Kopplungskondensator limitiert. Pro Stimulationskontakt wird ein solcher Kopplungskondensator, z. B. mit einer Kapazität von 100 nF und einer Ladungsübertragung von maximal 1 μC, benötigt.
Bisher werden üblicherweise für die Realisierung der Kopplungskondensatoren Einzelkondensatoren oder ein Array von Kondensatoren verwendet. Bei den Kondensatoren handelt es sich meist um Keramik-basierte Kondensatoren mit einer Kapazität von beispielsweise 100 nF oder mehr. Die Größe der Kapazität wird im Wesentlichen von der Versorgungsspannung des Implantats und von der Oberfläche der Stimulationskontakte bestimmt. Wird eine höhere Versorgungsspannung oder eine kleinere Kontaktoberfläche gewählt, so kann die Kapazität kleiner gewählt werden.
Neuere Elektrodendesigns sehen eine große Zahl von Elektrodenkontakten vor, beispielsweise 8, 16 oder 40 Kontakte. Dementsprechend muss ein Implantat, an das eine derartige Elektrode angeschlossen ist, eine große Anzahl von Kopplungskondensatoren aufweisen. Die Kopplungskondensatoren nehmen aufgrund ihrer großen Anzahl einen großen Raum innerhalb des Implantats ein und begrenzen daher die Verkleinerung des Implantats, um beispielsweise einen günstigen Implantationsort im Bereich der Schädeldecke zu wählen bzw. das Implantat so zu gestalten, dass es von außen nicht sichtbar ist. Außerdem ist die Gefahr einer Entzündungsreaktion oder einer Abstoßung des Implantats beim Patienten umso größer, je größer das Implantat ist.
Weiterhin muss die große Anzahl an elektrischen Kontakten aus dem Inneren des hermetisch verschlossenen Implantatgehäuses herausgeführt werden. In der englischsprachigen Fachliteratur werden solche Kabeldurchführungen häufig als "Feedthrough" bezeichnet. Herkömmliche Kabeldurchführungen aus dem Inneren des Implantats zu den Anschlüssen der Elektrode werden meist durch die Integration eines oder mehrerer Keramikbauteile in Öffnungen des Gehäuses, das üblicherweise aus Titan besteht, realisiert. Durch derartige Kabeldurchführungen werden die Größe und Bauform des Implantats massiv eingeschränkt. Ferner stellt der Ort der Kabeldurchführung einen kritischen Bereich dar, der Ort einer Leckage sein kann, an dem Komplikationen oder gar Schädigungen des Patienten durch das Eindringen von Körperflüssigkeiten auftreten können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für ein medizinisches Implantat zur Verfügung zu stellen, welches kleiner als herkömmliche Gehäuse ausgeführt werden kann und dem Patienten eine höhere Sicherheit bietet. Außerdem sollen ein entsprechendes Implantat sowie ein Herstellungsverfahren für das Gehäuse angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Gehäuse für ein medizinisches Implantat umfasst eine Gehäusewand, die zumindest zum Teil aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist. Die Gehäusewand hat eine dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite und eine dem Außenraum des Gehäuses zugewandte Außenseite. Durch die Gehäusewand ist eine Stromdurchleitung geführt. Die Stromdurchleitung erstreckt sich von der Innenseite bis zur Außenseite der Gehäusewand. Die Stromdurchleitung umfasst eine auf der Innenseite der Gehäusewand angeordnete elektrisch leitende erste Anschlusskontaktfläche und eine auf der Außenseite der Gehäusewand angeordnete elektrisch leitende zweite Anschlusskontaktfläche. In die Gehäusewand ist ein Kondensator integriert, der eine erste Kondensatorelektrode und eine zweite Kondensatorelektrode aufweist. Zwischen der ersten Kondensatorelektrode und der zweiten Kondensatorelektrode kann sich das elektrisch isolierende Material befinden und als Dielektrikum für den Kondensator dienen. Eine erste Verbindungsleitung verbindet die erste Anschlusskontaktfläche und die erste Kondensatorelektrode elektrisch miteinander, und eine zweite Verbindungsleitung verbindet die zweite Anschlusskontaktfläche elektrisch mit der zweiten Kondensatorelektrode. Zwischen der ersten Anschlusskontaktfläche und der zweiten Anschlusskontaktfläche besteht nur eine kapazitive elektrische Kopplung über den Kondensator, es besteht keine durchgehend elektrisch leitende, d. h. keine direkte elektrisch leitende Verbindung zwischen der ersten Anschlusskontaktfläche und der zweiten Anschlusskontaktfläche. Die erste Anschlusskontaktfläche, der Kondensator und die zweite Anschlusskontaktfläche sind in Reihe geschaltet.
Die erste Anschlusskontaktfläche ist dazu bestimmt, elektrisch an ein innerhalb des Gehäuses befindliches Gerät angeschlossen zu werden. Beispielsweise kann eine Steuereinheit, die elektrische Stimulationssignale, insbesondere elektrische Strompulse erzeugt, mit der ersten Anschlusskontaktfläche verbunden werden. Die zweite Anschlusskontaktfläche ist dazu bestimmt, elektrisch an ein außerhalb des Gehäuses befindliches Gerät angeschlossen zu werden. Beispielsweise kann eine Stimulationselektrode, die zur Applikation der von der Steuereinheit generierten elektrischen Stimulationssignale dient, mit der zweiten Anschlusskontaktfläche verbunden werden.
Der mit der ersten und der zweiten Anschlusskontaktfläche verbundene Kondensator stellt sowohl eine kapazitive Stromdurchleitung durch die Gehäusewand als auch einen Kopplungskondensator dar. Obwohl kein vollständiger Durchbruch durch das Gehäuse von der Innenseite zu der Außenseite besteht, wird dennoch durch den Kondensator eine Stromdurchleitung durch die Gehäusewand gewährleistet, so dass elektrische Signale beispielsweise aus dem Inneren des Gehäuses an eine außerhalb des Gehäuses befindliche Stimulationselektrode weitergeleitet werden können. Die übertragene Ladungsmenge wird dabei durch den Kondensator limitiert.
Das Gehäuse kann weitere kapazitive Stromdurchleitungen aufweisen, die in gleicher Weise wie die vorstehend beschriebene kapazitive Stromdurchleitung aufgebaut sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse ist es möglich, das Implantat gegenüber herkömmlichen Implantaten zu verkleinern. Dadurch können Gesundheitsrisiken für den Patienten, beispielsweise durch Entzündungsreaktionen oder durch die Abstoßung des Implantats, verringert werden. Außerdem lässt sich das Implantat leichter im Bereich der Schädeldecke implantieren. Da zudem die kapazitive Stromdurchleitung keinen vollständigen Durchbruch durch das Gehäuse benötigt, ist es einfacher, das Gehäuse hermetisch abzuschließen, so dass keine Körperflüssigkeiten in das Gehäuse eindringen können, welche das Implantat beschädigen und zu einer Gesundheitsgefährdung für den Patienten führen könnten.
Der Kondensator ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass die erste Kondensatorelektrode mehrere erste Kondensatorlamellen und die zweite Kondensatorelektrode mehrere zweite Kondensatorlamellen aufweist und die ersten und zweiten Kondensatorlamellen in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind, d. h., die ersten und zweiten Kondensatorlamellen greifen – wie beispielsweise die Zähne von zwei Zahnrädern – ineinander ein. Zwischen den ersten und zweiten Kondensatorlamellen befindet sich vorzugsweise das elektrisch isolierende Material, welches als Dielektrikum für den Kondensator dient. Die ersten und zweiten Kondensatorlamellen sind parallel zueinander ausgerichtet und können sich insbesondere parallel zur Innenseite und/oder Außenseite der Gehäusewand erstrecken.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Verbindungsleitung elektrisch mit den ersten Kondensatorlamellen verbunden und die zweite Verbindungsleitung ist elektrisch mit den zweiten Kondensatorlamellen verbunden.
Die Erfindung erlaubt es, einen beliebigen Abstand zwischen der ersten bzw. zweiten Anschlusskontaktfläche und dem Kondensator zu wählen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Anschlusskontaktfläche sich teilweise oder vollständig außerhalb einer senkrechten Projektion des Kondensators auf die Innenseite der Gehäusewand befindet und/oder dass die zweite Anschlusskontaktfläche sich teilweise oder vollständig außerhalb einer senkrechten Projektion des Kondensators auf die Außenseite der Gehäusewand befindet.
Es ist nicht erforderlich, dass die gesamte Gehäusewand oder gar das gesamte Gehäuse aus dem elektrisch isolierenden Material gefertigt sind. Es reicht aus, wenn der Bereich der Gehäusewand, in den der Kondensator integriert ist, aus dem elektrisch isolierenden Material besteht.
Das elektrisch isolierende Material, aus dem die Gehäusewand oder ein Teil davon gefertigt sind und das insbesondere als Dielektrikum des Kondensators dient, ist vorzugsweise eine Keramik. Als besonders vorteilhaft haben sich Titandioxid und Bariumtitanat erwiesen. Diese Stoffe weisen hohe Permittivitäten auf. Die Keramik, aus der die Gehäusewand oder ein Teil davon gefertigt sind, kann zu einem großen Teil oder auch komplett aus Titandioxid oder Bariumtitanat bestehen.
Bevorzugt ist der Kondensator vollständig von dem elektrisch isolierenden Material bedeckt. Lediglich die ersten und zweiten Anschlusskontaktflächen sind nicht von dem elektrisch isolierenden Material bedeckt und können zur Kontaktierung des Kondensators verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Gehäuse kann vorteilhafterweise individuell für einen Patienten gefertigt sein. In diesem Fall können die Form des Gehäuses und insbesondere die Form der Gehäusewand an die Kontur des Schädels des Patienten angepasst sein.
Ein erfindungsgemäßes medizinisches Implantat umfasst ein Gehäuse mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen.
Das Implantat kann eine Batterie und eine Steuereinheit umfassen, die von dem Gehäuse umschlossen sind. Die Batterie dient zur Stromversorgung und die Steuereinheit kann elektrische Signale erzeugen, die über den Kondensator aus dem Gehäuse geführt werden. Die Steuereinheit ist an die an der Innenseite der Gehäusewand ausgebildete erste Anschlusskontaktfläche angeschlossen. Die Steuereinheit kann mittels eines geeigneten Kabels und/oder eines geeigneten Adapters an die erste Anschlusskontaktfläche angeschlossen sein. Das Kabel und/oder der Adapter können direkt mit der ersten Anschlusskontaktfläche verbunden sein.
Weiterhin kann eine Stimulationselektrode vorgesehen sein, die an die an der Außenseite der Gehäusewand ausgebildete zweite Anschlusskontaktfläche angeschlossen ist. Die Stimulationselektrode kann mittels eines geeigneten Kabels und/oder eines geeigneten Adapters an die zweite Anschlusskontaktfläche angeschlossen sein. Das Kabel und/oder der Adapter können direkt mit der zweiten Anschlusskontaktfläche verbunden sein.
Die Steuereinheit ist derart ausgestaltet, dass sie Stimulationssignale generiert, die über die Stromdurchleitung an die Stimulationselektrode übertragen werden, um beispielsweise Gewebe im Gehirn oder Rückenmark oder den Herzmuskel des Patienten zu stimulieren.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen vorgesehen, bei welchem das Gehäuse mit Hilfe eines 3D-Druck-Verfahrens hergestellt wird.
Das Herstellungsverfahren kann umfassen, dass mehrere Keramikpulverschichten gedruckt werden und auf eine jeweilige Keramikpulverschicht eine Binderflüssigkeit gedruckt wird, um das Keramikpulver zu verfestigen.
Weiterhin kann eine elektrisch leitende Schicht auf mindestens einer der Keramikpulverschicht erzeugt werden, indem eine erste Binderflüssigkeit, die eine erste Konzentration von Metallpartikeln enthält, auf die mindestens eine Keramikpulverschicht gedruckt wird.
Um eine elektrische Durchkontaktierung durch mindestens eine der Keramikpulverschichten zu erzeugen, kann eine zweite Binderflüssigkeit auf diese Keramikpulverschicht gedruckt werden. Die zweite Binderflüssigkeit weist eine zweite Konzentration von Metallpartikeln auf, die niedriger ist als die erste Konzentration von Metallpartikeln und es der zweiten Binderflüssigkeit ermöglicht, in die mindestens eine Keramikpulverschicht einzudringen. Weiterhin kann die Viskosität der zweiten Binderflüssigkeit niedriger sein als die Viskosität der ersten Binderflüssigkeit.
Daten über die Kontur des Schädels eines Patienten, insbesondere Computertomographie-Daten, können in vorteilhafter Weise verwendet werden, um die Form des Gehäuses an die Kontur des Schädels des Patienten anzupassen.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Gehäusewand eines medizinischen Implantats mit einer kapazitiven Stromdurchleitung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2A bis 2E schematische Darstellungen eines Teils einer Gehäusewand eines medizinischen Implantats mit einer kapazitiven Stromdurchleitung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3A bis 3F schematische Darstellungen eines Teils einer Gehäusewand eines medizinischen Implantats mit einer kapazitiven Stromdurchleitung gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung eines medizinischen Implantats mit einer kapazitiven Stromdurchleitung in einer Gehäusewand;
5 eine Darstellung eines zur Stimulation verwendeten elektrischen Strompulses; und
6A und 6B perspektivische Darstellungen eines an die Kontur des Schädels eines Patienten angepassten Gehäuses für ein Implantat.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Gehäusewand 10 eines Gehäuses für ein medizinisches Implantat gemäß einer ersten Ausführungsform. Mit dem Bezugszeichen 12 ist in 1 der Innenbereich des Gehäuses und mit dem Bezugszeichen 13 der Außenbereich des Gehäuses gekennzeichnet. Dementsprechend ist eine erste Seite 14 eine Innenseite der Gehäusewand 10 und eine der ersten Seite 14 gegenüber liegende zweite Seite 15 ist eine Außenseite der Gehäusewand 10.
In die Gehäusewand 10 ist eine kapazitive Stromdurchleitung integriert, die gleichzeitig als Kopplungskondensator dient. Die kapazitive Stromdurchleitung umfasst eine auf der Innenseite 14 angeordnete elektrisch leitende erste Anschlusskontaktfläche 16 und eine auf der Außenseite 15 angeordnete elektrisch leitende zweite Anschlusskontaktfläche 17. Außerdem umfasst die Stromdurchleitung einen in die Gehäusewand 10 integrierten Kondensator 20, der eine erste Kondensatorelektrode 21 und eine zweite Kondensatorelektrode 22 aufweist.
Die erste Kondensatorelektrode 21 umfasst mehrere erste Kondensatorlamellen 23, und die zweite Kondensatorelektrode 22 umfasst mehrere zweite Kondensatorlamellen 24. Bei den ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 handelt es sich um dünne elektrisch leitende Schichten, die in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind, d. h., über einer ersten Kondensatorlamelle 23 ist eine zweite Kondensatorlamelle 24 angeordnet und darüber ist wiederum eine erste Kondensatorlamelle 23 angeordnet usw. Die ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 sind parallel zueinander und insbesondere planparallel angeordnet. Ferner sind die ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 in der vorliegenden Ausführungsform parallel zur Innenseite 14 und/oder Außenseite 15 des Teils der Gehäusewand 10, in welche der Kondensator 20 integriert ist, angeordnet.
Die ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 sind voneinander beabstandet und berühren einander nicht. Weiterhin besteht keine direkte elektrisch leitende Verbindung zwischen den ersten Kondensatorlamellen 23 und den zweiten Kondensatorlamellen 24. Zwischen den ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 befindet sich ein keramisches Material, aus welchem der in 1 gezeigte Teil der Gehäusewand 10 besteht. Das zwischen den ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 befindliche keramische Material stellt das Dielektrikum des Kondensators 20 dar.
Eine erste Verbindungsleitung 25 verbindet die erste Anschlusskontaktfläche 16 elektrisch mit der ersten Kondensatorelektrode 21. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbindet die erste Verbindungsleitung 25 ferner die ersten Kondensatorlamellen 23 miteinander. In entsprechender Weise verbindet eine zweite Verbindungsleitung 26 die zweite Anschlusskontaktfläche 17 elektrisch mit der zweiten Kondensatorelektrode 22. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbindet die zweite Verbindungsleitung 26 ferner die zweiten Kondensatorlamellen 24 miteinander.
Die ersten Kondensatorlamellen 23 erstrecken sich senkrecht zumindest von dem Teil der ersten Verbindungsleitung 25, der die ersten Kondensatorlamellen 23 miteinander verbindet. Die zweiten Kondensatorlamellen 24 erstrecken sich senkrecht zumindest von dem Teil der zweiten Verbindungsleitung 26, der die zweiten Kondensatorlamellen 24 miteinander verbindet.
Die ersten und zweiten Verbindungsleitungen 25, 26 erstrecken sich senkrecht von der Innenseite 14 bzw. der Außenseite 15 in die Gehäusewand 10.
Der Kondensator 20 ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform vollständig in die Gehäusewand 10 integriert, d. h., die ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 sowie die Teile der ersten und zweiten Verbindungsleitungen 25, 26, welche die ersten bzw. zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 miteinander verbinden, sind von dem keramischen Material, aus welchem die Gehäusewand 10 hergestellt ist, bedeckt. Keine der genannten Komponenten ist an der Innenseite 14 oder der Außenseite 15 der Gehäusewand 10 freigelegt. Lediglich die erste Anschlusskontaktfläche 16 und die zweite Anschlusskontaktfläche 17 sind vom Innenbereich 12 bzw. Außenbereich 13 des Gehäuses zugänglich.
Das Material, aus dem die Gehäusewand 10 oder zumindest der Teil der Gehäusewand 10, in dem sich die kapazitive Stromdurchleitung befindet, hergestellt ist, kann beispielsweise Titandioxid oder Bariumtitanat enthalten. Denkbar wären auch andere elektrisch isolierende Materialien, die eine hohe Permittivität aufweisen. Als Materialien für die elektrisch leitenden Komponenten der kapazitiven Stromdurchleitung können Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden.
Die erste und die zweite Verbindungsleitung 25, 26 erlauben es, den Ort der ersten und/oder zweiten Anschlusskontaktfläche 16, 17 frei zu wählen. Die erste und/oder die zweite Anschlusskontaktfläche 16, 17 müssen nicht notwendigerweise in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem in die Gehäusewand 10 integrierten Kondensator 20 liegen, sondern können auch weiter entfernt auf der Innenseite 14 bzw. der Außenseite 15 der Gehäusewand 10 angeordnet sein.
Die Kapazität eines einfachen Plattenkondensators mit nur einer Kondensatorlamelle je Kondensatorelektrode berechnet sich nach folgender Gleichung: C = ε₀·ε_r· A / d, (1) wobei C die Kapazität des Kondensators, ε₀ die elektrische Feldkonstante (ε₀ = 8,85 × 10^–12 As/Vm), ε_r die Permittivität des Dielektrikums, A die sich überschneidende Fläche der Kondensatorelektroden und d den Abstand der Kondensatorelektroden angeben.
Für den in 1 dargestellten Kondensator 20 gilt folgende Gleichung: C = ε₀·ε_r· (2·N – 1)·A / d, (2) wobei C die Kapazität des Kondensators 20, ε₀ die elektrische Feldkonstante (ε₀ = 8,85 × 10^–12 As/Vm), ε_r die Permittivität des Dielektrikums, N die Anzahl der Kondensatorlamellen pro Kondensatorelektrode, A die sich überschneidende Fläche der Kondensatorlamellen und d den Abstand benachbarter Kondensatorlamellen angeben.
Die Kapazität C des in die Gehäusewand 10 integrierten Kondensators 20 kann beispielsweise durch Änderung der Flächengrößen und Abstände der ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 variiert werden, so dass eine gewünschte Kapazität C des Kondensators 20, beispielsweise 100 nF, erreicht wird.
Die Kapazität C des Kondensators 20 kann im Bereich von 20 bis 1.000 nF liegen, beispielhafte Werte sind 100 nF und 470 nF. Die Permittivität ε_r des Dielektrikums kann im Bereich von 100 bis 14.000 liegen. Die Permittivität ε_r von Titandioxid beträgt ca. 110, Bariumtitanat weist eine Permittivität ε_r zwischen 1.000 und 14.000 auf. Jede der ersten und zweiten Kondensatorelektroden 21, 22 kann aus 1 bis 50, insbesondere 5 bis 10 ersten bzw. zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 bestehen. Die sich überschneidende Fläche A der Kondensatorlamellen 23, 24 liegt im Bereich von 0,1 bis 25 mm². Kondensatoren mit Titandioxid als Dielektrikum weisen üblicherweise eine sich überschneidende Fläche A der Kondensatorlamellen 23, 24 von 10 mm² auf. Für Kondensatoren mit Bariumtitanat werden üblicherweise 20,5 mm gewählt. Der Abstand d benachbarter erster und zweiter Kondensatorlamellen 23, 24 liegt im Bereich von 3 bis 100 µm, beispielsweise können 3 µm oder 100 µm gewählt werden. Die Dicke der ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 liegt im Bereich von 1 bis 20 µm und insbesondere im Bereich von 10 bis 20 µm.
2A bis 2E und 3A bis 3F zeigen weitere Ausführungsformen einer Gehäusewand eines medizinischen Implantats mit einer kapazitiven Stromdurchleitung. Einander entsprechende Komponenten sind in den 1, 2A bis 2E und 3A bis 3F mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
2A zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Innenseite 14 einer Gehäusewand 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform mit drei nebeneinander angeordneten kapazitiven Stromdurchleitungen. In 2B ist eine Seitenansicht der Gehäusewand 10 dargestellt und 2C zeigt die Außenseite 15 der Gehäusewand 10, wobei hier zur Veranschaulichung ein Teil der Gehäusewand 10 entfernt wurde, um eine Draufsicht auf einen Teil des Kondensators 20 zu ermöglichen. Dementsprechend sind in 2C zwei erste Kondensatorlamellen 23 sowie zwei zweite Verbindungsleitungen 26 zu sehen. 2D zeigt eine perspektivische Ansicht der Gehäusewand 10 und 2E zeigt einen Schnitt durch die Gehäusewand 10 entlang der in 2C dargestellten Linie A-A.
3A bis 3F zeigen einen Teil einer Gehäusewand 10 gemäß einer dritten Ausführungsform mit drei nebeneinander angeordneten kapazitiven Stromdurchleitungen. Die Geometrien der ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24 sowie der ersten und zweiten Verbindungsleitungen 25, 26 sind hier gegenüber der Ausführungsform nach 2A bis 2E leicht abgewandelt. 3A zeigt eine Draufsicht auf die Innenseite 14 der Gehäusewand 10, und 3B zeigt eine Draufsicht auf die Außenseite 15 der Gehäusewand 10. 3B ist durch eine Drehung der Ansicht von 3A über die Unterkante entstanden. In 3B wurde zur Veranschaulichung ein Teil der Gehäusewand 10 entfernt. 3C und 3D zeigen Seitenansichten und 3E eine perspektivische Ansicht der Gehäusewand 10. In 3C bis 3E sind außerdem Kontaktflächen 28 an Seitenflächen der Gehäusewand 10 dargestellt, die zu Testzwecken dienen. Mit den Kontaktflächen 28 kann die Leitfähigkeit verschiedener einzelner Kondensatorlamellen 23, 24 gemessen werden. 3F zeigt einen Schnitt durch die Gehäusewand 10 entlang der in 3B dargestellten Linie A-A.
4 zeigt schematisch ein Implantat 30, das dazu bestimmt ist, in den Körper eines Patienten operativ implantiert zu werden, beispielsweise im Bereich des Gehirns oder des Rückenmarks oder des Herzmuskels. Das Implantat 30 umfasst ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse 31 sowie eine Batterie 32 und eine Steuereinheit 33, die in das Gehäuse 31 eingesetzt sind.
Eine Gehäusewand 10 des Gehäuses 31 umfasst eine kapazitive Stromdurchleitung gemäß einer der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen. Die kapazitive Stromdurchleitung beinhaltet u. a. einen in die Gehäusewand 10 integrierten Kondensator 20 sowie eine auf der Innenseite 14 der Gehäusewand 10 angeordnete elektrisch leitende erste Anschlusskontaktfläche 16 und eine auf der Außenseite 15 der Gehäusewand 10 angeordnete elektrisch leitende zweite Anschlusskontaktfläche 17. Die erste Anschlusskontaktfläche 16 ist mittels geeigneter Adapter und Kabel mit der Batterie 32 sowie der Steuereinheit 33 verbunden. Die zweite Anschlusskontaktfläche 17 ist mittels geeigneter Adapter und Kabel mit einer Stimulationselektrode 34 verbunden, die ein oder mehrere Stimulationskontaktflächen 35 aufweist. Die jeweiligen Adapter und/oder Kabel können direkt mit der ersten bzw. zweiten Anschlusskontaktfläche 16, 17 verbunden sein.
Zur Veranschaulichung ist in 4 nur eine kapazitive Stromdurchleitung dargestellt. Selbstverständlich können jedoch weitere kapazitive Stromdurchleitungen in die Gehäusewand 10 oder auch andere Wände des Gehäuses 31 integriert sein, die in der gleichen Weise wie die in 4 dargestellte kapazitive Stromdurchleitung aufgebaut sind.
Während des Betriebs des Implantats 30 erzeugt die Steuereinheit 33 elektrische Signale, insbesondere Strompulse, die über die kapazitive Stromdurchleitung in der Gehäusewand 10 an die Stimulationselektrode 34 weitergeleitet werden. Die Stimulationselektrode 34 appliziert die erhaltenen elektrischen Signale als elektrische Reize dem Gewebe 36 beispielsweise des Gehirns oder Rückenmarks, welches sich in Kontakt mit der Stimulationskontaktfläche 35 befindet.
5 zeigt beispielhaft einen elektrischen Reiz, der mit Hilfe des Implantats 30 appliziert werden kann. Der in 5 dargestellte stromkontrollierte Reiz besteht aus einem anfänglichen ersten Pulsanteil und einem sich daran anschließenden, in entgegengesetzter Richtung fließenden zweiten Pulsanteil. Die Amplitude des ersten Pulsanteils ist größer als die Amplitude des zweiten Pulsanteils. Dafür ist die Dauer des zweiten Pulsanteils länger als die des ersten Pulsanteils. Die beiden Pulsanteile sind idealerweise so dimensioniert, dass die Ladung, welche durch sie übertragen wird, bei beiden Pulsanteilen gleich groß ist. In diesem Fall wird durch den Reiz genauso viel Ladung in das Gewebe eingebracht, wie aus dem Gewebe entnommen wird.
Der in 5 dargestellte Stromverlauf wurde nach dem Kondensator 20 aufgenommen. Der Kondensator 20 wirkt als Hochpassfilter, durch das Gleichstromanteile unterdrückt werden.
Das Gehäuse 31 sowie insbesondere die Gehäusewand 10 lassen sich mit einem 3D-Druck-Verfahren herstellen. Dazu eignet sich beispielsweise ein Verfahren, wie es in der Druckschrift DE 10 2008 028 742 A1 beschrieben ist. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Bei der Herstellung des Gehäuses 31 mit Hilfe eines 3D-Druck-Verfahrens wird zunächst ein Keramikpulver-Bett bereitgestellt, das die Basis für das herzustellende Gehäuse 31 bildet. Auf das Keramikpulver-Bett wird eine Binderflüssigkeit aufgedruckt, um das Keramikpulver zu verfestigen. Elektrische leitfähige Strukturen, insbesondere die Strukturen des Kondensators 20, werden hergestellt, indem eine Binderflüssigkeit auf die Keramikstruktur gedruckt wird, die Metallpartikel, insbesondere Silberpartikel, enthält. Zur Herstellung von Durchkontaktierungen, wie z. B. den ersten und zweiten Verbindungsleitungen 25, 26, wird eine Binderflüssigkeit mit einer vergleichsweise niedrigen Konzentration von Silberpartikeln und einer vergleichsweise niedrigen Viskosität verwendet. Diese Binderflüssigkeit wird auf die Keramikstruktur aufgedruckt und kann in das noch nicht verfestigte Keramikpulver eindringen. Zur Herstellung von horizontalen elektrisch leitfähigen Strukturen, wie z. B. den ersten und zweiten Anschlusskontaktflächen 16, 17 sowie den ersten und zweiten Kondensatorlamellen 23, 24, wird eine Binderflüssigkeit mit einer höheren Konzentration von Silberpartikeln auf die Keramikstruktur und gegebenenfalls die Durchkontaktierungen aufgedruckt. Somit kann durch wiederholtes Drucken von Keramikpulverschichten und anschließendes Drucken der gewünschten Binderflüssigkeiten das Gehäuse 31 erzeugt werden. Nachdem alle gewünschten Keramikschichten gedruckt und mit Binderflüssigkeit verfestigt worden sind, werden zunächst lose Keramikpartikel entfernt und danach wird das Gehäuse 31 gesintert.
Das 3D-Druck-Verfahren erlaubt es, das Gehäuse 31 jedem Patienten individuell anzupassen. Beispielsweise können Computertomographie-Daten des jeweiligen Patienten verwendet werden, um das Gehäuse 31 derart herzustellen, dass es an die Kontur des Schädels des Patienten angepasst ist. Beispielhaft ist ein derartiges Gehäuse in 6A und 6B aus unterschiedlichen Blickrichtungen gezeigt, wobei das Gehäuse hier aus einer oberen Titanplatte, welche die Festigkeit des Gehäuses erhöht, und einem unteren Keramikteil besteht, in welches die kapazitiven Stromdurchleitungen integriert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008028742 A1 [0059]

Claims

Gehäuse (31) für ein medizinisches Implantat (30), umfassend: eine Gehäusewand (10) aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer Innenseite (14) und einer Außenseite (15), und eine Stromdurchleitung durch die Gehäusewand (10), wobei die Stromdurchleitung folgende Komponenten umfasst: eine auf der Innenseite (14) der Gehäusewand (10) angeordnete elektrisch leitende erste Anschlusskontaktfläche (16), eine auf der Außenseite (15) der Gehäusewand (10) angeordnete elektrisch leitende zweite Anschlusskontaktfläche (17), einen in die Gehäusewand (10) integrierten Kondensator (20) mit einer ersten Kondensatorelektrode (21) und einer zweiten Kondensatorelektrode (22), eine erste Verbindungsleitung (25), welche die erste Anschlusskontaktfläche (16) mit der ersten Kondensatorelektrode (21) elektrisch verbindet, und eine zweite Verbindungsleitung (26), welche die zweite Anschlusskontaktfläche (17) mit der zweiten Kondensatorelektrode (22) elektrisch verbindet, wobei zwischen der ersten Anschlusskontaktfläche (16) und der zweiten Anschlusskontaktfläche (17) keine durchgehend elektrisch leitende Verbindung besteht.
Gehäuse (31) nach Anspruch 1, wobei die erste Kondensatorelektrode (21) mehrere erste Kondensatorlamellen (23) und die zweite Kondensatorelektrode (22) mehrere zweite Kondensatorlamellen (24) aufweist und die ersten und zweiten Kondensatorlamellen (23, 24) in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind.
Gehäuse (31) nach Anspruch 2, wobei die erste Verbindungsleitung (25) elektrisch mit den ersten Kondensatorlamellen (23) verbunden ist und die zweite Verbindungsleitung (26) elektrisch mit den zweiten Kondensatorlamellen (24) verbunden ist.
Gehäuse (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Anschlusskontaktfläche (16) sich zumindest teilweise außerhalb einer Projektion des Kondensators (20) auf die Innenseite (14) der Gehäusewand (10) befindet und/oder die zweite Anschlusskontaktfläche (17) sich zumindest teilweise außerhalb einer Projektion des Kondensators (20) auf die Außenseite (15) der Gehäusewand (10) befindet.
Gehäuse (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch isolierende Material eine Keramik ist, die insbesondere Titandioxid oder Bariumtitanat enthält.
Gehäuse (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator (20) vollständig von dem elektrisch isolierenden Material bedeckt ist.
Gehäuse (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form des Gehäuses (31) und insbesondere die Form der Gehäusewand (10) an die Kontur des Schädels eines Patienten angepasst sind.
Medizinisches Implantat (30) mit einem Gehäuse (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Medizinisches Implantat (30) nach Anspruch 8, wobei eine Batterie (32) und eine Steuereinheit (33) in das Gehäuse (31) integriert sind und die Steuereinheit (33) an die erste Anschlusskontaktfläche (16) angeschlossen ist.
Medizinisches Implantat (30) nach Anspruch 9, wobei eine Stimulationselektrode (34) an die zweiten Anschlusskontaktfläche (17) angeschlossen ist und die Steuereinheit (33) derart ausgestaltet ist, dass sie Stimulationssignale generiert, die mittels der Stromdurchleitung an die Stimulationselektrode (34) übertragen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (31) für ein medizinisches Implantat (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gehäuse (31) mit Hilfe eines 3D-Druck-Verfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei mehrere Keramikpulverschichten gedruckt werden und auf eine jeweilige Keramikpulverschicht eine Binderflüssigkeit gedruckt wird, um das Keramikpulver zu verfestigen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine erste Binderflüssigkeit auf mindestens eine der Keramikpulverschichten gedruckt wird, die eine erste Konzentration von Metallpartikeln enthält, um eine elektrisch leitende Schicht auf der mindestens einen Keramikpulverschicht zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine zweite Binderflüssigkeit auf zumindest eine der Keramikpulverschichten gedruckt wird, die eine zweite Konzentration von Metallpartikeln enthält, um eine elektrische Durchkontaktierung durch die mindestens eine Keramikpulverschicht zu erzeugen, wobei die erste Konzentration von Metallpartikeln höher ist als die zweite Konzentration von Metallpartikeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei Daten über die Kontur des Schädels eines Patienten verwendet werden, um die Form des Gehäuses (31) an die Kontur des Schädels des Patienten anzupassen.