DE102018107425B4

DE102018107425B4 - Verfahren zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke, System zum Stimulieren einer Gewebestruktur und Magnetstruktur zum Implantieren an eine Gewebestruktur

Info

Publication number: DE102018107425B4
Application number: DE102018107425.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Müller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: CA3095228A1; US20210106823A1; DE102018107425A1; EP3773890A1; WO2019185803A1; AU2019240829A1

Abstract

System (200) zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke, umfassend:Eine portable Spulenvorrichtung (210; 440) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes; undEine an der Gewebestruktur implantierbare Magnetstruktur (230; 330; 430),wobei das System derart ausgebildet ist, dass zum Stimulieren der Gewebestruktur eine zum Erzeugen des elektromagnetischen Feldes benötigte Elektronik vollständig in der portablen Spulenvorrichtung (210; 440) außerhalb eines Körpers mit der Gewebestruktur positioniert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung zeigt Konzepte zum Stimulieren von Gewebestrukturen. Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem Verfahren zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke. Weitere Ausführungsbeispiele betreffen ein System, das zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke ausgebildet ist, sowie eine Magnetstruktur zum Implantieren an eine Gewebestruktur.
Hintergrund
Durch elektrische Stimulation können etwa menschliche Gewebestrukturen wie Nervenzellen künstlich angeregt werden. Nervenzellen, Nervenstränge oder Muskeln können beispielsweise mittels elektronischer Geräte der Medizintechnik angeregt werden. Nervenzellen können Teil des peripheren Nervensystems des menschlichen Körpers sein.
Einige Systeme zum Stimulieren peripherer Nerven nutzen Implantate, die aus einer komplexen Elektronik, einem Energiespeicher sowie Elektroden mit Verbindungskabeln bestehen können. Über die Elektroden kann ein elektrisches Feld an die Gewebestruktur angelegt werden, das die Stimulation der gewünschten Nerven oder Muskeln bewirkt.
Der implantierte Energiespeicher wird benötigt, um die implantierte Elektronik mit Energie zu versorgen und hat unter Umständen durch seine Einbaugröße beträchtlichen Einfluss auf das Volumen des Implantats. Ein Schutz der Elektronik und des Energiespeichers gegen Feuchtigkeit, die in das implantierte Implantat eindringen kann, kann notwendig sein. Die jeweiligen Elemente sind daher z.B. in starre, zumeist große und schwere Titangehäuse hermetisch eingeschweißt. Bezüglich des Energiespeichers können etwa für die Gewährleistung der Dichtigkeit weitere Anforderungen an die technische Zuverlässigkeit hinzukommen, die je nach Anforderung an das Speichervermögen variieren können.
Bei derartigen Systemen können leicht Abnutzungserscheinungen auftreten, z.B. bedingt durch elektrochemische Vorgänge im menschlichen Körper. Zudem müssen mitunter Kabelverbindungen zwischen der Elektronik des Implantats und den Elektroden am Ort der Stimulation, etwa an der Gewebestruktur, angebracht werden, wenn die Elektronik aufgrund von Größe und Gewicht nicht direkt am Stimulationsort platziert werden kann.
Nachteilig bei Implantaten mit integrierter Elektronik können beispielsweise eine mögliche Korrosion von Stimulationselektroden, der Ladungseintrag in den menschlichen Körper etwa durch eine Gleichstrombelastung während des Ladens des Energiespeichers oder während der Stimulation und hohe technische Anforderungen an hermetisch geschlossene Gehäuse mit notwendigen elektrischen Durchführungen sein. Weiterhin können möglicherweise Ausfälle des Implantates oder von Teilen der Elektronik des Implantates durch Feuchtigkeit oder mechanische Einwirkungen auftreten, die eine Zuverlässigkeit verringern können. Das Implantieren solcher Implantate kann aufwendig und kostenintensiv sein. Weiterhin können hohe Gerätekosten, begrenzte Lebensdauer von Energiespeichern und Robustheitsprobleme von Durchführungen, Kabeln und Elektroden nachteilig sein, ebenso wie hohe Anforderungen an elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) oder Verursachen von Störstrahlung.
In Druckschrift DE 102 08 391 A1 sind Magnetstrukturen gezeigt, um die ein elektrischer Leiter gewickelt ist, durch den zum Erzeugen eines Magnetfeldes ein entsprechender Strom geleitet wird. Die Elektronik, die zum Erzeugen eines Magnetfeldes benötigt wird und die den elektrischen Leiter mit Strom versorgt, ist implantiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Stimulieren von Gewebestrukturen bereitzustellen.
Zusammenfassung
Die Aufgabe wird gelöst gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind gemäß den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in den Figuren beschrieben.
Es wird ein Verfahren zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke vorgeschlagen, das ein Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes in einer Umgebung der Gewebestruktur sowie ein Konzentrieren des elektromagnetischen Wechselfeldes in der Gewebestruktur umfasst. Dabei kann die Entstehung einer Gleichstrombelastung vermieden oder verringert werden. Das Konzentrieren des elektromagnetischen Wechselfeldes in der Gewebestruktur erfolgt mittels einer implantierten Magnetstruktur innerhalb der Umgebung.
Gemäß dem Verfahren kann ein elektromagnetisches Wechselfeld derart erzeugt werden, dass es die Gewebestruktur umgibt und dabei ebenso die Gewebestruktur durchdringt und innerhalb dieser vorliegt. Die Umgebung der Gewebestruktur kann beispielsweise innerhalb eines Körpers mit der Gewebestruktur liegen. Es ist dabei nicht notwendig, dass auch eine Vorrichtung zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfeldes innerhalb des Körpers positioniert ist. Beispielsweise ist es möglich, eine solche Vorrichtung (etwa eine elektromagnetische Spule oder ein induktives Element) außerhalb des Körpers (etwa auf einer Körperoberfläche direkt oder über eine Zwischenschicht aufliegend) zu positionieren und in einer Weise auf den Körper zu richten, dass ein von der Vorrichtung hervorgerufenes elektromagnetisches Feld innerhalb der Umgebung der Gewebestruktur vorliegt. Das elektromagnetische Feld kann beispielsweise ein zeitabhängiges Wechselfeld sein oder es können elektromagnetische Impulse erzeugt werden. Eine elektromagnetische Spule kann beispielsweise eine Hauptabstrahlrichtung des elektromagnetischen Feldes aufweisen, wobei in einer Ausführungsform des Verfahrens die Hauptabstrahlrichtung in Richtung der Gewebestruktur gerichtet werden kann.
Ein elektromagnetisches Feld kann in der Gewebestruktur sowie innerhalb der Umgebung der Gewebestruktur mittels einer Vorrichtung, die nicht implantiert ist oder nicht implantiert werden muss, erzeugt werden. Zum Erzeugen des elektromagnetischen Feldes kann eine benötigte Elektronik beispielsweise komplett außerhalb des Körpers positioniert werden und muss nicht im Körper implantiert werden. Das elektromagnetische Feld weist eine elektrische Feldkomponente auf, die dazu genutzt werden kann, die Gewebestruktur elektrisch zu stimulieren oder anzuregen. Je nach gewählter Größe der Vorrichtung (beispielsweise eine Größe der elektromagnetischen Spule) ist es möglich, eine Feldstärke des elektromagnetischen Feldes und somit des elektrischen Feldes von unterschiedlicher Höhe zu erzeugen. Unter Umständen rufen beispielsweise kleine, portable elektromagnetische Spulen vergleichsweise schwache elektromagnetische Felder hervor, deren elektrische Feldkomponente bei manchen Gewebestrukturen zunächst nicht ohne weiteres dazu geeignet ist, die Gewebestrukturen zu stimulieren.
Bei der sogenannten transkraniellen Stimulation zum Stimulieren von Gehirnarealen können große, stationäre Magnetspulen außerhalb des Körpers benutzt werden, die in der Nähe des Schädels platziert und mit entsprechenden hohen Strömen beaufschlagt werden, um die erforderliche hohe elektromagnetische Feldstärke im Schädel, dem Ort der Stimulation, zu erzeugen. Das Prinzip der Stimulation beruht (wie das der vorgeschlagenen Stimulation) darauf, dass das sich zeitlich stark ändernde Magnetfeld mit einem elektrischen Feld verbunden ist, welches das für die Stimulation oder Elektrostimulation benötigte elektrische Feld und den damit verbunden benötigten Strom innerhalb des Schädels (bzw. innerhalb der Gewebestruktur) hervorruft. Um gemäß der transkraniellen Stimulation innerhalb des Körpers elektrische Felder mit Feldstärken zu realisieren, die geeignet sind, Gewebestrukturen zu stimulieren, können große elektromagnetische Spulen notwendig sein. Zum Erzeugen genügend hoher elektrischer Feldstärken muss eine große elektromagnetische Spule mit einer hohen Stromstärke beaufschlagt werden. Aufgrund der Größe der benötigten Spulen und der hohen Energie, die für die hohen Stromstärken benötigt wird, ist es kaum möglich, kleine und/oder portable Geräte zum Stimulieren der Gewebestruktur bereitzustellen.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren kann es ermöglicht werden, auch mit kleinen und/oder portablen Geräten die Gewebestruktur zu stimulieren, ohne dass eine Implantation von Elektronik in den Körper notwendig ist. Dafür sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, das elektromagnetische Wechselfeld in der Gewebestruktur zu konzentrieren. Das Konzentrieren kann etwa in einem Teil der Gewebestruktur (z.B. einem Bereich eines Nervenstranges) stattfinden, um diesen Teil zu stimulieren. Die Umgebung der Gewebestruktur kann beispielsweise einen Bereich weniger als 5 cm (oder weniger als 3 cm) vom zu stimulierenden Teil der Gewebestruktur entfernt umfassen. Die Magnetstruktur liegt innerhalb der Umgebung der Gewebestruktur.
Das Konzentrieren des elektromagnetischen Wechselfeldes erfolgt mittels einer implantierten Magnetstruktur, die innerhalb der Umgebung positioniert ist. Die Magnetstruktur kann eine hohe magnetische Permeabilität oder magnetische Leitfähigkeit aufweisen und somit die Feldlinien des erzeugten elektromagnetischen Feldes bündeln, sodass die Feldstärke in der Umgebung der Magnetstruktur höher ist als in dem Fall, in dem keine Magnetstruktur vorhanden wäre. Beispielsweise kann die Magnetstruktur ein Metall oder einen ferromagnetischen Stoff (beispielsweise eine Legierung) umfassen. Somit kann ein elektromagnetisches Feld mit einer ersten, geringeren Feldstärke in der Umgebung der Gewebestruktur erzeugt werden und durch die Magnetstruktur kann die Feldstärke des elektromagnetischen Feldes lokal konzentriert und dadurch erhöht werden. Die Magnetstruktur kann dabei direkt neben der Gewebestruktur positioniert sein (beispielsweise in einem minimalen Abstand kleiner 0,5 cm), dass die lokale Feldstärkeerhöhung des elektromagnetischen Feldes innerhalb der Gewebestruktur auftritt. Durch die lokale Konzentration des elektromagnetischen Feldes kann die Feldstärke des elektromagnetischen Feldes durch die Magnetstruktur innerhalb der Gewebestruktur so stark erhöht sein, dass sie zur Stimulation der Gewebestruktur genutzt werden kann.
Ein Vorteil am Konzentrieren des elektromagnetischen Feldes liegt darin, dass nicht der gesamte Körper mit der Gewebestruktur einer hohen elektromagnetischen Feldstärke ausgesetzt werden muss, um die Gewebestruktur zu stimulieren. Hingegen ist es möglich, die Feldstärke des zum Stimulieren genutzten elektrischen Feldes genau an der Stelle zu konzentrieren oder zu erhöhen, an der die Stimulation der Gewebestruktur stattfinden soll. Von dem elektrischen Feld hervorgerufene elektrische Ströme fließen entsprechend lokal begrenzt in dem Teil der Gewebestruktur, der stimuliert werden soll. Die zur Stimulation benötigte hohe elektrische Feldstärke kann also punktuell erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil am Konzentrieren des elektromagnetischen Feldes liegt darin, dass beim Erzeugen des elektromagnetischen Feldes große, stationäre Spulen, die mit großen benötigten Stromstärken beaufschlagt werden müssten, vermieden werden können, wodurch sich die Möglichkeit einer tragbaren Elektronik ergibt. Durch das Verfahren ist es möglich, den Implantationsaufwand für das Stimulieren einer Gewebestruktur zu reduzieren. Insbesondere kann es einfacher sein, die Magnetstruktur zu implantieren als ein Implantat mit Elektronik, Energiespeicher und Elektroden zu implantieren, insbesondere da die Magnetstruktur vergleichsweise klein ausgeführt werden kann. Die genutzte Magnetstruktur kann weiterhin aufgrund ihrer geringen Komplexität (z.B. homogener Festkörper, z.B. nur ein Material umfassend) besonders langlebig und robust sein.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Magnetstruktur verwendet, die ein Ferromagnetisches und/oder Ferrimagnetisches Material umfasst, um an der erregbaren Gewebestruktur eine elektromagnetische Feldstärke zu erhöhen. Das Ferromagnetische und/oder Ferrimagnetische Material kann nichtlineare Eigenschaften (bezüglich Hysterese, Sättigung, etc.) aufweisen. Die Magnetstruktur kann ein Ferritmaterial, etwa ein weichmagnetisches Ferritmaterial, umfassen, etwa Eisen, Kobalt, Mangan, Zink und/oder Nickel. Die Magnetstruktur kann eine Legierung zumindest eines von Eisen, Kobalt, Mangan, Zink und/oder Nickel aufweisend umfassen. Eine Permeabilitätszahl µ_r des Ferritmaterials oder amorphen Metalls kann beispielsweise größer als 80 (oder größer als 200, größer als 500, größer als 1000, größer als 10.000 oder größer als 100.000) und/oder geringer als 200.000 (oder geringer als 100.000 oder geringer als 10.000) sein. Beispielsweise können Ferritmaterialien ein Ferritpulver und/oder amorphe Metalle umfassen. Durch das Verwenden einer solchen Magnetstruktur kann aufgrund der hohen Permeabilität der Magnetstruktur das elektromagnetische Feld stark konzentriert werden. Dadurch kann es möglich sein, auch mit erzeugten elektromagnetischen Feldern einer geringen Feldstärke in der Gewebestruktur dennoch eine genügend hohe elektrische Feldstärke bereitzustellen, mittels derer die Gewebestruktur stimuliert werden kann.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, eine Magnetstruktur zu verwenden, die eine zylindrische Form aufweist, deren Achse auf die Gewebestruktur hinzeigt. Die Magnetstruktur kann weiterhin eine konische Form aufweisen. Beispielsweise kann die Magnetstruktur zur Gewebestruktur hin abnehmen (sich verjüngen) oder zunehmen. Durch die Form der Magnetstruktur kann ermöglich werden, ein hohe örtliche Fokussierung der Stimulation an einer ausgewählten Gewebestruktur zu erreichen. Beispielsweise kann eine zur Gewebestruktur hin abnehmende Magnetstruktur eine stärkere Konzentration des elektromagnetischen Feldes in der Gewebestruktur bewirken. Die Magnetstruktur kann derart positioniert werden, dass sie eine Erhöhung der elektromagnetischen Feldstärke innerhalb der Gewebestruktur bewirkt. Beispielsweise kann die Achse der Magnetstruktur parallel zu einer Hauptabstrahlrichtung einer Vorrichtung, die das elektromagnetische Feld erzeugt, angeordnet werden.
Optional können zwei oder mehrere Magnetstrukturen in der Umgebung der Gewebestruktur bereitgestellt werden. Die zwei Magnetstrukturen können etwa auf gegenüberliegenden Seiten der Gewebestruktur positioniert werden. Dadurch kann es möglich sein, das elektrische Feld in der Gewebestruktur zwischen den beiden Magnetstrukturen besonders zu fokussieren und/oder zu konzentrieren.
Optional kann eine Magnetstruktur für das Verfahren verwendet werden, die eine biokompatible Hüllschicht aufweist. Dadurch kann eine medizinische Verträglichkeit der Magnetstruktur erreicht werden. Die biokompatible Hüllschicht umfasst zumindest ein Material von hermetisch dichter oder nicht-hermetisch dichter Beschaffenheit. Dabei kann hermetisch dicht eine höhere Dichtheit aufweisen, als ein nicht-hermetisch dichtes Material. Beispielsweise kann ein hermetisch dichtes Material gasdicht und wasserdicht sein, beispielsweise ein einen Austausch von Luft oder Wasser verhindernder Abschluss sein. Ein nicht-hermetisch dichtes Material kann etwa wasserdicht sein. Materialien von hermetisch dichter Beschaffenheit können beispielsweise Titan oder Keramik sein. Materialien von nicht-hermetisch dichter Beschaffenheit können beispielsweise Silikon oder Parylene sein. Eine Dicke der biokompatiblen Hüllschicht kann beispielsweise größer als 0,1 mm (oder größer als 0,5 mm, größer als 1 mm oder größer als 2 mm) sein und/oder geringer als 3 mm (oder geringer als 2 mm oder geringer als 1 mm) sein. Die biokompatible Hüllschicht kann eine hohe Verträglichkeit der Magnetstruktur für den Körper bewirken, in dem sie implantiert ist oder wird. Beispielsweise könnten Materialien der Magnetstruktur für den Körper unverträglich sein, aber durch die Verwendung der biokompatiblen Hüllschicht kann die Magnetstruktur dennoch ohne Unverträglichkeitsprobleme implantiert werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Magnetstruktur verwendet, deren maximale Länge geringer als 5 cm (oder geringer als 4 cm, geringer als 3 cm, geringer als 2cm oder geringer als 1cm) und/oder größer als 0,3 mm (oder größer als 0,5 cm, größer als 1 cm oder größer als 2 cm) ist. Zusätzlich oder alternativ wird eine Magnetstruktur verwendet, deren maximale Breite geringer als 10 mm (oder geringer als 5 mm oder geringer als 3 mm) und/oder größer als 1 mm (oder größer als 2 mm oder größer als 5 mm) ist. Beispielsweise kann die Länge eine Länge und die Breite ein Durchmesser einer zylinderförmigen Magnetstruktur sein. Die Größe der Magnetstruktur kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Größe der zu stimulierenden Gewebestruktur gewählt werden. Beispielsweise kann es in einer Umgebung einer ersten Gewebestruktur vorteilhaft sein, eine längere und schmalere Magnetstruktur zu verwenden, wohingegen es in einer Umgebung einer zweiten Gewebestruktur vorteilhaft sein kann, eine kürzere, breitere Magnetstruktur zu verwenden.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens bewirkt das Konzentrieren des elektromagnetischen Wechselfeldes eine Erhöhung einer Feldstärke des elektromagnetischen Wechselfeldes innerhalb der Gewebestruktur von mindestens einem Faktor 5 (oder zumindest einem Faktor 10, zumindest einem Faktor 20 oder zumindest einem Faktor 50), verglichen mit einem Fall, in dem die Magnetstruktur nicht verwendet oder vorhanden ist. Dadurch kann es möglich sein, ein elektromagnetisches Feld mit einer entsprechend geringeren Feldstärke zu erzeugen, um mittels des konzentrierten elektromagnetischen Feldes dennoch eine Stimulation bewirken zu können. Durch einen größeren Faktor können beispielsweise Leistungsanforderungen an eine Vorrichtung zum Erzeugen des elektromagnetischen Feldes reduziert werden.
Beispielsweise weist eine innerhalb der Gewebestruktur konzentrierte Magnetfeldstärke einen Wert von zumindest 100 mT (oder zumindest 500 mT, zumindest 1000 mT oder zumindest 3000 mT) und/oder von höchstens 10.000 mT (oder von höchstens 5.000 mT oder von höchstens 3000 mT) auf. Beispielsweise kann der Bereich der Gewebestruktur, in dem das elektromagnetische Feld konzentriert wird eine Fläche von weniger als 3 mm² Quadrat (oder weniger als 2 mm² oder weniger als 1 mm²) und/oder eine Fläche von mehr als 2,5 mm² (oder von mehr als 1,5 mm² oder von mehr als 2,5 mm²) aufweisen. Beispielsweise kann eine minimale Feldstärke innerhalb des Bereiches zumindest 50 % einer maximalen Feldstärke innerhalb des Bereiches aufweisen. Beispielsweise kann die konzentrierte Magnetfeldstärke innerhalb einer Distanz von zumindest 0.1 mm (oder zumindest 0.5 mm oder zumindest 1 cm) und/oder von höchstens 2 cm (oder von höchstens 1 cm) bereitgestellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Magnetstruktur weniger als 2 cm (oder weniger als 1 cm, weniger als 0,5 cm oder weniger als 0,1 cm) von der erregbaren Gewebestruktur entfernt und innerhalb eines die Gewebestruktur umfassenden Körpers bereitgestellt. Die Entfernung kann einen maximalen Abstand zwischen einem Rand der Gewebestruktur und einem Rand der Magnetstruktur darstellen.
Das Bereitstellen kann beispielsweise ein Implantieren einer außerhalb des die Gewebestruktur umfassenden Körpers vorgefertigten Magnetstruktur umfassen. Mit anderen Worten kann es möglich sein, die die Magnetstruktur zunächst außerhalb des Körpers zu fertigen und dann in den Körper in die Umgebung der Gewebestruktur zu implantieren. Beispielsweise kann die vorgefertigte Magnetstruktur innerhalb des Körpers mittels eines biokompatiblen Klebstoffes in einer Position befestigt werden, in der ein Konzentrieren des Magnetfeldes in der Gewebestruktur möglich ist. Der Vorteil dabei kann sein, dass die Magnetstruktur außerhalb des Körpers einfach zu fertigen ist und beispielsweise eine vorbestimmte Form präzise gefertigt werden kann.
Alternativ umfasst das Bereitstellen der Magnetstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ein Injizieren von Ferritpartikeln und/oder ferromagnetischen Partikeln in den Körper. Die Ferritpartikel können dabei an eine Position neben der Gewebestruktur injiziert werden. Mit anderen Worten ist es möglich, die Magnetstruktur innerhalb des Körpers an der vorgesehenen Position zu fertigen. Die Ferritpartikel sind beim Injizieren in einem Klebstoff gelöst oder suspendiert (insbesondere bezüglich Ferriten, Keramik, etc.). Der Klebstoff kann derart gewählt sein, dass er sich nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Injizieren verfestigt und dadurch die Form und Kontur der Magnetstruktur stabil hält. Beispielsweise können die im Klebstoff gelösten Ferritpartikel mittels einer Spritze injiziert und präzise positioniert werden, sodass auf eine Implantation einer vorgefertigten Magnetstruktur verzichtet werden kann. Die Ferritpartikel können zum Injizieren in einer Ferritemulsion oder Ferritsuspension gelöst sein. Beispielsweise ist ein Anteil der Ferritpartikel an einer Gesamtmasse der Lösung mit dem Klebstoff höher als 50 % (oder höher als 70 % oder höher als 90 %) und/oder geringer als 95 % (oder geringer als 80 %). Beispielsweise kann Fibrinkleber als Klebstoff verwendet werden oder es können andere bio-kompatible Klebstoffe verwendet werden. Durch Injizieren der Ferritpartikel und Formen der Magnetstruktur innerhalb des Körpers ist es beispielsweise möglich, an schwer zugänglichen Körperstellen Magnetstruktur bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die injizierten Ferritpartikel während einem Aushärten des Klebstoffes der injizierten Lösung mittels eines Magnetfeldes geformt. Das Magnetfeld kann ein statisches oder quasi-statisches Magnetfeld sein. Beispielsweise kann das Magnetfeld mittels einer den Körper mit der Gewebestruktur und den injizierten Ferritpartikel umgebenden Spule erzeugt werden. Die noch in der Klebstofflösung gelösten Ferritpartikel reagieren auf das erzeugte Magnetfeld und ändern je nach Magnetfeld ihre Position. Durch Einstellen des Magnetfeldes, beispielsweise Regulieren der Magnetfeldstärke und/oder der Ausrichtung des Magnetfeldes, ist es möglich, die Ferritpartikel so zu formen, dass die Magnetstruktur entsteht. Beispielsweise kann das Magnetfeld so lange angelegt werden, bis der Klebstoff ausgehärtet ist und die Ferritpartikel die durch das Magnetfeld bewirkte Form auch ohne das angelegte Magnetfeld behalten. Die Magnetstruktur kann also mittels eines Magnetfeldes aus der Lösung der Ferritpartikel innerhalb des Körpers geformt werden, ohne eine vorgefertigte Magnetstruktur in den Körper zu implantieren. Dadurch kann es möglich sein, die Magnetstruktur unter Vermeidung stark invasiver Körpereingriffe neben der Gewebestruktur bereitzustellen.
Beispielsweise kann das vorgeschlagene Verfahren zum Stimulieren peripherer Nervenstrukturen genutzt werden. Mit anderen Worten, die Gewebestruktur kann Teil einer peripheren Nervenstruktur sein. Beispielsweise ist die Gewebestruktur ein Nerv in einem Arm oder einem Bein eines beispielsweise menschlichen Körpers. Beispielsweise befindet sich die Gewebestruktur in einem Rumpf eines menschlichen Körpers. Alternativ können Muskelstrukturen angeregt oder stimuliert werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Magnetstruktur an einer Gewebestruktur. Das Verfahren umfasst ein Injizieren einer zumindest Ferritpartikel und Bioklebstoff aufweisenden Mischung in einen die Gewebestruktur umfassenden Körper. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Formen der die Ferritpartikel und Klebstoff umfassenden Mischung mittels eines Magnetfeldes während eines Aushärtens des Klebstoffes. Die verfahrensgemäß bereitgestellte Magnetstruktur kann beispielsweise zum Konzentrieren eines elektromagnetischen Feldes innerhalb der Gewebestruktur verwendet werden. Beispielsweise können die Ferritpartikel und der Bioklebstoff in eine Region, die weniger als 1cm von der Gewebestruktur entfernt ist, injiziert werden. Beispielsweise kann mittels des Magnetfeldes während des Aushärtens aus den injizierten Ferritpartikel und dem Bioklebstoff eine zylinderförmige und/oder konische Magnetstruktur gebildet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke. Das System umfasst eine portable Spulenvorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes und eine an der Gewebestruktur implantierbare Magnetstruktur. Beispielsweise kann die Magnetstruktur in einen Körper implantiert werden, um ein von der Spulenvorrichtung erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld in der Gewebestruktur zu konzentrieren. Beispielsweise kann die Spulenvorrichtung außerhalb des Körpers mit der Gewebestruktur positioniert werden, um die Gewebestruktur mittels des elektromagnetischen Feldes zu stimulieren.
Beispielsweise weist die portable Spulenvorrichtung ein Volumen kleiner als 3000 cm³ (oder kleiner als 2000 cm³, kleiner als 1000 cm³, oder kleiner als 500 cm³) auf und/oder ein Gewicht geringer als 5 kg (oder geringer als 3 kg gering als 1 kg oder geringer als 0,5 kg) auf. Die Spulenvorrichtung kann eine elektrische Induktivität, Steuerelektronik zum Beaufschlagen der elektrischen Induktivitäten mit einem Strom sowie einen Energiespeicher aufweisen. Beispielsweise kann die elektrische Induktivität eine Spule mit einem Durchmesser von geringer als 10 cm (oder geringer als 7 cm, geringer als 5 cm oder geringer als 3 cm) sein. Die portable Spulenvorrichtung kann dazu ausgestaltet sein, an einem Körperteil mit der Gewebestruktur befestigt zu werden. Beispielsweise kann die portable Spulenvorrichtung einen Befestigungsgurt aufweisen. Durch die Tragbarkeit der Spulenvorrichtung ist es möglich, die Gewebestruktur zum Beispiel kontinuierlich oder zu beliebigen Zeiten zu stimulieren, ohne dass ein Benutzer der Spulenvorrichtung zum Stimulieren der Gewebestruktur zu einer stationären Spulenvorrichtung gehen müsste.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Magnetstruktur zum Implantieren an eine Gewebestruktur. Die Magnetstruktur umfasst zumindest ein Ferritmaterial und weist eine maximale Länge von weniger als 2 cm und/oder eine maximale Breite von weniger als 5 mm auf. Die Magnetstruktur kann eine zylindrische und/oder konische Form aufweisen. Die Magnetstruktur kann beispielsweise rund sein und einen Durchmesser von weniger als 5 mm (oder weniger als 3 mm oder weniger als 1 mm) aufweisen. Beispielsweise kann die Magnetstruktur bohnenförmig oder linsenförmig geformt sein. Beispielsweise weist die Magnetstruktur zumindest einen Anteil eines Klebstoffes von mehr als 20% auf. Der Klebstoff der Magnetstruktur kann etwa dazu dienen, Ferritpartikel, die die Magnetstruktur umfasst, in einer vorbestimmten Form der Magnetstruktur zu halten.
Weitere Aspekte des Verfahrens zum Bereitstellen der Magnetstruktur, des Systems zum Stimulieren einer Gewebestruktur sowie der Magnetstruktur betreffen Ausführungsformen, die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Stimulieren einer Gewebestruktur gezeigt wurden. Daher wird darauf verzichtet, diese Merkmale des Verfahrens zum Bereitstellen der Magnetstruktur, des Systems zum Stimulieren einer Gewebestruktur sowie der Magnetstruktur noch einmal gesondert zu zeigen.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Stimulationssignales zur zumindest teilweisen Vermeidung einer Gleichstrombelastung und zur Verringerung einer Störstrahlung (EMV) mit minimalistischer Implantatelektronik.
Figurenliste
Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Beispiel eines Verfahren zum Stimulieren einer Gewebestruktur;
2 ein Beispiel eines Systems zum Stimulieren einer Gewebestruktur;
3 eine beispielhafte Magnetstruktur zum Implantieren an eine Gewebestruktur;
4 ein Beispiel einer Stimulation eines peripheren Nervenstranges;
5 ein Beispiel eines ersten Stimulationssignals; und
6 ein Beispiel eines zweiten Stimulationssignals.

Beschreibung
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“. Das Gleiche gilt für Kombinationen von mehr als 2 Elementen.
Die Terminologie, die hier zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung auf dem Gebiet verwendet, zu dem Beispiele gehören.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 100 zum Stimulieren einer Gewebestruktur. Das Verfahren 100 umfasst ein Erzeugen 110 eines elektromagnetischen Wechselfeldes in einer Umgebung der Gewebestruktur. Das Verfahren 100 umfasst ferner ein Konzentrieren 120 des elektromagnetischen Wechselfeldes in der Gewebestruktur mittels einer implantierten Magnetstruktur.
Das Verfahren 100 ist beispielsweise dazu geeignet, eine Gewebestruktur innerhalb eines Körpers zu stimulieren, wobei zum Stimulieren eine elektronische Vorrichtung außerhalb des Körpers verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine portable Spulenvorrichtung genutzt werden, um außerhalb des Körpers ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches derart auf den Körper gerichtet ist (beispielsweise durch eine geeignete Positionierung der portablen Spulenvorrichtung), dass ein elektromagnetisches Wechselfeld in der Umgebung der Gewebestruktur erzeugt 110 wird.
Da das elektromagnetische Wechselfeld, das von einer portablen Spulenvorrichtung hervorgerufen werden kann unter Umständen eine zu geringe elektrische Feldstärke aufweist, um die Gewebestruktur direkt stimulieren zu können, wird gemäß dem Verfahren 100 die implantierte Magnetstruktur zum Konzentrieren 120 des elektromagnetischen Feldes genutzt. Die Magnetstruktur kann in der Umgebung der Gewebestruktur implantiert sein, sodass sie das von der externen Spulenvorrichtung erzeugte elektromagnetische Feld innerhalb der Gewebestruktur konzentriert. Mit anderen Worten kann die Magnetstruktur als Magnetfeldkonzentrator beschrieben werden. Durch das Konzentrieren 120 des elektromagnetischen Feldes kann die Feldstärke der elektrischen Feldkomponente innerhalb der Gewebestruktur auf einen Wert erhöht werden, bei dem die Gewebestruktur elektrisch stimuliert werden kann.
Das Bereitstellen der implantierten Magnetstruktur gemäß dem Verfahren 100 ermöglicht es, portable Spulenvorrichtungen mit Spulen einer geringen Größe zum Stimulieren der Gewebestruktur zu nutzen. Die Spulen der portablen Spulenvorrichtung benötigen eine Energieversorgung, die beispielsweise von einer Batterie oder einem Energiespeicher der portablen Spulenvorrichtung bereitgestellt werden kann. Um trotz der geringen Spulengröße eine elektrische Feldstärke in der Gewebestruktur bereitzustellen, die eine Stimulation der Gewebestruktur ermöglicht, wird der Magnetfeldkonzentrator in Form der implantierten Magnetstruktur genutzt. Im Gegensatz zu anderen Systemen (beispielsweise Systemen mit Elektroden) kann durch den Magnetfeldkonzentrator die zum Stimulieren benötigte Energie gezielt lokal konzentriert werden, sodass eine insgesamt benötigte Energie durch den effizienten Einsatz verringert werden kann und somit von einer portablen Vorrichtung (etwa batteriebetrieben) bereitgestellt werden kann.
Das Verfahren 100 ermöglicht es, zum Stimulieren der Gewebestruktur lediglich die Magnetstruktur in den Körper implantieren oder einbringen zu müssen, wohingegen sämtliche elektronische Vorrichtungen, die zum Stimulieren (beispielsweise zum Erzeugen des elektromagnetischen Feldes oder des elektrischen Feldes) benötigt werden, außerhalb des Körpers mit der Gewebestruktur betrieben werden können. Ein Implantationsaufwand kann dadurch verringert werden.
2 zeigt ein beispielhaftes System 200 zum Stimulieren einer Gewebestruktur (nicht dargestellt). Das System 200 weist eine portable Spulenvorrichtung 210 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes 220 auf. Das System 200 weist weiterhin eine an der Gewebestruktur implantierbare Magnetstruktur 230 auf. Die implantierbare Magnetstruktur kann beispielsweise in einen Körper mit der Gewebestruktur implantiert werden.
3 zeigt eine beispielhafte Magnetstruktur 300 zum Implantieren an eine Gewebestruktur. Die Magnetstruktur 300 weist eine konische Form auf. Ein erster Durchmesser 310 auf einer ersten Seite 320 der Magnetstruktur 300 ist größer als ein zweiter Durchmesser 330 auf einer zweiten Seite 340 der Magnetstruktur 300. Beispielsweise ist der erste Durchmesser 310 mehr als 20 % (oder mehr als 40 %, mehr als 60 %, mehr als 100 % oder mehr als 200 %) und/oder weniger als 300 % (oder weniger als 200 % oder weniger als 100 % oder weniger als 50 %) größer als der zweite Durchmesser 330. Beispielsweise sind alle Kanten der konischen Form abgerundet.
4 zeigt ein Beispiel 400 einer Stimulation von peripheren Nerven. Dabei ist ein Oberarm 410 mit einem ausschnittsweise dargestellten Nervenstrang 420 gezeigt. In der Nähe oder Umgebung neben dem Nervenstrang 420 ist eine Magnetstruktur 430 bereitgestellt. Die Magnetstruktur für 130 ist beispielsweise durch Implantation oder injizieren von Ferritpartikel bereitgestellt. Eine portable Spulenvorrichtung 440 (lediglich schematisch und nicht komplett dargestellt) erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld 450, das auf die Magnetstruktur 430 gerichtet ist. Die portable Spulenvorrichtung 440 umfasst etwa ein Gehäuse mit einer Höhe von maximal 5 cm (d.h. die portable Spulenvorrichtung steht nicht mehr als 5 cm vom Oberarm ab), so dass sie beispielsweise unter einem Kleidungsstück getragen werden kann. Das elektromagnetische Wechselfeld 450 ist durch die Ausrichtung der Spule der Spulenvorrichtung 440 derart bereitgestellt, dass es in der Umgebung des Nervenstranges 420 und der Magnetstruktur 430 vorliegt.
Die Magnetstruktur 430 konzentriert das elektromagnetische Wechselfeld 450 zu einem konzentrierten elektromagnetischen Feld 460 innerhalb des Nervenstranges 420. Die Magnetstruktur 430 bündelt die Feldlinien des elektromagnetischen Wechselfeldes 450, um in dem Nervenstrang 420 die Feldstärke des elektrischen Feldes zum Stimulieren des Nervenstranges 420 zu erhöhen.
5 zeigt ein Beispiel 500 eines ersten Stimulationssignals 510. Eine Stromstärke 520 des ersten Stimulationssignals 510 ist über eine Zeitachse 530 aufgetragen. Das Stimulationssignal 510 kann gemäß eines Verfahrens zur Erzeugung eines Stimulationssignales zur Vermeidung einer Gleichstrombelastung und Verringerung einer Störstrahlung (EMV) mit minimalistischer Implantatelektronik erzeugt werden.
Ein idealisierter Stimulationsimpuls 540 (Rechteckpuls in 5 umfassend die gezeigten schraffierten Flächen A1 und A2) kann, um eine Gleichstrombelastung (Ladungseintrag) zu vermeiden, gleich große Flächen A1, A2 aufweisen. Dies kann bei konventionellen Implantaten durch eine Elektronik gewährleistet werden, die einen Verlauf des Stimulationsimpulses nach 5 erzeugen kann. Die gezeigte Impulsform kann gemäß der offenbarten Erfindung direkt durch ein Magnetfeld oder auch mittels einer Spule (z.B. mit nichtlinearer Induktivität) erzeugt werden, beides durch Wirkung des Induktionsgesetzes. Wird eine Spule im Implantat verwendet, können herkömmliche Elektroden verwendet werden. Der Vorteil ist das Bereitstellen einer Übergangs-/Zwischenlösung zwischen herkömmlichen Konzepten zur Stimulation und erfindungsgemäßen Konzepten zur Stimulation für die komplette elektroden- und elektronikfreie (bezüglich des Implantats) erfindungsgemäße Lösung.
6 ein Beispiel 600 eines zweiten Stimulationssignals 610. Die Signalform des Stimulationssignals 610 kann durch Überlagerung zweier Signale 620, 630 mit unterschiedlicher Frequenz erfolgen. Für die niedrigere Frequenz (kHz-Bereich) kann sich vorteilhafterweise ein sogenannter „aperiodischer Grenzfall“ einer angeregten Schwingung ergeben. Die Überlagerung dieser zwei Frequenzen ergibt dann einen Signalverlauf des zweiten Stimulationssignals 610 entsprechend der gestrichelten Linie in 6. Dies ist eine Möglichkeit, die für eine Stimulation erforderliche Stromanstiegsgeschwindigkeit Δi/Δt wie in 5 zu gewährleisten. Die Überlagerung kann einerseits durch eine Elektronik außerhalb des Körpers bewerkstelligt werden (etwa in einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung) oder durch Ausnutzung nichtlinearer Eigenschaften (Hysterese, Sättigung) ferro-(oder ferri-)magnetischer Stoffe in der Magnetstruktur.
Die Erfindung ermöglicht eine kabellose, zielgerichtete Elektrostimulation, die ohne Elektroden, Kabel, Elektronik und Energiespeicher auskommt. Die Invasivität des vorgeschlagenen Konzeptes kann durch das Bilden von Implantatkörpern (z.B. Magnetstruktur) im menschlichen Körper auf ein Minimum reduziert werden. Durch die Erfindung können tragbare Geräte (tragbar bezüglich Größe, Gewicht, Stromversorgung) bereitgestellt werden. Zahlreiche Anwendungen können somit jederzeit mittels Stimulation von Gewebestrukturen durchgeführt werden, z.B. Linderung der Symptome von Schmerzen, Migräne oder Bluthochdruck. In Kombination mit einer kleinen, leicht implantierbaren magnetischen Struktur wird eine lokalisierte Stimulation von erregbarem Gewebe ermöglicht. Darüber hinaus kann die Stimulation der zentralen Nerven und Muskeln möglich sein, da die für die beiden Fälle unterschiedlich hohe benötigte elektrische Feldstärke beispielsweise durch das Design der Spulenvorrichtung und/oder der Magnetstruktur bereitgestellt werden kann.
Gemäß der vorgestellten Konzepte wird z.B. die gesamte „Intelligenz“ (z.B. elektronische Komponenten, Energiespeicher, Steuerung) des Stimulationssystems in einem extern getragenen Modul, das die Energieversorgung und Ansteuerung zur Stimulation übernimmt, bereitgestellt, während das Implantat selbst möglichst minimalistisch aufgebaut ist. Ausführungsbeispiele basieren auf der Anwendung elektromagnetischer Felder im Zusammenwirken mit implantierten Ferritpartikeln (z.B. keine Nanopartikel) bzw. vorgefertigten Ferritkörpern, welche die extern eingetragene elektromagnetische Energie so konzentrieren, dass lokal begrenzte Aktionspotenziale ausgelöst oder andere Wirkmechanismen genutzt werden können.
Durch Systeme mit außerhalb des Körpers platzierten Magnetspulen und mit implantierten Magnetfeldkonzentratoren innerhalb des Körpers können Vorteile entstehen: Es werden keine Elektroden benötigt, daher kann auch keine Korrosion von Stimulationselektroden auftreten; Ein Ladungseintrag in den menschlichen Körper (Gleichstrombelastung) kann vermieden werden; Keine hermetisch geschlossenen Gehäuse mit notwendigen elektrischen Durchführungen sind notwendig; Da für die beabsichtigte Wirkung die Feldstärke oder magnetische Flussdichte pro durchsetzter Fläche maßgebend ist und zudem eine kleine räumliche Ausdehnung (Nerven) vorhanden ist, lässt sich die gewünschte Wirkung einer Elektrostimulation bei geringerem Energieeinsatz und daher mit kleineren externen Spulen und geringeren Strömen erzielen; Die Magnetfeldkonzentratoren erlauben die örtliche Fokussierung der Stimulation. Den Ort der gewünschten Stimulation umgebende Gewebestrukturen können unbeeinflusst belassen werden.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z.B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z.B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben umfassen deren Entsprechungen.
Ein als „Mittel zum...“ Ausführen einer bestimmten Funktion bezeichneter Funktionsblock kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist zum Ausführen einer bestimmten Funktion. Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z.B. ein Bauelement oder eine Schaltung ausgebildet für oder geeignet für die jeweilige Aufgabe.
Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z.B. „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z.B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims

System (200) zum Stimulieren einer Gewebestruktur mittels einer elektrischen Feldstärke, umfassend: Eine portable Spulenvorrichtung (210; 440) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes; und Eine an der Gewebestruktur implantierbare Magnetstruktur (230; 330; 430), wobei das System derart ausgebildet ist, dass zum Stimulieren der Gewebestruktur eine zum Erzeugen des elektromagnetischen Feldes benötigte Elektronik vollständig in der portablen Spulenvorrichtung (210; 440) außerhalb eines Körpers mit der Gewebestruktur positioniert ist.
System (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) ein ferromagnetisches Material, ein Ferritmaterial oder ein ferrimagnetisches Material umfasst.
System (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) ein amorphes Metall als ein Ferritmaterial aufweist.
System (200) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das Material nichtlineare Eigenschaften aufweist.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) einen Anteil eines Klebstoffes von mehr als 20% aufweist.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine zylindrische und/oder konische Form aufweist.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) als homogener Festkörperausgebildet ist.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine maximale Länge von weniger als 3 cm und/oder eine maximale Breite von weniger als 1 cm aufweist.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine biokompatible Hüllschicht aufweist, die biokompatible Hüllschicht umfassend zumindest ein Material von hermetisch dichter oder nicht-hermetisch dichter Beschaffenheit.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Betrieb des Systems ein Konzentrieren des elektromagnetischen Wechselfeldes eine Erhöhung einer Feldstärke des elektromagnetischen Wechselfeldes von mindestens einem Faktor 10 in einer Umgebung der Magnetstruktur (230; 330; 430) bewirkt.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Betrieb des Systems eine innerhalb der Gewebestruktur konzentrierte Magnetfeldstärke einen Wert von zumindest 500 mT aufweist.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) ausgebildet ist, weniger als 1cm von einer zu erregenden Gewebestruktur entfernt und innerhalb eines die Gewebestruktur umfassenden Körpers angeordnet zu werden.
System (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die portable Spulenvorrichtung ein Volumen kleiner als 2000 cm³ aufweist und/oder ein Gewicht geringer als 3 kg aufweist.
Magnetstruktur (230; 330; 430) zum Implantieren an eine Gewebestruktur, die Magnetstruktur umfassend zumindest ein Ferritmaterial, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine maximale Länge von weniger als 3 cm und/oder eine maximale Breite von weniger als 1 cm aufweist wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine zylindrische oder konische Form aufweist, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) als homogener Festkörper ausgebildet ist.
Magnetstruktur (230; 330; 430) gemäß Anspruch 14, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine biokompatible Hüllschicht aufweist, die biokompatible Hüllschicht umfassend zumindest ein Material von hermetisch dichter oder nicht-hermetisch dichter Beschaffenheit.
Magnetstruktur (230; 330; 430) zum Implantieren an eine Gewebestruktur, die Magnetstruktur (230; 330; 430) umfassend: zumindest ein Ferritmaterial, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) eine maximale Länge von weniger als 3 cm und/oder eine maximale Breite von weniger als 1 cm aufweist, wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) bohnenförmig oder linsenförmig ausgebildet ist und wobei die Magnetstruktur (230; 330; 430) einen Anteil eines Klebstoffes von mehr als 20% aufweist.