DE102018221355A1

DE102018221355A1 - Kontaktierungsverfahren und System

Info

Publication number: DE102018221355A1
Application number: DE102018221355.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Jung
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: US11672974B2; EP3666327A1; US20200179685A1; DE102018221355B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, umfassend mindestens einen isolierten elektrischen Leiter; eine mit dem elektrischen Leiter elektrisch verbundene hülsenförmige Elektrode, welche eine Innenseite, eine Außenseite, einen Kanal und eine Öffnung in einer Wand des Kanals aufweist; wobei der Kanal eine Längsachse definiert, entlang welcher der Leiter in dem Kanal angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Material der Elektrode die Öffnung vollumfänglich umgibt; der elektrische Leiter durch die Öffnung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Öffnung quer zur Längsachse des Kanals geführt ist; und der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist, so dass eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Elektrode besteht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein System zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, umfassend mindestens einen isolierten elektrischen Leiter; eine mit dem elektrischen Leiter elektrisch verbundene hülsenförmige Elektrode, welche eine Innenseite, eine Außenseite, einen Kanal und eine Öffnung in einer Wand des Kanals aufweist; wobei der Kanal eine Längsachse definiert, entlang welcher der Leiter in dem Kanal angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die elektrische Kontaktierung eines elektrischen Leiters kann oft eine große Herausforderung darstellen, insbesondere bei kleinen Abmessungen. Dabei sind z.B. gute elektrische Leitfähigkeit und mechanische Stabilität auch bei starker Beanspruchung über einen längeren Zeitraum erwünscht. Dies gilt insbesondere bei der elektrischen Kontaktierung von Leitungen in Medizinprodukten. In Geräten, die in den menschlichen oder tierischen Körper eingebracht werden, ist es wünschenswert, dünne Leitungen einzusetzen, die jedoch aufgrund ihrer Größe eine Herausforderung für die elektrische Kontaktierung darstellen können.
Darüber hinaus wird sehr viel Wert auf die Zuverlässigkeit von Medizinprodukten wie z.B.
Herzschrittmachern, implantierbaren Cardiovertern, Defibrillationsgeräten und Herzresynchronisationsgeräten gelegt, insbesondere auf möglichst geringe Materialermüdung. Insbesondere die Leitung und die elektrischen Anschlüsse sind im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt.
Da in der Regel invasive Chirurgie erforderlich ist, um Medizinprodukte in den Körper einzubringen oder um deren Teile zu entfernen oder zu ersetzen, ist eine lange Lebensdauer der einzelnen Komponenten des Geräts wünschenswert, um den Bedarf an chirurgischen Eingriffen zu reduzieren.
Die EP3185248A1 beschreibt ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer beschichteten Leitung mit einem Teilchen. Hierzu wird die Isolierung teilweise entfernt und in ein dabei entstehendes Fenster (Via) werden elektrisch leitende Teilchen eingebracht. Das Teilchen bildet eine leitfähige Verbindung zwischen dem Leiter und einer Ringelektrode, welche den Leiter umgibt. Hierbei kann jedoch das Kriechen der Kunststoffisolierung zu einem Kontaktverlust zwischen der Leitung und dem Teilchen führen.
Die US7364479B1 beschreibt ein Kontaktierungsverfahren, das vergleichsweise aufwändig ist. Die US2016303366 A1 beschreibt eine Kontaktierung, die ein zusätzliches Verbindungsstück verwendet und daher ebenfalls aufwändig ist.
Die US20130338745A1 beschreibt eine Kontaktierung mittels Mikroschieber. Dies ist aufwändig und kann aufgrund der Fertigungstoleranzen in der Praxis zu einer Instabilität des Kontakts führen.
Die US20130338745A1 beschreibt eine Kontaktierung mittels Ringelektroden, welche mehrere Hohlräume für die elektrischen Leiter aufweisen. Dieses Verfahren ist aufwändig und nicht sehr flexibel.
In herkömmlichen Verfahren ist es oftmals nicht möglich, insbesondere kleine Strukturen von Leitern und Elektroden mit einer stoffschlüssigen Verbindung, z.B. einer Schweißverbindung, zu verbinden, ohne die Kunststoffisolierung des Leiters mehr als notwendig zu beschädigen. Bei einer herkömmlichen Schweißverbindung an dem Ende der Elektrode ist die Verbindung anfällig gegen einen Ermüdungsbruch. Herkömmliche Crimpverfahren zerstören häufig die Oberflächenstruktur der Elektrode.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben geschilderten und weitere Probleme des Stands der Technik zu lösen. Beispielsweise stellt die Erfindung ein verbessertes und vereinfachtes Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer Elektrode mit einem Leiter bereit, welche insbesondere im Mikrometerbereich Vorteile bietet. Dieses Verfahren ist einfacher und flexibler als Verfahren des Stands der Technik und liefert Produkte mit verbesserten Eigenschaften, wie nachfolgend dargestellt. Weiterhin wird ein System mit einer verbesserten Kontaktierung zwischen einem elektrischen Leiter und einer Elektrode bereitgestellt. Diese verbesserte Kontaktierung kann sich beispielsweise durch eine höhere Zuverlässigkeit, Stabilität und Leitfähigkeit ausdrücken. Insbesondere liefert die Erfindung eine Kontaktierung mit verbesserter Bruchfestigkeit und Ermüdungsstabilität.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme, insbesondere denjenigen, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

1. System zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, umfassend mindestens einen isolierten elektrischen Leiter; eine mit dem elektrischen Leiter elektrisch verbundene hülsenförmige Elektrode, welche eine Innenseite, eine Außenseite, einen Kanal und eine Öffnung in einer Wand des Kanals aufweist; wobei der Kanal eine Längsachse definiert, entlang welcher der Leiter in dem Kanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material der Elektrode die Öffnung vollumfänglich umgibt; der elektrische Leiter durch die Öffnung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Öffnung quer zur Längsachse des Kanals geführt ist; und der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist, so dass eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Elektrode besteht.
2. System gemäß Ausführungsform 1, wobei die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung ist.
3. System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der elektrische Leiter mit der Elektrode stoffschlüssig, aber nicht kraftschlüssig, verbunden ist.
4. System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, umfassend eine Vielzahl jeweils voneinander isolierter elektrischer Leiter, die in dem Kanal (112, 212) entlang der Längsachse angeordnet sind, wobei die Elektrode mehrere oder alle der Leiter umringt.
5. System gemäß Ausführungsform 4, umfassend eine Vielzahl von Elektroden, die jeweils mit genau einem anderen der elektrischen Leiter elektrisch verbunden sind, so dass die Elektroden unabhängig voneinander elektrisch adressierbar sind.
6. System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei außer der unmittelbaren Verbindung zwischen dem Leiter und der Elektrode kein weiteres Bauteil vorhanden ist, das den elektrischen Leiter mit der Elektrode verbindet, um eine elektrische und mechanische Verbindung dazwischen herzustellen.
7. System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Öffnung sich durchgängig von der Innenseite zur Außenseite erstreckt.
8. System gemäß Ausführungsform 7, wobei der elektrische Leiter durch die Öffnung von der Innenseite zur Außenseite geführt ist, so dass ein Ende des Leiters schlüssig mit der Außenseite abschließt.
9. System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Öffnung einen variierenden Durchmesser aufweist, vorzugsweise kegelförmig ist.
10. System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend mindestens eine weitere Öffnung.
11. Elektrisches medizintechnisches Gerät, umfassend ein System gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen.
12. Elektrisches medizintechnisches Gerät gemäß Ausführungsform 11, das ein Lead, Pulsgenerator, Herzschrittmacher, Herzresynchronisationsgerät, Sensor oder Stimulator ist.
13. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters, umfassend die folgenden Schritte:
1. a. Bereitstellen eines Leiters und einer hülsenförmigen Elektrode, welche eine Innenseite, eine Außenseite, einen Kanal und eine Öffnung in einer Wand des Kanals aufweist; wobei ein Material der Elektrode die Öffnung vollumfänglich umgibt;
2. b. Auftrennen des Leiters, so dass der Leiter ein freies Ende aufweist,
3. c. Anbringen der Elektrode an dem Leiter, so dass der Leiter in dem Kanal entlang dessen Längsachse angeordnet wird;
4. d. Einführen des freien Endes des elektrischen Leiters durch die Öffnung, so dass der Leiter zwischen der Innenseite und der Außenseite der Öffnung quer zur Längsachse des Kanals angeordnet wird;
5. e. Verbinden des elektrischen Leiters mit der Elektrode, wobei zwischen diesen innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung gebildet wird.
14. Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei die Innenseite und/oder die Außenseite der Elektrode vor und/oder nach der Verbindung mit dem Leiter mikrostrukturiert oder beschichtet wird/werden.
15. System zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, herstellbar durch ein Verfahren nach Ausführungsform 13 oder 14.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst.
Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind.
Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch für die hierin beschriebenen Erzeugnisse und Vorrichtungen anwendbar sind. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, umfassend mindestens einen isolierten elektrischen Leiter; eine mit dem elektrischen Leiter elektrisch verbundene hülsenförmige Elektrode, welche eine Innenseite, eine Außenseite, einen Kanal und eine Öffnung in einer Wand des Kanals aufweist; wobei der Kanal eine Längsachse definiert, entlang welcher der Leiter in dem Kanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material der Elektrode die Öffnung vollumfänglich umgibt; der elektrische Leiter durch die Öffnung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Öffnung quer zur Längsachse des Kanals geführt ist; und der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist, so dass eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Elektrode besteht.
In einer Ausführungsform ist das System zur Aufnahme eines elektrischen Signals vom menschlichen oder tierischen Körper eingerichtet. In einer Ausführungsform ist das System zur Abgabe eines elektrischen Signals an den menschlichen oder tierischen Körper eingerichtet. In einer Ausführungsform ist das System sowohl zur Aufnahme eines elektrischen Signals vom menschlichen oder tierischen Körper eingerichtet, als auch zur Abgabe eines elektrischen Signals an den menschlichen oder tierischen Körper eingerichtet.
Das System kann weiterhin einen Anschlag im Bereich der Öffnung aufweisen.
ELEKTRISCHER LEITER
Der elektrische Leiter kann beispielsweise ein isolierter Metalldraht sein. Der Leiter kann also einen Metalldraht und eine Isolierung umfassen, oder aus einem oder mehreren Metalldrähten und einer Isolierung bestehen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Leiter eines oder mehrere der Metalle Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, oder eine Mischung bzw. Legierung davon. In einigen Ausführungsformen umfasst der Leiter die Legierungen MP35, PtIr10, Ptlr20, 316L, 301 oder Nitinol. Der Leiter kann auch mehrschichtige Materialsysteme umfassen. In einigen Ausführungsformen besteht der elektrisch leitfähige Teil des Leiters aus einem oder mehreren dieser Materialien und einer Isolierung. Geeignete Isolierungen werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Bevorzugt umfasst der Leiter MP35, Au, Ta, Pt, Ir, oder Pd. In einigen Ausführungsformen besteht der elektrisch leitfähige Teil des Leiters aus MP35, Au, Ta, Pt, Ir, oder Pd, oder Legierungen dieser Metalle. In einigen Ausführungsformen enthält der Leiter weniger als 3%, 2%, oder weniger als 1% Fe.
MP35 ist eine aushärtbare Legierung auf Nickel-Kobalt-Basis. Eine Variante von MP35 ist beschrieben in der Industrienorm ASTM F562-13. In einer Ausführungsform ist MP35 eine Legierung, die 33 bis 37% Co, 19 bis 21% Cr, 9 bis 11% Mo und 33 bis 37% Ni umfasst.
PtIr10 ist eine Legierung aus 88 bis 92 % Platin und 8 bis 12 % Iridium.
Ptlr20 ist eine Legierung aus 78 bis 82 % Platin und 18 bis 22 % Iridium.
316L ist ein säurebeständiger, CrNiMo-Austenitstahl mit ca. 17% Cr; ca. 12% Ni und mind. 2,0 % Mo. Eine Variante von 316L ist beschrieben in der Industrienorm 10088-2. In einer Ausführungsform ist 316L eine Legierung, die 16,5 bis 18,5% Cr; 2 bis 2,5% Mo und 10 bis 13% Ni umfasst.
301 ist ein Chrom-Nickelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit. Eine Variante von 301 ist beschrieben in der Industrienorm DIN 1.4310. In einer Ausführungsform ist 301 eine Legierung, die 16 bis 18% Cr, und 6 bis 8% Ni umfasst.
Nitinol ist eine Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis mit einer geordnet-kubischen Kristallstruktur und einem Nickelanteil von etwa 55%, wobei der übrige Anteil aus Titan besteht. Nitinol weist gute Eigenschaften in Bezug auf Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Soweit nicht anders angegeben, sind hierin alle Prozent-Angaben als Massenprozent (Gewichts%) zu verstehen.
Der elektrische Leiter ist elektrisch isoliert. Wenn mehrere elektrische Leiter vorhanden sind, weisen diese keine elektrische Verbindung miteinander auf. In einigen Ausführungsformen weist der Leiter eine dielektrische Ummantelung auf, beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, Silikon oder Gummi. Als Kunststoffisolierungen eignen sich beispielsweise Polyethylen, Polyurethan, Polyimide, Polyamide, PEEK, und fluorierte Kunststoffe wie z.B. ETFE, PTFE, PFA, PVDF oder FEP.
Mehrere Leiter können zu einem Leiterbündel angeordnet sein.
ELEKTRODE
Die Elektrode ist ein leitfähiges, hohles und elektrisch leitfähiges Element, welches als Hülse derart an einen oder mehrere Leiter angebracht werden kann, dass dieses den oder die Leiter oder das Leiterbündel umgibt. Die Elektrode kann bevorzugt die Form eines hohlen Zylinders oder einer vergleichbaren Form aufweisen. Solche Elektroden werden auch als „Ringelektroden“ bezeichnet.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode eines oder mehrere der Metalle Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, oder eine Mischung bzw. Legierung davon. In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode die Legierungen MP35, Ptlr20, PtIr10, Pdlr10, 316L oder 301. Die Elektrode kann auch mehrschichtige Materialsysteme umfassen. In einigen Ausführungsformen besteht die Elektrode aus einem oder mehreren dieser Materialien.
Die Elektrode hat eine Innenseite, welche dem im Kanal geführten Teil des Leiters zugewandt ist, und eine Außenseite, welche dem im Kanal geführten Teil des Leiters abgewandt ist.
In einigen Ausführungsformen weist die Elektrode einen Außendurchmesser von weniger als 1,5 mm auf, in einer speziellen Ausführungsform einen Außendurchmesser von weniger als 0,8 mm.
ÖFFNUNG
Die Elektrode weist eine Öffnung auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung umgibt das Material der Elektrode die Öffnung vollumfänglich. Dies bedeutet, dass die Öffnung so in der Elektrode angeordnet ist, dass der darin geführte Leiter nicht lateral (beispielsweise in Richtung der Längsachse des Kanals) aus der Öffnung bewegt werden kann, ohne ihn zuvor entlang der Längsachse der Öffnung zu bewegen. Dadurch wird eine stabile und ermüdungsfreie Befestigung des Leiters an der Elektrode ermöglicht. Zum Beispiel kann die Öffnung im Wesentlichen zentral in der Wand des Kanals, also in der Mantelfläche der Elektrode angeordnet sein. Dadurch ist die Verbindung zwischen dem Leiter und der Elektrode stabiler und ermüdungsfrei. Erfindungsgemäß berührt die Öffnung also nicht den äußeren Rand der Elektrode.
In einer Ausführungsform erstreckt die Öffnung sich durchgängig von der Innenseite zur Außenseite. Dies ermöglicht es, ein freies Ende des Leiters vollständig durch die Mantelfläche der Elektrode hindurch zu führen. Dies ermöglicht eine besonders stabile Befestigung des Leiters an der Elektrode. Auch ist die Ausführung dieser Befestigung so leichter zu erzielen. Hierbei kann der elektrische Leiter durch die Öffnung von der Innenseite zur Außenseite geführt sein, so dass ein Ende des Leiters schlüssig mit der Außenseite abschließt.
In einer Ausführungsform weist die Öffnung einen variierenden Durchmesser auf. Beispielsweise kann die Öffnung kegelförmig sein. Bevorzugt kann die Öffnung auf der Außenseite einen kleineren Durchmesser aufweisen als auf der Innenseite. Wenn die Öffnung sich von der Innenseite zur Außenseite der Elektrode verjüngt, bevorzugt kontinuierlich verjüngt, kann dies beispielsweise zur verbesserten Führung des Leiters durch die Öffnung dienen.
Die Öffnung ist quer zur Längsachse des Kanals geführt. Die Öffnung kann sich entweder rechtwinklig zur Längsachse des Kanals, oder in einem davon abweichenden Winkel dazu erstrecken. „Quer“ bedeutet hierin, dass zwei Achsen zueinander nicht parallel verlaufen, also in einem Winkel zueinander angeordnet sind, der von 0° oder 180° abweicht, beispielsweise ein Winkel von 1° bis 179°. Beispielsweise kann die Längsachse der Öffnung in einem Winkel von 1° bis 179° zur Längsachse des Kanals angeordnet sein. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 2° bis 188°, 5° bis 185° oder 10° bis 170°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 20° bis 160°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 40° bis 140°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 80° bis 110°.
Die Öffnung kann an ihrer Oberfläche unterschiedliche Formen aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Öffnung im Wesentlichen kreisförmig. In einer weiteren Ausführungsform ist die Öffnung an der Oberfläche im Wesentlichen elliptisch. In einer weiteren Ausführungsform weist die Öffnung an der Oberfläche die Form eines abgerundeten Dreiecks auf, dessen Spitze in Richtung des freien Endes des Leiters angeordnet ist.
In einer Ausführungsform weist die Öffnung an der Oberfläche einen Durchmesser senkrecht zu ihrer Längsrichtung von weniger als 0,2 mm auf. In einer weiteren Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung kleiner als 0,1 mm. Der Durchmesser beträgt mindestens 10 Mikrometer. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung größer als der Durchmesser des Leiters. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung größer als der Durchmesser des Drahts in dem Leiter.
In einer Ausführungsform umfasst die Elektrode mehrere Öffnungen. Diese Öffnungen können sich bezüglich ihrer jeweiligen Längsachse im Wesentlichen parallel zu einander, oder in einem Winkel zueinander erstrecken. Die Längsachse der Öffnung verläuft von der Innenseite zur Außenseite der Elektrode.
In einer Ausführungsform weist die Öffnung einen Anschlag auf, um ein Ende des Leiters, bevorzugt das freie Ende, zu halten. Zum Beispiel kann der Leiter so geführt sein, dass dieser an dem Anschlag anstößt. Hierdurch kann eine bessere Fixierung des Leiters erzielt werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Elektrode eine weitere Öffnung, beispielsweise insgesamt 2, 3, 4, 5, 6, 10 oder mehr als 10 Öffnungen.
VERBINDUNG DER ELEKTRODE MIT DEM LEITER
Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten oder Weichlöten erzielt werden. In einer Ausführungsform ist die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung. Die Schweißverbindung kann beispielsweise mittels Laserschweißen erzielt werden. Durch das Aufschmelzen des Leiters im Zuge des Verschweißens kann die Öffnung in der Elektrode vollständig verschlossen werden. Hierdurch kann das Eindringen von Flüssigkeiten oder anderen Kontaminationen in die Öffnung vermieden werden. Zudem können somit scharfe Kanten oder Grate der Außenseite der Öffnung überlagert und somit geglättet werden.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung kraftschlüssig verbunden. Diese kraftschlüssige Verbindung kann durch Klemmen mit einer Pinzette, Crimpen oder Swagen (Gesenkschmieden) oder andere mechanische Verpressungsverfahren erzielt werden, die im Fachgebiet bekannt sind. Einige geeignete Verfahren sind in EP3185248A1 beschrieben. Auch vergleichbare Verfahren, die dem Fachmann in diesem Zusammenhang bekannt sind, können verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung unmittelbar kraftschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung sowohl unmittelbar stoffschlüssig, als auch unmittelbar kraftschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig, aber nicht kraftschlüssig verbunden.
Weiterhin kann der elektrische Leiter mit der Elektrode innerhalb der Öffnung auch formschlüssig verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit der Elektrode stoffschlüssig, aber nicht kraftschlüssig, verbunden. Der elektrische Leiter kann auch ausschließlich stoffschlüssig mit der Elektrode verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung ist bevorzugt eine Schweißverbindung. Durch eine ausschließlich stoffschlüssige Verbindung wird eine Verformung der Elektrode vermieden, und gleichzeitig eine sehr stabile, dauerhafte und gut leitfähige Verbindung zwischen dem Leiter und der Elektrode erzielt. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Elektrode eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit aufweist und diese auch nach der Kontaktierung mit dem Leiter beibehalten soll. Beispielsweise können so besonders glatte und in ihrer Geometrie präzise definierte Elektrodenoberflächen erzielt werden.
In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode mikrostrukturiert, d.h. diese weist zusätzlich zu der Öffnung weitere Oberflächenstrukturen auf. Solche Oberflächenstrukturen können der Elektrodenoberfläche eine höhere und genau definierte Rauigkeit verleihen. Die Oberflächenstrukturen können bereits vor der Verbindung der Elektrode mit dem Leiter erzeugt werden, da diese durch eine rein kraftschlüssige Verbindung nicht beeinträchtigt werden. Hierdurch ergeben sich verbesserte Herstellungsverfahren, da die Elektroden gemeinsam aus einem Metallrohr hergestellt werden können, wie es hierin weiter beschrieben ist. Dieses Metallrohr kann so strukturiert und/oder beschichtet werden, dass daraus mehrere strukturierte und/oder beschichtete Elektroden herstellbar sind. Es ist auch möglich, die Elektrode nach dem Anbringen an den Leiter zu strukturieren.
In ähnlicher Weise ist es möglich, beschichtete Elektroden einzusetzen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere bei einer ausschließlich stoffschlüssigen Verbindung, wird eine solche Beschichtung durch die erfindungsgemäße Kontaktierung zwischen Leiter und Elektrode nicht beeinträchtigt. Des Weiteren begünstigt die erfindungsgemäße Verbindung (Kontaktierung) des Leiters im Zentrum der Elektrode das Ermüdungsverhalten der Verbindung, so dass die Langzeitstabilität der Verbindung erhöht wird. In einer Ausführungsform umfasst das System eine Vielzahl jeweils voneinander isolierter elektrischer Leiter, die in dem Kanal entlang der Längsachse angeordnet sind, wobei die Elektrode mehrere oder alle der Leiter umringt.
In einer Ausführungsform umfasst das System eine Vielzahl von Elektroden, die jeweils mit genau einem anderen der elektrischen Leiter elektrisch verbunden sind, so dass die Elektroden unabhängig voneinander elektrisch adressierbar sind. Dies bedeutet, dass jede der Vielzahl von Elektroden eingerichtet ist, ein elektrisches Signal ausschließlich von jeweils genau einem Leiter zu empfangen oder ein elektrisches Signal an diesen Leiter abzugeben, nicht jedoch an einen der anderen Leiter. Somit kann jede Elektrode unabhängig von den anderen Elektroden elektrisch angesteuert werden.
In einer Ausführungsform umfasst das System sowohl eine Vielzahl jeweils voneinander isolierter elektrischer Leiter, die in dem Kanal entlang der Längsachse angeordnet sind, wobei die Elektrode mehrere oder alle der Leiter umringt, als auch eine Vielzahl von Elektroden, die jeweils mit genau einem anderen der elektrischen Leiter elektrisch verbunden sind, so dass die Elektroden unabhängig voneinander elektrisch adressierbar sind.
In einer Ausführungsform außer der unmittelbaren Verbindung zwischen dem Leiter und der Elektrode kein weiteres Bauteil vorhanden, das den elektrischen Leiter mit der Elektrode verbindet, um eine elektrische und mechanische Verbindung dazwischen herzustellen. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform eine Schweiß- oder Lötverbindung oder ein Material, das eine solche bildet, nicht als „Bauteil“ zu verstehen. Ein solches Bauteil könnte z.B. eine zusätzliche Schlaufe oder ein zusätzliches Crimpelement wie z.B. eine zusätzliche Hülse sein, welche an den Draht angebracht wird, um ihn anschließend mit der Elektrode zu verbinden.
In einer Ausführungsform ist außer der unmittelbaren Verbindung zwischen dem Leiter und der Elektrode und einem Anschlag kein weiteres Bauteil vorhanden, das den elektrischen Leiter mit der Elektrode verbindet, um eine elektrische und mechanische Verbindung dazwischen herzustellen.
Durch den fehlenden Bedarf für ein solches weiteres Bauteil wird eine einfachere und weniger störanfällige Kontaktierung des Leiters an der Elektrode ermöglicht.
MEDIZINTECHNISCHES GERÄT
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches medizintechnisches Gerät bereitgestellt, umfassend ein System gemäß einem der vorangehenden Aspekte und Ausführungsformen davon.
Das elektrische medizintechnische Gerät kann z.B. ein Lead, Pulsgenerator, Herzschrittmacher, Herzresynchronisationsgerät, Sensor oder Stimulator sein. Leads sind elektrische Leitungen, die zum Beispiel in medizintechnischen Anwendungen wie Neuromodulation, Herzstimulation, Tiefenhirnstimulation, Rückenmarkstimulation, oder Magenstimulation Verwendung finden können. In einer Ausführungsform ist das Lead eingerichtet und/oder dazu bestimmt, mit einem Generator einer aktiven implantierbaren Vorrichtung verbunden zu sein. Ein Lead der Erfindung kann auch in einem medizintechnischen Gerät zur Aufnahme eines elektrischen Signals verwendet werden. Ein Stimulator ist ein medizintechnisches Gerät, das durch Abgabe eines elektrischen Signals an den Körper eines Lebewesens eine physiologische Wirkung erzielen kann. Beispielsweise kann ein Neurostimulator durch Abgabe eines elektrischen Signals an eine Nervenzelle ein elektrisches Signal in der Nervenzelle (z.B. ein Aktionspotential) bewirken. Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Mikroelektrode oder ein Mikroelektrodenarray, das ein hierin beschriebenes System umfasst.
VERFAHREN
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters, umfassend die folgenden Schritte:

a. Bereitstellen eines Leiters und einer hülsenförmigen Elektrode, welche eine Innenseite, eine Außenseite, einen Kanal und eine Öffnung in einer Wand des Kanals aufweist; wobei ein Material der Elektrode die Öffnung vollumfänglich umgibt;
b. Auftrennen des Leiters, so dass der Leiter ein freies Ende aufweist,
c. Anbringen der Elektrode an dem Leiter, so dass der Leiter in dem Kanal entlang dessen Längsachse angeordnet wird;
d. Einführen des freien Endes des elektrischen Leiters durch die Öffnung, so dass der Leiter zwischen der Innenseite und der Außenseite der Öffnung quer zur Längsachse des Kanals angeordnet wird;
e. Verbinden des elektrischen Leiters mit der Elektrode, wobei zwischen diesen innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung gebildet wird.

Das oben beschriebene Verfahren kann zusätzlich einen Schritt a1 umfassen, in welchem die Isolierung des Leiters durch Ablation teilweise entfernt wird. In einer Ausführungsform wird eine rechteckige Fläche der Isolierung des Leiters entfernt. Dies kann beispielsweise durch Laserablation oder vergleichbare Verfahren erfolgen. Hierbei kann die Breite der freigelegten Fläche bevorzugt das 0,5- bis 2-fache des Leiterdurchmessers und die Länge der Ablation das 2- bis 8-fache der Ringwandstärke betragen. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Breite der Ablationsfläche das 1- bis 1,5-fache des Durchmessers des Leiters (inklusive der Isolierung) und die Länge der Ablation beträgt das 2- bis 4-fache der Wandstärke der Elektrode. Die Ablationsfläche weist bevorzugt eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. In einer Ausführungsform ist die Breite quer zur Längsachse des Leiters am Ort der freigelegten Isolierung und die Länge parallel zur Längsachse des Leiters definiert. In einer Ausführungsform ist die Länge größer als die Breite der freigelegten Fläche.
Die Schritte des Verfahrens können in der oben angegebenen Reihenfolge, oder in einer davon abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise kann Schritt c auch vor Schritt b durchgeführt werden.
Bevorzugt wird beim Auftrennen des elektrischen Leiters nur der Bereich der Drähte des zu kontaktierenden Leiters durchtrennt, so dass eine Beschädigung der benachbarten Drähte vermieden wird. Diese benachbarten Drähte können beispielsweise benachbarte Drähte innerhalb desselben Leiters, oder Drähte eines anderen, räumlich benachbarten Leiters sein. Bevorzugt wird die Isolierung des Leiters beim Auftrennen nicht vollständig durchtrennt, so dass die freigelegte Fläche fensterartig ausgebildet ist und die übrigen Teile der Isolierung nicht gegeneinander verschiebbar oder verdrehbar sind. Weiter bevorzugt werden im Bereich der zu kontaktierenden Elektrode keine anderen Drähte als die Drähte des zu kontaktierenden Leiters durchtrennt. Dies vermeidet eine Beschädigung der benachbarten Leiter.
Wenn der Leiter mehrere einzelne Drähte umfasst, werden die freien Enden der Drähte bevorzugt alle derart miteinander verbunden, dass diese freien Enden an der daraus resultierenden Verbindungsstelle auf einen möglichst kleinen gemeinsamen Raum beschränkt sind. Dieser Raum ist bevorzugt kleiner als der Innenraum der Öffnung, und beträgt z.B. die Hälfte, ein Drittel, ein Viertel oder ein Zehntel des Volumens der Öffnung. Hierdurch kann eine erleichterte Durchführung des Leiters durch die Öffnung erzielt werden.
In einigen Ausführungsformen wird die Innenseite und/oder die Außenseite der Elektrode vor und/oder nach der Verbindung mit dem Leiter mikrostrukturiert oder beschichtet.
Eine solche Mikrostrukturierung kann eine niedrigere Impedanz bewirken oder den elektrischen Kontakt zwischen Leiter und Elektrode, oder den Kontakt mit dem Körper eines Lebewesens verbessern. Die Oberfläche kann beispielsweise mittels eines Lasers strukturiert werden. In einer Ausführungsform wird die Oberfläche vergrößert, indem die Oberfläche aufgeraut wird. Dies kann mit verschiedenen Verfahren geschehen, beispielsweise mittels eines Lasers.
Eine Beschichtung kann eine niedrigere Impedanz bewirken oder den elektrischen Kontakt zwischen Leiter und Elektrode, oder den Kontakt mit dem Körper eines Lebewesens verbessern. TiN, Ir, IrO_x, Pt oder leitfähige Polymere, zum Beispiel leitfähige Polymere auf Thiophen-Basis, wie beispielsweise Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder die in WO/2015/031265 beschriebenen leitfähigen Polymere, können für eine solche Beschichtung verwendet werden. Eine Beschichtung kann beispielsweise mittels PVD, CVD oder elektrochemischer Abscheidung vorgenommen werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Oberflächenstruktur der Elektrode durch die Befestigung nicht oder wenig beeinträchtigt. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn keine oder eine besonders schonende Klemmverbindung verwendet wird. Dies bietet in den oben genannten Ausführungsformen den Vorteil, dass durch die Beschichtung und/oder Strukturierung erzeugten Funktionen bzw. Wirkungen nicht beeinträchtigt werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zur Aufnahme bzw. Abgabe eines elektrischen Signals vom, bzw. in den, menschlichen oder tierischen Körper bereitgestellt, das durch ein Verfahren gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen herstellbar ist oder hergestellt wird. Ein solches System ist durch eine verbesserte Kontaktierung von Leiter und Elektrode, und ggf. den weiteren hierin beschriebenen Vorteilen, gekennzeichnet.
Eine Elektrode kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden:

(1) Zunächst erfolgt das Ziehen eines Metallrohrs aus einem geeigneten Material, beispielsweise Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, oder Legierungen davon, z.B. PtIr10, Ptlr20, MP35, 316L, 301 oder 304, wie hierin beschrieben, im gewünschten Zieldurchmesser.
(2) Danach können Ringelektroden in Ziellänge aus dem gezogenen Rohr abgetrennt werden, beispielsweise mittels Laserschneidverfahren oder mechanischem Schneiden. (3) Die Öffnung kann beispielsweise mittels Laserbohren, Funkenerosion oder Zerspanungsverfahren erzeugt werden. Auf diese Weise kann z.B. eine Ringelektrode mit einer kegelförmigen Kanaldurchführung durch die Ringwand hergestellt werden.

BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
Figurenliste

1 zeigt ein System gemäß der Erfindung, in welchem eine Elektrode und ein Leiter elektrisch miteinander verbunden sind.
2 zeigt einen Querschnitt durch ein System gemäß der Erfindung.
3 zeigt eine besondere Ausgestaltung des Systems der Erfindung, in welchem mehrere Leiter miteinander verseilt sind und jeder der Leiter mehrere Drähte umfasst.
4A, 4B, 4C zeigen Schritte eines Verfahrens gemäß der Erfindung:
- 4A zeigt die teilweise Ablation der Isolierschicht des Leiters, um ein oder mehrere Drähte freizulegen und eine Kontaktierung zu ermöglichen.
- 4B zeigt die Durchtrennung eines Leiters, um ein freies Ende zu bilden.
- 4C zeigt, wie mehrere Drähte am freien Ende des Leiters aus dem Leiter isoliert und herausgegriffen werden.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt beispielhaft ein System 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System ist eingerichtet, ein elektrisches Signal an den menschlichen oder tierischen Körper abzugeben, oder ein elektrisches Signal vom menschlichen oder tierischen Körper zu empfangen, oder beides davon. Ein isolierter elektrischer Leiter 101 ist entlang einer Längsachse 113 eines Kanals 112 innerhalb einer Elektrode 103 geführt. Der Kanal 112 bildet den Innenraum der Elektrode 103. Der Kanal wird von einer Wand 160 umgeben. Die Elektrode 103 weist eine Innenseite 110 und eine Außenseite 111 auf und ist beispielsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, also hülsenförmig (auch als Ringelektrode bezeichnet). Der Leiter 101 weist ein freies Ende 102 auf, welches durch eine Öffnung 104 in der Wand 160 geführt ist. Die Elektrode weist im Bereich der Kanalöffnungen jeweils einen ringförmigen Rand 160 auf. Die Öffnung 104 ist so in der Elektrode 103 angeordnet, dass ein Material der Elektrode 103 die Öffnung 104 vollumfänglich umgibt, d.h. der Rand der Öffnung 104 verläuft vollständig auf einer Mantelfläche 190 auf der Außenseite 111 der Elektrode 103. Die Öffnung 104 berührt daher nicht den Rand 170 der Elektrode 103. Auf diese Weise ist es unmöglich, dass der Leiter in lateraler Richtung aus der Öffnung gerissen werden kann, falls die Verbindung zwischen Leiter und Elektrode bricht. Die Längsachse 113 des Kanals 112 verläuft quer zur Längsachse der Öffnung 104, so dass der Leiter 101 im Bereich der Öffnung 104, also zwischen der Innenseite 110 und der Außenseite 111, quer zur Längsachse 113 durch die Öffnung 104 geführt ist. Die Öffnung 104 kann im Wesentlichen zylindrisch, oder vorzugsweise kegelförmig sein. Wenn sich die Öffnung 104 kegelförmig von der Innenseite 110 zur Außenseite 111 verjüngt, kann dies die Führung des Leiters 101 durch die Öffnung 104 erleichtern oder eine bessere Befestigung ermöglichen. Die Öffnung 104 ist vorzugsweise so dimensioniert, dass der Leiter 101 mit seinem freien Ende 102 durch die Öffnung 104 geführt und anschließend durch kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung mit der Elektrode verbunden werden kann. Beispiele für geeignete Dimensionen der Öffnung 104 sind hierin beschrieben. Der Leiter 101 wird innerhalb der Öffnung 104 unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Elektrode 103 verbunden. Diese Verbindung hält den Leiter 101 dauerhaft sicher in der Öffnung 104 und gewährleistet eine stabile und störungsfreie elektrische Verbindung zwischen Leiter 101 und Elektrode 103. Bevorzugt ist die Verbindung so ausgestaltet, dass die Öffnung 104 hermetisch verschlossen, also beispielsweise flüssigkeitsdicht, ist. Dies kann beispielsweise durch eine Schweißverbindung erzielt werden, aber auch eine Verbindung durch Hartlöten oder Weichlöten ist möglich. Die Verbindung kann auch durch Klemmen, zum Beispiel Crimpen, Klemmen mit einer Pinzette, oder Swagen (auch Gesenkschmieden genannt), des Leiters 101 in der Öffnung 104 erzielt werden. Die Verbindung kann auch durch eine Kombination von Schweißen und Klemmen erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält diese Verbindung keine weiteren Elemente außer dem Leiter 101, der Elektrode 103, und einer Schweißverbindung. In einer Ausführungsform ist der Leiter 101 ausschließlich durch eine Schweißverbindung mit der Elektrode 103 verbunden.
Die Öffnung 104 kann im Bereich ihrer Außenseite 111 einen Anschlag 105 aufweisen. Dieser Anschlag kann die Positionierung des freien Endes 102 des Leiters 101 erleichtern, wenn das freie Ende 102 durch die Öffnung 104 geführt wird. Weiterhin kann der Anschlag die Verbindung des Leiters 101 in der Öffnung 104 zusätzlich sichern. Damit kann die Stabilität der Verbindung zwischen dem Leiter 101 und der Elektrode 103 verbessert werden.
2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System 200. Der Leiter ist nicht dargestellt. Ein Kanal 212 verläuft entlang einer Längsachse 213. Eine Öffnung 204 verläuft von der Innenseite 210 zur Außenseite 211 der Elektrode entlang einer Längsachse 240. Die Längsachse 213 des Kanals 212 bildet einen Winkel 241 zur Längsachse der Öffnung 204, so dass die Längsachse 213 quer zur Längsachse 204 angeordnet ist.
3 zeigt eine Ausführungsform, in welcher ein erfindungsgemäßes System 300 mehrere isolierte Leiter 301 umfasst, wobei jeder Leiter 301 einen oder mehrere Drähte 106 umfasst. Die Leiter 301 bilden ein Leiterbündel 308. Die Elektrode 303 umgibt das gesamte Leiterbündel 308. Die Drähte 106 können beispielsweise aus einem leitfähigen Metall wie z.B. Platin oder einer Platinlegierung bestehen. Die Drähte 306 innerhalb desselben Leiters 301 können leitfähig miteinander verbunden sein. Der isolierte Leiter 301 umfasst eine Isolierung 307, beispielsweise eine Kunststoffschicht, die alle Drähte 306 des Leiters 301 umgibt. Die verschiedenen Leiter 301 sind mittels der Isolierung 307 untereinander elektrisch isoliert, was es ermöglicht, dass diese einzeln unabhängig voneinander elektrisch adressierbar sind. Ein Leiterbündel 408 kann mehrere Leiter 301 umfassen, die beispielsweise miteinander verseilt sind, oder im Wesentlichen spiralartig angeordnet sind (Coil-Struktur). Die Elektrode 303, die bevorzugt als Ringelektrode ausgestaltet ist, umgibt jeweils das ganze Leiterbündel 108. Mehrere Elektroden 303 können an verschiedenen Positionen desselben Leiterbündels 108 angeordnet sein. Die Elektroden 303 können eingerichtet sein, an verschiedenen Positionen unabhängig voneinander ein elektrisches Signal zu empfangen, ein elektrisches Signal abzugeben, oder beides davon. Die Elektroden 303 können individuell durch verschiedene Leiter 301 desselben Systems elektrisch adressierbar sein. Dies ermöglicht es, dass die Signalaufnahme oder -abgabe an einer Elektrode 303 sich nicht auf andere Elektroden 303 des Systems 300 auswirken. Somit können mehrere Elektroden 303 unabhängig voneinander zur Aufnahme oder Abgabe unterschiedlicher elektrischer Signale genutzt werden, wobei diese Signale sich nicht gegenseitig beeinflussen, selbst wenn diese gleichzeitig im selben System 300 übertragen werden. Ein freies Ende 302 des Leiters 301 kann so durch die Öffnung 304 geführt sein, dass das freie Ende 302 mit einer Außenseite der Elektrode 311 abschließt.
4A, 4B und 4C zeigen Schritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Systems. Hierzu werden zunächst ein isolierter Leiter 401 und eine hülsenförmige Elektrode (in den 4A bis 4C nicht gezeigt) bereitgestellt. In einer Ausführungsform wird aus mehreren Leitern 401 ein Leiterbündel 408 gebildet, wie oben beschrieben. Der Leiter 401 umfasst eine Isolierung 407. Die Elektroden 103 und 303 aus den 1 und 3 und den oben beschriebenen Ausführungsformen können verwendet werden. Die Elektrode kann wie oben beschrieben hergestellt werden. Dabei wird die Elektrode gebohrt, so dass eine Öffnung in der Mantelfläche der Elektrode gebildet wird, durch die ein freies Ende 402 eines Leiters 401 geführt werden kann. Es können auch mehrere Öffnungen in die Elektrode gebohrt werden. Wenn der Bohrer beim Bohren der Öffnung nicht vollständig durch die Elektrode geführt wird, kann die Öffnung an der Außenseite einen verbleibenden Teil des Elektrodenmaterials aufweisen, der einen Anschlag für den Leiter 401, insbesondere für dessen freies Ende 402, bildet. Die Elektrode wird so auf den Leiter 401 oder ein Leiterbündel 408 angebracht, dass die Elektrode den Leiter 401 oder das gesamte Leiterbündel 408 ringförmig umgibt, d.h. die Elektrode wird auf das Leiterbündel 408 aufgesteckt. Anders gesagt wird das Leiterbündel 408 durch den Kanal der Elektrode geführt. Die Elektrode wird dann an die gewünschte Position des Leiterbündels 408 verschoben, wo diese mit dem Leiter 401 kontaktiert werden soll. Im Falle mehrerer Elektroden werden diese Schritte derart wiederholt, dass sich mehrere Elektroden an unterschiedlichen gewünschten Positionen des Leiterbündels 408 befinden. Die Elektroden können beispielsweise ausgehend von einem Ende des Leiterbündels 408 in regelmäßigen Abständen zueinander auf dem Leiterbündel 408 angeordnet werden.
Die Isolierung des Leiters 401 wird durch Laserablation in einem Bereich 409 freigelegt, so dass die darunterliegenden Drähte 106' teilweise freiliegen (4A). Der Bereich 409 ist also eine von der Isolierung 407 befreite Fläche des Leiters 401. Der Bereich 409 kann die Form eines Rechtecks bzw. Quaders aufweisen. Anschließend wird einer der Drähte 406 des Leiters 401 durchtrennt, beispielsweise mittels Laserschneiden (4B). Es können auch andere Verfahren für die Durchtrennung des Leiters 401 verwendet werden. Laserschneiden ist hierbei vorteilhaft, weil es eine hohe Präzision ermöglicht. Bevorzugt wird dabei nur einer der Drähte 406 durchtrennt. Bevorzugt wird beim Durchtrennen des Leiters 401 die Kunststoffisolierung 407 des Leiters 401 nicht durchtrennt, so dass nur ein Fenster in der Isolierung 407, also der Bereich 409, frei liegt (4A). Die Isolierung 407 bleibt also bevorzugt bis auf das durch Ablation entstandene Fenster unangetastet. Wie in 4C dargestellt, wird der durchtrennte Draht 406 des Leiters 401 an seinem freien Ende 402 vorsichtig aus dem Leiter 401 herausgeführt. Das freie Ende 402 wird nun von der Innenseite zur Außenseite der Elektrode durch die Öffnung geführt und an eine Position gebracht, in dem eine stabile elektrische und mechanisch belastbare Verbindung zwischen dem freien Ende 402 und der Elektrode gebildet werden kann. Vorzugsweise sollte das freie Ende 402 dazu vollständig oder beinahe vollständig durch die Öffnung geführt werden. Anschließend wird das freie Ende 402 des Drahts 406 mit der Elektrode verbunden, indem dieses im Bereich der Öffnung verschweißt wird. Bevorzugt ragt das freie Ende 402 hierbei nicht, oder nur geringfügig, auf der Außenseite aus der Öffnung hinaus. Das freie Ende kann beispielsweise mit der Außenseite abschließen. Die Verbindung kann auch durch eine kraftschlüssige Verbindung erfolgen, beispielsweise indem die Öffnung zusammengedrückt wird, um den Draht 406 kraftschlüssig zu halten. Es kann auch eine Kombination aus diesen beiden Verbindungsverfahren verwendet werden. Bevorzugt wird der Draht 406 innerhalb der Öffnung verschweißt, so dass das geschmolzene Material des Drahts 406 und/oder der Elektrode die Zwischenräume zwischen dem Draht 406 und der Elektrode im Bereich der Öffnung teilweise oder vollständig ausfüllt, so dass eine stabile elektrische und mechanisch belastbare Verbindung zwischen dem freien Ende 402 des Drahts 406 und der Elektrode gebildet werden kann. Bevorzugt bedeckt das beim Schweißen geschmolzene Material die gesamte Außenseite der Öffnung. Weiter bevorzugt bedeckt das beim Schweißen geschmolzene Material den Grat der Umrandungslinie auf der Außenseite der Öffnung, um scharfe Kanten auf der Außenseite des Systems zu vermeiden.
Die Elektrode kann auch mikrostrukturiert werden, beispielsweise mittels eines Lasers, wie hierin an anderer Stelle beschrieben. Dieser Verfahrensschritt kann vor oder nach der Kontaktierung der Elektrode mit dem Leiter erfolgen. Diese Mikrostrukturierung kann beispielsweise die Oberflächenrauigkeit erhöhen, um eine bessere Verbindung mit anderen Materialien zu ermöglichen. Die Elektrode kann auch mit einem weiteren Material beschichtet werden, wie hierin an anderer Stelle ausführlicher beschrieben. Dieser Verfahrensschritt kann vor oder nach der Kontaktierung der Elektrode mit dem Leiter erfolgen. In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode zunächst mikrostrukturiert und danach beschichtet. Es kann auch eine Mikrostrukturierung der Beschichtung erfolgen. In einer Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung des Leiters mit der Elektrode ausschließlich durch eine Schweißverbindung, und danach wird die Elektrode mikrostrukturiert und/oder beschichtet. Die Beschichtung kann die Aufnahme oder Abgabe eines elektrischen Signals verbessern oder die Biokompatibilität verbessern.
VERGLEICHSVERSUCHE
Ein erfindungsgemäßes System wurde einem Zugstabilitätstest unterzogen, wobei die Bruchfestigkeit bei einer Zuggeschwindigkeit von 4 mm/min bestimmt wurde. Die Bruchfestigkeit entspricht der Zugkraft, bei welcher die Verbindung zwischen Leiter und Elektrode abreißt. Hierbei wurden drei Proben untersucht:

Probe A (Vergleichsprobe): Die Ringelektrode wurde auf den Leiter gecrimpt.
Probe B (Vergleichsprobe): Der Leiter wurde an einer Außenkante der Ringelektrode verschweißt.
Probe C (erfindungsgemäß): Ein freies Ende des Leiters wurde durch eine Öffnung in der Elektrode geführt, geswaged und in der Öffnung verschweißt.

Probe	A (Vergleich)	B (Vergleich)	C (Erfindung)
Bruchkraft	3 N	2 N	8N

Bezugszeichenliste

100, 200, 300: System
101, 301, 401: elektrischer Leiter
302, 402: freies Ende
103, 303: Elektrode
104, 204, 304: Öffnung
105: Anschlag
306, 406: Draht
307, 407: Isolierung
308, 408: Leiterbündel
409: Bereich
110, 210: Innenseite
111, 211, 311: Außenseite
112, 212: Kanal
113, 213: Längsachse des Kanals
240: Längsachse der Öffnung
241: Winkel
160, 260, 360: Wand
170, 370: Rand
180, 380: Mantelfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3185248 A1 [0002, 0011]
US 7364479 B1 [0002]
US 2016303366 A1 [0002]
US 20130338745 A1 [0002]
WO 2015/031265 [0020]

Claims

System (100, 200, 300) zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, umfassend mindestens einen isolierten elektrischen Leiter (101, 301, 401); eine mit dem elektrischen Leiter (101, 301, 401) elektrisch verbundene hülsenförmige Elektrode (103, 303), welche eine Innenseite (110, 210), eine Außenseite (111, 211), einen Kanal (112, 212) und eine Öffnung (104, 204, 304) in einer Wand (160, 260, 306) des Kanals (112, 212) aufweist; wobei der Kanal (112, 212) eine Längsachse (113) definiert, entlang welcher der Leiter (101, 301, 401) in dem Kanal (112, 212) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material der Elektrode (103, 303) die Öffnung (104, 204, 304) vollumfänglich umgibt; der elektrische Leiter (101, 301, 401) durch die Öffnung (104, 204, 304) zwischen der Innenseite (110, 210) und der Außenseite (111, 211) der Öffnung quer zur Längsachse (113) des Kanals (112, 212) geführt ist; und der elektrische Leiter (101, 301, 401) mit der Elektrode (103, 303) innerhalb der Öffnung (104, 204, 304) unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist, so dass eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter (101, 301, 401) und der Elektrode (103, 303) besteht.
System (100, 200, 300) gemäß Anspruch 1, wobei die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung ist.
System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der elektrische Leiter (101, 301, 401) mit der Elektrode (103, 303) stoffschlüssig, aber nicht kraftschlüssig, verbunden ist.
System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl jeweils voneinander isolierter elektrischer Leiter (101, 301, 401), die in dem Kanal (112, 212) entlang der Längsachse (113) angeordnet sind, wobei die Elektrode (103, 303) mehrere oder alle der Leiter (101, 301, 401) umringt.
System (100, 200, 300) gemäß Anspruch 4, umfassend eine Vielzahl von Elektroden (103, 303), die jeweils mit genau einem anderen der elektrischen Leiter (101, 301, 401) elektrisch verbunden sind, so dass die Elektroden unabhängig voneinander elektrisch adressierbar sind.
System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei außer der unmittelbaren Verbindung zwischen dem Leiter (101, 301, 401) und der Elektrode (103, 303) kein weiteres Bauteil vorhanden ist, das den elektrischen Leiter (101, 301, 401) mit der Elektrode (103, 303) verbindet, um eine elektrische und mechanische Verbindung dazwischen herzustellen.
System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (104, 204, 304) sich durchgängig von der Innenseite (110) zur Außenseite (111, 211) erstreckt.
System (100, 200, 300) gemäß Anspruch 7, wobei der elektrische Leiter (101, 301, 401) durch die Öffnung (104, 204, 304) von der Innenseite (110) zur Außenseite (111, 211) geführt ist, so dass ein Ende des Leiters (101, 301, 401) schlüssig mit der Außenseite (111, 211) abschließt.
System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (104, 204, 304) einen variierenden Durchmesser aufweist, vorzugsweise kegelförmig ist.
System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens eine weitere Öffnung (104, 204, 304).
Elektrisches medizintechnisches Gerät, umfassend ein System (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Elektrisches medizintechnisches Gerät gemäß Anspruch 11, das ein Lead, Pulsgenerator, Herzschrittmacher, Herzresynchronisationsgerät, Sensor oder Stimulator ist.
Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters (101, 301, 401), umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Leiters (101, 301, 401) und einer hülsenförmigen Elektrode (103, 303), welche eine Innenseite (110), eine Außenseite (111, 211), einen Kanal (112, 212) und eine Öffnung (104, 204, 304) in einer Wand (160, 260, 360) des Kanals (112, 212) aufweist; wobei ein Material der Elektrode (103, 303) die Öffnung (104, 204, 304) vollumfänglich umgibt; b. Auftrennen des Leiters (101, 301, 401), so dass der Leiter (101, 301, 401) ein freies Ende (302, 402) aufweist, c. Anbringen der Elektrode (103, 303) an dem Leiter (101, 301, 401), so dass der Leiter (101, 301, 401) in dem Kanal (112, 212) entlang dessen Längsachse (113) angeordnet wird; d. Einführen des freien Endes (302, 402) des elektrischen Leiters (101, 301, 401) durch die Öffnung (104, 204, 304), so dass der Leiter (101, 301, 401) zwischen der Innenseite (110) und der Außenseite (111, 211) der Öffnung quer zur Längsachse (113) des Kanals (112, 212) angeordnet wird; e. Verbinden des elektrischen Leiters (101, 301, 401) mit der Elektrode (103, 303), wobei zwischen diesen innerhalb der Öffnung (104, 204, 304) unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Innenseite (110) und/oder die Außenseite (111, 211) der Elektrode (103, 303) vor und/oder nach der Verbindung mit dem Leiter (101, 301, 401) mikrostrukturiert oder beschichtet wird/werden.
System (100, 200, 300) zur Aufnahme und/oder Abgabe eines elektrischen Signals vom, oder in den, menschlichen oder tierischen Körper, herstellbar durch ein Verfahren nach Anspruch 13 oder 14.