-
Die Erfindung betrifft eine implantierbare Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein System mit einer implantierbaren Elektrode.
-
Eine derartige implantierbare Elektrode kann an ein aktives elektrisches Gerät, zum Beispiel einen Herzschrittmacher oder einen Neurostimulator, angeschlossen werden und beispielsweise als Herzelektrode im Herzen oder als Neuroelektrode am Rückenmark, am Vagusnerv oder auch im Gehirn eines Patienten implantiert werden. Über eine solche Elektrode und ein daran angeschlossenes aktives Gerät können elektrische Signale zur Stimulation an den Patienten abgegeben werden.
-
Eine solche implantierbare Elektrode umfasst einen Außenschlauch, der ein distales Ende und ein proximales Ende aufweist, wobei die implantierbare Elektrode im Bereich des proximalen Endes mit einem zugeordneten aktiven Gerät verbindbar ist. Die implantierbare Elektrode umfasst zumindest eine in dem Außenschlauch angeordnete Elektrodenleitung und zumindest einen im Bereich des distalen Endes angeordneten, mit der zumindest einen Elektrodenleitung elektrisch verbundenen Elektrodenpol zur elektrischen Kontaktierung mit die Elektrode umgebendem Gewebe in einem implantierten Zustand der Elektrode.
-
Eine solche Elektrode verbleibt nach ihrer Implantation grundsätzlich über einen längeren Zeitraum im Körper des Patienten. Eine solche Elektrode soll hierbei Untersuchungen am Patienten, insbesondere MRT (Magnetresonanztomographie) -Untersuchungen, zulassen, was heißt, dass ein bei einer MRT-Untersuchung erzeugtes elektromagnetisches Feld nicht zu einer Erwärmung an der Elektrode führen darf, die gegebenenfalls schädlich für den Patienten ist.
-
Eine Erwärmung an einer in einem Patienten implantierten Elektrode kann unter Umständen durch Einkoppeln elektromagnetischer Felder bewirkt werden. Die Kopplung der Elektrode mit dem elektromagnetischen Feld eines MR-Tomographen (der ein Anregungsfeld mit einer von der Magnetfeldstärke abhängigen Anregungsfrequenz, bei 1,5 Tesla zum Beispiel bei ca. 64 MHz, erzeugt) hängt hierbei von der effektiven Leitungslänge der Elektrodenleitungen der Elektrode ab. Befindet sich die effektive Leitungslänge der Elektrode im Bereich einer (Serien-)Resonanzfrequenz des elektromagnetischen Feldes, so können elektromagnetische Felder in die Elektrode einkoppeln und zu einer Erwärmung an der Elektrode führen, was es nach Möglichkeit zu vermeiden gilt.
-
Eine Elektrode soll hierbei, insbesondere für die Neurostimulation, dünn ausgebildet sein. Zudem bestehen Vorgaben hinsichtlich der Länge der Elektrodenleitung und des maximalen ohmschen Widerstands.
-
Aus der
US 2009/0259281 A1 ist eine implantierbare Elektrode bekannt, die einen ersten, inneren Leiter sowie einen außerhalb des inneren Leiters erstreckten, äußeren Leiter aufweist.
-
Aus der
EP 2 667 929 B1 ist eine implantierbare medizinische Elektrode bekannt, bei der eine Faser physische Änderungen beinhaltet, die mehrere Radiofrequenzreflexionspunkte festlegen, die sich entlang der Länge der Faser befinden.
-
Bei einer aus der
US 2015/0170792 A1 bekannten Elektrodeneinrichtung sind Leiter wendelförmig angeordnet. Ein innerer Leiter ist hierbei mit einem Elektrodenpol elektrisch kontaktiert.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine implantierbare Elektrode sowie ein System mit einer solchen implantierbaren Elektrode zur Verfügung zu stellen, bei denen die implantierbare Elektrode eine oder mehrere Elektrodenleitungen aufweist, einer elektrischen Erwärmung bei einer vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz im Rahmen einer MRT-Untersuchung aber entgegengewirkt wird.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Demnach umfasst die implantierbare Elektrode eine im Bereich des distalen Endes oder des proximalen Endes mit der zumindest einen Elektrodenleitung verbundene Stichleitung zur Verlängerung der elektrischen Länge der zumindest einen Elektrodenleitung.
-
Die implantierbare Elektrode weist einen Außenschlauch auf, der zum Beispiel aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel einem Silikon- oder Polyurethan-Material, gefertigt ist und eine oder mehrere Elektrodenleitungen einfasst. Elektrodenleitungen sind längs in dem Außenschlauch erstreckt und am distalen Ende des Außenschlauchs mit Elektrodenpolen verbunden, die von außen derart zugänglich sind, dass die Elektrodenpole mit umgebendem Gewebe elektrisch kontaktieren können, wenn die Elektrode in einem Patienten implantiert ist. Am proximalen Ende des Außenschlauchs sind die Elektrodenleitungen demgegenüber, wenn die Elektrode an ein zugeordnetes, aktives elektrisches Gerät angeschlossen ist, elektrisch mit dem aktiven Gerät kontaktiert, sodass elektrische Signale von dem aktiven Gerät in die Elektrodenleitungen eingespeist und über die Elektrodenpole an den Patienten abgegeben werden können.
-
Ein solches aktives Gerät kann zum Beispiel als Herzschrittmacher, CRT-Gerät, Defibrillator oder auch als Elektrophysiologie-Gerät ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Elektrode - als Herzelektrode - insbesondere in das Herz eines Patienten zu implantieren. Die Elektrode kann aber auch als Neuroelektrode zur Neurostimulation am Rückenmark, am Vagusnerv oder im Gehirn (sogenannte Spinal Chord Stimulation (SCS), Vagus Nerve Stimulation (VNS) oder Deep Brain Stimulation (DBS)) Verwendung finden.
-
In implantierter Stellung liegt die Elektrode mit ihren Elektrodenpolen an einem Stimulationsort im Patienten, zum Beispiel im Bereich des menschlichen Herzens oder im Bereich des Rückenmarks. Das aktive Gerät kann als implantierbares Gerät ebenfalls in den Patienten implantiert sein (zum Beispiel in Form eines Herzschrittmachers oder eines Neurostimulators). Das aktive Gerät kann sich aber auch außerhalb des Patienten befinden.
-
Um bei implantierter Elektrode eine elektromagnetische Anregung im Rahmen einer MRT-Untersuchung aufgrund einer Einkopplung eines elektromagnetischen MR-Anregungsfelds in die Elektrode zu reduzieren und somit eine übermäßige Erwärmung an der Elektrode und dort insbesondere an den Elektrodenpolen zu verhindern, ist die zumindest eine Elektrodenleitung der Elektrode mit einer Stichleitung verbunden, die die effektive Leitungslänge der zumindest einen Elektrodenleitung derart modifiziert, dass eine resonante Anregung an der zumindest einen Elektrodenleitung unterbunden ist. Die Stichleitung ist im Bereich des distalen Endes oder des proximalen Endes mit der zumindest einen Elektrodenleitung elektrisch verbunden, wobei auch denkbar und möglich ist, dass eine erste Stichleitung im Bereich des distalen Endes und eine zweite Stichleitung im Bereich des proximalen Endes mit der zumindest einen Elektrodenleitung elektrisch verbunden ist, sodass die effektive Leitungslänge der zumindest einen Elektrodenleitung durch beidseitige Verlängerung über je eine Stichleitung modifiziert ist.
-
Die Stichleitung ist an einem ihrer Enden mit der zugeordneten Elektrodenleitung elektrisch verbunden. Das andere Ende der Stichleitung ist demgegenüber frei.
-
Die zumindest eine Elektrodenleitung weist eine mechanische Elektrodenleitungslänge auf, während die Stichleitung sich mit einer mechanischen Stichleitungslänge in dem Außenschlauch erstreckt. Die Leitungslänge der zumindest einen Elektrodenleitung ergibt sich hierbei anhand der Summe der Elektrodenleitungslänge und der Stichleitungslänge und wird zudem beeinflusst von der Abschlussimpedanz der zumindest einen Elektrodenleitung am proximalen Ende und am distalen Ende, also auf Seiten eines mit der Elektrode verbundenen aktiven Geräts und auf Seiten des zumindest einen Elektrodenpols und somit der elektrischen Kopplung mit umgebendem Gewebe.
-
Grundsätzlich ist die Einkopplung eines elektromagnetischen Felds bei einer vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz - zum Beispiel ca. 64 MHz bei einer MR-Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla und ca. 123 MHz bei einer MR-Magnetfeldstärke von 3 Tesla - in die zumindest eine Elektrodenleitung bei einer effektiven Leitungslänge, die einer Serienresonanz entspricht, maximal. Bei einer solchen Serienresonanz ist der Betrag der Impedanz minimal, und aufgrund maximaler Einkopplung des elektromagnetischen Feldes kann es zu einer Feldüberhöhung und damit einer vergleichsweise großen Erwärmung an der zumindest einen Elektrodenleitung und dort vorwiegend an einem an der Elektrodenleitung angeschlossenen Elektrodenpol kommen. Bei einer effektiven Leitungslänge der zumindest einen Elektrodenleitung, die einer Parallelresonanz entspricht, ist demgegenüber der Betrag der Impedanz an der zumindest einen Elektrodenleitung maximal, und entsprechend ist die Einkopplung des elektromagnetischen Felds unterdrückt. Wünschenswert ist somit, die effektive Leitungslänge der zumindest einen Elektrodenleitung so einzustellen, dass diese einer Parallelresonanz entspricht.
-
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Anregungsfrequenz der derzeit gebräuchlichen 3 Tesla MR-Tomographen bei 123 MHz liegt, da bei diesen Geräten die das statische Magnetfeld erzeugenden Spulen ein Magnetfeld von nur knapp 2,9 Tesla generieren. Bei einer Magnetfeldstärke von 3,0 Tesla liegt diese Anregungsfrequenz bei 128 MHz. Aus diesem Grund wird im Folgenden für 3 Tesla MR-Tomographen eine Anregungsfrequenz von 123 MHz angegeben.
-
Die Bestimmung, wann bei einer vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz, zum Beispiel 64 MHz oder 123 MHz, eine Parallelresonanz auftritt, kann durch Computersimulationen oder auch messtechnisch anhand geeigneter Versuchsreihen erfolgen. Zum Beispiel kann messtechnisch das Impedanzspektrum für unterschiedliche Leitungslängen anhand des Reflexionskoeffizienten der zumindest einen Elektrodenleitung bei Simulation von menschlichem Gewebe durch eine Kochsalzlösung bestimmt werden. Hieraus kann bei der vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz eine vorteilhafte effektive Leitungslänge an der zumindest einen Elektrodenleitung bestimmt werden, die einer Parallelresonanz entspricht. Anhand dieser so bestimmten effektiven Leitungslänge kann die Länge der Stichleitung dann so gewählt werden, dass die Summe aus der Stichleitungslänge und der Elektrodenleitungslänge der zumindest einen Elektrodenleitung der gewünschten effektiven Leitungslänge entspricht. Ist die zumindest eine Elektrodenleitung beispielsweise 550 mm lang und sollte die effektive Leitungslänge aus Elektrodenleitung und Stichleitung 600 mm für eine Parallelresonanz bei zum Beispiel 64 MHz entsprechen, so ist die Stichleitungslänge = 50 mm zu wählen.
-
Die effektive Leitungslänge kann hierbei auf eine erste Parallelresonanz im Impedanzspektrum abgestimmt werden. Denkbar und möglich ist aber auch, die effektive Leitungslänge durch Verlängerung der Stichleitungslänge um eine halbe Wellenlänge (oder ein Vielfaches der halben Wellenlänge) auf eine Parallelresonanz höherer Ordnung abzustimmen.
-
Die Stichleitung ist am distalen Ende oder am proximalen Ende mit der zumindest einen Elektrodenleitung verbunden. Die Stichleitung kann hierbei auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein und kann sich insbesondere geradlinig parallel zu der zumindest einen Elektrodenleitung in dem Außenschlauch, wendelförmig um die zumindest eine Elektrodenleitung innerhalb des Außenschlauchs oder auch mäanderförmig erstrecken.
-
Ist die Stichleitung geradlinig erstreckt, so erstreckt sich die Stichleitung beispielsweise vom distalen Ende in Richtung des proximalen Endes um eine solche Länge, dass die Summe der Stichleitungslänge und der Elektrodenleitungslänge der gewünschten Länge für eine effektive Leitungslänge bei einer Parallelresonanz entspricht. Die Stichleitung kann hierbei auch zunächst von dem jeweiligen (beispielsweise dem distalen Ende) Ende weg in Richtung des anderen Endes erstreckt und an einem Wendepunkt um 180° umgekehrt sein, sodass sich die Stichleitung von dem Wendepunkt zurück in Richtung des jeweiligen Endes, zum Beispiel des distalen Endes erstreckt. Die Stichleitung kann auf diese Weise abschnittsweise geradlinig, aber an einem oder an mehreren Wendepunkten umgekehrt und somit hin und her erstreckt sein.
-
Ist die Stichleitung wendelförmig erstreckt, so weist die Stichleitung eine Wendelform auf, die innerhalb des Außenschlauchs eingefasst ist und die zumindest eine Elektrodenleitung vorzugsweise umgibt. Durch eine solche Wendelform kann über eine vergleichsweise kleine axiale Erstreckungslänge eine Stichleitung vergleichsweise großer mechanischer Länge verwirklicht werden.
-
Ist die Stichleitung mäanderförmig erstreckt, so bildet die Stichleitung beispielsweise entlang einer Ebene Abschnitte aus, die sich mäanderförmig zueinander erstrecken und somit eine Mäanderform ausbilden. Wiederum kann über eine vergleichsweise kleine axiale Erstreckungslänge eine Stichleitung vergleichsweise großer mechanischer Länge verwirklicht werden.
-
Die Stichleitung kann, in einer Ausgestaltung, beispielsweise durch eine flexible Leiterbahn ausgebildet sein. Eine solche flexible Leiterbahn kann beispielsweise auf einen Träger aufgebracht, zum Beispiel gedruckt sein, wobei der Träger zum Beispiel aus einem elektrisch isolierenden Folienmaterial, zum Beispiel einer sogenannten LCP (Liquid Crystal Polymer) - Folie besteht und somit flexibel ist.
-
Mittels einer solchen flexiblen Leiterbahn kann beispielsweise eine wendelförmige oder eine mäanderförmige Stichleitung verwirklicht sein. Eine solche flexible Leiterbahn kann zur Ausbildung der Wendelform beispielsweise in gewundener Weise in dem Außenschlauch verlegt werden. Eine mäanderförmige Leiterbahn kann beispielsweise auf einen ebenen Träger aufgebracht, zum Beispiel gedruckt werden.
-
In einer Ausgestaltung ist die Stichleitung gemeinsam mit der zumindest einen Elektrodenleitung an einem Träger angeordnet, zum Beispiel auf einem Träger gedruckt. Auch die Elektrodenleitung kann somit durch eine flexible Leiterbahn an einem Träger verwirklicht sein, was eine einfache Fertigung der zumindest einen Elektrodenleitung zusammen mit der elektrisch angebundenen Stichleitung ermöglicht.
-
Sind die Stichleitung und die zumindest eine Elektrodenleitung gemeinsam an einem Träger angeordnet, so können sich die Stichleitung und die zumindest eine Elektrodenleitung beispielsweise gemeinsam an einer Fläche des Trägers erstrecken. Die Stichleitung und die zumindest eine Elektrodenleitung sind in diesem Fall entlang der gleichen Ebene an dem Träger geformt. Alternativ ist jedoch auch ein mehrschichtiger Aufbau möglich, bei dem die Stichleitung und die zumindest eine Elektrodenleitung durch parallel entlang unterschiedlicher Ebenen zueinander erstreckte Leiterbahnen an dem Träger geformt sind. Die Stichleitung oder die zumindest eine Elektrodenleitung können hierbei beispielsweise an einer Oberfläche des Trägers ausgebildet sein, während die andere Leitung in dem Träger eingebettet ist. Beispielsweise kann die Stichleitung mäanderförmig an einer Oberfläche des Trägers ausgebildet sein, während die zumindest eine Elektrodenleitung in einer anderen Ebene in dem Träger eingebettet oder an der anderen Seite des Trägers angeordnet ist. Denkbar und möglich ist aber auch, dass sowohl die Stichleitung als auch die zumindest eine Elektrodenleitung in dem Träger eingebettet sind, sich dabei aber an unterschiedlichen Ebenen in dem Träger erstrecken.
-
In einer Ausgestaltung weist die implantierbare Elektrode mehrere Elektrodenleitungen und mehrere im Bereich des distalen Endes angeordnete Elektrodenpole auf. Jede Elektrodenleitung ist hierbei mit einem zugeordneten Elektrodenpol verbunden, sodass über die Elektrodenleitung elektrische Signale hin zu dem zugeordneten Elektrodenpol geleitet und über den Elektrodenpol in das umgebende Gewebe - bei implantierter Elektrode - abgegeben werden können. Die Elektrodenpole sind hierbei beispielsweise jeweils als Hülse am distalen Ende des Außenschlauchs geformt und sind von außen zugänglich, sodass über die Elektrodenpole umgebendes Gewebe elektrisch kontaktiert sein kann. Die Elektrodenpole der unterschiedlichen Elektrodenleitungen sind hierbei axial entlang der Längserstreckungsrichtung der Elektrode zueinander versetzt, indem benachbarte Elektrodenpole beispielsweise um einen vorbestimmten Abstand, zum Beispiel zwischen 2 mm und 10 mm, beispielsweise 5 mm, zueinander beabstandet sind.
-
Sind mehrere Elektrodenleitungen vorgesehen, so ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung am distalen Ende oder am proximalen Ende (je) genau eine Stichleitung mit der Mehrzahl von Elektrodenleitungen verbunden. An dem jeweiligen Ende sind die mehreren Elektrodenleitungen somit lediglich mit einer einzigen Stichleitung verbunden, wobei auch vorgesehen sein kann, am distalen Ende und am proximalen Ende jeweils (genau) eine Stichleitung vorzusehen. Die Stichleitung an dem jeweiligen Ende dient hierbei dazu, die effektive Leitungslänge sämtlicher Elektrodenleitungen so zu modifizieren, dass ein elektromagnetisches Feld bei einer vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz nur erschwert in die Elektrodenleitungen einkoppeln kann.
-
Um die effektive Leitungslänge sämtlicher Elektrodenleitungen durch eine gemeinsame Stichleitung so zu modifizieren, dass die effektive Leitungslänge vorzugsweise einer Parallelresonanz entspricht, sind die Elektrodenleitungen vorzugsweise im Bereich des jeweiligen Endes, also im Bereich des distalen Endes oder des proximalen Endes, elektrisch bei der vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz, also zum Beispiel 64 MHz oder 123 MHz, kurzgeschlossen. Hierzu können zwischen den Elektrodenleitungen beispielsweise Kapazitäten, zum Beispiel in Form von diskreten Kondensatorelementen, wirken, die ein effektives elektrisches Kurzschließen bei der MR-Anregungsfrequenz bewirken, sodass eine Stichleitung, die elektrisch mit einer der Elektrodenleitungen verbunden ist, über den Kurzschluss elektrisch auch mit den anderen Elektrodenleitungen verbunden ist. Eine einzelne Stichleitung ist somit ausreichend, die effektive Leitungslänge an sämtlichen Elektrodenleitungen in gewünschter Weise zu modifizieren.
-
Für die über die Elektrodenpole abzugebenden, niederfrequenten elektrischen Signale sind die Elektrodenleitungen hingegen effektiv nicht kurzgeschlossen. Solche Signale sind deutlich niederfrequenter als die MR-Anregungsfrequenz, sodass die Elektrodenleitungen für die Stimulationssignale elektrisch effektiv voneinander getrennt sind.
-
Während die Elektrodenpole im Bereich des distalen Endes angeordnet sind, um bei implantierter Elektrode elektrisch mit dem umgebenden Gewebe zu koppeln, weist die Elektrode, in einer Ausgestaltung, am proximalen Ende Anschlusselemente zum Beispiel in Form von hülsenförmigen elektrischen Kontakten auf, die zur elektrischen Kontaktierung mit dem aktiven Gerät dienen. Die Elektrode kann beispielsweise über einen geeigneten Steckverbinder steckend mit dem aktiven Gerät zu verbinden sein. In verbundener Stellung kontaktieren die Anschlusselemente mit zugeordneten elektrischen Kontakten des aktiven Geräts, sodass auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen dem aktiven Gerät und der Elektrode, insbesondere den Elektrodenleitungen der Elektrode, hergestellt ist.
-
In einer besonderen Ausgestaltung der implantierbaren Elektrode umfasst die Elektrode n (n = 2 bis 16) Elektrodenleitungen, n Elektrodenpole im Bereich des distalen Endes der Elektrode, um bei implantierter Elektrode elektrisch mit dem umgebenden Gewebe zu koppeln und n Anschlusselemente am proximalen Ende der Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der Elektrode mit dem aktiven Gerät. Jeder der n Elektrodenpole ist hierbei jeweils mit der zugeordneten Elektrodenleitung verbunden. weiterhin ist jedes der n Anschlusselemente jeweils mit der zugeordneten Elektrodenleitung verbunden. Dabei ist jedem der n Anschlusselemente einer der n Elektrodenpole zugeordnet, wobei das Anschlusselement mit dem zugeordneten Elektrodenpol durch eine der n Elektrodenleitungen elektrisch leitend verbunden ist. Weiter bevorzugt liegt die Anzahl n der Elektrodenleitungen, Elektrodenpole und Anschlusselemente im Bereich zwischen 4 und 12 und weiter bevorzugt im Bereich zwischen 6 bis 10 und weiter bevorzugt beträgt die Anzahl n der Elektrodenleitungen, der Elektrodenpole und der Anschlusselemente 8.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Elektrode der vorangehend beschriebenen Art zur Durchführung einer Rückenmarksstimulation (SCS) über die Elektrodenpole der einen Elektrode ausgelegt.
-
Ein System umfasst ein aktives Gerät sowie eine mit dem aktiven Gerät verbundene Elektrode nach der vorangehend beschriebenen Art. Ein solches aktives Gerät kann beispielsweise ein Gehäuse und zumindest ein elektrisches Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung mit der zumindest einen Elektrodenleitung der Elektrode aufweisen. In verbundener Stellung ist die Elektrode zum Beispiel über Anschlusselemente, die den Elektrodenleitungen zugeordnet sind, mit elektrischen Kontakten des aktiven Geräts kontaktiert, sodass auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen dem aktiven Gerät und der Elektrode hergestellt ist.
-
Ein jedes elektrisches Kontaktelement des aktiven Geräts kann hierbei elektrisch bei einer vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz zu dem Gehäuse kurzgeschlossen sein, zum Beispiel über Kapazitäten in Form von diskreten Kondensatorelementen. In diesem Fall sind die Elektrodenleitungen auf Seiten des aktiven Geräts - bei der MR-Anregungsfrequenz - mit einer Abschlussimpedanz in Form eines Kurzschlusses beschaltet. Dies ermöglicht, bei Anordnung einer Stichleitung am proximalen Ende auf Kapazitäten innerhalb der Elektrode zum Kurzschließen der Elektrodenleitungen zu verzichten, wobei dennoch lediglich eine Stichleitung zur Verlängerung der effektiven Leitungslänge sämtlicher Elektrodenleitungen hinreichend ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System ein aktives Gerät sowie zwei mit dem aktiven Gerät verbundenen Elektroden nach der vorangehend beschriebenen Art.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist das System, bestehend aus dem aktiven Gerät und der mindestens einen Elektrode der vorangehend beschriebenen Art, dafür ausgelegt, eine Rückenmarksstimulation (SCS) über die Elektrodenpole der mindestens einen Elektrode bereitzustellen.
-
In einer weiteren Ausführung umfasst das System zur Rückenmarksstimulation zwei Elektroden der vorangehend beschriebenen Art.
-
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit in einem Außenschlauch eingefassten Elektrodenleitungen und einer Stichleitung;
- 2 eine schematische Querschnittansicht durch eine Elektrode.
- 3 eine beispielhafte Ansicht eines Impedanzspektrums für zwei unterschiedliche MR-Anregungsfrequenzen;
- 4 eine schematische Ansicht einer Elektrode im Bereich eines proximalen Endes;
- 5 eine schematische Ansicht einer Elektrode im Bereich eines distalen Endes;
- 6 eine schematische Ansicht einer Elektrode in Verbindung mit einem aktiven Gerät;
- 7 eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer Stichleitung;
- 8 eine Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer Stichleitung;
- 9A eine Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer Stichleitung;
- 9B eine gesonderte Ansicht der Stichleitung an einer zugeordneten Elektrodenleitung;
- 10A eine Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer Stichleitung;
- 10B eine gesonderte Ansicht der Stichleitung zusammen mit einer zugeordneten Elektrodenleitung;
- 11A eine Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer Stichleitung;
- 11B eine gesonderte Ansicht der Stichleitung;
- 11C eine vergrößerte Darstellung der Stichleitung;
- 12 eine Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels einer Elektrode mit einer Stichleitung; und
- 13 eine schematische Ansicht einer Stichleitung und einer zugeordneten Elektrodenleitung an einem Träger;
-
Eine in 1 anhand eines Ausführungsbeispiels beispielhaft dargestellte Elektrode 1 weist einen Außenschlauch 10 auf, der aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel einem Silikon- oder Polyurethan-Material, gefertigt ist und sich längs entlang einer Längserstreckungsrichtung erstreckt. Die Elektrode 1 weist eine Mehrzahl von Elektrodenleitungen 12A-12D auf, die sich innerhalb des Außenschlauchs 10 zwischen einem proximalen Ende 101 des Außenschlauchs 10 und einem distalen Ende 100 des Außenschlauchs 10 erstrecken und zum Leiten von elektrischen Signalen von einem aktiven Gerät 2 hin zu Elektrodenpolen 13A-13D am distalen Ende 100 dienen.
-
Die Elektrodenpole 13A-13D sind axial versetzt zueinander im Bereich des distalen Endes 100 des Außenschlauchs 10 der Elektrode 1 angeordnet. Die Elektrodenpole 13A-13D sind hülsenförmig ausgebildet und sind derart von außen zugänglich, das über die Elektrodenpole 13A-13D umgebendes Gewebe G in einer implantierten Stellung der Elektrode 1 elektrisch kontaktiert werden kann und somit Anregungssignale in das Gewebe G abgegeben werden können. Ein jeder Elektrodenpol 13A-13D ist hierbei mit einer zugeordneten Elektrodenleitung 12A-12D verbunden.
-
Am proximalen Ende 101 weist die Elektrode 1 Anschlusselemente 14A-14D auf, die hülsenförmig ausgebildet sind und zur elektrischen Kontaktierung mit dem aktiven Gerät 2 dienen. Über die Anschlusselemente 14A-14D speist das aktive Gerät 2 elektrische Signale in die Elektrodenleitungen 12A-12D ein, die diese Signale hin zu den Elektrodenpolen 13A-13D leiten und somit in das Gewebe G abgeben.
-
Ein grundsätzlicher, beispielhafter Aufbau einer solchen Elektrode 1 im Querschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung ist in 2 dargestellt. Der Außenschlauch 10 bildet eine äußere Hülle der Elektrode 1 und fasst die darin eingefassten Elektrodenleitungen 12, 12A-12D ein. Die Elektrodenleitungen 12, 12A-12D sind hierbei um einen Innenschlauch 11 gruppiert und weisen jeweils einen inneren Leiter 120 sowie eine umgebende elektrische Isolierung 121 auf, sodass die Elektrodenleitungen 12, 12A-12D jeweils elektrisch isoliert sind.
-
Der durch den Außenschlauch 10 und den Innenschlauch 11 gebildete Raum in 2, der die Elektrodenleitungen 12, 12A-12D enthält, kann mit einem isolierenden Material gefüllt sein, sodass die Elektrodenleitungen 12, 12A-12D jeweils elektrisch isoliert sind. Damit werden die Elektrodenleitungen 12, 12A-12D durch eine zusammenhängende umgebende elektrische Isolierung 121 umgeben.
-
Die Elektrode 1 kann eine oder mehrere Elektrodenleitungen 12, 12A-12D, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs Elektrodenleitungen 12, 12A-12D aufweisen.
-
Der Außenschlauch 10 kann beispielsweise einen Außendurchmesser zwischen 1 mm und 1,5 mm aufweisen. Der Innendurchmesser des Innenschlauchs 11 kann beispielsweise zwischen 0,3 mm und 0,5 mm betragen.
-
Eine solche Elektrode 1 kann beispielsweise als Herzelektrode zur Implantation im menschlichen Herzen verwendet werden. Eine solche Elektrode 1 kann aber auch als Neuroelektrode ausgebildet und somit in das Rückenmark oder in das Gehirn eines Patienten implantiert werden.
-
Bei Verwendung als Herzelektrode kann das aktive Gerät 2 beispielsweise als Herzschrittmacher, CRT-Gerät, Defibrillator oder Elektrophysiologie-Gerät, zum Beispiel für eine Katheter-Ablation, ausgestaltet sein. Das aktive Gerät 2 kann, in einer Ausgestaltung, ebenfalls implantiert werden. Alternativ kann das aktive Gerät 2 auch außerhalb des menschlichen Körpers betrieben und somit außerhalb des menschlichen Körpers mit der Elektrode 1 verbunden sein.
-
Bei Verwendung als Neuroelektrode ist das aktive Gerät 2 zur Neurostimulation im Rückenmark oder im menschlichen Gehirn ausgebildet (sogenannte Spinal Chord Stimulation (SCS) oder Deep Brain Stimulation (DBS)).
-
Auch bei implantierter Elektrode 1 sollen medizinische Untersuchungen ohne Einschränkung am Patienten möglich sein, insbesondere auch eine MRT-Untersuchung, gegebenenfalls sogar im Rahmen der Implantation zur Verifikation der Lage der Elektrode 1. Dabei ist eine übermäßige Erwärmung aufgrund einer Einkopplung eines elektromagnetischen Felds an den Elektrodenpolen im Rahmen der MRT-Untersuchung zu vermeiden, um eine Verletzung eines Patienten auszuschließen.
-
Die Elektrodenleitungen 12A-12D erstrecken sich, wie aus 1 ersichtlich, über eine Elektrodenleitungslänge L innerhalb des Außenschlauchs 10, wobei die mechanische Länge der einzelnen Elektrodenleitungen 12A-12D in Abhängigkeit von der axialen Position der Elektrodenpole 13A-13D geringfügig voneinander abweichen kann. Die Fähigkeit zur Einkopplung elektromagnetischer Felder hängt wesentlich von der effektiven Leitungslänge der Elektrodenleitungen 12A-12D ab, wobei grundsätzlich bei einer Serienresonanz eine verstärkte Einkopplung besteht, bei einer Parallelresonanz hingegen eine Einkopplung wesentlich unterdrückt ist.
-
3 zeigt - beispielhaft - Impedanzspektren für eine MR-Anregungsfrequenz von 64 MHz (entsprechend einer Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla, durchgezogene Linie in 3) und eine MR-Anregungsfrequenz von 123 MHz (entsprechend einer Magnetfeldstärke von 2,9 Tesla, gestrichelte Linie in 3). Minima in der jeweiligen Kurve des Spektrums entsprechen Serienresonanzen, Maxima hingegen Parallelresonanzen.
-
Aus 3 ist ersichtlich, dass für eine MR-Anregungsfrequenz von 64 MHz eine erste Parallelresonanz bei einer effektiven Leitungslänge von ca. 60 cm vorliegt. Eine zweite Parallelresonanz tritt auf bei einer effektiven Leitungslänge von ca. 150 cm.
-
Aus 3 ist weiterhin ersichtlich, dass für eine MR-Anregungsfrequenz von 123 MHz eine erste Parallelresonanz bei einer effektiven Leitungslänge von ca. 30 cm vorliegt. Eine zweite Parallelresonanz tritt auf bei einer effektiven Leitungslänge von ca. 80 cm. Eine dritte Parallelresonanz tritt auf bei einer effektiven Leitungslänge von ca. 130 cm.
-
Hieraus kann abgeleitet werden, dass die effektive Leitungslänge der Elektrodenleitungen 12A-12D auf eine Länge optimiert werden sollte, die (in etwa) einer Parallelresonanz, also zum Beispiel 60 cm bei 64 MHz oder 80 cm bei 123 MHz, entspricht.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist zur Modifizierung der effektiven Leitungslänge der Elektrodenleitungen 12A-12D eine Stichleitung 15 vorgesehen, die an einem dem proximalen Ende 101 zugeordneten Ende 150 mit einer der Elektrodenleitungen 12A-12D elektrisch verbunden ist und sich von diesem Ende 150 parallel zu den Elektrodenleitungen 12A-12D innerhalb des Außenschlauchs 10 erstreckt, wie dies beispielhaft auch in 2 dargestellt ist. Die Stichleitung 15 weist eine mechanische Länge s auf. Die Summe der Elektrodenleitungslänge L und der Stichleitungslänge s ist vorzugsweise so, dass die effektive Leitungslänge L+s an der Elektrodenleitung 12A-12D einer Parallelresonanz entspricht.
-
Durch die Stichleitung 15 ist die effektive Leitungslänge der Elektrodenleitungen 12A-12D somit derart modifiziert, dass bei einer vorbestimmten MR-Anregungsfrequenz eine Einkopplung von Feldern und somit eine Erwärmung an den Elektrodenpolen 13A bis 13D unterdrückt ist. Eine übermäßige Erwärmung an den Elektrodenpolen 13A bis 13D kann auf diese Weise vermieden werden.
-
Eine Stichleitung 15 kann (wie in 1 dargestellt) am proximalen Ende 101 und/oder am distalen Ende 100 angeordnet sein. Denkbar und möglich ist hierbei auch, sowohl am proximalen Ende 101 als auch am distalen Ende 100 jeweils eine Stichleitung 15 vorzusehen.
-
Die Anordnung der Stichleitung 15 am proximalen Ende 101 oder am distalen Ende 100 kann auch von der Verwendung abhängig sein. Beispielsweise kann für eine Neurostimulation eine Stichleitung 15 am proximalen Ende 101 besonders effektiv sein, während für eine Anwendung als Herzelektrode eine Stichleitung 15 im Bereich des distalen Endes 100 vorteilhaft sein kann.
-
Grundsätzlich kann jede Elektrodenleitung 12A-12D mit einer gesonderten Stichleitung 15 verbunden sein, sodass die effektive Leitungslänge einer jeden Elektrodenleitung 12A-12D gesondert modifiziert ist.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Elektrodenleitungen 12A-12D jedoch über eine (einzige) gemeinsame Stichleitung 15 in ihrer effektiven Leitungslänge modifiziert. Die Elektrodenleitungen 12A-12D können hierzu an dem jeweiligen Ende 100, 101, an dem die Stichleitung 15 angeordnet ist, elektrisch bei der MR-Anregungsfrequenz, für die die Elektrode 1 optimiert sein soll, kurzgeschlossen sein, indem Kapazitäten zwischen den Elektrodenleitungen 12A-12D geschaltet sind, wie dies schematisch aus 4 und 5 ersichtlich ist. So können benachbarte Elektrodenleitungen 12A, 12B am proximalen Ende 101 über eine dazwischen geschaltete Kapazität 17 in Form zum Beispiel eines diskreten Kondensatorelements elektrisch bei der MR-Anregungsfrequenz kurzgeschlossen sein (4). Zusätzlich oder alternativ können benachbarte Elektrodenleitungen 12C, 12D im Bereich des distalen Endes 100 über eine dazwischen geschaltete Kapazität in Form zum Beispiel eines Kondensatorelements 18 kurzgeschlossen sein (5). Entsprechend können sämtliche Elektrodenleitungen 12A-12D effektiv miteinander kurzgeschlossen sein, sodass eine einzige Stichleitung 15, wie beispielhaft in 4 und 5 dargestellt, wirksam ist, um die effektive Leitungslänge an sämtlichen Elektrodenleitungen 12A-12D zu modifizieren.
-
Ein effektiver Kurzschluss bei der MR-Anregungsfrequenz, zum Beispiel bei 64 MHz oder 123 MHz, kann auch über das aktive Gerät 2 bewirkt werden. So kontaktiert die Elektrode 1 über ihre Anschlusselemente 14A-14D zugeordnete elektrische Kontaktelemente des aktiven Geräts 2, wie dies beispielhaft in 6 für zwei Anschlusselemente 14A, 14B und zugeordnete elektrische Kontaktelemente 21A, 21B des aktiven Geräts 2 dargestellt ist. Die elektrischen Kontaktelemente 21A, 21B, ausgebildet zum Beispiel jeweils als Buchse zur elektrischen Kontaktierung mit den zugeordneten hülsenförmigen Anschlusselementen 14A, 14B der Elektrode 1, können hierbei jeweils über eine Kapazität in Form eines Kondensatorelements 22A, 22B gegenüber einem Gehäuse 20 des aktiven Geräts 2 bei der MR-Anregungsfrequenz kurzgeschlossen sein, sodass innerhalb des aktiven Geräts 2 ein effektiver Kurzschluss für die Elektrodenleitungen 12A-12D bewirkt wird. In diesem Fall ist eine am proximalen Ende 101 mit einer der Elektrodenleitungen 12A-12D verbundene Stichleitung 15 wirksam zur Modifizierung der elektrischen Länge aller Elektrodenleitungen 12A-12D.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Elektrode 1 erstreckt sich die Stichleitung 15 parallel zu den Elektrodenleitungen 12A-12D innerhalb des Außenschlauchs 10 und ist mit ihrem Ende 150 mit einer zugeordneten Elektrodenleitung 12A-12D verbunden, mit ihrem anderen Ende hingegen frei (elektrisch offen).
-
Bei einem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Stichleitung 15 demgegenüber zunächst ausgehend von ihrem Ende 150, an dem die Stichleitung 15 mit einer der Elektrodenleitungen 12A-12D verbunden ist, parallel zu den Elektrodenleitungen 12A-12D weg vom proximalen Ende 101. An einem Wendepunkt 151 kehrt sich die Erstreckungsrichtung der Stichleitung 15 jedoch um, sodass sich die Stichleitung 15 mit einem Abschnitt zurück in Richtung des proximalen Endes 101 erstreckt. Die Abschnitte können hierbei Abschnittslängen S1, S2 aufweisen, die die effektive Leitungslänge der Elektrodenleitungen 12A-12D derart modifizieren, dass die effektive Leitungslänge einer Parallelresonanz höherer Ordnung entspricht (zum Beispiel der nächsthöheren Parallelresonanz in 3 bei einer Länge von ca. 150 cm für die MR-Anregungsfrequenz von 64 MHz (1,5 Tesla)).
-
Bei einem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stichleitung 15 wendelförmig aufgewickelt und erstreckt sich innerhalb des Außenschlauchs 10 um die Elektrodenleitungen 12A-12D herum. Die Stichleitung 15 ist mit ihrem Ende 150 mit einer zugeordneten Elektrodenleitung 12A-12D verbunden. Die Stichleitung 15 weist dabei eine mechanische Länge s auf.
-
Bei einem in 9A und 9B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stichleitung 15 als flexible Leiterbahn auf einem Träger 16 angeordnet, wobei im Falle der 9a die zugeordnete Elektrodenleitung 12A wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Darüber hinaus kann die Stichleitung 15 zusammen mit der Elektrodenleitung 12A zum Beispiel auf den Träger 16 aufgedruckt sein, wie dies in 9b gezeigt ist. Der Träger 16 kann beispielsweise durch ein flexibles Folienmaterial gebildet sein und ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, zum Beispiel einem LCP-Material.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9A, 9B ist die Stichleitung 15 geradlinig parallel zu der zugeordneten Elektrodenleitung 12A erstreckt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10A, 10B hingegen ist die Stichleitung 15, die wiederum als flexible Leiterbahn auf einem flexiblen Träger 16 gefertigt ist, in gewendelter Weise in dem Außenschlauch 10 angeordnet, indem ein die Stichleitung 15 tragender Abschnitt 160 des Trägers 16, der von einem die Elektrodenleitung 12A tragenden Abschnitt 161 abgezweigt ist, in gewendelter Weise innerhalb des Außenschlauchs 10 verlegt und aufgenommen ist.
-
Bei einem in 11A bis 11C dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stichleitung 15 mäanderförmig ausgebildet und zum Beispiel durch eine auf einen Trägerabschnitt 160 gedruckte flexible Leiterbahn verwirklicht. Die Stichleitung 15 ist hierbei durch aneinander angereihte Mäanderabschnitte 152, gebildet jeweils durch abwechselnd zueinander angeordnete Längsabschnitte 153 und Querabschnitte 154, geformt und erstreckt sich parallel zu den Elektrodenleitungen 12A-12D innerhalb des Außenschlauchs 10. Die Stichleitung 15 ist mit ihrem Ende 150 mit einer zugeordneten Elektrodenleitung 12A-12D verbunden. Durch die Mäanderform ist die benötigte Länge s' der Stichleitung 15 entlang des Trägerabschnitts 160 wesentlich kürzer als die tatsächliche geometrische Länge S der Stichleitung 15 entlang der Mäanderwindungen.
-
Bei einem in 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stichleitung 15 geradlinig innerhalb des Außenschlauchs 10 erstreckt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Stichleitung 15 und eine zugeordnete Elektrodenleitung 12A in einen Träger 16 eingebettet sind und sich entlang paralleler Ebenen E1, E2 innerhalb des Trägers 16 erstrecken. Die Stichleitung 15 kann hierbei eine Mäanderform (analog 11A bis 11C) aufweisen. Der Träger 16 sowie die darin eingebetteten Leiterbahnen können jeweils flexibel sein. Der Träger 16 kann beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 10 µm und 100 µm, zum Beispiel 50 µm, und eine Breite zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, beispielsweise 1 mm aufweisen.
-
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in andersgearteten Ausführungsformen verwirklichen.
-
Eine Elektrode hier beschriebenen Art kann grundsätzlich in ganz unterschiedlichen Anwendungen mit jeweils zugeordneten aktiven Geräten, zum Beispiel implantierbaren aktiven Geräten oder auch extern eines Patienten zu verwendenden aktiven Geräten, Verwendung finden.
-
Eine solche Elektrode kann hierbei eine oder mehrere Elektrodenleitungen und eine entsprechende Anzahl von Elektrodenpolen und Anschlusselementen aufweisen. Auch können die Elektrodenpole eine andere Gestalt als Ringelektrodenpole aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Implantierbare Elektrode
- 10
- Außenschlauch
- 100
- Distales Ende
- 101
- Proximales Ende
- 11
- Innenschlauch
- 12, 12A-D
- Elektrodenleitung
- 120
- Leiter
- 121
- Isolierung
- 13A-D
- Elektrodenpol
- 14A-D
- Anschlusselement
- 15
- Stichleitung
- 150
- Ende
- 151
- Wendepunkt
- 152
- Mäanderabschnitte
- 153
- Längsabschnitte
- 154
- Querabschnitte
- 16
- Träger
- 160, 161
- Trägerabschnitt
- 17
- Kapazität (Kondensatorelement)
- 18
- Kapazität (Kondensatorelement)
- 2
- Aktives Gerät
- 20
- Gehäuse
- 21A, 21B
- Elektrisches Kontaktelement
- 22A, 22B
- Kapazität (Kondensatorelement)
- E1, E2
- Ebene
- G
- Gewebe
- L
- Elektrodenleitungslänge
- s
- Stichleitungslänge
- s1, s2
- Abschnittslänge
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2009/0259281 A1 [0007]
- EP 2667929 B1 [0008]
- US 2015/0170792 A1 [0009]
