DE102021117160A1 - Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung - Google Patents

Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung Download PDF

Info

Publication number
DE102021117160A1
DE102021117160A1 DE102021117160.1A DE102021117160A DE102021117160A1 DE 102021117160 A1 DE102021117160 A1 DE 102021117160A1 DE 102021117160 A DE102021117160 A DE 102021117160A DE 102021117160 A1 DE102021117160 A1 DE 102021117160A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
implant
impedance
implant system
stimulation
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102021117160.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Nadja Engel
Michael Dau
Peer Wolfgang Kämmerer
Vivien Engel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Rostock
Original Assignee
Universitaet Rostock
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Rostock filed Critical Universitaet Rostock
Priority to DE102021117160.1A priority Critical patent/DE102021117160A1/de
Publication of DE102021117160A1 publication Critical patent/DE102021117160A1/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0538Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body invasively, e.g. using a catheter
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4848Monitoring or testing the effects of treatment, e.g. of medication
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/686Permanently implanted devices, e.g. pacemakers, other stimulators, biochips
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/7475User input or interface means, e.g. keyboard, pointing device, joystick
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/326Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for promoting growth of cells, e.g. bone cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02Operational features
    • A61B2560/0204Operational features of power management
    • A61B2560/0214Operational features of power management of power generation or supply
    • A61B2560/0219Operational features of power management of power generation or supply of externally powered implanted units
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/14Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4836Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6867Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
    • A61B5/6878Bone
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02Details
    • A61N1/08Arrangements or circuits for monitoring, protecting, controlling or indicating

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung.Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Implantatsystem bereit zu stellen, welches in der Lage ist, ein Einwachsverhalten eines Implantates zum einen zu beschleunigen und zum anderen zu überwachen.Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisch stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung.
  • Implantatstrukturen welche durch elektrische Impulse angrenzende Zellen stimulieren, in der Absicht die Einheilung zu verbessern und zu beschleunigen, um so die bestmögliche Funktionsweise des Implantates zu ermöglichen, sind Gegenstand der Forschung und zum Teil der Technik.
  • Die Impedanz ist gleichzusetzen mit dem Wechselstromwiederstand, der auch zwischen Zellen und dem umgebenden Substrat gemessen werden kann. Dies liegt ursächlich daran, dass die Zellen sich aufgrund der isolierenden Eigenschaften ihrer Plasmamembran wie dielektrische Partikeln verhalten.
  • Wenn Zellen sich an Elektroden eines Impedanzanalysators festsetzen, wirken sie als Isolatoren und erhöhen die Impedanz. Wenn die Zellen wachsen und die Elektroden bedecken, wird der Strom in einer Weise behindert, die von der Anzahl der Zellen, die die Elektrode bedecken, der Morphologie der Zellen und der Art der Zellanhaftung abhängt. Wenn Zellen stimuliert werden, um ihre Funktion zu ändern, verändern die damit einhergehenden Änderungen der Zellmorphologie die Impedanz.
  • Bisherige Impedanzanalysatoren, sind bekannt aus dem Impedanzmonitoring für z.B. den Nachweis des Metastasierungsverhaltens von Tumorzellen oder zum Studium der transepithelialer Resistenz von Zellmonolayern.
  • Die Analyse der Impedanz während des Einheilungsprozesses von Implantaten ist neu. Klassischer Weise wird die Bewertung der Knochenregeneration durch invasive Ansätze überwacht, z.B. durch die Entnahme von Knochenproben von der Implantationsstelle zur histologischen Bewertung oder durch 3D radiologische Methoden.
  • Ferner offenbart die Druckschrift DE102005017740A1 eine Vorrichtung zur elektrischen Stimulation von elektrisch stimulierbarem biologischem Material mit einem in Wirkkontakt zu dem biologischen Material implantierbaren Elektrodenarray, das eine zweidimensionale Anordnung umfasst, die bei Beaufschlagung mit einem Stimulationssignal ein Stimulationsfeld (S1, S2, ...) für das biologische Material erzeugen, und Mittel zur Beaufschlagung der Einzelelektroden mit den Stimulationssignalen. Die Elektrodenbeaufschlagungsmittel zur Beaufschlagung der Einzelelektroden mit Wechselfeld-Stimulationssignalen sind derart eingerichtet, dass das von den Einzelelektroden für das biologische Material erzeugte Stimulationsfeld eine Rotationskomponente aufweist.
  • Nachteilig im Stand der Technik, dass ein kontinuierliches Monitoring eines Einheilungsprozesses der Implantate nur mittels bildgebender Verfahren, wie beispielsweise Röntgen, MRT- oder CT-Verfahren möglich ist. Dies verursacht hohe Nachbehandlungskosten für die behandelnden Ärzte und Kliniken und das Gesundheitssystem bedeutet vor allem, dass die Patienten hohen Belastungen ausgesetzt sind.
  • Darstellung der Erfindung
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Implantatsystem bereit zu stellen, welches in der Lage ist, ein Einwachsverhalten eines Implantates zum einen zu beschleunigen und zum anderen zu überwachen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Implantatsystem zur elektrischen Stimulation eines ein Implantat umgebendes Gewebes, um einen Einheilungsprozess des Implantates zu beschleunigen, wobei das Implantatsystem ferner derart ausgestaltet eine Nachverfolgung des Einheilungsprozesses zu ermöglichen. Gemäß verschiedener Ausgestaltungsformen, weist das Implantatsystem folgende Komponenten auf:
    1. a. ein Implantat,
    2. b. ein Stimulationssystem, wobei das Stimulationssystem eine Signalausgabeeinheit aufweist, welche derart ausgebildet ist, mittels Signalen eine erste Elektrodenanordnung derart anzusteuern, dass eine elektrisch initiierte Stimulation von Zellen des das Implantat umliegenden Gewebes erfolgt,
    3. c. ferner aufweisend eine Impedanzerfassungsvorrichtung, wobei die Impedanzerfassungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, mittels einer zweiten Elektrodenanordnung eine Impedanz des das Implantat umliegenden Gewebes zu messen und ein Impedanzmesssignal auszugeben,
    4. d. ferner aufweisend eine Steuerungs- und Regelungseinheit, welche derart ausgestaltet ist, das Impedanzmesssignal von der Impedanzerfassungsvorrichtung zu empfangen und zu verarbeiten und welche derart ausgestaltet ist, ein Ausgangssignal basierend auf dem Impedanzmesssignal zu generieren und an das Stimulationssystem zu senden, so dass das Stimulationssystem abhängig vom Impedanzmesssignal das Gewebe stimuliert.
  • Gemäß verschiedener Ausgestaltungen weist das Impedanzmesssignal eine Gesamtimpedanz Z in Abhängigkeit verschiedener Frequenzen ω, eines Zell-Zell-Kontakt-Widerstandes Rb, einer Zellschichten-Kapazität Cm und eines Impedanzparameters α auf, wobei der Impedanzparameter α Anteile der Gesamtimpedanz Z beschreibt, welche sich aus einer Nähe einer Zellmonoschicht zur Elektrodenoberfläche ergeben (Zell-Substrat-Kontakte).
  • Der Impedanzparameter α korreliert mit einem Differenzierungsprozess von Zellen des umliegenden Gewebes und/oder mit dem Einheilungsprozess des Implantates.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist das Implantat aus metallischen und/oder polymeren Materialien gefertigt, welche bevorzugt den Anforderungen der Biokompatibilität entsprechen und bevorzugt aus Titan und oder Titanlegierungen gefertigt sind.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist es außerdem denkbar, dass das Implantat die Struktur eines Scaffolds aufweist und/oder eine dezellularisierte Zellmatrix und/oder ein anderes Erzeugnis des Tissue Engineerings und/oder des Rapid Prototyping aufweist. Diese Strukturen realisieren eine patientenspezifische Anpassung an den Umfang der zu ersetzenden Strukturen.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist das Implantatsystem eine Sensoreinheit auf, welche Messwerte physikalischer und/oder chemischer und/oder zytopharmakologische Größen ermittelt, wodurch beispielsweise der Einheilungsprozess und/oder entzündliche- und/oder degenerative Prozesse erkannt werden können und/oder ggf. vom zu behandelnden Arzt entsprechend auf die ermittelten Messwerte reagiert werden kann.
  • Ferner weist das Implantatsystem gemäß verschiedener Ausführungsformen eine Ausgabeeinheit und/oder eine Speichereinheit auf, welche insbesondere zur Ausgabe und/oder Speicherung des Impedanzmesssignals und/oder zur Ausgabe und/oder Speicherung der ausgebenden Signale des Stimulationssystems und/oder zur Ausgabe und/oder Speicherung erfasster Werte der Sensoreinheit ausgestaltet sind.
  • Ferner weist das Implantatsystem, gemäß verschiedener Ausführungsformen, eine Eingabeeinheit auf. Durch die Eingabeeinheit wird eine manuelle Eingabe von Prozessgrößen ermöglicht. Die Eingabeeinheit ist, gemäß verschiedener Ausführungsformen, ferner an das Stimulationssystem und/oder an die Impedanzerfassungsvorrichtung und/oder an die Steuerungs- und Regelungseinheit derart gekoppelt, dass die elektrische Stimulation und/oder der Impedanzerfassungsvorgang von außerhalb, beispielsweise durch einen behandelnden Arzt, bedient und manuell angesteuert werden kann/können.
  • Ferner weist das Implantatsystem zumindest eine Energiequelle auf, welche das Implantatsystem mit Energie versorgt, wobei die Energiequelle ein Akkumulator sein kann, welcher gemäß verschiedener Ausführungsformen derart ausgestaltet ist, dass dieser durch Magnetismus wieder aufladbar ist.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist auf dem Implantat eine Oberflächenbeschichtung angeordnet, wobei die Oberflächenbeschichtung beispielsweise Polymere und/oder Polymerblends und/oder Hydrogelen oder/oder Drug delivery Systeme und/oder Fliesen und/oder Partikel und/oder Stammzellen aufweist. Diese oder andere Oberflächenbeschichtungen können dazu beitragen die antiinflammatorischen Eigenschaften zu erhöhen und/oder können auch dazu beitragen den Einheilungsprozess des Implantates zu beschleunigen, wodurch beispielsweise die ordinären Eigenschaften endogenen Knochens schneller und effektiver übernommen werden können.
  • Die Impedanz ist gleichzusetzen mit dem Wechselstromwiederstand der zwischen Zellen und dem umgebenden Substrat gemessen wird. Zellen verhalten sich aufgrund der isolierenden Eigenschaften ihrer Plasmamembran wie dielektrische Partikel. Der ausgesendete Wechselstrom beeinflusst die messbare Frequenz in Abhängigkeit der Eigenschaften der Zellen. Durch die Variation des angelegten Wechselstromes und dessen Frequenz kann bestimmt werden, ob sich die Zellmembraneigenschaften, die Zell-Zell-Kontakte oder die Zelladhäsion ändern. Grundlage für den Rückschluss auf die Differenzierungseigenschaften der das Implantat umgebenden Zellen und der Beurteilung des Einheilungsprozesses ist der mathematische Zusammenhang: | Z m o d e l l | = ƒ { w , C m , a , R b , }
    Figure DE102021117160A1_0001
    Der Betrag der Gesamtimpedanz Z ist damit eine Funktion, die abhängig ist von den Variablen der Frequenzen ω, des Zell-Zell-Kontakt-Widerstandes Rb und der Zellschichten-Kapazität Cm und des Impedanzparameters α. Der Impedanzparameter α ist damit ein Anteil der Gesamtimpedanz Z. Der Impedanzparameter αermöglicht, dass unterschieden werden kann, ob eine Impedanzveränderung aufgrund von Proliferationseigenschaften oder Aufgrund von Differenzierungsprozessen stattfindet. Der Impedanzparameter αbeschreibt die Interaktion zwischen Zellen und Substrat, welche sich aus einer Nähe einer Zellmonoschicht zur Elektrodenoberfläche ergibt (Zell-Substrat-Kontakte). Proliferationseigenschaften betreffen das Wachstum von Gewebe und beschreiben sowohl die Zellteilung als auch das Zellwachstum. Differenzierungsprozesse betreffen die Entwicklungsbiologie und beschreiben die Spezialisierung von Zellen. Im Falle eines Einwachsens eines Implantates in ein Knochengewebe meint die Differenzierung die Entwicklung von Stammzellen zu osteogenen Zellen. Die Proliferation von Zellen hat einen signifikanten Einfluss auf den Zell-Substrat-Kontakt, wodurch die Berechnung von dem Impedanzparameter αeine Diskriminierung zwischen Proliferation und Differenzierung realisiert. Der Impedanzparameter αwird mit dem Einheilungsprozess des Implantates in das umliegende Gewebe assoziiert und hat die Aufgabe eine Bewertung der Knochenregeneration zu realisieren.
  • Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Implantatsystem zur elektrischen Stimulation eines ein Implantat umgebendes Gewebe und zur Nachverfolgung eines Einheilungsprozesses eines Implantates ist die Möglichkeit der gezielten Modulierung der Migration, Proliferation und Differenzierungseigenschaften des das Implantat umgebenden Gewebes durch regulier- und steuerbare elektrische Stimulation, gekoppelt an eine impedanzbasierte Überprüfung dieser Zell- und Zellwachstumseigenschaften. Dadurch realisiert das Implantatsystem eine schnelle, effektive und anpassbare sowie nachverfolgbare Einheilung von dem Implantat in das bevorzugt osteogene Gewebe. Die impedanzbasierte Überprüfung wird durch die Impedanzerfassungsvorrichtung realisiert und schützt im Gegensatz zu anderen invasiven Methoden die periimplantäre Umgebung
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird anhand eines/mehrerer Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigen
    • 1 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Implantatsystems
  • In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die erfindungsgemäße Anordnung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“ usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Zeichnungen verwendet. Die Richtungsterminologie dient der Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.
  • Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ zum Beschreiben verwendet sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (beispielsweise ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. in einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung.
  • In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Implantatsystem 1 zur elektrischen Stimulation eines ein Implantat umgebendes Gewebe und zur Nachverfolgung eines Einheilungsprozesses eines Implantates. Es weist folgende Komponenten auf: ein Implantat 2, ein Stimulationssystem 3, eine Impedanzerfassungsvorrichtung 4 und eine Steuerungs- und Regelungseinheit 5. Das Stimulationssystem 3 weist eine Signalausgabeeinheit 31 (nicht dargestellt) auf, welche derart ausgebildet ist, mittels Signalen eine erste Elektrodenanordnung 32 (nicht dargestellt) derart anzusteuern, dass eine elektrisch initiierte Stimulation von Zellen des das Implantat 2 umliegenden Gewebes erfolgt. Die Impedanzerfassungsvorrichtung 4 ist derart ausgestaltet, mittels einer zweiten Elektrodenanordnung 41 (hier nicht dargestellt) eine Impedanz des das Implantat 2 umliegenden Gewebes zu messen und ein Impedanzmesssignal 42 auszugeben. Die Steuerungs- und Regelungseinheit 5 ist derart ausgestaltet, das Impedanzmesssignal 42 von der Impedanzerfassungsvorrichtung 4 zu empfangen und zu verarbeiten und welche derart ausgestaltet ist, ein Ausgangssignal 51 basierend auf dem Impedanzmesssignal 42 zu generieren und an das Stimulationssystem 3 zu senden, so dass das Stimulationssystem 3 abhängig vom Impedanzmesssignal 42 das Gewebe stimuliert.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist das Impedanzmesssignal 42 eine Gesamtimpedanz Z in Abhängigkeit verschiedener Frequenzen ω, eines Zell-Zell-Kontakt-Widerstandes Rb, einer Zellschichten-Kapazität Cm und eines Impedanzparameters α auf, wobei der Impedanzparameter α Anteile der Gesamtimpedanz Z beschreibt, welche sich aus einer Nähe einer Zellmonoschicht zur Elektrodenoberfläche ergeben (Zell-Substrat-Kontakte). Der Impedanzparameter α korreliert mit einem Differenzierungsprozess von Zellen des umliegenden Gewebes. Ferner korreliert der Impedanzparameter α mit dem Einheilungsprozess des Implantates 1 korreliert.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele ist das Implantat 2 aus metallischen und/oder polymeren Materialien gefertigt. Das Implantat 2 kann jedoch auch als ein Scaffold und/oder eine dezellularisierte Zellmatrix und/oder ein anderes Erzeugnis des Tissue Engineerings ausgebildet sein.
  • Ferner weist das erfindungsgemäße Implantatsystem eine Sensoreinheit (in 1 nicht dargestellt), eine Ausgabeeinheit 6 und/oder eine Speichereinheit 7 auf, zur Ausgabe und/oder Speicherung des Impedanzmesssignals 42, zur Ausgabe und/oder Speicherung der ausgebenden Signale des Stimulationssystems 3 und/oder zur Ausgabe und/oder Speicherung erfasster Werte der Sensoreinheit. Ferner weist das Implantatsystem 1 bevorzugt eine Eingabeeinheit 8 zur manuellen Eingabe von Prozessgrößen auf, wobei die Eingabeeinheit 8 mit dem Stimulationssystem 3 und/oder mit der Impedanzerfassungsvorrichtung 4 und/oder mit der Steuerungs- und Regelungseinheit 5 verbunden ist. Wie in 1 dargestellt können Ausgabeeinheit 6, Speichereinheit 7 und Eingabeeinheit 8 zusammengefasst in einer Vorrichtung bereitgestellt werden, beispielsweise mittels einem Endgerät, beispielsweise einem Laptop, einem Tablet oder einem Smartphone.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist das Implantatsystem 1 zumindest eine Energiequelle, welche beispielsweise ein Akkumulator ist, auf. Hierbei ist eine Akkumulator denkbar, welcher derart ausgestaltet ist, dass dieser ein durch Magnetismus aufladbarer Akkumulator ist. Eine Verwendung anderer Energiequellen, welche mit Drahtverbindung oder kabellos dem Implantsystem 1 Energie zur Verfügung stellen, sind jedoch denkbar.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann das Implantat 2 eine Oberflächenbeschichtung 12 aufweisen, welche Polymere und/oder Polymerblends und/oder Hydrogele oder/oder Drug delivery Systeme und/oder Fliese und/oder Partikel und/oder insbesondere Stammzellen aufweist.
  • In 1 ist das umliegende Gewebe beispielshaft als Knochengewebe dargestellt. Andere Gewebearten sind jedoch denkbar. Bei dem hier dargestellten Implantat 2 handelt es sich beispielshaft um ein Standardbeinimplantat. Auch andere Ausführungsformen des Implantates 2 sind denkbar, beispielsweise können Zahn-, Hüft-, Gelenkimplantate verwendet, welche als Ersatz und/oder Stütze für Knochenmaterial implantiert werden sollen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Implantatsystem
    2
    Implantat
    3
    Stimulationssystem
    31
    Signalausgabeeinheit
    32
    erste Elektrodenanordnung
    4
    Impedanzerfassungsvorrichtung
    41
    zweite Elektrodenanodnung
    42
    Impedanzmesssignal
    5
    Steuerungs- und Regelungseinheit
    51
    Ausgangssignal
    6
    Ausgabeeinheit
    7
    Speichereinheit
    8
    Eingabeeinheit
  • 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
    • DE 102005017740 A1 [0007]

Claims (15)

  1. Implantatsystem (1) zur elektrischen Stimulation eines ein Implantat umgebendes Gewebe und zur Nachverfolgung eines Einheilungsprozesses eines Implantates, Implantatsystem (1) aufweisend a. ein Implantat (2), b. ein Stimulationssystem (3), wobei das Stimulationssystem (3) eine Signalausgabeeinheit (31) aufweist, welche derart ausgebildet ist mittels Signalen eine erste Elektrodenanordnung (32) derart anzusteuern, dass eine elektrisch initiierte Stimulation von Zellen des das Implantat (2) umliegenden Gewebes erfolgt, c. ferner aufweisend eine Impedanzerfassungsvorrichtung (4), wobei die Impedanzerfassungsvorrichtung (4) derart ausgestaltet ist, mittels einer zweiten Elektrodenanordnung (41) eine Impedanz des das Implantat (2) umliegenden Gewebes zu messen und ein Impedanzmesssignal (42) auszugeben, d. ferner aufweisend eine Steuerungs- und Regelungseinheit (5), welche derart ausgestaltet ist, das Impedanzmesssignal (42) von der Impedanzerfassungsvorrichtung (4) zu empfangen und zu verarbeiten und welche derart ausgestaltet ist, ein Ausgangssignal (51) basierend auf dem Impedanzmesssignal (42) zu generieren und an das Stimulationssystem (3) zu senden, so dass das Stimulationssystem (3) abhängig vom Impedanzmesssignal (42) das Gewebe stimuliert.
  2. Implantatsystem (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Impedanzmesssignal (42) eine Gesamtimpedanz Z in Abhängigkeit verschiedener Frequenzen ω, eines Zell-Zell-Kontakt-Widerstandes Rb, einer Zellschichten-Kapazität Cm und eines Impedanzparameters α aufweist.
  3. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzparameter α Anteile der Gesamtimpedanz Z beschreibt, welche sich aus einer Nähe einer Zellmonoschicht zur Elektrodenoberfläche ergeben (Zell-Substrat-Kontakte).
  4. Implantatsystem (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzparameter α mit einem Differenzierungsprozess von Zellen des umliegenden Gewebes korelliert.
  5. Implantatsystem (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzparameter α mit dem Einheilungsprozess des Implantates (1) korreliert.
  6. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (2) aus metallischen und/oder polymeren Materialien gefertigt ist.
  7. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (2) ein Scaffold und/oder eine dezellularisierte Zellmatrix und/oder ein anderes Erzeugnis des Tissue Engineerings ist.
  8. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Sensoreinheit.
  9. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Ausgabeeinheit (6) und/oder eine Speichereinheit (7), zur Ausgabe und/oder Speicherung des Impedanzmesssignals (42), zur Ausgabe und/oder Speicherung der ausgebenden Signale des Stimulationssystems (3) und/oder zur Ausgabe und/oder Speicherung erfasster Werte der Sensoreinheit.
  10. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Eingabeeinheit (8) zur manuellen Eingabe von Prozessgrößen, wobei die Eingabeeinheit (8) mit dem Stimulationssystem (3) und/oder mit der Impedanzerfassungsvorrichtung (4) und/oder mit der Steuerungs- und Regelungseinheit (5) verbunden ist.
  11. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eine Energiequelle.
  12. Implantatsystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle ein Akkumulator ist.
  13. Implantatsystem (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator derart ausgestaltet ist, dass dieser ein durch Magnetismus aufladbarer Akkumulator ist.
  14. Implantatsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenbeschichtung (12) auf dem Implantat (1) angeordnet ist.
  15. Implantatsystem (1) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (12) Polymere und/oder Polymerblends und/oder Hydrogele oder/oder Drug delivery Systeme und/oder Fliese und/oder Partikel und/oder insbesondere Stammzellen sind.
DE102021117160.1A 2021-07-02 2021-07-02 Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung Granted DE102021117160A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021117160.1A DE102021117160A1 (de) 2021-07-02 2021-07-02 Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021117160.1A DE102021117160A1 (de) 2021-07-02 2021-07-02 Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021117160A1 true DE102021117160A1 (de) 2023-01-05

Family

ID=84492871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021117160.1A Granted DE102021117160A1 (de) 2021-07-02 2021-07-02 Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021117160A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19758110A1 (de) 1997-12-17 1999-07-01 Biotronik Mess & Therapieg Stimulationseinrichtung zur Rückenmarkstimulation
DE102005017740A1 (de) 2005-04-12 2006-10-19 Universität Tübingen Vorrichtung zur elektrischen Stimulation von biologischem Material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19758110A1 (de) 1997-12-17 1999-07-01 Biotronik Mess & Therapieg Stimulationseinrichtung zur Rückenmarkstimulation
DE102005017740A1 (de) 2005-04-12 2006-10-19 Universität Tübingen Vorrichtung zur elektrischen Stimulation von biologischem Material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60019621T2 (de) Cochlea-implantat
Black et al. Chronic recording and electrochemical performance of Utah microelectrode arrays implanted in rat motor cortex
Sillay et al. Long-term measurement of impedance in chronically implanted depth and subdural electrodes during responsive neurostimulation in humans
DE60308555T2 (de) Programmierung eines implantierbaren neurostimulators mit anzeige der lebensdauer der batterie
DE202009018275U1 (de) Elektroden für eine Stimulationsleitung
EP2965780B1 (de) Vorrichtung zur steuerung der elektrischen ladung an stimulationselektroden
WO2011159923A3 (en) Implantable micro-component electrodes
Wang et al. Characteristics of electrode impedance and stimulation efficacy of a chronic cortical implant using novel annulus electrodes in rat motor cortex
EP0830876B1 (de) Implantierbare Vorrichtung zur Tachykardie-Früherkennung und -Unterdrückung beim Herzen
Falco et al. Cross talk: a new method for peripheral nerve stimulation. An observational report with cadaveric verification
Della Valle et al. Compositional and morphological properties of platinum-iridium electrodeposited on carbon fiber microelectrodes
EP2140262A2 (de) Verfahren und anordnung zum elektrischen kontaktieren eines membranumhüllten objekts mit einer elektrode
DE69533827T2 (de) Elektrochemische bewertung des verhaltens von zellen und deren stoffwechselaktivität
della Valle et al. Electrodeposited platinum iridium enables microstimulation with carbon fiber electrodes
DE102005031427A1 (de) Programmierbare Vorrichtung und Verfahren zur Optimierung und Echtzeit-Überwachung der Gen-Transfektion auf der Basis einer benutzerkonfigurierten willkürlichen Wellenformimpulsfolge
Voigt et al. Cathodic-leading pulses are more effective than anodic-leading pulses in intracortical microstimulation of the auditory cortex
Musselman et al. Validated computational models predict vagus nerve stimulation thresholds in preclinical animals and humans
DE102021117160A1 (de) Stimulierbares Implantat mit inkludierter Impedanzmessung
EP2338566A1 (de) Implantierbares medizinisches Gerät mit Mitteln zur Rekonstruktion eines unvollständig erfassten Signals
DE102010052197A1 (de) Vorrichtung zur spezifischen Beeinflussung lebenden Zellmaterials
EP3183563B1 (de) Monitoring der wirkung von substanzen auf in vitro gewebe
DE102019000763A1 (de) Anordnung zur elektrischen Charakterisierung von biologischem Material
DE2318576A1 (de) Vorrichtung zur beeinflussung des knochenwachstums
Yaeli et al. Form-function relations in cone-tipped stimulating microelectrodes
Meijs et al. Corrosion study of implanted TiN electrodes using excessive electrical stimulation in minipigs

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division