DE10328397A1

DE10328397A1 - Elektroden insbesondere zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms

Info

Publication number: DE10328397A1
Application number: DE2003128397
Authority: DE
Original assignee: EXOGEN MEDIZINTECHNIK AG
Current assignee: MAYER, HEINZ PETER, DR.MED., 93049 REGENSBURG, DE
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroden (1), insbesondere zur Behandlung von Tumorerkrankungen mithilfe des elektrischen Stroms, aus einem elektrisch leitenden, ultraschall- und/oder kernspin- und/oder CT-kompatiblen Material (3) (Elektrodenmaterial), wobei die Elektroden mindestens teilweise mit einem weiteren elektrisch leitenden Material (6) (Beschichtungsmaterial) beschichtet sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der genannten Elektroden, eine Verwendung derselben sowie eine Vorrichtung, welche die genannten Elektroden umfasst, und eine Verwendung der Vorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroden, insbesondere zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms.

Die Behandlung von Tumoren mit Hilfe des elektrischen Stroms ist aus der Praxis bekannt und wurde erstmals durch Prof. Dr. Nordenström (früherer Leiter der diagnostischen Abteilung für Radiologie am Karolinska-Krankenhaus in Stockholm; früherer Vorsitzender des Nobelpreis-Komitees für Medizin und Physiologie) auf eine moderne naturwissenschaftliche Grundlage gestellt. Mittlerweile haben sich zahlreiche Wissenschaftler aus aller Welt mit dieser Behandlungsmethode beschäftigt (siehe z.B. Bioelectromagnetics, 18, 8–13 (1997), „Electrochemical Treatment of Lung Cancer"; Medical Tribune ,Nr.16, April 1987).

Bei der genannten Behandlung werden Platinelektroden, meist unter Lokalanästhesie, in den Tumor und das angrenzende Gewebe eingeführt. Die Anzahl der eingebrachten Elektroden ist von der Größe des Tumors abhängig, wobei die Distanz zwischen zwei Elektroden in der Regel 1 bis 3 cm beträgt. An die Elektroden wird eine Spannung angelegt, wobei die Elektroden separat als Anoden oder Kathoden fungieren. Es findet Elektrolyse statt. Spricht ein Tumor auf die Behandlung an, kommt es im Tumor zu multiplen traumatischen Okklusionen kleiner Gefäße und zur Tumornekrose. Durch die von den positiv und negativ geladenen Elektroden verursachten massiven Ionenwanderungen im Gewebe wird das Mikromilieu so massiv gestört, dass die für solche Störungen besonders empfindlichen Tumorzellen früher oder später absterben.

Die für die genannte Tumorbehandlung bisher verwendeten Elektroden bestehen, wie bereits oben erwähnt, aus Platin, da dieses Metall sehr elektrolysestabil ist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Zudem besitzt es gewebeschonende Eigenschaften.

Ein Nachteil solcher Platinelektroden ist, dass sie sehr weich sind und sich deshalb leicht verbiegen können, wodurch sie nicht immer sicher zu plazieren sind. Auch sind sie mechanisch wenig beanspruchbar.

Zudem ist Platin im Ultraschall, im Kernspin sowie im CT (Computertomographie) schlecht sichtbar, wodurch sich diese Elektroden kaum unter direkter Beobachtung durch den Operateur plazieren lassen.

Ein weiterer Nachteil ist der hohe Preis von Platin, der den Anwender dazu nötigt, die Elektroden mehrfach zu verwenden, was aus Sicherheitsgründen nicht ratsam ist.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Elektroden zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der Elektroden aus dem Stand der Technik überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Elektroden, insbesondere zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms, aus einem elektrisch leitenden, ultraschall- und/oder kernspin- und/oder ct-kompatiblen Material (Elektrodenmaterial), wobei die Elektroden mindestens teilweise mit mindestens einem weiteren elektrisch leitenden Material (Beschichtungsmaterial) beschichtet sind.

Ultraschall-, kernspin- und CT-kompatibeles Material bedeutet in diesem Zusammenhang ein Material, welches bei diesen Verfahren (Ultraschall, Kernspintomographie, Computertomographie) verwendbar und gut sichtbar ist, sodass ein sicheres Plazieren der Elektroden möglich ist. Durch das Beschichtungsmaterial wird das Elektrodenmaterial in erster Linie vor Elektrolyse geschützt.

Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial elektrolysestabiler als das Elektrodenmaterial. D.h., dass das Beschichtungsmaterial i.d.R. ein positiveres Normalpotential als das Elektrodenmaterial aufweist.

Mit Vorteil ist das Beschichtungsmaterial bei den für die jeweiligen Behandlungen benötigten Strom- und Spannungsstärken im wesentlichen elektrolysestabil. D.h., dass während der Behandlung nur sehr geringe Mengen an Beschichtungsmaterial in kationischer Form in die umliegende Gewebeflüssigkeit übergehen.

Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial mindestens bis zu einer Stromstärke von 75 mA und mindestens bis zu einer Spannung von 25 V im wesentlichen elektrolysestabil. Als Beschichtungsmaterial sind beispielsweise elektrisch leitende Kunststoffe denkbar.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektroden ist das Beschichtungsmaterial jedoch ein Edelmetall, insbesondere Platin. Edelmetalle, insbesondere Platin, weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und sind sehr elektrolysestabil. Platin ist zudem sehr gewebeschonend. Das Beschichtungsmaterial weist vorzugsweise eine Schichtdicke von ca. 4 – 15 μm, insbesondere ca. 8 – 10 μm auf.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Elektroden nur teilweise, insbesondere nur an einem Ende, mit Beschichtungsmaterial beschichtet. Mit Vorteil sind nur die während der Behandlung im Tumor befindlichen leitenden Anteile der Elektroden mit Beschichtungsmaterial beschichtet.

Mit Vorteil ist das Elektrodenmaterial ein Metall oder eine Legierung, insbesondere Stahl oder Titan/Nickel-Legierung. Als Stahlelektroden können z.B. einfache Infusionsnadeln oder handelsübliche implantierbare Bohrdrähte aus Stahl oder Edelstahl, die mit Beschichtungsmaterial beschichtet sind, verwendet werden. Stahl eignet sich insbesondere für Behandlungen unter Ultraschall-Monitoring, nicht jedoch unter Kernspin-Monitoring, welches beispielsweise bei der Behandlung von Lebertumoren wichtig ist. Hierfür ist insbesondere Titan/Nickel-Legierung geeignet. Die genannten Materialien sind leicht verfügbar, stabil und kostengünstig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektroden ist das Beschichtungsmaterial über einen Haftvermittler, welcher zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Elektrodenmaterial angeordnet ist, mit dem Elektrodenmaterial verbunden. Dieser Haftvermittler erhöht die Haftung des Beschichtungsmaterials auf dem Elektrodenmaterial. Vorzugsweise ist der Haftvermittler ein Edelmetall, insbesondere Gold.

Mit Vorteil sind die erfindungsgemäßen Elektroden mit elektrisch nicht leitendem Isoliermaterial umgeben, vorzugsweise mit Naß- und/oder Pulverlack, wobei vorzugsweise mindestens ein, insbesondere beide Enden der Elektroden im wesentlichen frei von Isoliermaterial sind. Insbesondere sind die Abschnitte der Elektroden, welche mit Beschichtungsmaterial beschichtet sind, frei von Isoliermaterial. Die Abschnitte, welche frei von Beschichtungsmaterial sind, sind vorzugsweise mit Isoliermaterial beschichtet, um diese Abschnitte vor elektrolytischer Auflösung zu schützen, wobei die Elektroden am anderen, in der Regel nicht mit Beschichtungsmaterial beschichteten Ende vorzugsweise ebenfalls Abschnitte aufweisen, welche frei von Isoliermaterial sind, um einen elektrischen Kontakt zum Anschluss an eine Stromquelle zu schaffen. Das Isoliermaterial ist vorzugsweise ein gewebeverträgliches Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Teflon.

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Elektroden die Form von Nadeln auf. Dadurch ist ein besseres Einführen in den Körper möglich. Mit Vorteil weisen die Elektroden einen Durchmesser von ca. 0,1 – ca. 1 mm, vorzugsweise ca. 0,3 – ca. 0,8 mm, auf. Die Länge der Elektroden kann stark variieren und ist vom jeweiligen Einsatz derselben abhängig. In der Regel weisen die Elektroden einen runden Querschnitt auf, wobei auch andere Formen (z.B. mit eckigem Querschnitt) möglich sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, insbesondere zur Behandlung von Tumoren mit Hilfe des elektrischen Stroms, umfassend ein Gleichstromgerät und mindestens zwei, mit dem Gerät verbundene, erfindungsgemäße Elektroden.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung computer- und/oder mikroprozessorgesteuert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Daten über einen PC eingegeben und an einen Mikroprozessor weitergegeben, welcher die Vorgänge dann automatisch regelt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus folgenden Komponenten:

– Industrie PC
– TFT Flachdisplay, Tastatur und Maus
– Softwarepaket: Betriebssystem Windows NT 4.0, Steuerungssoftware inkl. Onlinehilfe, Datenbank Microsoft ACCESS, Digitalkamera, Grafiktool zur Bildverarbeitung
– Microcontrollereinheit: Netzteil, Microcontroller, regelbare Konstantstromquelle, Relaisverteiler, Schnittstellenumsetzer
– Elektrodenverteiler, Anschlussleitungen
– Elektroden

Mit der computergesteuerten Vorrichtung können während der Behandlung laufend die Grundgrößen Spannung (in V), Stromstärke (in mA) und elektrischer Widerstand (in Ohm) kontrolliert werden. Die benötigte Ladung (in Coulomb) wird nach Eingabe der Tumorgröße (Länge, Breite, Höhe) automatisch berechnet und angezeigt. Am Bildschirm können über Graphiken Stromstärke, Spannung, geplante und bereits verabreichte Ladung gut sichtbar kontinuierlich dargestellt werden. Der elektrische Widerstand kann laufend gemessen und angezeigt werden.

Vorzugsweise (besonders bei tieferliegenden Tumoren) wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit bilderzeugenden Vorrichtungen, wie Ultraschall, CT, Kernspin, kombiniert.

Durch die Computersteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann den Kriterien einer weitgehenden Zerstörung von Tumorgewebe mit einer Schonung von gesundem Gewebe so weit wie möglich Rechnung getragen werden. Prinzipiell sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Tumoren der Stromtherapie zugänglich, die sich unter den üblichen und standardisierten chirurgischen Kautelen mit Elektroden erreichen lassen. Beispielsweise sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mammakarzinome, Lungentumore, Lebertumore, alle Tumore im HNO-Bereich, gynäkologische Karzinome, Sarkome, Prostatakarzinome behandelbar.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms. Auch umfasst die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms.

Beispiele von Tumoren, welche mit den erfindungsgemäßen Elektroden bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelbar sind, sind oben aufgeführt.

Neben der Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms sind auch andere medizinische Verwendungen, welche auf den Abbau von Gewebe mit nicht entarteten Zellen abzielen, möglich (z.B. Entfernung von entzündeten Mandeln).

Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von, insbesondere erfindungsgemäßen, Elektroden, wobei auf vorgefertigte, elektrisch leitende, ultraschall- und/oder kernspin- und/oder ct-kompatible Elektrodenkörper elektrisch leitendes Beschichtungsmaterial aufgebracht wird.

Vorzugsweise wird vor dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials ein Haftvermittler aufgebracht, was die bei der Beschreibung der Elektroden genannten Vorteile bringt.

Mit Vorteil werden der Haftvermittler und das Beschichtungsmittel nur an einem Ende der Elektroden aufgebracht, was insbesondere die bei der Beschreibung der Elektroden genannten Vorteile (z.B. Einsparung von teurem Beschichtungsmaterial) bringt.

Vorzugsweise werden die Elektrodenkörper vor dem Aufbringen des Haftvermittlers, insbesondere durch Sandstrahlen, aufgerauht. Dadurch kann die Oberfläche erhöht werden, wodurch die Haftung der auf dem Elektrodenmaterial aufgebrachten Schichten erhöht wird. Außerdem kann durch diese Maßnahme die Sichtbarkeit, insbesondere im Ultraschall, weiter erhöht werden.

Neben Sandstrahlen kann auch Glasstrahlen zum Aufrauhen der Oberfläche durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird als Haftvermittler ein Edelmetall, vorzugsweise Gold, auf die Elektrodenkörper aufgebracht, vorzugsweise galvanisch abgeschieden.

Vorzugsweise wird als Beschichtungsmaterial ein Edelmetall, vorzugsweise Platin, insbesondere auf den Haftvermittler, aufgebracht, vorzugsweise galvanisch abgeschieden, was insbesondere die bei der Beschreibung der Elektroden genannten Vorteile bringt.

Mit Vorteil wird ein Isoliermaterial, insbesondere in Form eines Pulverlacks und/oder Naßlacks, auf die Elektroden aufgebracht, wobei vorzugsweise die Enden der Elektroden frei von Isoliermaterial bleiben. Diese Maßnahmen bringen insbesondere die bei der Beschreibung der Elektroden genannten Vorteile.

Im Falle des Einsatzes von Pulverlack wird dieser vorzugsweise aufgesprüht. Im Falle des Einsatzes von Naßlack wird dieser beispielsweise durch Aufstreichen auf die Elektroden aufgebracht.

Auch eine nanotechnologische Auftragung von Isoliermaterial ist eine vorteilhafte Aufbringungsmethode.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.

In den Zeichnungen zeigen:
1: Einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode;
2: Einen Querschnitt durch den mittleren Bereich der Elektrode nach 1;
3: Einen Querschnitt durch das spitz zulaufende Ende der Elektrode nach 1.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode 1, welche die Form einer Nadel mit einem spitz zulaufenden Ende 2 aufweist. Der Elektrodenkörper 3 besteht aus einer Titan/Nickel-Legierung. Der Elektrodenkörper 3 ist teilweise von einer isolierenden Teflonschicht 4 umgeben, wobei die Enden des Elektrodenkörpers jeweils frei von Teflon sind. Das spitz zulaufende Ende 2 ist ganz frei von Teflon. Das hintere, nicht spitz zulaufende Ende dient als Kontaktstelle für den Anschluss an eine Stromquelle.
Das spitz zulaufende Ende 2 des Elektrodenkörpers 3 ist mit einer Goldschicht 5 versehen. Diese Goldschicht 5 weist eine Dicke von ca. 0,5 μm auf und dient als Haftvermittler. Auf der Goldschicht 5 befindet sich eine Platinschicht 6, welche eine Dicke von ca. 8 μm aufweist.
2 zeigt einen Querschnitt durch den mittleren Bereich der erfindungsgemäßen Elektrode 1, die einen runden Querschnitt aufweist. Der Elektrodenkörper 3 ist in diesem Bereich von der Teflonschicht 4 umgeben.
3 zeigt einen Querschnitt durch das spitz zulaufende Ende 2 der erfindungsgemäßen Elektrode 1. Auch in diesem Bereich zeigt diese Elektrode einen runden Querschnitt. Der Elektrodenkörper ist in diesem Bereich von der Goldschicht 5 und der Platinschicht 6 umgeben.

Claims

Elektroden (1), insbesondere zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms, aus einem elektrisch leitenden, ultraschall- und/oder kernspin- und/oder CT-kompatiblen Material (3) (Elektrodenmaterial), wobei die Elektroden mindestens teilweise mit mindestens einem weiteren elektrisch leitenden Material (Beschichtungsmaterial) (6) beschichtet sind.
Elektroden (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (6) elektrolysestabiler als das Elektrodenmaterial (3) ist.
Elektroden (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (6) bei den für die Behandlungen benötigten Strom- und Spannungsstärken im wesentlichen elektrolysestabil ist.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (6) mindestens bis zu einer Stromstärke von 75 mA und mindestens bis zu einer Spannung von 25 V im wesentlichen elektrolysestabil ist.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (6) ein Edelmetall, insbesondere Platin, ist.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur teilweise, insbesondere nur an einem Ende (2), mit Beschichtungsmaterial (6) beschichtet sind.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial (3) ein Metall oder eine Legierung, insbesondere Stahl oder Titan/Nickel-Legierung, ist.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (6) über einen Haftvermittler (5), welcher zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Elektrodenmaterial (3) angeordnet ist, mit dem Elektrodenmaterial verbunden ist.
Elektroden (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler (5) ein Edelmetall, insbesondere Gold, ist.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit elektrisch nicht leitendem Isoliermaterial (4), vorzugsweise mit Naß- und/oder Pulverlack, umgeben sind, wobei vorzugsweise mindestens ein, insbesondere beide Enden der Elektroden im wesentlichen frei von Isoliermaterial sind.
Elektroden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Form von Nadeln aufweisen.
Vorrichtung, insbesondere zur Behandlung von Tumoren mit Hilfe des elektrischen Stroms, umfassend ein Gleichstromgerät und mindestens zwei, mit dem Gerät verbundene Elektroden (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie computer- und/oder mikroprozessorgesteuert ist.
Verwendung von Elektroden (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13 zur Behandlung von Tumorerkrankungen mit Hilfe des elektrischen Stroms.
Verfahren zur Herstellung von Elektroden (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei auf vorgefertigte, elektrisch leitende, ultraschall- und/oder kernspin- und/oder ct-kompatible Elektrodenkörper (3) elektrisch leitendes Beschichtungsmaterial (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials (6) ein Haftvermittler (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler (5) und das Beschichtungsmaterial (6) nur an einem Ende (2) der Elektroden aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkörper (3) vor dem Aufbringen des Haftvermittlers (5), insbesondere durch Sandstrahlen, aufgerauht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftvermittler (5) ein Edelmetall, vorzugsweise Gold, auf die Elektrodenkörper (3) aufgebracht, vorzugsweise galvanisch abgeschieden, wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (6) ein Edelmetall, vorzugsweise Platin, insbesondere auf den Haftvermittler (5), aufgebracht, vorzugsweise galvanisch abgeschieden, wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isoliermaterial (4), insbesondere in Form eines Pulverlacks und/oder Naßlacks, auf die Elektroden aufgebracht wird, wobei vorzugsweise die Enden der Elektroden frei von Isoliermaterial bleiben.