DE19703737A1

DE19703737A1 - Implantable telemetric stimulation system

Info

Publication number: DE19703737A1
Application number: DE1997103737
Authority: DE
Inventors: Michael R Dipl Phys Bedrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-01
Filing date: 1997-02-01
Publication date: 1998-08-06

Abstract

the system has an extracorporal subsystem (1,2) and an implantable telemetric stimulation system (4-7) for use as an electrical pacemaker for medical therapy and diagnostics for humans and animals. The implantable subsystem does not contain its own internal power supply and acquires the energy required for the stimulation pulses from the triggered high frequency a.c. field radiated into the body via a coil. The energy required for the stimulation pulses is temporarily stored in an electrical capacitance. The stimulation generation and delivery functions are controlled by the extracorporal subsystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein implantierbares telemetrisches Reizsystem wel ches keine eigene Energiequelle besitzt. The invention relates to an implantable telemetric stimulation system wel ches does not have its own energy source.

In der modernen Medizin sind implantierbare Systeme zur Unterstützung bzw. zur totalen Übernahme der Muskel- oder Nervenreizung nicht mehr wegzu denken. Klassische Vertreter dieser Geräte sind die Herzschrittmacher. Seit ei niger Zeit werden auch erfolgreich sogenannte Hirnschrittmacher implantiert. Diese Gerätefamilien zeichnen sich apparativ dadurch aus, daß die Energie quelle gemeinsam mit der Steuerelektronik in ein Streichholzschachtel großes Gefäß untergebracht ist, und der elektrische Reizimpuls über einen Katheter an den Ort des Wirken transportiert wird.Implantable systems are a support in modern medicine or to completely take away the muscle or nerve irritation think. Classic representatives of these devices are the pacemakers. Since egg So-called brain pacemakers are also successfully implanted. These device families are characterized by the fact that the energy swell together with the control electronics in a large matchbox Vessel is housed and the electrical stimulus through a catheter the place of action is transported.

Die notwendig operativen Eingriffe zum Applizieren eines Schrittmachers sind heute Routinearbeit. Sie werden oft ambulant unter örtlicher Betäubung ausgeführt. Da jedoch die Energiequelle mit implantiert wird, macht sich je nach Batterietyp ein Austausch des gesamten Systems nach 5 bis 15 Jahren erforder lich. Der Patient selbst kann keinen Einfluß auf die Funktionen des Reizsystems nehmen. Die Elektronik wird i.d.R. so konstruiert, daß sie entweder nach einem festgelegten Reizmuster zeitliche Impulse abgibt, oder sie wertet zusätzlich be stimmte physiologische Potentiale, z. B. die Vorhofaktivität des Herzens aus, und errechnet so zu welchem Zeitpunkt Energie abgegeben werden soll.The necessary surgical interventions to apply a pacemaker are routine work today. They often become outpatients under local anesthesia executed. However, since the energy source is implanted, it depends on Battery type requires the entire system to be replaced after 5 to 15 years Lich. The patient himself cannot influence the functions of the irritation system to take. The electronics are usually constructed in such a way that either after a predefined stimulus pattern gives temporal impulses, or additionally evaluates them agreed physiological potentials, e.g. B. the atrial activity of the heart, and calculates the time at which energy should be released.

Die zu beschreibende vorteilhafte Erfindung realisiert ebenfalls die oben erläuterten elektrische Reize. Sie verfügt jedoch über keine eigene Energiequel le, sondern lediglich über einen temporären Energiespeicher in der Funktion ei nes elektrischen Kondensators. Das implantierbare telemetrische Reizsystem besteht aus einem Telemetriesystem zum Übertragen von elektrischer Energie und Informationen. Der Transport von Informationen kann bidirektional erfolgen. Das ist in den fällen sinnvoll, wenn vor (oder nach) einer Impulsabgabe ein Po tential ausgewertet werden soll. Obgleich die notwendige elektrische Energie für die Stimulation von Muskelgewebe und Nervenfasern sehr gering ist, wird aus Gründen der Reduzierung von elektrischer Strahlung vorgeschlagen, vor der Abgabe eines Impulses die notwendige Energie in einer Kapazität zwi schenzuspeichern. Ein weiterer Grund dies zu tun, liegt in der geringen Energie dichte begründet, die je tiefer das System im Körper implantiert wird, eingebracht werden kann. Die Empfangs- und Sendespule wird zur Erzielung einer möglichst hohen Energieausbeute als Subminiaturspule ausgebildet und in die Vorrichtung eingebettet. Zur Steuerung des Telemetriesystems sowie der Funktionen zur Erzeugung und Abgabe des Reizimpulses dient eine mikroelektronische Schal tung. Sie ist äußerst klein, etwa mit den Abmessungen 5 × 2 mm². Der temporäre Energiespeicher wird durch eine elektrische Kapazität gebildet, die je nach An wendung diskret ausgebildet sein kann (Kondensator). Zur Abgabe des Reizim pulses und für die Messung körpereigener Potentiale sind ein oder mehrere leit fähige Elektroden ausgebildet, welche in ihrer form auch zur mechanischen Ar retierung im Gewebe dienen können.The advantageous invention to be described also realizes the electrical stimuli explained above. However, it does not have its own energy source, but only a temporary energy store in the function of an electrical capacitor. The implantable telemetric stimulation system consists of a telemetry system for transmitting electrical energy and information. Information can be transported bidirectionally. This is useful in cases where a potential is to be evaluated before (or after) a pulse is emitted. Although the necessary electrical energy for the stimulation of muscle tissue and nerve fibers is very low, it is proposed for reasons of the reduction of electrical radiation to temporarily store the necessary energy in a capacitance before emitting a pulse. Another reason for doing this is due to the low energy density that can be introduced the deeper the system is implanted in the body. The receiving and transmitting coil is designed as a subminiature coil to achieve the highest possible energy yield and is embedded in the device. A microelectronic circuit serves to control the telemetry system and the functions for generating and delivering the stimulus. It is extremely small, approximately 5 × 2 mm ² . The temporary energy storage is formed by an electrical capacitance, which can be designed discretely depending on the application (capacitor). To deliver the stimulus pulse and for measuring the body's own potential, one or more conductive electrodes are formed, which in their form can also be used for mechanical locking in the tissue.

Das außerhalb des Körpers befindliche handliche Gerät umschließt neben einer Energiequelle (z. B. ein Akku) eine elektronische Schaltung zur Steuerung der Energieabgabe an die Spule und zum Senden und Empfangen von Informa tionen zum bzw. vom implantierbaren telemetrischen Reizsystem.The handy device located outside the body encloses next to an energy source (e.g. a rechargeable battery) an electronic circuit for control the energy delivery to the coil and for sending and receiving informa to or from the implantable telemetric stimulus system.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß keine elektrischen Leitungen im Körper appliziert werden müssen. Dadurch kann es auch nicht zu den gefürchteten Leitungsbrüchen kommen, die regelmäßig ein hohes Risiko für den Patienten darstellen. Ebenso von Vorteil ist die Tatsache, daß keine Kontaktstellen für die Leitung(en) von Nöten sind. Bedingt durch die geringen Abmessungen des aktiven Implantates kann es mit Hilfe eines Appli kators z. B. durch ein Gefäß zum Ort des Wirkens verbracht werden, und dort einwachsen ohne die Funktionalität langfristig zu verlieren. Je nach medizini scher Indikation ist es vorstellbar, daß das implantierbare telemetrische Reizsy stem nur über eine gewisse Zeitdauer aktiv wird bzw. je nach individuellem Be darf. Der Patienten hat somit - im medizinischen sinnvollen Umfang - die Frei heit, selbst zu entscheiden, wann und in welcher Intensität eine Unterstützung seiner eigenen Körperfunktionen erfolgen soll. A great advantage of the device according to the invention is that no electrical cables have to be applied in the body. This can there are also no dreaded line breaks that occur regularly pose a high risk to the patient. Another advantage is the fact that no contact points are required for the line (s). Due to the Small dimensions of the active implant can be done with the help of an appli kators z. B. are brought through a vessel to the place of action, and there wax in without losing functionality in the long run. Depending on the medicine indication, it is conceivable that the implantable telemetric stimulus system stem only becomes active over a certain period of time or depending on the individual needs may. The patient thus has the freedom - to a medically sensible extent That means deciding for yourself when and to what extent support of his own body functions.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nun anhand der Fig. näher be schrieben.The device according to the invention will now be described with reference to the FIG .

Fig. 1:
Hier werden die beiden Teilvorrichtungen dargestellt. Mit (1) und (2) wird das außerhalb des Körpers befindliche handliche Gerät skizziert, welches die Energiequelle, eine elektronische Schaltung und die Sende- und Empfangsspule (2) enthält. Das Gerät kann vorteilhaft handlich, etwa in der Größe einer Streichholzschachtel, ausgefertigt sein oder miniaturisiert derart, daß es mit Pflaster auf die Haut aufgeklebt werden kann. Der Be reich der Haut wird durch (3) dargestellt. Im inneren Bereich des Körpers befindet sich das implantierbare telemetrische Reizsystem. (4) zeigt die zugehörige Sende- und Empfangsspule, (5) die mikroelektronische Schaltung mit Kondensator und (6) die leitfähige(n) Elektrode(n) zur Ab gabe des Reizimpulses. Mit (7) wird das elektrisch empfindliche Körper gewebe (Herzmuskel, Nerven, . . .) angedeutet. Fig. 1:
The two sub-devices are shown here. With ( 1 ) and ( 2 ) the handy device located outside the body is sketched, which contains the energy source, an electronic circuit and the transmitting and receiving coil ( 2 ). The device can advantageously be handy, about the size of a matchbox, made out or miniaturized in such a way that it can be glued to the skin with plaster. The area of the skin is represented by ( 3 ). The implantable telemetric stimulation system is located in the inner area of the body. ( 4 ) shows the associated transmit and receive coil, ( 5 ) the microelectronic circuit with capacitor and ( 6 ) the conductive electrode (s) for the delivery of the stimulus pulse. ( 7 ) indicates the electrically sensitive body tissue (heart muscle, nerves,...).

Fig. 2:
Hier wird eine mögliche Ausführung der Erfindung dargestellt. Das im plantierbare telemetrische Reizsystem ist in Form eines Katheters (8) ausgebildet. An den beiden Enden sind die Elektroden (6) mit Vorrichtun gen zum Arretieren angebracht. Gut erkennbar ist die Spule (4). Sie wur de als laminare Wickelspule ausgebildet. (9) und (10) zeigen die diskrete Kapazität sowie die elektronische Schaltung. Systeme diese Ausbil dungsform sind am ehesten als Herzschrittmacher einsetzbar. Fig. 2:
A possible embodiment of the invention is shown here. The plantable telemetric stimulation system is designed in the form of a catheter ( 8 ). At the two ends, the electrodes ( 6 ) are attached with locking devices. The coil ( 4 ) is clearly visible. It was designed as a laminar winding spool. ( 9 ) and ( 10 ) show the discrete capacitance and the electronic circuit. Systems of this type of training are best used as pacemakers.

Claims

1. A device shown in FIG. 1 and FIG. 2 consisting of an extracorporeal supply apparatus (1) and (2) and stem from an implantable telemetric Reizsy (ITRS) for use as electrical pacing in medical therapy and diagnostics in humans and animals, characterized in that the implantable sub-device does not have its own power supply and the energy required for the stimulus pulse output is taken from a triggered high-frequency alternating field radiated into the body via a coil.

2. Device according to claim 1, characterized in that the energy gie, which is required for the stimulus, in an electrical Ka capacity is cached.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the functionality of the stimulus generation and delivery by the extracorporeal sub-device ( 1 ) and ( 2 ) is decisively controlled.

4. Apparatus according to claim (1) to (3), characterized in that without interaction of the extracorporeal sub-device and the implantable telemetric stimulation system no stimulus emitted can be used.

5. The device according to claim (1) to (4), characterized in that the sub-device ( 4 ) to ( 6 ) is made so miniaturized that it can remain at the application site for a very long time according to the state of medical research, without the functionality to lose.

6. The device according to claim (1) to (5), characterized in that the electrodes ( 6 ) in addition to the delivery of the electrical stimulus also decrease electrical potentials of the surrounding tissue, which are evaluated in the microelectronic circuit ( 5 ), and via the Coil ( 4 ) can be transmitted to the extracorporeal sub-device ( 1 ) and ( 2 ).

7. The device according to claim (1) to (6), characterized in that with a charge of the capacity of the implantable telemetric Stimulus system can produce multiple stimulus impulses.

8. The device according to claim (1) to (7), characterized in that more than two electrodes ( 6 ) for delivering the stimulus pulse or for measuring potentials are available.

9. The device according to claim (1) to (8), characterized in that on the sub-device ( 8 ) brackets, screws or similar Ar locking devices are attached.

10. The device according to claim (1) to (9), characterized in that the extracorporeal sub-device ( 1 ) and ( 2 ) is made miniaturized so that it can be glued to the skin.

11. The device according to claim (1) to (10), characterized in that the arrangement of the modules ( 4 ), ( 9 ) and ( 10 ) is preferably ion gitudinal.

12. The device according to claim (1) to (11), characterized in that that the implantable telemetric stimulus system through a unique addressing is controlled.