DE19719826C1 - Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord - Google Patents

Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord

Info

Publication number
DE19719826C1
DE19719826C1 DE1997119826 DE19719826A DE19719826C1 DE 19719826 C1 DE19719826 C1 DE 19719826C1 DE 1997119826 DE1997119826 DE 1997119826 DE 19719826 A DE19719826 A DE 19719826A DE 19719826 C1 DE19719826 C1 DE 19719826C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling
spinal cord
cooling element
plate
heating element
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1997119826
Other languages
German (de)
Inventor
Siegfried Prof Mense
Klaus-Peter Dr Juenemann
Peter Dr Gallens-Cencic
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 Heidelberg
Original Assignee
Universitaet Heidelberg
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 Heidelberg filed Critical Universitaet Heidelberg
Priority to DE1997119826 priority Critical patent/DE19719826C1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19719826C1 publication Critical patent/DE19719826C1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A61F7/10—Cooling bags, e.g. ice-bags
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A61F2007/0001—Body part
    • A61F2007/0018—Trunk or parts thereof
    • A61F2007/0026—Middle part of back
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A61F7/007—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body characterised by electric heating
    • A61F2007/0075—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body characterised by electric heating using a Peltier element, e.g. near the spot to be heated or cooled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2250/00—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2250/0001—Means for transferring electromagnetic energy to implants

Abstract

The device has at least one temp. controlled cooling element (6,8) which can be applied to the spinal chord (2), an arrangement for cooling the cooling element and a temp. regulation circuit with temp. sensors and a controller. The temp. sensors, the controller, the cooling element(s) and the cooling arrangement are interconnected so that the temp. of the cooling element(s) can be controlled in a targeted manner. The cooling element is a semiconducting element, esp. a Peltier element.

Description

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Vorrichtung zur reversiblen Kühlung von vorbestimmten Bereichen des Rückenmarks.The invention relates to an implantable device for the reversible cooling of predetermined areas of the spinal cord.

Mit einer traumatischen (z. B. Querschnittlähmung) oder krankhaften (z. B. Multiple Sklerose, Rückenmarktumore) Schädigung des Rückenmarks geht in der Regel der Verlust übergeordneten Kontrollmechanismen auf die Reflexverschaltungen im Rückenmark einher. Als Folge davon (d. h. durch den Verlust hemmender Regulative) kommt es bei den betroffenen Patienten zu einer pathologisch übersteigerten Aktivität in den segmentalen Reflexwegen unterhalb der Schädigungsebene. Deren Folge sind spastische Lähmungen der Skelettmuskulatur oder der glatten Muskulatur visceraler Organe wie z. B. der Harnblase (allgemein: spastische Funktionsstörungen). Im Falle der Harnblase beispielsweise führt dies zu einer Hyperreflexie von Blase und Schließmuskel mit ungehemmten Kontraktionen des Blasenmuskels (Detrusor) bei gleichzeitiger Spastik des Beckenbodens (Harnröhrensphinkters) (Detrusor-Sphinkter- Dyssynergie). Die Harnblase kann ihre Reservoirfunktion nicht mehr erfüllen. Diese Reflexinkontinenz (= unwillkürlicher Urinverlust) ist meist nicht medikamentös zu kontrollieren: Bei querschnittgelähmten Patienten ist die Hyperreflexie der Harnblase gegenüber der konservativen anticholinergen Therapie in den allermeisten Fällen resistent. Außerdem haben die pharmakologischen Therapieansätze noch den Nachteil, daß die systemische Applikation der verschiedenen Medikamente stets eine Reihe von unerwünschten Nebenwirkungen zur Folge hat (z. B. Mundtrockenheit, Schweißausbrüche, Blutdrucksteigerungen bei Gabe von Anticholinergika). Wird die Blasenhyperreflexie aber nicht beseitigt, so führt dies - langfristig gesehen - zu weiteren gesundheitlichen Beeinträchtigungen, nämlich zu irreversiblen Schädigungen des oberen und unteren Harntraktes. With a traumatic (e.g. paraplegia) or pathological (e.g. multiple Sclerosis, spinal cord tumors) damage to the spinal cord usually goes to Loss of superordinate control mechanisms on the reflex circuits in the Spinal cord. As a result of this (i.e. through the loss of restrictive regulations) there is a pathologically excessive activity in the affected patients the segmental reflex paths below the damage level. The consequences are spastic paralysis of the skeletal or smooth visceral muscles Organs such. B. the bladder (general: spastic dysfunction). In the case of the urinary bladder, for example, this leads to hyperreflexia of the bladder and Sphincter with uninhibited contractions of the bladder muscle (detrusor) simultaneous spasticity of the pelvic floor (urethral sphincter) (detrusor sphincter Dyssynergy). The bladder can no longer fulfill its reservoir function. This Reflex incontinence (= involuntary loss of urine) is usually not too medicinal check: in paraplegic patients, the hyperreflexia of the urinary bladder compared to conservative anticholinergic therapy in the vast majority of cases resistant. In addition, the pharmacological therapeutic approaches have the disadvantage that that the systemic application of the various drugs always a number of unwanted side effects (e.g. dry mouth, Sweating, increased blood pressure when taking anticholinergics). However, if the bladder hyperreflexia is not eliminated, this leads to - in the long term - further health impairments, namely irreversible damage of the upper and lower urinary tract.  

Zur Wiederherstellung der Speicherfunktion der Harnblase bei querschnittgelähmten Patienten wird nach dem Stand der Technik ausschließlich eine vollständige Deafferentation der sakralen Hinterwurzeln der betroffenen Rückenmarksegmente (S2- S5) in Kombination mit einer Elektrostimulation der motorischen Nerven durchgeführt (Schurch et al. 1997). Durch diese Deafferentation wird der pathologisch reagierende Reflexbogen unterbrochen und somit die bestehende Hyperreflexie der Harnblase beseitigt (und die Speicherfunktion der Blase wiedergewonnen). Die Deafferentation des Rückenmarks in Kombination mit der Implantation einer Stimulationselektrode an den Vorderwurzeln zur funktionellen Rehabilitation z. B. der Harnblase bringt jedoch auch eine Vielzahl von Nachteilen mit sich:
Die Durchtrennung der sakralen Hinterwurzeln S2-S5 hat den Nachteil des endgültigen Verlustes der autonom ablaufenden Reflexerektion bei männlichen und der vaginalen Lubrikation bei weiblichen querschnittgelähmten Patienten. Ein weiterer Nachteil dieser Durchtrennung ist der postoperative Verlust der reflektorischen Stuhlentleerung. Bei Patienten mit einer inkompletten Querschnittverletzung des Rückenmarks führt die Durchtrennung der sensorischen Hinterwurzeln zu einem entgültigen Verlust eventuell vorhandener Restsensibilität in Körperregionen caudal der Verletzung. Schließlich treten bei einigen Patienten nach Implantation einer Stimulationselektrode an den Vorderwurzeln oder peripheren Nerven trotz vollständig durchgeführter Hinterwurzeldurchtrennung Schmerzempfindungen unter der Elektrostimulation auf. Ebenso kann z. B. eine reflektorische Harninkontinenz trotz sakraler Deafferentation persistent bleiben. In beiden Fällen wird die Ursache in einem ungewöhnlichen Verlauf einzelner afferenter Nervenfasern in den (nicht durchtrennten) Vorderwurzeln angenommen (Wipfler und Jünemann 1995).In order to restore the memory function of the bladder in paraplegic patients, only a complete deafferentation of the sacral roots of the affected spinal cord segments (S2-S5) in combination with electrostimulation of the motor nerves is carried out according to the prior art (Schurch et al. 1997). Through this deafferentation, the pathologically reacting reflex arc is interrupted and the existing hyperreflexia of the bladder is eliminated (and the memory function of the bladder regained). The deafferentation of the spinal cord in combination with the implantation of a stimulation electrode on the front roots for functional rehabilitation e.g. B. the bladder also has a number of disadvantages:
The separation of the sacral posterior roots S2-S5 has the disadvantage of the permanent loss of the autonomously running reflex erection in male and the vaginal lubrication in female paraplegic patients. Another disadvantage of this severing is the postoperative loss of reflex stool emptying. In patients with an incomplete cross-sectional injury to the spinal cord, the severing of the sensory roots leads to a permanent loss of any remaining sensitivity in the regions of the body caudal to the injury. Finally, in some patients, after implantation of a stimulation electrode on the front roots or peripheral nerves, pain sensations occur under electrostimulation despite the complete completion of the back root transection. Likewise, e.g. B. a persistent urinary incontinence despite sacral deafferentation. In both cases, the cause is assumed to be an unusual course of individual afferent nerve fibers in the (not severed) front roots (Wipfler and Jünemann 1995).

Analoge Probleme bestehen bei der therapeutischen Behandlung der spastischen Lähmungen der Skelettmuskulatur. Auch hier ist die Beseitigung der Spastik bisher therapeutisch nicht zufriedenstellend gelöst. Analogous problems exist in the therapeutic treatment of spastic Paralysis of the skeletal muscles. Here too, the removal of the spasticity has so far been eliminated not solved satisfactorily therapeutically.  

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es erlaubt, die Auswirkungen eines pathologisch übersteigerten Impulseinstroms in das Rückenmark gezielt zu beseitigen ohne bestehende neuronale Strukturen zu zerstören.The object of the present invention is to provide a device which allowed the effects of a pathologically exaggerated impulse inflow into the Targeted removal of the spinal cord without destroying existing neuronal structures.

Eine Lösung dieser Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie wenigstens ein am Rückenmark festlegbares und temperierbares Kühlelement umfaßt, daß sie Mittel zur Kühlung dieses Kühlelements aufweist, und daß ein Temperaturregelkreis mit Temperaturfühler und Steuerung ausgebildet ist, in dem Temperaturfühler, Steuerung, Kühlelement(e) und die Mittel zur Kühlung derart miteinander verschaltet sind, daß die Temperatur des bzw. der Kühlelement(e) gezielt gesteuert werden kann.One solution to this problem is to provide a device at the beginning mentioned type, which is characterized in that it has at least one on the spinal cord fixable and temperable cooling element includes that they have means for cooling this Has cooling element, and that a temperature control loop with temperature sensor and Control is formed in the temperature sensor, control, cooling element (s) and Means for cooling are interconnected such that the temperature of the or Cooling element (s) can be controlled in a targeted manner.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können gezielt synaptische Mechanismen blockiert werden und es ist erstmals eine effektive Therapie von spastischen Funktionsstörungen möglich, ohne daß dabei - wie bislang - gesundes Nervengewebe zerstört werden muß. Die afferenten Nervenbahnen bleiben intakt und prinzipiell funktionstüchtig, und die bereits genannten Reflexfunktionen, die bei der chirurgischen Deafferentation unvermeidbar verloren gehen, bleiben bei Einsatz der Erfindung grundsätzlich erhalten. Durch die lokal gezielt eingesetzte Kühlung wird lediglich die synaptische Übertragung zwischen afferentem und efferentem Schenkel des Reflexbogens in dem betreffenden Volumen des Rückenmarks reversibel unterbrochen, sodaß hier gezielt die Wirkung einer pathologisch gesteigerten Reflexaktivität (hervorgerufen durch die fehlende Hemmung des Reflexes durch kraniale Zentren) beseitigt werden kann.With the device according to the invention, synaptic mechanisms can be targeted be blocked and for the first time it is an effective therapy for spastic Functional disorders possible without - as before - healthy nerve tissue must be destroyed. The afferent nerve tracts remain intact and in principle working, and the reflex functions already mentioned, which are used in the surgical Deafferentation are inevitably lost, remain when using the invention basically received. Due to the locally targeted cooling, only the synaptic transmission between afferent and efferent leg of the Reflex arc reversibly interrupted in the relevant volume of the spinal cord, so that here the effect of a pathologically increased reflex activity (caused by the lack of inhibition of the reflex by cranial centers) can be eliminated.

Die Unterbrechung wird allein durch die physikalischen Auswirkungen einer Temperaturerniedrigung auf das Verhalten der synaptischen Kontakte zwischen den Nervenzellen im Rückenmark hervorgerufen.The interruption is caused solely by the physical impact of a Lowering the temperature on the behavior of the synaptic contacts between the Nerve cells in the spinal cord.

Die Kühlung und die dadurch hervorgerufene Kälteblockierung ist vollständig reversibel und jederzeit reproduzierbar, - selbst bei Langzeitanwendungen muß nicht mit einer Verminderung der Effektivität gerechnet werden. Zu alledem kommt noch der Vorteil, daß der Patient gegebenenfalls selbst entscheiden kann, wann und wie lange er die Kühlung einschaltet, um damit den Reflexbogen zu unterbrechen und kontinent zu sein.The cooling and the resulting cold blocking is completely reversible and reproducible at any time, - even with long-term applications does not have to be with one Decrease in effectiveness can be expected. To all of this comes the advantage  that the patient can decide when and for how long Cooling is switched on to interrupt the reflex arc and to be continent.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht als Mittel zur Kühlung wenigstens ein Halbleiterkühlelement, insbesondere ein Peltier-Element vor. Alternativ können auch abgekühlte Gase oder sogenannte Heat-Pipes zur Kühlung eingesetzt werden. Grundsätzlich ist jedes Kühlmittel geeignet, das zumindest eine Abkühlung von etwa +37°C auf etwa +20°C gewährleisten kann.An advantageous development of the invention at least sees as a means for cooling a semiconductor cooling element, in particular a Peltier element. Alternatively, you can cooled gases or so-called heat pipes can be used for cooling. In principle, any coolant is suitable that has at least a cooling of approximately Can guarantee + 37 ° C to about + 20 ° C.

Im Fall der Verwendung eines Peltier-Elements sieht die Erfindung vorzugsweise vor, daß das Halbleiterkühlelement als Peltier-Element mit zwei im wesentlichen gleichartigen, plattenförmigen und parallel zueinander geschalteten Kühlelementen und einem im wesentlichen plattenförmigen Wärmeelement ausgebildet ist, wobei die beiden Kühlelemente und das Wärmeelement jeweils aus zwei zusammengelöteten Teilplatten aus unterschiedlich leitendem Halbleitermaterial bestehen, und wobei die eine Teilplatte des Wärmeelements mit der jeweiligen materialgleichen Teilplatte der Kühlelemente über materialgleiche Brückenglieder verbunden ist, während die zweite Teilplatte des Wärmeelements mit dem einen Pol einer Stromquelle und die entsprechenden jeweils zweiten Teilplatten der beiden Kühlelemente mit dem andern Pol dieser Stromquelle gekoppelt sind.In the case of using a Peltier element, the invention preferably provides that the semiconductor cooling element as a Peltier element with two essentially Similar, plate-shaped and parallel cooling elements and a substantially plate-shaped heating element is formed, the two Cooling elements and the heating element each from two sub-plates soldered together consist of differently conductive semiconductor material, and the one partial plate of the heating element with the respective sub-plate of the cooling elements of the same material bridges of the same material is connected, while the second part of the Thermal element with the one pole of a power source and the corresponding each second sub-plates of the two cooling elements with the other pole of this power source are coupled.

Diese besondere Konstruktion des Peltier-Elements hat den wesentlichen Vorteil, daß der Wärmepol des Peltier-Elements in räumlicher Distanz zu den Kühlpolen angeordnet werden kann, so daß zum einen der Kühleffekt der Kühlpole nicht geschmälert wird und zum anderen die anfallende Wärme an einem besonders geeigneten Ort abgeleitet werden kann.This particular construction of the Peltier element has the main advantage that the heat pole of the Peltier element is arranged at a spatial distance from the cooling poles can be, so that on the one hand the cooling effect of the cooling poles is not reduced and secondly, the heat generated is dissipated at a particularly suitable location can.

Als Temperaturmeßfühler kann insbesondere ein elektrischer Widerstand (Thermo- Resistor) verwendet werden, der mit einem Ohmmeter gekoppelt ist. Diese Art der Temperaturmessung ist technisch einfach und preiswert zu realisieren, sie ist störungsunanfällig, und sie ist sehr genau. An electrical resistance (thermo- Resistor) can be used, which is coupled to an ohmmeter. That kind of Temperature measurement is technically simple and inexpensive to implement, it is insensitive to interference and it is very accurate.  

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sowie Anwendungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments and application examples explained in more detail. Show it

Fig. 1: die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtungsvariante mit Peltier-Element in der vorgesehenen Position am sakralen menschlichen Rückenmark. Fig. 1: the schematic representation of a device variant according to the invention with a Peltier element in the intended position on the sacral human spinal cord.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Peltier-Element, das aus zwei gleichartigen, plattenförmigen und parallel geschalteten Kühlelementen 6, 8 und einem gemeinsamen plattenförmigen Wärmeelement 10 besteht. Die Plattengrundform der beiden Kühlelemente ist an die Gestalt des Rückenmarks 2 angepaßt und infolgedessen leicht gewölbt, so daß die Kühlelemente im Funktionsbetrieb der dorsalen Oberfläche des Rückenmarks 2 anliegen. Kühlelemente 6, 8 und Wärmeelement 10 bestehen jeweils aus zwei miteinander verlöteten Teilplatten 20, 22 aus unterschiedlich leitendem Material, beispielsweise die eine 20 aus einer Halbleiterlegierung mit hohem Peltier-Koeffizienten wie z. B. Wismuttellurid [Bi2Te3] und die andere 22 aus Kupfer.The device shown in Fig. 1 comprises a Peltier element, which consists of two similar, plate-shaped and parallel cooling elements 6 , 8 and a common plate-shaped heating element 10 . The basic plate shape of the two cooling elements is adapted to the shape of the spinal cord 2 and is consequently slightly curved, so that the cooling elements lie against the dorsal surface of the spinal cord 2 during functional operation. Cooling elements 6 , 8 and heating element 10 each consist of two sub-plates 20 , 22 made of differently conductive material, for example the one 20 made of a semiconductor alloy with a high Peltier coefficient, such as. B. bismuth telluride [Bi 2 Te 3 ] and the other 22 made of copper.

Die beiden materialgleichen Teilplatten 20 der beiden Kühlelemente 6, 8 sind mit der materialgleichen Teilplatte 20 des Wärmeelements 10 über kabelartige Brücken 12, 14 aus dem Material der Teilplatte 20 verbunden. An der jeweils anderen Teilplatte 22 sind die Kühlelemente 6, 8 und das Wärmeelement 10 über Stromversorgungskabel 16 mit einer nicht näher dargestellten Energiequelle, beispielsweise einem Akkumulator mit magnetischen Induktionsspulen, verkoppelt. Diese Energiequelle ist als dauerhaftes Implantat konstruiert und kann beispielsweise unter der intakten Bauchdecke angebracht werden. Im Fall eines Akkumulators als Energiequelle kann dieser bei Entleerung jederzeit problemlos wieder aufgeladen werden. Dazu wird beispielsweise mittels einer Sendereinheit Wechselstrom von einer Energiequelle außerhalb des Körpers elektromagnetisch auf die Induktionsspulen des implantierten Akkumulators übertragen und dieser übertragene Wechselstrom anschließend gleichgerichtet.The two sub-plates 20 of the two cooling elements 6 , 8 of the same material are connected to the sub-plate 20 of the heating element 10 of the same material via cable-like bridges 12 , 14 made of the material of the sub-plate 20 . On the other sub-plate 22 , the cooling elements 6 , 8 and the heating element 10 are coupled via power supply cables 16 to an energy source, not shown, for example an accumulator with magnetic induction coils. This energy source is designed as a permanent implant and can be attached, for example, under the intact abdominal wall. In the case of an accumulator as an energy source, it can be recharged at any time without problems when it is empty. For this purpose, for example, alternating current is transmitted electromagnetically from an energy source outside the body to the induction coils of the implanted rechargeable battery by means of a transmitter unit and the alternating current transmitted is then rectified.

Zur Ermittlung der aktuellen Temperatur am an den Kühlelementen 6, 8 ist ein Thermoresistor an der Unterfläche des Kühlelements 8 (zwischen Kühlelement und Oberfläche des Rückenmarks) angebracht. To determine the current temperature on the cooling elements 6 , 8 , a thermoresistor is attached to the lower surface of the cooling element 8 (between the cooling element and the surface of the spinal cord).

Anwendungsbeispiel 1: Funktionelle Rehabilitation der Reservoirfunktion der HarnblaseExample of use 1: Functional rehabilitation of the reservoir function of the bladder

Kühlelemente und Wärmeelement werden operativ in den Wirbelkanal eingebracht. Die Kühlelemente werden annähernd parallel zueinander an der weichen Hirnhaut (pia mater) über der Hinterwurzeleintrittszone auf der dorsalen Oberfläche der Rückenmarksegmente S2-S4 befestigt. Das Wärmeelement wird weiter caudal (caudal der Kühlpole) an der Innenfläche der harten Hirnhaut (dura mater) im Subarachnoidalraum fixiert. Diese Anordnung gewährleistet, daß das Wärmeelement seine überschüssige Wärme an die Gehirnflüssigkeit (liquor cerebrospinalis), die das Rückenmark umgibt, abgeben kann. Damit ist eine optimale Ableitung der als Abfallprodukt erzeugten Wärme realisiert. Das mit den Kühl- und Wärmeelementen des Peltier-Elements verbundene Stromversorgungskabel wird durch die Dura und eine kleine Laminektomiewunde mit konventioneller neurochirurgischer Technik aus dem Wirbelkanal herausgeführt.Cooling elements and heating elements are surgically introduced into the spinal canal. The Cooling elements are placed approximately parallel to each other on the soft meninges (pia mater) above the dorsal root zone on the dorsal surface of the spinal cord segments S2-S4 attached. The heating element is further caudal (caudal of the cooling poles) on the The inner surface of the hard meninges (dura mater) is fixed in the subarachnoid space. This Arrangement ensures that the heating element transfers its excess heat to the Brain fluid (liquor cerebrospinalis) that surrounds the spinal cord. This ensures optimal dissipation of the heat generated as a waste product. The connected to the cooling and heating elements of the Peltier element Power cord is connected through the dura and a small laminectomy wound conventional neurosurgical technology out of the spinal canal.

Es mündet in einer Energiequelle, die als dauerhaftes Implantat konstruiert und unter der intakten Bauchdecke angebracht ist.It ends in an energy source that is constructed as a permanent implant and under the intact abdominal wall is attached.

Durch Einschaltung der Stromversorgung wird ein Temperaturgradient in den sakralen Rückenmarkssegmenten erzeugt, dessen Stärke (d. h. die Differenz zwischen der erniedrigten Temperatur an den Kühlelementen und der gleichzeitig erhöhten Temperatur am Wärmeelement) von der eingestellten Stromstärke abhängt.By switching on the power supply, a temperature gradient in the sacral Spinal cord segments whose strength (i.e. the difference between the reduced temperature at the cooling elements and the simultaneously increased temperature on the heating element) depends on the set current.

Für eine effektive Beseitigung reflektorischer Blasenkontraktionen wird das dorsale sakrale Rückenmark auf eine Temperatur von ca. +20°C heruntergekühlt.For an effective elimination of reflex bladder contractions, the dorsal sacral spinal cord cooled down to a temperature of approx. + 20 ° C.

Die erzeugten Temperaturen im Rückenmark steigen mit zunehmender Entfernung zur Kühlstelle radialsymmetrisch an, weshalb die Tiefenwirkung der Kühlelemente lediglich von der eingestellten Kühltemperatur abhängt. Durch die Wahl der Kühlelementtemperatur kann folglich die Größe des gekühlten Rückenmarkvolumens kontrolliert werden.The temperatures generated in the spinal cord increase with increasing distance The cooling point is radially symmetrical, which is why the depth effect of the cooling elements only depends on the set cooling temperature. By choosing the Cooling element temperature can consequently be the size of the cooled spinal cord volume to be controlled.

Durch die Kühlung werden nur neuronalen Strukturen in der dorsalen Hälfte des Rückenmarks beeinflußt, d. h. es werden nur die synaptische Erregungsübertragung von solchen Nervenfasern temperaturabhängig blockiert, die in der dorsalen Hälfte des Rückenmarks terminieren. Da die präganglionären Nervenzellen, die die Harnblase zur Kontraktion bringen, dorsal im Rückenmark und damit näher an den Kühlelementen liegen als die ventral gelegenen Nervenzellen, die den Schließmuskel der Harnröhre innervieren, wird durch die lokal begrenzte Kühlung des betreffenden Rückenmarksbereichs allein die synaptische Erregungsübertragung zu diesen präganglionären Nervenzellen unterbrochen. Als Folge davon werden die reflektorischen Blasenkontraktionen vollständig unterdrückt, während die Aktivität der ventral gelegenen (und somit weit von den Kühlelementen entfernten) Nervenzellen, die den Schließmuskel der Harnröhre innervieren, von der Kühlung unbeeinträchtigt bleibt.By cooling only neuronal structures in the dorsal half of the Spinal cord affected, d. H. only the synaptic transmission of excitation from  such nerve fibers blocked depending on temperature, which in the dorsal half of the Terminate spinal cord. Because the preganglionic nerve cells that make up the bladder Bring contraction, dorsally in the spinal cord and thus closer to the cooling elements lie as the ventrally located nerve cells that make up the sphincter of the urethra innervate, is due to the locally limited cooling of the affected Spinal cord area alone the synaptic transmission of excitation to these preganglionic nerve cells interrupted. As a result, the reflective Bladder contractions completely suppressed during ventral activity located (and thus far from the cooling elements) nerve cells that the Innervate the sphincter of the urethra, which is not affected by cooling.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine lokal gezielte und begrenzte Kühlung von Rückenmarkszonen und eine dadurch hervorgerufene vollständige Unterdrückung reflektorischer Blasenkontraktionen, ohne irgendeine Beeinträchtigung des Verschlußmechanismus der Harnblase.The device according to the invention thus enables locally targeted and limited Cooling of spinal cord zones and a complete resulting Suppression of reflex bladder contractions without any impairment the mechanism of the bladder.

Zur Wiedererwärmung des dorsalen Rückenmarks wird die Stromversorgung abgeschaltet, worauf schon innerhalb weniger Minuten allein infolge der Durchblutung wieder eine physiologische Temperatur von etwa +37°C vorliegt. Alternativ kann die Wiedererwärmung auch durch eine Stromumkehr erreicht werden, mit der noch der Vorteil einhergeht, daß die (stark erhitze) Wärmeplatte gekühlt wird.Power is used to reheat the dorsal spinal cord switched off, whereupon within a few minutes solely due to the blood circulation there is again a physiological temperature of around + 37 ° C. Alternatively, you can the reheating can also be achieved by a current reversal with which the The advantage is that the (very hot) hot plate is cooled.

Die Kühlung kann periodisch erfolgen, d. h. es kann eine intermittierende Kühlung und Wiedererwärmung (z. B.: 5 min Kühlung, 5 min Pause) durchgeführt werden, ohne daß es zu einer Einschränkung der Effektivität kommt. Ebensogut ist es möglich, die Kühlungsperioden bis auf einen quasi Dauerbetrieb auszudehnen.The cooling can take place periodically, i. H. it can be intermittent cooling and Reheating (e.g .: 5 min cooling, 5 min break) can be carried out without there is a limitation in effectiveness. It is just as possible that Extend cooling periods to a quasi continuous operation.

In jedem Fall ist der Kühlungseffekt jederzeit reproduzierbar und auch nach längerer Dauer vollständig reversibel.In any case, the cooling effect can be reproduced at any time and even after a long time Duration completely reversible.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird wieder eine Harnkontinenz erreicht ohne Nervenbahnen zerstören zu müssen.With the help of the present invention, urinary continence is achieved again without Having to destroy nerve pathways.

Claims (6)

1. Implantierbare Vorrichtung zur reversiblen Kühlung von vorbestimmten Bereichen des Rückenmarks, gekennzeichnet
durch wenigstens ein, am Rückenmark festlegbares und temperierbares Kühlelement,
durch Mittel zur Kühlung dieses Kühlelements, und
durch einen Temperaturregelkreis mit Temperaturfühler und Steuerung, in dem Temperaturfühler, Steuerung, Kühlelement(e) und die Mittel zur Kühlung derart miteinander verschaltet sind, daß die Temperatur des/der Kühlelement(e) gezielt steuerbar ist.1. Implantable device for reversible cooling of predetermined areas of the spinal cord
by at least one cooling element that can be fixed and tempered on the spinal cord,
by means of cooling this cooling element, and
by a temperature control circuit with temperature sensor and control, in which the temperature sensor, control, cooling element (s) and the cooling means are interconnected in such a way that the temperature of the cooling element (s) can be specifically controlled. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Kühlung wenigstens ein Halbleiterkühlelement, insbesondere ein Peltier-Element vorgesehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that as a means for cooling at least one semiconductor cooling element, in particular a Peltier element is provided. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterkühlelement als Peltier-Element mit zwei im wesentlichen gleichartigen, plattenförmigen und parallel zueinander geschalteten Kühlelementen und einem im wesentlichen plattenförmigen Wärmeelement ausgebildet ist, wobei die beiden Kühlelemente und das Wärmeelement jeweils aus zwei zusammengelöteten Teilplatten aus unterschiedlich leitendem Halbleitermaterial bestehen, und wobei die eine Teilplatte des Wärmeelements mit der jeweiligen materialgleichen Teilplatte der Kühlelemente über materialgleiche Brückenglieder verbunden ist, während die andere Teilplatte des Wärmeelements und die der jeweiligen Kühlelements mit einer Stromquelle gekoppelt sind.3. Device according to claim 2, characterized in that the semiconductor cooling element as a Peltier element with two essentially similar, plate-shaped and parallel cooling elements and a substantially plate-shaped heating element is formed, wherein the two cooling elements and the heating element each from two soldered together partial plates made of different conductive semiconductor material exist, and wherein a partial plate of the heating element with the respective Partial plate of the cooling elements of the same material over bridges of the same material is connected while the other partial plate of the heating element and that of the respective cooling element are coupled to a power source. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Kühlung ein oder mehrere abgekühlte Gase vorgesehen sind. 4. The device according to claim 1, characterized in that one or more cooled gases are provided as cooling means.   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Kühlung eine oder mehrere Heat-Pipes vorgesehen sind.5. The device according to claim 1, characterized in that one or more heat pipes are provided as cooling means. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßfühler wenigstens ein elektrischer Widerstand vorgesehen ist, der mit einem Ohmmeter koppelbar ist, und der an dem/den Kühlelement(en), angeordnet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one electrical resistor is provided as a temperature sensor which can be coupled with an ohmmeter and which is connected to the cooling element (s), is arranged.
DE1997119826 1997-05-13 1997-05-13 Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord Expired - Fee Related DE19719826C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1997119826 DE19719826C1 (en) 1997-05-13 1997-05-13 Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1997119826 DE19719826C1 (en) 1997-05-13 1997-05-13 Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19719826C1 true DE19719826C1 (en) 1999-02-04

Family

ID=7829218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1997119826 Expired - Fee Related DE19719826C1 (en) 1997-05-13 1997-05-13 Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19719826C1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29509908U1 (en) * 1995-06-19 1995-08-24 Hofstetter Alfons Prof Dr Med Electrostimulation device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29509908U1 (en) * 1995-06-19 1995-08-24 Hofstetter Alfons Prof Dr Med Electrostimulation device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69935727T2 (en) DEVICE FOR TREATING INCONTINENCE
DE60122028T2 (en) Electronic stimulation implant
US4406288A (en) Bladder control device and method
AT411150B (en) DEVICE FOR INTRODUCING SUBSTANCES
DE60202063T2 (en) IRRITATION UNIT
Ohlsson et al. Effects of external and direct pudendal nerve maximal electrical stimulation in the treatment of the uninhibited overactive bladder
DE102015017269B3 (en) Electronic stimulation system and device thereof for spinal ganglion
DE2717956A1 (en) ELECTRIC STIMULATOR FOR CONTROL OF URFLOW
US5833595A (en) Treatment of excretory problems
DE19654491A1 (en) Stimulation electrode arrangement
DE3218938A1 (en) Method and device for treating the human pubococcygeal muscle group (pelvic floor muscles) by means of a myograph
WO2011147873A1 (en) Implantable collecting electrode and neurostimulation system
EP0813886B1 (en) Defibrillation electrode device
JP2018537200A (en) System for treating neuropathy using electrical nerve conduction block
Brindley et al. The pressure exerted by the external sphincter of the urethra when its motor nerve fibres are stimulated electrically
EP1022034A1 (en) Method and device for stimulating muscles or nervous tissue
Koldewijn et al. Selective sacral root stimulation for bladder control: acute experiments in an animal model
DE3518317A1 (en) Electrostimulation electrode
DE2811457A1 (en) TESTING DEVICE FOR DETERMINING THE OPTIMAL POSITION OF ELECTRODES
DE19719826C1 (en) Implantable device for reversible cooling of predefined regions of the spinal chord
SCHUMACHER et al. Extradural cold block for selective neurostimulation of the bladder: development of a new technique
DE19901872B4 (en) Device for generating electrical pulse signals for the stimulation of muscles or nerve tissue
EP0428875B1 (en) Apparatus to treat diseases of the walls of body orifices or cavities
US6306078B1 (en) Treatment of excretory problems
DE19718995A1 (en) Individual nerve fibre selective blocking method and appliance

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee