DE19832969B4

DE19832969B4 - Implantierbare Defibrillatorvorrichtung

Info

Publication number: DE19832969B4
Application number: DE19832969A
Authority: DE
Inventors: David P. Brooklyn Park Haas; William G. Roseville Howard; Ann M. Minneapolis Crespi; Anthony W. Brooklyn Park Rorvick; Steven Coon Rapids Rockow; Andrew J. Circle Pines Ries
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: DE19832969A1; FR2766720A1; US6040082A; FR2766720B1

Abstract

Implantierbare Defibrillatorvorrichtung, mit:
einem Vorrichtungsgehäuse (82),
einem Kondensator, der in dem Vorrichtungsgehäuse (82) angeordnet ist, und
einer Batterie, die in dem Vorrichtungsgehäuse (82) angeordnet ist und mit dem Kondensator in Wirkverbindung steht, wobei die Batterie aufweist,
eine gewickelte Elektrodenbaugruppe (30);
einen Elektrolyt;
eine Gehäuseauskleidung (50); und
ein hermetisch verschlossenes Batteriegehäuse (20; 120), das die Elektrodenbaugruppe (30), den Elektrolyt und die Gehäuseauskleidung (50) umschließt, wobei das Batteriegehäuse (20; 120) einen an seiner Oberseite (10) angeordneten Deckel (60),
eine entgegengesetzt zu dem Deckel (60) angeordnete Grundseite (12; 112) und vier Seiten (14–17; 114–117) aufweist, die sich zwischen der Oberseite (10) und der Grundseite (12; 112) des Batteriegehäuses (20; 120) erstrecken und von denen wenigstens zwei einander gegenüberliegende Seiten ebene Seiten (15, 17; 115, 117) sind und eine dritte Seite (14; 114) gekrümmt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Seite (16; 116) eine insgesamt...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare Defibrillatorvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Eine solche Defibrillatorvorrichtung ist in der US 5 549 717 A erwähnt, auf die weiter unten näher eingegangen wird.

Implantierbare medizinische Vorrichtungen werden benutzt, um Patienten zu behandeln, die an einer Vielfalt von Beschwerden leiden. Ein Beispiel einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung ist ein Herzdefibrillator, der benützt wird, um Patienten zu behandeln, die an ventrikulärer Fibrillation, sog. Tachyarrhythmie, leiden. Im Betrieb überwacht die Defibrillatorvorrichtung ständig die elektrische Aktivität des Herzens des Patienten, erkennt ventrikuläre Fibrillation und liefert auf dieses Erkennen hin geeignete Schocks zum Wiederherstellen des normalen Herzrhythmus. Schocks von mindestens 30–35 Joule können erforderlich sein. Die Schocks werden üblicherweise von Kondensatoren geliefert, die in der Lage sind, diese Energie in einem Bruchteil von einer Sekunde zu liefern. Zum Bereitstellen einer rechtzeitigen Therapie, wenn ventrikuläre Fibrillation erkannt wird, sollten die Kondensatoren mit ausreichender Energie in nur wenigen Sekunden aufgeladen werden. Infolgedessen sollte die Stromquelle in der Lage sein, einen hohen Nennstrom zu liefern, um den Kondensatoren in der begrenzten Zeitspanne die notwendige Energiemenge zu liefern, sie sollte außerdem eine niedrige Selbstentladungsgeschwindigkeit haben, um ihre Betriebslebensdauer zu verlängern, und sie sollte äußerst zuverlässig sein, um die gewünschte Therapie bei Bedarf zu ermöglichen. Üblicherweise sind die Stromquellen, die in solchen Vorrichtungen benutzt werden, elektrochemische Lithiumzellen, weil sie die gewünschten Kenndaten haben, die oben angegeben sind.

Implantierbare Defibrillatorvorrichtungen sind vorzugsweise so konstruiert, dass sie Formen haben, die von dem Körper des Patienten ohne weiteres akzeptiert werden und außerdem die Unbequemlichkeit für den Patienten minimieren. Infolgedessen sind die Ecken und Ränder der Vorrichtungen üblicherweise mit großzügigen Radien versehen, damit sich ein Gehäuse ergibt, das sanft gerundete Oberflächen hat. Es ist außerdem erwünscht, das Volumen zu minimieren, das durch die Vorrichtungen eingenommen wird, sowie deren Masse, um die Unbequemlichkeit für den Patienten weiter zu beschränken. Infolgedessen werden die Vorrichtungen zunehmend dünner, kleiner und leichter.

Bekannte Stromquellen mit hohem Nennstrom, die in implantierbaren Defibrillatorvorrichtungen benutzt werden, haben prismatische, sechsseitige, rechteckige, massive Formen von Gehäusen für die Elektrodenbaugruppen. Beispiele von solchen Gehäuseformen finden sich beispielsweise in der US 5 486 215 A . Die typische Vorrichtung ist so ausgelegt, dass sie zwei derartige Stromquellen aufweist, die innerhalb der Vorrichtung zentral angeordnet sind.

Die Verwendung von gekrümmten Batteriegehäusen in implantierbaren Vorrichtungen ist zwar bekannt, typischerweise finden sie sich aber bei Vorrichtungen, die nur eine Entladung mit niedrigem Nennstrom verlangen, wie beispielsweise einem Herzschrittmacher. Batterien mit gekrümmten Gehäusen sind bereits als Batterien mit hohem Nennstrom benutzt worden, wie sie beispielsweise für implantierbare Defibrillatorvorrichtungen erforderlich sind. Bei diesen Batterien mit hohem Nennstrom werden jedoch dünne, aus ebenen Schichten gebildete Elektroden benutzt, die sich in gekrümmten Gehäusen schlecht unterbringen lassen. Beispiele von Batterieauslegungen finden sich in der oben bereits erwähnten US 5 549 717 A und in der US 5 603 737 A .

Die US 5 549 717 A betrifft eine Batterie und erwähnt als einen Verwendungsbereich dieser Batterie das Betreiben einer implantierbaren Defibrillatorvorrichtung. Letztere ist dort aber nicht näher beschrieben, insbesondere nicht in ihrer Zuordnung zu der Batterie. Ein in den 14 und 15 der US 5 549 717 A dargestelltes Batteriegehäuse hat die Form einer Halbkreisscheibe, die an ihrer ebenen Oberseite durch einen Deckel verschlossen ist. Die beiden halbkreisförmigen Seitenwände des Batteriegehäuses sind durch eine gekrümmte Bodenwand verbunden. Diese bekannte Batterie ist dafür ausgelegt, die zum Herstellen eines Batteriezellenstapels erforderliche Zeit zu reduzieren und dabei die erforderlichen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards im Betrieb einzuhalten. Dazu wird eine Anoden-, Katoden-Unterbaugruppe, die einen im Wesent lichen rechteckigen Querschnitt hat, in einem elektrisch leitfähigen Zellen- oder Batteriegehäuse von prismatischer Form untergebracht, das nach dem Befüllen mit Elektrolyt dicht verschlossen wird. 4 der US 5 549 717 A zeigt, wie die genannte Unterbaugruppe in dem Zellen- oder Batteriegehäuse untergebracht wird. Die US 5 549 717 A zeigt aber an keiner Stelle, wie die Batterie selbst in dem Gehäuse der Defibrillatorvorrichtung untergebracht wird. Die Art der Unterbringung der Batterie in dem Gehäuse einer Defibrillatorvorrichtung ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die oben bereits erwähnte US 5 603 737 A zeigt zwar eine Batterie, nicht aber die Art von deren Unterbringung in dem Gehäuse einer Defibrillatorvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine implantierbare Defibrillatorvorrichtung der eingangs genannten Art mit einem Batteriegehäuse zu versehen, das so ausgebildet ist, dass es möglichst Platz sparend in dem Vorrichtungsgehäuse aufnehmbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine implantierbare Defibrillatorvorrichtung gelöst, welche die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung bieten Lösungen für ein oder mehrere Probleme, die im Stand der Technik vorhanden sind, und zwar insbesondere im Hinblick auf eine effiziente Gehäusekonstruktion einer Batterie mit hohem Nennstrom für eine implantierbare Defibrillatorvorrichtung. Die Erfindung schafft eine implantierbare Defibrillatorvorrichtung mit einem Gehäuse einer Batterie mit hohem Nennstrom zur Verwendung mit einer gewickelten Elektrodenbaugruppe, die a) in einem Vorrichtungsgehäuse mit bogenförmigem Rand effizient untergebracht werden kann und b) eine insgesamt ebene Seite entgegengesetzt zu der gewölbten Seite bereitstellt, die sich innerhalb des bogenförmigen Randes des Vorrichtungsgehäuses befindet. Der in der implantierbaren Defibrillatorvorrichtung verfügbare Raum wird so wirksam ausgenutzt. Die Erfindung gestattet, eine Hochleistungsbatterie in einem Batteriegehäuse unterzubringen, das eine ebene Seite entgegengesetzt zu einer gewölbten Seite aufweist, um das enge Anliegen von anderen Komponenten zu gestatten, die innerhalb der implantierbaren Defibrillatorvorrichtung untergebracht sind, und dabei auch eine effiziente Unterbringung der Batterie innerhalb eines gebogenen Randes der Vorrichtung zu ermöglichen.

Im Vergleich zu bekannten Batterien mit hohem Nennstrom und Batteriegehäusen bieten die verschiedenen Ausführungsformen der Endung folgende Vorteile: (a) eine wirksame Ausnutzung des Volumens, das innerhalb eines gebogenen Randes einer implantierbaren Defibrillatorvorrichtung untergebracht ist; (b) eine effiziente Unterbringung von anderen Komponenten in eng anliegender Beziehung zu dem ebenen Ende des Batteriegehäuses, das dem gebogenen Ende des Gehäuses gegenüberliegt; (c) einfache Herstellbarkeit des Batteriegehäuses durch Ziehen und andere Verfahren; und (d) Kompatibilität mit gewickelten Elektrodenbaugruppen, die sich mit gutem Füllungsgrad in dem Batteriegehäuse unterbringen lassen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung von einem Batteriegehäuse, einer Elektrodenbaugruppe, einer Gehäuseauskleidung und einem Wickelisolator in einer Batterie einer implantierbaren Defibrillatorvorrichtung nach der Erfindung,

2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Batterie nach 1 mit einem Gehäusedeckel und einem oberen Isolator,

3 1, eine Querschnittansicht des Batteriegehäuses nach der Linie III-III in

4 eine Querschnittansicht eines alternativen Batteriegehäuseentwurfes,

5 eine schematische Darstellung der implantierbaren Defibrillatorvorrichtung nach der Erfindung,

6 ein Blockschaltbild mit den Komponenten, die in der implantierbaren Defibrillatorvorrichtung nach 5 enthalten sind, und

7 eine Teilquerschnittansicht der implantierbaren Defibrillatorvorrichtung nach der Linie VII-VII in 5 Die hier verwendeten Begriffe Batterie oder Batterien beinhalten eine einzelne elektrochemische Zelle oder mehrere elektrochemische Zellen. Batterien sind im Volumen beschränkte Systeme, in welchen die Komponenten in dem Gehäuse der Batterie nicht das verfügbare Volumen des Batteriegehäuses überschreiten können. Darüber hinaus können die relativen Mengen von einigen der Komponenten bedeutsam sein, um die gewünschte Menge an Energie mit den gewünschten Entladungsraten zu liefern. Eine Diskussion der verschiedenen Überlegungen bei dem Entwerfen der Elektroden und des gewünschten Volumens an Elektrolyt, der für sie benötigt wird, z.B. in einer Lithium/Silber-Vanadiumoxid (Li/SVO)-Batterie findet sich in der US 5 458 997 A . Im Allgemeinen muss die Batterie die Elektroden aufnehmen und zusätzliches Volumen für den Elektrolyten haben, der zum Schaffen einer funktionierenden Batterie erforderlich ist.

Die Erfindung ist besonders auf eine implantierbare Defibrillatorvorrichtung mit einer Batterie mit hohem Nennstrom gerichtet, die in der Lage ist, einen Kondensator mit der gewünschten Energiemenge aufzuladen, vorzugsweise mindestens 20 Joule, üblicherweise etwa 20 Joule bis etwa 70 Joule, in der gewünschten Zeitspanne, vorzugsweise bis zu 20 Sekunden, bevorzugter bis zu 10 Sekunden. Diese Werte können üblicherweise während der Lebensdauer der Batterie sowie dann, wenn die Batterie neu ist, erreicht werden. Infolgedessen muss die Batterie üblicherweise etwa 1 bis etwa 4 A bei etwa 1,5 bis etwa 2,5 V liefern, im Gegensatz zu Batterien mit niedrigem Nennstrom, die üblicherweise mit viel niedrigeren Geschwindigkeiten entladen werden. Darüber hinaus muss die bevorzugte Batterie in der Lage sein, diese Energiemengen wiederholt zu liefern, mindestens etwa alle 30 Sekunden und vorzugsweise etwa alle 10 Sekunden.

Eine für die implantierbare Defibrillatorvorrichtung nach der Erfindung bevorzugte Batterie ist in den 1 und 2 dargestellt und hat ein Batteriegehäuse 20 und eine Elektrodenbaugruppe 30. Das Gehäuse 20 ist dafür ausgelegt, die Elektrodenbaugruppe 30 aufzunehmen und mit einem Deckel 60 verschlossen zu werden. Eine Seite 14 des Gehäuses 20 hat eine insgesamt gewölbte Form, wogegen eine entgegengesetzte Seite 16 des Gehäuses 20 insgesamt eben ist. Diese Konstruktion bietet eine Anzahl von Vorteilen, wozu die Möglichkeit gehört, eines der gekrümmten oder gebogenen Enden einer bevorzugten gewickelten Elektrodenbaugruppe 30 aufnehmen zu können. Die gewölbte Seite 14 kann, wie weiter unten noch näher erläutert, auch in einem gebogenen Rand der implantierbaren Defibrillatorvorrichtung, einem implantierbaren Herzdefibrillator, aufgenommen werden. Wenn die gewölbte Seite 14 innerhalb des Randes der Defibrillatorvorrichtung untergebracht ist, ist eine entgegengesetzte, insge samt ebene Seite 16 nach innen gewandt, um die effiziente Ausnutzung des Raums innerhalb eines in den 5 bis 7 gezeigten Vorrichtungsgehäuses 82 zu unterstützen.
Die Elektrodenbaugruppe 30, die in den 1 und 2 dargestellt ist, ist vorzugsweise ein gewickeltes Gebilde ähnlich denjenigen, die sich in der US 5 486 215 A und in der US 5 549 717 A finden. Infolgedessen weisen die Elektrodenbaugruppen üblicherweise zwei insgesamt ebene Seiten auf, die durch zwei entgegengesetzte, insgesamt gebogene Ränder begrenzt werden, und zwei entgegengesetzte, insgesamt ebene Enden. Die Zusammensetzung der Elektrodenbaugruppen kann variieren, obgleich eine bevorzugte Elektrodenbaugruppe einen gewickelten Kern einer Lithium/Silber-Vandiumoxid (Li/SVO)-Batterie aufweist, wie es z.B. in der oben erwähnten US 5 458 997 A erläutert ist. Andere Batterien sind zwar ebenfalls einsetzbar, bevorzugt sollten jedoch die gewickelten Elektroden wenigstens ein insgesamt halbkreisförmiges gebogenes Ende haben, das geeignet ist, in der gewölbten Seite 14 des Batteriegehäuses 20 aufgenommen zu werden. Ein solcher Entwurf ergibt eine Batterie mit hohem Nennstrom und hohem Füllungsgrad oder volumetrischen Wirkungsgrad, die in vielen verschiedenen implantierbaren Vorrichtungen verwendbar ist.
Die Elektrodenbaugruppe 30 umfasst vorzugsweise eine Anode, eine Katode und ein poröses, elektrisch nichtleitfähiges Separatormaterial, in welches entweder die Anode oder die Katode oder beide eingekapselt sind. Diese drei Komponenten werden vorzugsweise miteinander geschichtet und gewickelt, um die Elektrodenbaugruppe 30 zu bilden. Der Anodenteil der Elektrodenbaugruppe kann eine Anzahl von unterschiedlichen Materialien aufweisen, zu welchen ein anodenaktives Material gehört, das auf einem Anodenleiterelement angeordnet ist. Beispiele von geeigneten anodenaktiven Materialien beinhalten Alkalimetalle, Materialien, die aus der Gruppe IA des periodischen Systems der Elemente ausgewählt sind, einschließlich Lithium, Natrium, Kalium usw. sowie deren Legierungen und intermetallische Verbindungen, einschließlich z.B. Li-Si-, Li-B-, und Li-Si-B-Legierungen und intermetallische Verbindungen, Einsatz- oder Einlagematerialien wie Kohlenstoff oder Zinnoxid. Beispiele von geeigneten Materialien für das Anodenleiterelement sind rostfreier Stahl, Nickel, Titan oder Aluminium.
Der Katodenteil der Elektrodenbaugruppe umfasst vorzugsweise ein katodenaktives Material, das auf einem Katodenstromsammler angeordnet ist, der den Strom von Elektronen zwischen dem katodenaktiven Material und den Katodenklemmen der Elektrodenbaugruppe 30 leitet. Beispiele von Materialien, die zur Verwendung als katodenaktives Material geeignet sind, sind Metalloxid, gemischtes Metalloxid, ein Metallsulfid oder Kohlenstoffverbindungen sowie Kombinationen derselben. Geeignete katodenak tive Materialien sind Silbervanadiumoxid (SVO), Kupfervanadiumoxid, Kupfersilbervanadiumoxid (CSVO), Mangandioxid, Titandisulfid, Kupferoxid, Kupfersulfid, Eisensulfid, Eisendisulfid, Kohlenstoff und fluorierter Kohlenstoff sowie Gemische derselben einschließlich mit Lithiumsulfid versetzte Metalle wie Mangan, Kobalt und Nickel.
Vorzugsweise umfasst das katodenaktive Material ein gemischtes Metalloxid, das durch chemische Addition, Reaktion oder anderweitigen innigen Kontakt oder durch einen thermischen Spritzüberzugsprozess von verschiedenen Metallsulfiden, Metalloxiden oder Kombinationen von Metalloxid/elementarem Metall gebildet wird. Die Materialien, die dadurch hergestellt werden, beinhalten Metalle und Oxide der Gruppen IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB und VIII des Periodensystems der Elemente wozu Edelmetalle und/oder deren Oxidverbindungen gehören.
Die katodenaktiven Materialien können in einem Bindematerial wie einem Fluorharzpulver, vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE)-Pulver, bereitgestellt werden, das auch ein weiteres elektrisch leitfähiges Material enthält wie Graphitpulver, Acetylenrußpulver und Lampenrußpulver. In einigen Fällen ist jedoch kein Bindemittel oder anderes leitfähiges Material für die Katode erforderlich.
Das Separatormaterial sollte die Anode von der Katode elektrisch isolieren. Das Material ist vorzugsweise durch den Zellenelektrolyten benetzbar, ausreichend porös, um dem Elektrolyten zu gestatten, durch das Separatormaterial zu strömen, und in der Lage, die physikalische und chemische Integrität innerhalb der Zelle während des Betriebes aufrechtzuerhalten. Beispiele von geeigneten Separatormaterialien sind Polyethylentetrafluorethylen, Keramik, Glasvlies, Glasfasermaterial, Polypropylen, Polyethylen.
Das Einführen der Elektrodenbaugruppe 30 in das Batteriegehäuse 20 ist auch in 2 dargestellt. In 1 ist jedoch am besten zu erkennen, dass ein Wickelisolator 40 auf der Elektrodenbaugruppe 30 angeordnet ist. Der Wickelisolator 40 hat eine Kerbe 42 zum Aufnehmen von einer der Anschlussfahnen 32 an der Elektrodenbaugruppe 30 und Schlitze 44, 46 und 48 zum Aufnehmen der anderen Anschlussfahnen 32.
Die Elektrodenbaugruppe 30 wird in eine elektrisch nichtleitfähige Gehäuseauskleidung 50 eingeführt. Die Gehäuseauskleidung 50 erstreckt sich an ihrem oberen Rand oberhalb des Randes der Elektrodenbaugruppe 30, um sie mit anderen elektrisch nichtleitfähigen Elementen zu überlappen. Wenn sich die Gehäuseauskleidung 50 oberhalb der Elektrodenbaugruppe 30 erstreckt, weist sie eine Kerbe 52 auf einer Seite auf, um die Verbindung zwischen einem Satz der Anschlussfahnen 32 und dem Batteriegehäuse 20 zu gestatten. Die Elektrodenbaugruppe 30, der Wickelisolator 40 und die Gehäuseauskleidung 50 werden dann in das Gehäuse 20 eingeführt.
2 zeigt einen Deckel 60 für das Batteriegehäuse 20 und einen oberen Isolator 70 zusammen mit dem Gehäuse 20 und der Elektrodenbaugruppe 30. Der Deckel 60 hat eine Durchführung 62, durch die ein Durchführungsstift 64 hindurchgeführt ist. Der Durchführungsstift 64 ist von dem Deckel 60 dort, wo er durch den Deckel 60 hindurchgeht, elektrisch isoliert. Der Durchführungsstift 64 ist gebogen, damit er sich selbst mit den gewünschten Anschlussfahnen 32 ausrichtet, die von der Elektrodenbaugruppe 30 vorstehen. Der Deckel 60 hat auch eine Füllöffnung 66, die benutzt wird, um eine Elektrolytlösung einzuleiten, woraufhin die Füllöffnung 66 hermetisch verschlossen wird.
Der obere Isolator 70 ist unter dem Deckel 60 und oberhalb des Wickelisolators 40 angeordnet, d.h. in dem oberen Raum oberhalb der gewickelten Elektrodenbaugruppe 30 und unterhalb des Deckels 60. Der obere Isolator 70 hat eine erhöhte Oberfläche 72, die über der Elektrodengruppe 30 durch einen Rand 74 abgestützt ist, der sich um den Umfang des oberen Isolators 70 erstreckt. Eine Vertiefung 76 ist in der erhöhten Oberfläche 72 dort gebildet, wo der Durchführungsstift 64 durch den oberen Isolator 72 hindurchgeführt wird. Die Vertiefung 76 in dem oberen Isolator 72 ist dafür ausgebildet, das Gebilde aufzunehmen, welches die Durchführung 62 umgibt, die in dem Deckel 60 gebildet ist (das sich üblicherweise um dieselbe Strecke unterhalb der unteren Oberfläche des Deckels 60 erstreckt). Der obere Isolator 70 ist vorgesehen, um den Durchführungsstift 64 von dem Gehäuse 20 und dem Deckel 60 elektrisch zu isolieren. Der obere Isolator 70 bildet eine Kammer, die mit der oberen Oberfläche des Wickelisolators 40 in Verbindung steht, welcher den Durchführungsstift 64 und die Anschlussfahnen 32, an denen er befestigt ist, isoliert. Zusätzliche Isolation in Form eines Schlauches oder eines Überzugs (nicht gezeigt) um den oder auf dem Durchführungsstift 64 kann auch vorgesehen sein, um die elektrische Isolation des Durchführungsstifts 64 weiter zu gewährleisten.
Es ist zwar nur eine besondere Ausführungsform von Wickelisolator, oberem Isolator, Deckel und Elektrodenbaugruppe mit Anschlussfahnen in den 1 und 2 gezeigt, es dürfte jedoch klar sein, dass irgendeine geeignete Vorrichtung statt der dargestellten Ausführungsform benutzt werden könnte, solange die Funktion des Isolierens der Anschlussfahnen und des Durchführungsstiftes erfüllt wird.
Das Batteriegehäuse 20 und der Deckel 60 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, bei welchem es sich handeln kann um: rostfreien Stahl, Aluminium, Titan usw. Es wird bevorzugt, dass das Gehäuse 20 hergestellt wird, indem das Metall in die gewünschte Form gezogen wird, obgleich andere Herstellungsverfahren auch in Betracht gezogen werden können. Es wird auch bevorzugt, dass das Gehäuse 20 und der Deckel 60 aus Materialien bestehen, die leicht verbunden und hermetisch verschlossen werden können, z.B. durch Schweißen. Der Durchführungsstift 64 sollte ebenfalls elektrisch leitfähig sein. Beispiele von geeigneten Materialien für den Durchführungsstift 64 sind Niob und Molybdän. Der Wickelisolator 40, die Gehäuseauskleidung 50 und der obere Isolator 70 bestehen aus einem elektrisch nichtleitfähigen Material, bei welchem es sich handeln kann um: ein Polyolefinpolymer und Fluorpolymer (z.B. PETFE und PECTFE).
Nachdem die Elektrodenbaugruppe 30 in dem Batteriegehäuse 20 untergebracht worden ist und das Gehäuse 20 durch den Deckel 60 dicht verschlossen worden ist, kann die Batterie mit dem Elektrolyt gefüllt werden, der erforderlich ist, um die Batterie zu aktivieren. Beispiele von geeigneten Elektrolyten umfassen einen nichtwässerigen, ionisch leitfähigen Elektrolyt, der als ein Medium zur Wanderung von Ionen zwischen der Anode und der Katode während der elektrochemischen Reaktionen der Zelle dient. Üblicherweise enthält der Elektrolyt ein anorganisches, ionisch leitfähiges Salz, das in einem nichtwässerigen Lösungsmittel aufgelöst ist, und bevorzugter enthält der Elektrolyt ein ionisierbares Alkalimetallsalz, aufgelöst in einer Mischung aus aprotischen organischen Lösungsmitteln, die ein Lösungsmittel niedriger Viskosität und ein Lösungsmittel hoher Permittivität umfassen.
Das Batteriegehäuse 20, das in den 1 und 2 gezeigt ist, weist eine Oberseite 10 und eine Grundseite 12 auf, die durch vier Seiten 14, 15, 16 und 17 verbunden sind. Die Seiten 15 und 17 liegen einander gegenüber, und die Seiten 14 und 16 liegen ebenfalls einander gegenüber. Die Oberseite 10 ist üblicherweise offen, wie gezeigt, um das Einführen einer Elektrodenbaugruppe 30 und von jedweden anderen gewünschten Komponenten zu gestatten. Die Oberseite 10 ist bei dem dargestellten Gehäuse 20 zwar offen, es ist jedoch klar, dass irgendein Teil des Batteriegehäuses 20 statt der Oberseite 10 offen sein könnte.
Eine Querschnittansicht des Batteriegehäuses 20 ist in 3 dargestellt (bei entfernter Elektrodenbaugruppe 30). Die Seite 14 des Gehäuses 20 ist insgesamt bogenförmig oder gewölbt, wogegen die gegenüberliegende Seite 16 des Gehäuses 20 insgesamt eben ist. Dieser Aufbau ergibt eine Anzahl von Vorteilen, zu denen die Möglichkeit ge hört, eines der gekrümmten oder bogenförmigen Enden einer bevorzugten gewickelten Elektrodenbaugruppe 30 aufnehmen zu können. Die gewölbte Seite 14 kann, wie es im folgenden noch näher erläutert ist, auch innerhalb eines bogenförmigen Randes einer implantierbaren Defibrillatorvorrichtung, nämlich eines implantierbaren Herzdefibrillators, untergebracht werden. Wenn die gewölbte Seite 14 innerhalb des Randes der Defibrillatorvorrichtung untergebracht ist, ist die ebene Oberfläche der gegenüberliegenden Seite 16 nach innen gewandt, um die wirksame Ausnutzung des Raums innerhalb eines Vorrichtungsgehäuses zu unterstützen.
3 zeigt außerdem, dass die einander gegenüberliegenden Seiten 15 und 17 des Gehäuses 20 insgesamt parallel zueinander sind und ebenfalls insgesamt eben sind. Ebenso ist die Grundseite 12 des Gehäuses 20 auch insgesamt eben. Die Grundseite 12 ist vorzugsweise an den Seiten 14, 15, 16 und 17 unter Winkeln von neunzig Grad befestigt. Mit anderen Worten, das Gehäuse 20 kann so beschrieben werden, dass es fünf insgesamt ebene Oberflächen (die Oberseite 10, die Grundseite 12 und die Seiten 15, 16, 17) aufweist, die in der Form eines prismatischen, rechteckigen Festkörpers angeordnet sind, wobei eine Seite 14 des Festkörpers eine gewölbte Oberfläche ist, im Gegensatz zu einer insgesamt ebenen Oberfläche.
Ein wichtiger Vorteil dieses Aufbaus ist, dass, im Vergleich zu einem vollständig prismatischen sechsseitigen Gehäuse (wie es z.B. aus der US 5 603 737 A bekannt ist), die Erfindung eine Batterie schafft, die einen erhöhten Füllungsgrad oder volumetrischen Wirkungsgrad hat. Diese Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades ergibt sich als ein Ergebnis einer besseren engeren Anpassung zwischen einem bogenförmigen oder abgerundeten Ende der gewickelten Elektrodenbaugruppe 30 und der gewölbten Seite 14 des Batteriegehäuses 20. Der Raum an dem entgegengesetzten Ende des Batteriegehäuses 20, der nicht durch die Elektrodenbaugruppe 30 eingenommen wird, kann in vorteilhafter Weise als ein Teil des Reservoirs benutzt werden, das notwendig ist, um die Elektrolytlösung aufzunehmen.
Ein Maß des volumetrischen Wirkungsgrades einer Batterie kann angegeben werden in Amperestunden pro Kubikzentimeter. In einem Beispiel einer Batterie, bei welcher der Oberflächeninhalt der Elektroden 90 Quadratzentimeter beträgt, beträgt das Volumen des Batteriegehäuses 20, das eine gewölbte Seite aufweist und dafür ausgelegt ist, die Elektrodenbaugruppe und den zugeordneten Elektrolyt usw. zu umschließen, 8,6 Kubikzentimeter und ergibt eine Batterie mit einem volumetrischen Wirkungsgrad von 182 Milliamperestunden pro Kubikzentimeter. Um eine Elektrodenbaugruppe mit denselben Abmessungen in einem Batteriegehäuse aufzunehmen, bei dem alle sechs Seiten insgesamt eben sind, würde sich eine Batterie ergeben, die ein Volumen von etwa 9,0 Kubikzentimeter hat, was einen volumetrischen Wirkungsgrad von etwa 174 Milliamperestunden pro Kubikzentimeter ergäbe.
Die Form der gewölbten Seite 14 des Gehäuses 20 ist insgesamt halbkreisförmig dargestellt, es ist aber klar, dass eine Seite, die irgendeine geeignete Bogenform hat und die Grundseite 12 und die beiden entgegengesetzten Seiten 15 und 17 verbindet, statt dessen verwendet werden könnte. Beispiele von einigen geeigneten alternativen Bogenformen für die gewölbte Seite 14 des Gehäuses 20 sind elliptische, parabolische und andere gekrümmte Formen.
Außer einer rein bogenförmigen Seite, d.h. einer Seite, bei der alle Oberflächen eine gewölbte Form haben, könnte die bogenförmige oder gewölbte Seite des Gehäuses aus zwei bogenförmigen Abschnitten zusammengesetzt sein, zwischen denen sich ein oder mehrere ebene Abschnitte befinden. Ein Beispiel eines alternativen Gehäuses 120, das eine Grundseite 112, eine insgesamt ebene Seite 116 und eine gewölbte Seite 114 mit einer zusammengesetzten Form hat, ist in 4 gezeigt. Die beiden einander gegenüberliegenden ebenen Seiten 115 und 117 des Batteriegehäuses 120 sind jeweils mit einem bogenförmigen Abschnitt 114a bzw. 114b verbunden, zwischen denen ein insgesamt ebener Abschnitt 114c angeordnet ist. In einer weiteren Alternative könnte der zentrale Abschnitt 114c ein weiterer bogenförmiger Abschnitt sein, der einen anderen Krümmungsradius oder ein anderes Profil als die beiden bogenförmigen Abschnitte 114a, 114b auf jeder Seite hat.
Die Form der gewölbten Seite 114 des Batteriegehäuses 120 kann von einem Batteriegehäuse unterschieden werden, das eine prismatische, sechsseitige, rechteckige, massive Form hat, bei der die insgesamt ebenen Seiten längs ihrer Ränder durch eine mit Radius versehene Verbindung verbunden sind (gezogen oder auf andere Weise gebildet). Ein unterscheidendes Merkmal ist, dass die gewölbte Oberfläche oder die gewölbten Oberflächen, welche die gewölbte Seite des Batteriegehäuses bilden, der gewölbten Form einer gewickelten Elektrodenbaugruppe, die in dem Batteriegehäuse. untergebracht werden soll, insgesamt angepasst sind. Mit Radius versehene Ränder, die bei dem Verbinden der ebenen Seiten eines Batteriegehäuses benutzt werden, würden üblicherweise einen Krümmungsradius haben, der zu klein ist, um sie der Form einer gewickelten Elektrodenbaugruppe anzupassen. Bevorzugt beträgt das Verhältnis des Krümmungsradius der gewölbten Seite des Batteriegehäuses zu dem Krümmungsradius des bogenförmigen Endes einer gewickelten Elektrodenbaugruppe etwa 0,5 : 1 bis etwa 2 : 1, bevorzugter etwa 0,75 : 1 bis etwa 1,5 : 1 und noch bevorzugter etwa 1 1. In einer Ausführungsform, die der in 4 dargestellten gleicht, beträgt der Krümmungsradius der bogenförmigen Abschnitte 114a, 114b mindestens etwa 3 Millimeter.
Die Batterie und das Batteriegehäuse der Defibrillatorvorrichtung nach der Erfindung können in einer Vielfalt von implantierbaren medizinischen Vorrichtungen benutzt werden. 5 veranschaulicht einen Defibrillator 80 und einen Leitungssatz 90, wobei der Defibrillator eine Batterie mit einer gewölbten Seite aufweist. Die ventrikuläre Leitung weist einen langgestreckten Leitungskörper 92 auf, der drei konzentrische, gewickelte Leiter trägt, die durch rohrförmige Isolierhüllen voneinander getrennt sind. Eine Ringelektrode 94, eine ausfahrbare Helixelektrode 95, die in einem isolierenden Elektrodenkopf 96 zurückziehbar angeordnet ist, und eine langgestreckte Defibrillationswickelelektrode 97 sind an dem distalen Ende des Leitungskörpers 92 angeordnet. Die Elektroden 94 und 95 sind jeweils mit einem der gewickelten Leiter innerhalb des Leitungskörpers 92 verbunden. Die Elektroden 94 und 95 können für Herzschrittmacherzwecke und zum Erkennen von ventrikulärer Depolarisation benutzt werden. An dem proximalen Ende des Leitungskörpers 92 befindet sich ein gegabelter Verbinder 93, der die elektrischen Verbinder trägt, die jeweils mit einem der gewickelten Leiter in dem Leitungskörper 92 verbunden sind. Die Defibrillationswickelelektrode 97 kann aus Platin, einer Platinlegierung oder anderen Materialien hergestellt sein, die dafür bekannt sind, dass sie bei implantierbaren Defibrillationselektroden verwendbar sind, und können z.B. eine Länge von etwa 5 cm haben.
Die Atrial/SVC-Leitung umfasst einen langgestreckten, isolierenden Leitungskörper 98, der drei konzentrische, gewickelte Leiter trägt, welche durch rohrförmige Isolierhüllen voneinander getrennt sind, entsprechend dem Aufbau des ventrikulären Leitungskörpers 92. An dem J-förmigen distalen Ende des Leitungskörpers 98 befinden sich eine Ringelektrode 99 und eine ausfahrbare Helixelektrode 100, die zurückziehbar in einem isolierenden Elektrodenkopf 101 untergebracht ist. Die Elektroden 99 und 100 sind jeweils mit einem der gewickelten Leiter innerhalb des Leitungskörpers 98 verbunden. Die Elektroden 99 und 100 werden für atriale Herzschrittmacherzwecke und zum Erfassen von Atrialdepolarisationen benutzt. Eine langgestreckte Wickelelektrode 102 ist proximal zu der Ringelektrode 99 angeordnet und mit dem dritten Leiter innerhalb des Leitungskörpers 98 verbunden. Die Atrial/SVC-Elektrode ist mindestens 10 Zentimeter lang und so ausgebildet, dass sie sich von dem SVC zu dem dreizipfligen Ventil erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform waren ungefähr 5 Zentimeter der rechten Atrium/SVC-Elektrode in dem rechten Atrium untergebracht, wogegen sich die übrigen 5 Zentimeter in dem SVC befanden. An dem proximalen Ende des Leitungskör pers 98 befindet sich ein gegabelter Verbinder 103, der drei elektrische Verbinder trägt, die jeweils mit einem der gewickelten Leiter in dem Leitungskörper 98 verbunden sind.
Die Koronarsinusleitung weist einen langgestreckten, isolierenden Leitungskörper 104 auf, der einen gewickelten Leiter trägt, welcher mit einer Defibrillationelektrode 105 verbunden ist. Die Defibrillationselektrode 105, die in 5 mit gestricheltem Umriss dargestellt ist, ist innerhalb des Koronarsinus und der großen Vene des Herzens angeordnet. An dem proximalen Ende des Leitungskörpers 104 befindet sich ein Verbinderstecker 106, der einen elektrischen Verbinder trägt, welcher mit dem gewickelten Leiter in dem Leitungskörper 104 verbunden ist. Die Koronarsinus/große Vene-Elektrode 105 kann eine Länge von etwa 5 Zentimeter haben.
Der implantierbare Herzschrittmacher/Kardioverter/Defibrillator 80 ist mit Leitungsverbinderbaugruppen 93, 103 und 106 gezeigt, die in den Verbinderblock 84 eingeführt sind, der an dem Gehäuse 82 befestigt ist. Wahlweise kann die Isolation des nach außen gewandten Teils des Gehäuses 82 von dem Herzschrittmacher/Kardioverter/Defibrillator 80 vorgesehen werden, indem ein Kunststoffüberzug verwendet wird, z.B. aus Parylen oder Silikongummi, Materialien, wie sie gegenwärtig bei einigen unipolaren Herzschrittmachern verwendet werden. Der nach außen gewandte Teil kann statt dessen unisoliert bleiben oder es kann eine geeignete andere Unterteilung zwischen den isolierten und unisolierten Teilen verwendet werden. Der unisolierte Teil des Gehäuses 82 dient wahlweise als eine subkutane Defibrillationselektrode, die benutzt wird, um entweder Atrium oder Ventrikel zu defibrillieren. Andere Leitungskonfigurationen und Elektrodenplatzierungen können selbstverständlich statt des dargestellten Leitungssatzes benutzt werden. Zum Beispiel könnten atriale Defibrillations- und Erfassungselektroden entweder zu der Konorarsinusleitung oder zu der rechten ventrikulären Leitung hinzugefügt werden, statt bei einer separaten atrialen Leitung angeordnet zu werden, wodurch ein Zweileitungssystem ermöglicht wird.
Die Batterien, die in dem Herzschrittmacher/Kardioverter/Defibrillator 80 benutzt werden, müssen zuverlässig sein, und zwar wegen der kritischen Funktionen, die sie erfüllen, was insbesondere für Defibrillatoren gilt, um einen Tod aufgrund von lethaler Arrhythmie zu verhindern. Defibrillatoren arbeiten oft in Kombination mit einem Herzschrittmacher. Während des Betriebes überwachen Defibrillatoren ständig den Herzschlag eines Patienten. Es ist daher wichtig, dass solche Batterien von implantierbaren Vorrichtungen in der Lage sind, den gewünschten Impulsstrom mit einem minimalen Spannungsabfall während des Impulses zu liefern. Infolgedessen ist es wichtig, dass bei den Batterien kein hoher Anstieg des inneren Widerstandes über der Entladungszeit der Batterie auftritt.
Gemäß der Darstellung in 5 weist das Gehäuse 82 zwei beabstandete, entgegengesetzte Seiten 83 auf, die an ihrem Umfang durch Ränder 85 verbunden sind. Wenigstens einige der Ränder 85 sind bogenförmig, um das Vorhandensein von scharfen Ecken oder Kanten zu begrenzen, die eine Belästigung für den Patienten hervorrufen oder steigern könnten. Die genauen Abmessungen des Vorrichtungsgehäuses 82 sind variabel, was auch für die genaue Form der Ränder 85 gilt.
Ähnlich wie die Batteriekonstruktion, die oben beschrieben worden ist, ist auch die Vorrichtung 80 ein volumetrisch begrenztes System, in welchem die Komponenten des Vorrichtungsgehäuses 82 das verfügbare Volumen nicht überschreiten können. Die Komponenten einer solchen Vorrichtung 80 sind in 6 schematisch dargestellt und umfassen, innerhalb des Gehäuses 82, eine Stromquelle 86 (üblicherweise eine oder mehrere Batterien) und andere Komponenten 81a, 81b, welche erforderlich sind, um sowohl den Herzrhythmus zu überwachen als auch bei Bedarf die gewünschte Therapie zu bewirken.
7 ist eine vergrößerte Teilquerschnittansicht der Vorrichtung 80, in welcher eine Batterie 86, die ein Batteriegehäuse mit einer gewölbten Seite 87 aufweist, innerhalb eines der bogenförmigen Ränder 85 des Vorrichtungsgehäuses 82 angeordnet ist. Durch Schaffung einer Batterie 86, die gut in den bogenförmigen Rand 85 des Gehäuses 82 hineinpasst, kann das Gesamtvolumen innerhalb des Gehäuses 82 der Vorrichtung 80 wirksamer ausgenutzt werden.
Zusätzlich zu dem Einpassen der gewölbten Seite 87 der Batterie 86 in den bogenförmigen Rand 85 des Vorrichtungsgehäuses 82 ist die Seite 88 der Batterie 86, welche der bogenförmigen Seite 87 gegenüberliegt, insgesamt eben, wie es in 7 gezeigt ist. Diese insgesamt ebene Oberfläche ist vorteilhaft, da andere Komponenten innerhalb. der Vorrichtung 80 üblicherweise wenigstens eine ebene Oberfläche aufweisen werden, die angrenzend an die ebene Seite 88 der Batterie 86 platziert werden kann. Infolgedessen können die anderen Komponenten innerhalb der Vorrichtung 80 in dem Vorrichtungsgehäuse 82 besser untergebracht werden.

Claims

Implantierbare Defibrillatorvorrichtung, mit: einem Vorrichtungsgehäuse (82), einem Kondensator, der in dem Vorrichtungsgehäuse (82) angeordnet ist, und einer Batterie, die in dem Vorrichtungsgehäuse (82) angeordnet ist und mit dem Kondensator in Wirkverbindung steht, wobei die Batterie aufweist, eine gewickelte Elektrodenbaugruppe (30); einen Elektrolyt; eine Gehäuseauskleidung (50); und ein hermetisch verschlossenes Batteriegehäuse (20; 120), das die Elektrodenbaugruppe (30), den Elektrolyt und die Gehäuseauskleidung (50) umschließt, wobei das Batteriegehäuse (20; 120) einen an seiner Oberseite (10) angeordneten Deckel (60), eine entgegengesetzt zu dem Deckel (60) angeordnete Grundseite (12; 112) und vier Seiten (14–17; 114–117) aufweist, die sich zwischen der Oberseite (10) und der Grundseite (12; 112) des Batteriegehäuses (20; 120) erstrecken und von denen wenigstens zwei einander gegenüberliegende Seiten ebene Seiten (15, 17; 115, 117) sind und eine dritte Seite (14; 114) gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Seite (16; 116) eine insgesamt ebene Seite ist, dass die gekrümmte dritte Seite (14; 114) eine im Querschnitt gewölbte Seite ist, die direkt entgegengesetzt und parallel zu der insgesamt ebenen Seite (16; 116) angeordnet ist, dass das Vorrichtungsgehäuse (82) wenigstens einen bogenförmigen Rand (85) aufweist und dass die gewölbte Seite (14; 114) des Batteriegehäuses (20) in dem bogenförmigen Rand (85) des Vorrichtungsgehäuses (82) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die insgesamt ebene Seite (16; 116) des Batteriegehäuses (20; 120), welche der gewölbten Seite (14; 114) gegenüberliegt, dem Inneren des Vorrichtungsgehäuses (82) zugewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (60), die Grundseite (12), die drei ebenen Seiten (15, 16, 17; 115, 116, 117) und die gewölbte Seite (14; 114) des Batteriegehäuses (20; 120) eine prismatische, massive Form mit einer gewölbten Oberfläche und fünf insgesamt ebenen Oberflächen bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gewickelte Elektrodenbaugruppe (30) einen elliptischen Querschnitt mit zwei insgesamt bogenförmigen Enden hat, wobei eines der insgesamt bogenförmigen Enden innerhalb der gewölbten Seite (14; 114) des Batteriegehäuses (20; 120) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in der Lage ist, mindestens 20 Joule in bis zu 20 Sekunden zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in der Lage ist, die mindestens 20 Joule in einer Zeitspanne von bis zu 30 Sekunden wenigstens zweimal zu liefern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (10) des Batteriegehäuses (20) ein offenes Ende bildet, das durch den Deckel (60) hermetisch verschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (60) mit dem Batteriegehäuse (20) verschweißt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (20) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe rostfreier Stahl, Aluminium und Titan ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Seite (14) im Querschnitt halbkreisförmig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Seite (14) im Querschnitt elliptisch oder parabolisch gekrümmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Seite (114) im Querschnitt aus zwei bogenförmigen Abschnitten (114a, 114b) zusammengesetzt ist, zwischen denen sich ein oder mehrere ebene Abschnitte (114c) befinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einander gegenüberliegenden ebenen Seiten (115, 117) des Batteriegehäuses (120) jeweils mit einem bogenförmigen Abschnitt (114a, 114b) verbunden sind, zwischen denen ein weiterer Abschnitt (114c) angeordnet ist, der einen anderen Krümmungsradius oder ein anderes Profil als die beiden bogenförmigen Abschnitte (114a, 114b) auf jeder Seite hat.