DE2056493A1

DE2056493A1 - Pacemaker electrode assembly - using capacitative stimulus pulse coupling via dielectric film coated metal electrode head

Info

Publication number: DE2056493A1
Application number: DE19702056493
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: SCHALDACH M
Current assignee: SCHALDACH M
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1970-11-06
Publication date: 1972-05-10

Abstract

The dielectric film thickness in relation to the magnitude of the Helmholtz capacitance is on the matal-electrolyte phase boundaries and the film is specif. an oxide esp. of the Ta or Al used for the electrode head proper to which the flexible lead is connected. By the use of capacitance coupling the power consumption is reduced with corresponding increase in the life of the implanted power supply source.

Description

Herzschrittmacher - Metallelektrode Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Herzschrittmacher - Metallelektrode, bestehend aus isolierter Kabelzuleitung und Metallelektrodenkopf.Pacemaker Metal Electrode The present invention relates to on a pacemaker - metal electrode, consisting of an insulated cable lead and metal electrode head.

Die elektrische Stimulation des Herzens bei Reizleitungsstörungen beruht darauf, daß in der Nähe einer erregbaren Zellmembran oder einem Bereich erregbarer Zellmembranen eine elektrische Feldstärke erzeugt wird, die den reizauslösenden Prozeß herbeiführt.The electrical stimulation of the heart in the case of conduction disorders is based on the fact that in the vicinity of an excitable cell membrane or an area excitable Cell membranes generate an electric field strength that triggers the stimulus Process brings about.

Zur Auslösung des Erregungsablaufes werden dabei Metall elektroden in Verbindung mit elektronischen Schrittmachern benutzt. Ein derartiges künstliches Reizsystem besteht aus zwei Teilen: dem implantierbaren Elektronikteil mit Energieversorgung und dem aus differenter und indifferenter Elektrode bestehenden Reizstromkreis. Die Elektronik besteht im wesentlichen aus einem Impulsgenerator mit Schaltstufe, der periodisch für eine kurze Zeit einen aufgeladenen Kondensator über den Herzmuskel entlädt. Das technische Problem für derartige implatierbare Impulsgeneratoren liegt vorwiegend darin, mit einem Minimum an Energie den Generator zu betreiben, damit die aus den Batterien entnehmbare Energie allein für die Reizung des Myokards verfügbar ist, und sich somit eine angemessene Lebensdauer des Gerätes ergibt.Metal electrodes are used to trigger the excitation process used in conjunction with electronic pacemakers. Such an artificial one The stimulus system consists of two parts: the implantable electronic part with an energy supply and the stimulation circuit consisting of different and indifferent electrodes. The electronics essentially consist of a pulse generator with Switching stage that periodically transfers a charged capacitor over a short period of time discharges the heart muscle. The technical problem for such implatable pulse generators is mainly to operate the generator with a minimum of energy, so that the energy that can be drawn from the batteries is used solely to stimulate the myocardium is available, and thus results in a reasonable service life of the device.

Bei der Anwendung von Metallelektroden im Herzen ist es also erforderlich, daß eine bestimmte Feldstärke erreicht wird, notfalls auch ein entsprechender Strom, der in der Umgebung der Elektrode fließt.When using metal electrodes in the heart, it is necessary to that a certain field strength is achieved, if necessary also a corresponding current, that flows in the vicinity of the electrode.

Aus dem elektrischen Verhalten der Phasengrenzen Metall -Elektrolyt bzw. Metall - Herzmuskelgewebe ist es bekannt, daß die Schicht zwischen Metalloberfläche der Elektroden und Elektrolyten im wesentlichen durch eine Kapazität der starren Dipol - Doppelschicht, auch Helmholtz - Schicht genannt, dargestellt werden kann. Diese beträgt etwa 50 #< F/cm2. Da der reizauslösende Prozeß im wesentlichen eine Feldstärke für-die Beweglichkeit der Ladungsträger an der Zellmembran benötigt, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Herzschrittmacher - Metallelektrode anzugeben, durch die der Stromfluß und damit die irreversiblen Verluste in der Umgebung der Metallelektrode wesentlich herabgesetzt werden, und somit die Lebensdauer der elektronischen Herzschrittmacher bei gleichbleibender Batteriekapazität verlängert wird.From the electrical behavior of the metal-electrolyte phase boundaries or metal - myocardial tissue, it is known that the layer between metal surface of the electrodes and electrolytes essentially by a capacitance of the rigid Dipole double layer, also called Helmholtz layer, can be represented. This is about 50 # <F / cm2. Since the stimulus-inducing process is essentially a field strength is required for the mobility of the charge carriers on the cell membrane, it is the object of the present invention to provide a pacemaker metal electrode indicate through which the current flow and thus the irreversible losses in the environment of the metal electrode are significantly reduced, and thus the service life of the electronic pacemaker extended while the battery capacity remains the same will.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrodenkopfoberfläche mit einer dielektrischen Schicht überzogen ist, deren Schichtdicke in Relation zur Größe der Helmholtz - Kapazität an den Phasengrenzen Metall - Elektrolyt steht.According to the invention, this object is achieved in that the electrode head surface is covered with a dielectric layer, the layer thickness in relation to Size of the Helmholtz capacitance at the metal-electrolyte phase boundary.

Um eine entsprechende Feldstärke an der Oberfläche der Elektrode bei aufgebrachter dielektrischer Schicht zu erzeugen ist es notwendig, daß diese Schicht genügend dünn ist und somit der Potentialabfall in dieser Schicht gering bleibt.In order to achieve a corresponding field strength on the surface of the electrode to produce when the dielectric layer is applied, it is necessary that this Layer is sufficiently thin and thus the potential drop in this layer is small remain.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die dielektrische Schicht deshalb aus einer Oxydschicht. According to a further embodiment of the invention, there is the dielectric Layer therefore made of an oxide layer.

Vorgeschlagen werden beispielsweise Tantalelektroden mit Tantaloxyddeckschichten bzw. Aluminiumelektroden mit Aluminiumoxyddecks chichten. -Der Oxydüberzug kann im porenlosem Zustand durch elektrochemische Abscheidung erzeugt werden. For example, tantalum electrodes with tantalum oxide cover layers are proposed or aluminum electrodes with aluminum oxide cover layers. -The oxide coating can are generated in the pore-free state by electrochemical deposition.

Diese Deckschichten liegen in der Größenordnung von 50 A und besitzen eine Kapazität die in der Größenordnung der Helmholtz - Kapazität liegt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, daß die Hälfte der angelegten Spannung vom Herzschrittmacher her zur Erzeugung der zum Reizauslösungsprozeß notwendigen Feldstärke vorhanden ist, andererseits aber keine elektrochemische Reaktion auftreten kann. Dieser-energiesparende Prozeß bewirkt eine längere Lebensdauer der implatierbaren Herzschrittmacher bei herkömmlichen Energiequellen. These top layers are on the order of 50 Å and have a capacity that is in the order of magnitude of the Helmholtz capacity. Through this It is possible to measure half of the applied voltage from the pacemaker for generating the field strength necessary for the stimulus release process is, but on the other hand no electrochemical reaction can occur. This-energy-saving Process results in a longer lifespan of the implantable pacemaker conventional energy sources.

Die Leistungs- bzw. Energieentnahme aus den Batterien der implatierten Herzschrittmacher wird somit auf den Stromverbrauch der Steuerschaltung und die Umladungsverluste der beiden in Serie geschalteten Kondensatoren -des elektrischen Ersatzschaltbildes - beschränkt. Umpolarisationsverluste, die mit der elektrochemischen Umwandlung der Dipol - Doppelschicht verbunden sind, werden gleichfalls vermieden. The power or energy drawn from the batteries of the implated Pacemaker is thus on the power consumption of the control circuit and the Charging losses of the two capacitors connected in series - the electrical one Equivalent circuit diagram - limited. Polarization losses associated with the electrochemical Conversion of the dipole bilayer are also avoided.

Claims

Claim a patent

1. Cardiac pacemaker - metal electrode, consisting of an insulated cable lead and and metal electrode head, characterized in that the electrode head surface is covered with a dielectric layer, the layer thickness in relation to Size of the Helmholtz capacity at the metal-electrolyte phase boundary.

2. pacemaker - metal electrode according to claim 1, characterized in that that the dielectric layer is formed by an oxide layer.

3. pacemaker - metal electrode according to claim 1, characterized in that that the electrode head is made of tantalum with a tantalum oxide coating

4. Pacemaker - Metal electrode according to claim 1, characterized in that the electrode head consists of aluminum with an aluminum oxide coating.