DE2157137A1 - Device for stimulating muscle activity or for dissipating electrical energy as a result of muscle activity - Google Patents
Device for stimulating muscle activity or for dissipating electrical energy as a result of muscle activityInfo
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Description
München 71,Munich 71,
Melchloretr. 42 11.11.1971Melchloretr. 42 11/11/1971
Unser Zeichen: A 12 354Our reference: A 12 354
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CH-6300 Zug/Schweiz
Gartenstrasse 2CH-6300 Zug / Switzerland
Gartenstrasse 2
Vorrichtung zur Stimulierung einer Muskeltätigkeit oder zur Abfuhr von elektrischer Energie infolge einer MuskeltätigkeitDevice for stimulating muscle activity or for discharge of electrical energy as a result of muscle activity
Die Erfindung betrifft eine mit Elektroden versehene durch die Haut hindurch reichende Vorrichtung zur Erleichterung der Stimulierung der Muskeltätigkeit im Körper eines Wirbeltieres oder zur Gewinnung von elektrischer Energie aufgrund von dessen Muskeltätigkeit.The invention relates to an electrodeed through the skin device reaching therethrough to facilitate the stimulation of muscle activity in the body of a vertebrate or to obtain electrical energy due to its muscle activity.
Es ist bekannt, daß Kohlenstoff-Materialien mit mikrokristalliner
Struktur, die im wesentlichen undurchlässig sind, beispielsweise
glasige oder pyrolytische Kohle, chemisch, biologisch und physikalisch
mit tierischem Cswebe verträglich und außerdem elektrisch leitend sind. Diese Materialien eignen sich daher als Elektroden,
die durch dia Haut hindurch bis zu den Muskeln verlaufen,
nin eingangs genannte Vorrichtung umfaßt erfindungsgemäß ein durch
die Kaut hindurch verlaufendes Teil aus Kohlenstoff-Material, das
eine mikrokristalline Struktur hat und elektrisch leitend und im
wesentlichen undurchlässig ist, wobei dieses Teil in eine öffnung im Körpergewebe so einsetzbar ist, daß eine seiner Oberflächen im
wesentlichen bündig mit der Außenhaut des Körpergewebes ist; fernerIt is known that carbon materials with a microcrystalline structure which are essentially impermeable, for example
vitreous or pyrolytic coal, chemically, biologically and physically compatible with animal tissue and are also electrically conductive. These materials are therefore suitable as electrodes that run through the skin to the muscles,
According to the invention, the device mentioned at the outset comprises a part made of carbon material which extends through the chewing material, has a microcrystalline structure and is electrically conductive and im
is essentially impermeable, this part being insertable into an opening in the body tissue in such a way that one of its surfaces is essentially flush with the outer skin of the body tissue; further
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mit einem Verbindungsteil aus diesem Kohlenstoff-Material, das in dem oben genannten Teil, jedoch isoliert von diesem, angeordnet ist, V7obei ein Ende des Verbindungsteiles an dieser Oberfläche des perkutanen Teiles mit einer elektrischen Energiequelle oder einem Benutzer außerhalb des Körpers verbindbar ist; ferner mit einer Elektrode aus einem elektrischen leitfähigen und biologisch verträglichen Material, die an einen Muskel innerhalb des Körpers anschließbar ist; sowie mit einem Verbindungskabel aus einem elektrisch leitfähigen biologisch verträglichen Material, dessen eines Ende an das andere Ende des Verbindungsteiles und dessen anderes Ende an die Elektrode angeschlossen ist.with a connecting part made of this carbon material, which is in the above-mentioned part, but isolated from this, is arranged, V7obei one end of the connecting part on this surface of the percutaneous part is connectable to a source of electrical energy or a user outside the body; also with a Electrode made from an electrically conductive and biologically compatible material that can be connected to a muscle within the body is; as well as with a connection cable made of an electrically conductive biocompatible material, one of which End is connected to the other end of the connecting part and the other end of which is connected to the electrode.
Der äußere Benutzer von elektrischer Energie, die aussein Körper abgeführt wird, kann eine elektrisches Anzeige-oder Aufzeichnungsgerät oder ein elektrisch betätigbarer Mechanismus sein, der einen Teil eines künstlichen Gliedes bilden kann. Die äußere elektrische Energiequelle wird zur Stimulierung eines Körpermuskels, z.B. des Herzens des Wirbeltieres, benutzt.The external user of electrical energy dissipated from his body may be an electrical display or recorder or an electrically actuated mechanism that includes a Can form part of an artificial limb. The external electrical energy source is used to stimulate a body muscle, e.g. the Vertebrate heart, used.
Um die Einbehaltung der Vorrichtung im Körpergewebe zu verbessern, kann die Oberfläche des Teiles, der in Kontakt mit dem Körpergewebe ist, aufgerauht werden, um die Verankerung des Teiles mittels einer faserigen Zwischenschicht zu verbessern.To improve retention of the device in body tissue, the surface of the part that is in contact with the body tissue can be roughened in order to anchor the part a fibrous intermediate layer to improve.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in detail below with reference to the drawing.
P Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung.P Fig. 1 shows schematically a plan view of an inventive Contraption.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie X-X von Fig. 1.FIG. 2 shows a section along the line X-X of FIG. 1.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Elektroden-System, das in das Körpergewebe eines Wirbeltieres eingepflanzt ist. Das Elektroden-System besteht aus einem durch dieHaut hindurch reichenden Teil 1, der in das Körpergewebe 2 so eingepflanzt ist, daß seine Oberfläche la mit der Außenhaut des Körpergewebes 2 bündig ist. Das Teil 1 besteht aus einem Kohlenstoff-Material, beispielsweise aus einer glasigen oder glasartigen Kohle, die elektrisch leitend und im wesentlichen undurchlässig ist, sowieAccording to FIG. 1, the device according to the invention comprises an electrode system, that is implanted in the body tissue of a vertebrate animal. The electrode system consists of one through the skin reaching part 1, which is implanted in the body tissue 2 in such a way that its surface la with the outer skin of the body tissue 2 is flush. Part 1 consists of a carbon material, for example from a vitreous or vitreous carbon, which is electrically conductive and essentially impermeable, as well as
- 2 - eine - 2 - one
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eine mikrokristalline Struktur hat, und die sich mit dem tierischen Gewebe verträgt, so daß sie sich für diesen Zweck eignet. Die Verwendung eines solchen Materials führt ferner zur Bildung eines keimfreien Eintritts in den Körper des Wirbeltieres, was wohl hauptsächlich auf die Bildung einer schützenden Epithel-Schicht aus faserigem Material an der Zwischenfläche zwischen dem Körpergewebe 2 und dem Teil 1 zurückzuführen ist. Zwei Verbindungsglieder 3 aus einem Kohlenstoff-Material der oben genannten Art, beispielsweise aus glasiger Kohle, sind in je einer öffnung 4 im Teil 1 elektrisch isoliert von diesem und voneinander angeordnet und zwar mit Hilfe von je einer ringförmigen Schicht 5 aus einem biologisch verträglichen und elektrisch isolierenden Material.has a microcrystalline structure, and which is compatible with animal tissue, so that it is suitable for this purpose. The use of such a material also leads to the formation of a sterile entry into the body of the vertebrate, which is probably mainly due to the formation of a protective epithelial layer of fibrous material at the interface between the body tissue 2 and the part 1. Two connecting members 3 made of a carbon material of the above-mentioned type, for example made of vitreous carbon, are each arranged in an opening 4 in part 1, electrically insulated from this and from each other, with the help of an annular layer 5 each made of a biologically compatible and electrically insulating material.
Jedes Verbindungsglied 3 hat an einen Ende eine öffnung 6. Die öffnungen 6, die eine Fassung bilden, dienen zur Aufnahme eines Steckers mit zwei Stöpseln eines nicht gezeigten Anschlußgerätes. Im anderen Ende eines jeden Verbindungsgliedes 3 ist eine öffnung 7 ausgebildet, in der ein elektrisch leitendes Kabel 8 elektrisch leitend befestigt ist. Die Kabel oder Leitungen 8 bestehen aus einem biologisch verträglichen und elektrisch leitenden Material.Each connecting link 3 has an opening 6 at one end Openings 6, which form a socket, are used to receive a plug with two plugs of a connecting device (not shown). In the other end of each connecting link 3 there is an opening 7 formed, in which an electrically conductive cable 8 is attached in an electrically conductive manner. The cables or lines 8 consist of a biologically compatible and electrically conductive material.
Das andere Ende von jeder Leitung 8 ist an eine Elektrode 9 aus einem biologisch verträglichen Material angeschlossen, die in einen Iluskel des Körpers einsetzbar oder mit diesem verbindbar ist.The other end of each line 8 is connected to an electrode 9 made of a biologically compatible material, which is in a Iluscle of the body can be used or connected to it.
Die Oberfläche Ib des Teiles 1 kann mit einer Schicht 10 aus einem
biologisch verträglichen elektrisch isolierenden Material versehen sein, wenn die elektrische Leitfähigkeit des Körpergewebes 2 und/
oder der Körperflüssigkeiten so ist, daß die elektrische Leitung in diesen «wischen den Verbindungsgliedern 3 oder zwischen den
Gliedern 3 und dem Teil 1 die Wirkungsv*eise und den Betrieb der
Anlage beeinflussen würde, die anjdas Elektrodensystem angeschlossen
ist.
Die Teile 1 und 3 sind, wenn sie aus massiver glasartiger Kohle be-The surface Ib of the part 1 can be provided with a layer 10 of a biocompatible electrically insulating material if the electrical conductivity of the body tissue 2 and / or the body fluids is such that the electrical conduction in these "between the connecting links 3 or between the Outlines 3 and Part 1 would affect the effectiveness and operation of the system connected to the electrode system.
Parts 1 and 3 are, if they are made of solid vitreous carbon
- 3 - stehen - 3 - stand
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stehen, durch thermische Zerlegung von organischen Stoffen gebildet worden. -Ein' Verfahren zur Erzeugung von undurchlässigen Kohle-Teilen ist in der USA-Patentschrift Nr. 3 109 712 und in der britischen Patentschrift Nr. 956 452 beschrieben. Als Schüttgut hat glasartige oder glasige Kohle eine Dichte von etwa 1,5, sie ist nicht porös und sie zeigt einen muscheligen Bruch.stand, formed by the thermal decomposition of organic substances been. - A 'method of producing impermeable coal parts is described in U.S. Patent No. 3,109,712 and British Patent No. 956,452. As a bulk material it has vitreous or glassy charcoal with a density of about 1.5, it is not porous and it shows a shell-like break.
Bestehen die Teile 1 und 3 aus massivem pyrolytischen Kohlenstoff (bzw. Kohle) so werden sie durch verkohlen von einfachen organischen Verbindungen gebildet, wie in den oben erwähnten Patentschriften beschrieben ist.Parts 1 and 3 are made of solid pyrolytic carbon (or coal) they are formed by carbonizing simple organic compounds, as in the above-mentioned patents is described.
Ein geeignetes, biologisch verträgliches elektrisch leitendes Material für die Leitungen 8 sind Kohlefaden. Der Kohlefaden wird mit einem Ende in der öffnung 7 und mit dem anderen Ende in der Elektrode 9 befestigt. Die Elektrode 9 kann zweckmäßigerweise aus einem Kohlematerial der oben genannten Art, beispielsweise aus glasartiger Kohle bestehen. Das Befestigen des Kohlefadens in der öffnung 7 und in der Elektrode 9 erfolgt, wenn die Teile 3 und die Elektrode 9 aus glasartiger Kohle bestehen, zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Phenol-Harzes, z.B. Phenol-Formaldehyd, das ein Vorläufer von glasiger Kohle ist und das in Pulverform oder als Gießharz elektrisch isolierend ist. Um das elektrisch isolierende Phenolharz in ein elektrisch leitendes Material umzuwandeln, ist es notwendig, das Harz bei einer Temperatur in der Größenordnuna von etwa 18000C in einer Stickstoff-Atmosphäre zu härten. Die isolierenden Schichten 5 und 10 können ebenfalls aus einem Phenolharz wie z.B. Phenol-Formaldehyd bestehen, sie werden jedoch zweckmäßigerweise nur bei einer Temperatur im Bereich von etwa 400°C ausgehärtet, um ihre elektrische Isolierfähigkeit beizubehalten. Es können auch andere biologisch verträgliche uncl elektrisch isolierende Materialien verwendet werden, beispielsweise kann eine Schicht aus einem ein Karbid bildendes Element, wie z.B. Silicium, auf der zylindrischen Oberfläche der Tp.ile 3 abgelagert werden, das mit dem Teil 3 eine Abschluß- orior Abdichtungsschicht bildet. Wenn die Teile 3 in die öffnunarn A A suitable, biologically compatible, electrically conductive material for the lines 8 is carbon thread. The carbon thread is fastened with one end in the opening 7 and with the other end in the electrode 9. The electrode 9 can expediently consist of a carbon material of the type mentioned above, for example of vitreous carbon. The attachment of the carbon thread in the opening 7 and in the electrode 9 takes place when the parts 3 and the electrode 9 are made of vitreous carbon, expediently with the aid of a phenolic resin, for example phenol-formaldehyde, which is a precursor of vitreous carbon and that is electrically insulating in powder form or as a casting resin. In order to convert the electrically insulating phenolic resin into an electrically conductive material, it is necessary to cure the resin at a temperature in the order of about 1800 ° C. in a nitrogen atmosphere. The insulating layers 5 and 10 can also consist of a phenolic resin such as phenol-formaldehyde, but they are expediently only cured at a temperature in the range of about 400 ° C. in order to maintain their electrical insulating properties. Other biocompatible and electrically insulating materials can also be used, for example a layer of an element forming a carbide, such as silicon, can be deposited on the cylindrical surface of the part 3, which forms a sealing layer with the part 3 forms. When the parts 3 in the opening A
_ 4 _ no _ 4 _ no
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gesetzt und auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1200 bis etwa 130p°C erwärmt werden, schmilzt das abgelagerte Silicium und reagiert mit dem Kohlenstoff der Teile 1 und 3, wobei ringförmige Schichten 5 aus Silicium-Karbid gebildet werden. Die Schicht 10 kann, wenn sie vorgesehen ist, ebenfalls aus Silicium-Karbid bestehen und in der gleichen Weise tergestellt v/erden. In manchen Fällen ist die Oberfläche des Teiles 1, die in Berührung mit dem Körpergewabe 2 ist, vorteilhafterweise angerauht, um eine Halterung des Teiles 1 durch das oben erwähnte epithele Wachsen von faserigem Material zu unterstützen, das sich zwischen dem Körpergewebe und dem Teil 1 bildet.are set and heated to a temperature in the range of about 1200 to about 130p ° C, the deposited silicon melts and reacts with the carbon of parts 1 and 3, forming annular layers 5 of silicon carbide. Layer 10 can, if provided, also consist of silicon carbide and be grounded in the same way. In some cases the surface of the part 1 is in contact with the body tissue 2 is advantageously roughened in order to hold the part 1 through the above-mentioned epithelial growth of fibrous material that forms between the body tissue and the part 1.
Dieses Aufrauhen kann durch maschinelle Bearbeitung der Oberfläche erfolgen, zweckmäßigerweise vor der Erhitzung, oder indem zuerst die Oberfläche mit Körnern aus Phenol-Harz, Kohlefasern oder mit einem geeigneten Polymer vor der Verkohlung überzogen wird.This roughening can be done by machining the surface take place, expediently before heating, or by first covering the surface with grains of phenolic resin, carbon fibers or is coated with a suitable polymer prior to charring.
■ium Betrieb werden die Elektroden 9 in einen Muskel eingepflanzt oder an diesem befestigt, der stimuliert werden soll oder dessen elektrische Impulse nach außen aus dem Körpergewebe 2 herausgeführt werden sollen, wobei ferner das Teil 1 und die zugehörigen Teile in das Körpergewebe eingepflanzt werden. Durch Einstecken eines zweipoligen Steckers irgendeiner äußeren Vorrichtung in die Öffnungen 6 der Verbindungsteile 3, können elektrische Ströme, die durch die Tätigkeit des oder der Muskeln erzeugt werden, an denen die Elektroden 9 angebracht sind, gemessen, aufgezeichnet oder zur Betätigung eines Mechanismus benutzt werden, der z.B. zur Betätigung eines künstlichen Gliedes dient. Andererseits können die Elektroden über diesen Stecker an eine äußere Energiequelle angeschlossen werden, um irgendeinem Körpermuskel elektrische Ströme zuzuführen, um ihn zu stimulieren.In order to operate, the electrodes 9 are implanted in a muscle or attached to it, which is to be stimulated or whose electrical impulses are guided outward from the body tissue 2 are to be, furthermore, the part 1 and the associated parts are implanted in the body tissue. By plugging in a two-pin plug of any external device into the openings 6 of the connecting parts 3, electrical currents, generated by the activity of the muscle or muscles to which the electrodes 9 are attached, measured, recorded or to operate a mechanism such as that used to operate an artificial limb. On the other hand, the electrodes can be connected to an external energy source via this connector, around any body muscle supplying electrical currents to stimulate it.
Selbstverständlich kann anstelle einer Passung mit zwei elektrischen Anschlüssen auch eine solche mit nur einem Anschluß oder mit mehr . als zwei Anschlüssen verwendet werden. Hierzu ist nur die erforder-Of course, instead of a fit with two electrical Connections also one with only one connection or with more. can be used as two connectors. For this only the required
- 5 - liehe - 5 - borrowed
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liehe Anzahl von Verbindungsgliedern 3, Elektroden 9 und Kabeln sowie ein entsprechend größeres oder kleineres Teil 1 zur Aufnahme der Verbindungsglieder 3 vorzusehen.borrowed number of links 3, electrodes 9 and cables as well as a correspondingly larger or smaller part 1 to accommodate the connecting links 3.
- 6 - Ansprüche - 6 - Claims
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Claims (9)
Material besteht und zwischen dem jeweiligen Verbindungsglied5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each connecting member (3) is electrically isolated from the part (I) by a layer (5) which consists of a biologically compatible insulating
Material exists and between the respective link
entweder Silicium-Karbid oder ein elektrisch isolierendes
Phenol-Harz ist.6. Apparatus according to claim 3 or 5, characterized in that the electrically insulating material
either silicon carbide or an electrically insulating one
Phenolic resin is.
glasige Kohle oder pyroIytische Kohle ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon material
glassy coal or pyroIytic coal.
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