DE2212289A1 - In einen lebenden Organismus eingepflanzte elektrische Geraete - Google Patents

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dipi.-Phys. R. HoSzbauer - Dr. F. Zurnsteln Jun.

PATENTANWÄLTE

■ TELEFON: SAMMEL-NR. 225341

TELEX 529979

TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H.AUFHÄUSER

8 MÜNCHEN 2.

BRÄUHAUSSTRASSE 4/HI

4/1 i
SC 4047

'EIECTROHIQUE ILEDICAIE S.E.R.D.A.I. S.A., SAINiD REMY IES CIiEYREUSE Frankreich

In einen lebenden Organismus eingepflanzte elektrische

Geräte.

Die Erfindung "betrifft elektrische Geräte, z.B. Reizerzeuger, die in einen lebenden Organismus eingepflanzt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ihre Versorgung oder das Wiederäufladen ihrer eingepflanzten Energiequelle durch Zufuhr von Energie von außen zu dom Organismus. Die Erfindung ist insbesondere für· die Versorgung von Herzschrittmachern anwendbar, aber der Anwendungsbereich kann ohne Einschränkung auf alle biologischen

209840/0747

Reizerzeuger ausgedehnt werden, z.B. auf Reizerzeu£er für Blasen- oder Schließmuskeln, und Druckrezeptoren der Carotis.

Die elektrische Reizung des Herzens ist in "bestimmten Fällen von Leitungsanomalien des Herzens die Methode der ^T.7ahl, um die Synkopen und häufig den plötzlichen Tod, den sie zur Folge haben, zu verhindern. Ein Herzschrittmacher ist vor allem ein Generator für elektrische Impulse mit wohl bestimmten Bedingungen der Frequenz, Dauer und Amplitude. Er muß eine hohe Betriebszuverlässigkeit haben, -was dadurch bestimmt ist, daß ein Versagen zu einem vollständigen Herzstillstand führt, der in 3 Hinuten irreversible Schädigungen erzeugt. Alle diese Betriebsanforderungen erzeugen zahlreiche Probleme, darunter das der Energieversorgung des Gerätes. Die herkömmliche Versorgung des Herzschrittmachers wird von Primärelementen geliefert, sogenannten Quecksilberzellen, die aus einem Zink-Que:cksilberoxid-Paar in einer Kaliumhydroxidlösung von 40^ als Elektrolyt gebildet werden. Diese Zellen mit einer Kapazität von 1Ah sind im allgemeinen in 5 Einheiten in Serie angeordnet, wobei sie eine Gesamtspannung von der Größenordnung von 6 V liefern. Im Betrieb bei der notwendigen Leistungsabgabe liefern sie eine ausreichend variable Betriebsdauer, die von 12 bis 30 Monaten reicht, wonach es erforderlich ist, das Gerät auszuwechseln, während die Elektroden für die Reizung an ihrer Stelle auf dem Herzen bleiben. Um die Unannehmlichkeiten des periodischen Austauschens des Gerätes zu vermeiden, wurde eine große Zahl von Lösungsnöglichkeiten vorgeschlagen, die neue Formen der Energiezufuhr betreffen: elektrodechanische Generatoren von verschiedener Art, die durch sich bewegende Organe angetrieben werden (Herz, Zwerchfell usw.), Generatoren, die aus verschiedenen elektrolytischen Elementen bestehen, welche die organischen interstitiellen Plussigteiten als Elektrolyten ausnützen (wäßrige Kochsalzlösung von 0,9$)ι äußere Generatoren, die die Reizung in einerSpule induzieren, die sich unter der Haut befindet und deren Enden mit dem Herzen verbunden sind; Genera-

2098A0/0747

toren, die durch Induktion wieder aufgeladen werden; thermoelektrische Isotopen-G-eneratoren, die eine Wärmequelle verwenden, die durch Plutonium 238 gebildet wird usw.

Diese Verfahren bieten solche Schwierigkeiten bei der Durchführung, daß sie in der Praxis nicht angewendet werden können, bis auf die Isotopen-Generatoren, die die Verwendung eines komplizierten Materials von hohem Preis erfordern und das nicht vernachlässigbare Risiko einer möglichen radioaktiven Kontaminierung mit sich bringen.

Die Erfindung liefert eine Lösung dieses Problems, die die oben dargelegten Nachteile vermeidet. Sie besteht darin, durch die Haut eine oder mehrere Photozellen (auch Solar ,elemente oder photoelektrische Elemente genannt) zu belichten, die sich unter der Haut in einem Bereich befinden, der für das natürliche oder künstliche Licht zugänglich ist.

Das Prinzip der Photozellen ist bekannt. Eine Strahlung geeigneter Frequenz trifft auf eine Halbleitergrenzschicht und setzt dort Elektronen-Loch-Paare frei, die die Grenzschicht überqueren und eine elektromotorische Kraft und einen verwendbaren Strom erzeugen. Die spektrale Empfindlichkeit dieser Elemente hängt von ihrer Zusammensetzung ab. Selen-Eisen-Zellen haben z.B. ein Maximum der energetischen Ansprechwahrscheinlichkeit bei einer' Belichtung mit Strahlung, die um 5600 A liegt, d.h. im Grünen, während andere eine maximale Empfindlichkeit im Roten (6600 A), v; ie die Cadmiutntellurid-Zellen oder im nahen infraroten (9000 A) aufweisen, wie es-3x3. pn-Ub er gangen in Silizium der Pail ist.

Die erfindungsgemäß verwendeten Photozellen empfangen die Lichtenergie durch die Haut der Person oder des Lebewesens, wobei diese vorzugsweise in dem Frequenzbereich des Lichtes gewählt wird, der die biologische Substanz am besten durchdringt. Da diese optimale Transmission im Roten und im nahen Infraroten

209840/0747

liegt, werden vorzugsweise Cadraiucitellurid-Zellen oder Silizium-Zellen oder alle anderen Zellen verwendet, die geeignete spektrale Kennlinien zeigen.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät können die Photozellen sich unter der Haut in einem offen liegenden Bereich "befinden (z.B. an der Stirn oder an dem Hals), wobei eine Pufferbatterie zwischen den Photozellen und dem Reizerzeuger seihst angeordnet ist, der in dem Bereich des Organs eingepflanzt ist, das durch seine Wirkung "betroffen wird. Die Batterie ermöglicht es, die von diesen Photozellen empfangene Energie zu speichern, wenn sie dauernd "belichtet werden (z.B. während des Cages), und das Gerät außerhalb dieser Zeit der Belichtung zu versorgen. Die Yerbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungen sind nach der üblichen !Technik durchgeführt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Photozellen auf der Fläche des eingepflanzten Gerätes angeordnet, die der Haut zugewandt ist. Sie werden periodisch mit Hilfe einer Lichtquelle (z.B. einer Glühlampe) wieder aufgeladen, die. in die Nähe gebracht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert,wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, deren einzige Figur das erfindungsgemäße Gerät schematisch zeigt.

Die Schaltung eines Generators 1 für die Reizinipulse wird normalerweise durch eine Pufferbatterie 2 versorgt. Ein Hosaik von Photozellen 3, die unter der Haut angeordnet sind, liefert v/ährend der Selichtungsperioden Strom zu der Pufferbatterie 2. Eine Diode 4 verhindert das Zurückfließen des Stroms von der Batterie su den Photczellen, wenn diese nicht belichtet werden. Der Generator 1 ist ein üblicher Schrittmacher von Diskusform, einer Dicke von ungefähr 20 mm und einem Durchmesser von ungefähr 60 mm. Die normalerweise der Haut zugewandte Fläche ist mit 20 photo-

209840/0747

elektrischen Elementen aus Silizium bedeckt,(die gesamte wirksame Oberfläche ist nahezu 25 cm ), die in Reihe geschaltet sind .und so eine Spannung von 10 T liefern können. Diese Elemente liefern Strom über einen Gleichrichter (Siliziumdiode) und versorgen die Quecksilber-Batterie des Schrittmachers, die vom üblichen Typ ist und eine Betriebsspannung von 6 Y liefert. Die Photozellen sind unter die normale Umhüllung des Schrittmachers gesetzt, dessen Zusammensetzung (Epoxyharz oder Silikon) eine ausreichende Transparenz für die Belichtung der Versorgung aufweist.

Wenn ein solches Garät unter die rasierte Haut eines Kaninchens eingepflanzt ist und einer Belichtung mit einer Glühlampe von . 6 0 Vi unterworfen wird, die in 50 mm Entfernung von der Haut angeordnet ist, liefert es einen Strom von 3 bis 4 mA in eine Batterie mit einer Kapazität von 1 Ampere-Stunde. Wenn der Schrittmacher 30 μΑ verbraucht, angenommen 1 Ah/Tag, dauert das tägliche Wiederaufladen für die Instandhaltung weniger 'als 1 Std.

Das erfindungsgemäße Gerät kann natürlich in verschiedener Weise abgewandelt werden:

- Geräte zur diskontinuierlichen Verwendung können nur im Augenblick ihrer Anwendung durch die Photozellen versorgt werden, ohne daß eine Pufferbatterie verwendet wird,

- die Pufferbatterien können von jeder Art sein, die für die Einpflanzung geeignet ist, d.h. die einen großen Sicherheitsspielraum sowohl für die Betriebsdauer als auch für die Betriebsstabilität und eine große Kapazität besitzen. Es können z.B. Cadmiumnickelbatterien oder wieder-aufladbare Quecksilberzellen verwendet werden.

Es ist im allgemeinen günstig, die photoelektrischen Elemente in Reihe anzuordnen, um die gewünschte Spannung zu erhalten,· aber die Elemente können auch an eine bekannte Spannungserhö-

209840/0747

hungs-Schaltung angeschlossen sein, . ' - die Lampe für die Versorgung kann von jedem geeigneten Typ sein, eine Fluoreszenzlampe oder eine Glühlampe, vorausgesetzt, daß sie eine ausreichende Lichtintensität in dem Spektralbereich emittiert, der durch die Haut durchdringt und durch die Photo-r zellen ausgenützt wird. Sie kann entsprechend den Verwendungsbedingungen mit 'jedem Filter, insbesondere mit einem Farbfilter oder Ultraviolettfilter, ausgestattet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere in allen denen Fällen verwendet werden, wo es erwünscht ist, die eingepflanzten Reizerzeuger durch interne Mittel zu versorgen, und bietet den Vorteil, die Wiederholung einer wirkungsvollen Reizung zu ermöglichen in den immer möglichen Eventualfällen eine3 Versagens der herkömmlichen Batterie oder v/enn das Gerät nicht mit einer solchen ausgestattet ist. Es genügt dabei, den lichtempfindlichen Bereich mit Hilfe einer Glühlampe zu belichten, um die notwendige Energie zu erhalten, bis zu dem Augenblick der Ersetzung des Gerätes. Dieses Vorgehen vermeidet einen dringenden Eingriff und bietet den Vorteil, daß es von einer nicht ausgebildeten Person, und insbesondere von der Umgebung des mit dem Gerät ausgestatteten Eranken durchgeführt werden kann.

209840/0747

Claims (6)

Patentansprüche

1. !Verfahren zur Versorgung von elektrischen Geräten, die ^—' in einen lebenden Organismus eingepflanzt sind, dadurch, gekennzeichnet, daß¹ durch die Haut wenigstens eine Photozelle belichtet wird, die für Lichtstrahlen empfindlich ist, die durch die Haut durchdringen, und daß die Anschlüsse dieser Photozelle mit dem Gerät verbunden sind.

2. In einen lebenden Organismus eingepflanztes» elektrisches Gerät dadurch gekennzeichnet, daß es als Versorgungseinrichtung wenigstens eine mit dem Gerät verbundene Photo-. zelle umfaßt, die für Lichtstrahlen empfindlich ist, welche durch die Haut durchdringen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Photozelle auf der Fläche angebracht ist, die normalerweise nach der Einpflanzung der Haut zugewandt ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Akkumulator parallel zu den Photozellen und dem Gerät geschaltet ist, und daß die Schaltung der Photozellen zusätzlich einen Gleichrichter umfaßt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit wenigstens einer Silizium-Photozelle ausgestattet ist.

6. Gerät mach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator von wenigstens einer Quecksilberzelle gebildet wird. 209840/0747

Leerseife