DE2306266A1 - UNPOLARIZABLE MUSCLE STIMULATING ELECTRODE - Google Patents
UNPOLARIZABLE MUSCLE STIMULATING ELECTRODEInfo
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Description
fnr1. F\ Π £ ιϊ T ~Z sen. O O Π C O C Cfnr 1 . F \ Π £ ιϊ T ~ Z sen. OO Π COCC
D!p!~l«g. K. LAV - . -CHT ^ O U D Z D DD! P! ~ L «g. K. LAV -. -CHT ^ O U D Z D D
Dr.-i..g. K-- 3 κ: ϋ Y II jr.
JB München 22, Sieinsdorfstr. 10Dr.-i..g. K-- 3 κ: ϋ Y II jr.
JB Munich 22, Sieinsdorfstr. 10
65-20.142P(2O.143H)- 8.2.197365-20.142P (2O.143H) - 8.2.1973
CORDIS Corporation. Miami/Florida (V. St. A.)CORDIS Corporation. Miami / Florida (V. St. A.)
Unpolarisierbare MuskelStimulierelektrodeNon-polarizable muscle stimulation electrode
Die Erfindung bezieht sich auf eine unpolarisierbare Muskelstimulierelektrode.The invention relates to a non-polarizable muscle stimulating electrode.
Die elektrische Stimulierung der Muskelkontraktion,
wie sie mit dem Herzschrittmacher vorgenommen wird, macht allgemein von einer Elektrode zur Kontraktierung des Muskels
Gebrauch. Beim Herzschrittmachen kann z. B. die Elektrode chirurgisch in den Herzmuskel implantiert oder, was
üblicher ist, durch die Venen in die rechte Herzkammer in Berührung mit der Herzinnenhaut eingeführt werden.Electrical stimulation of muscle contraction,
as performed with the pacemaker, generally makes use of an electrode to contract the muscle. When pacing z. B. the electrode surgically implanted in the heart muscle or, more commonly, inserted through the veins into the right ventricle in contact with the inner lining of the heart.
Die Stimulierung der Muskelkontraktion erfordert allgemein das Anlegen eines elektrischen Impulses, der eine bestimmte Schwellenwertstromdichte überschreitet. Die Span-Stimulating muscle contraction generally requires the application of an electrical impulse, which is a exceeds certain threshold current density. The chip
65-(22k 83i)-Tp-r (8) 65- (22k 83i) -Tp-r (8)
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nung des Impulses muß ausreichend sein,, tun diese Stromdichte zu erreiche, sollte jedoch so niedrig wie möglich liegen., um Leistung zu sparen und die Erschöpfung d©r allgemein hierzu verwendeten Batterien gering an halten.The impulse response must be sufficient, do this current density However, it should be as low as possible in order to save power and reduce exhaustion in general keep the batteries used for this low.
Die Art des durch die Stimulierelektrode eingerichteten elektrischen Kreises läßt sich allgemein durch einen Kondensator und einen Widerstand in Parallelschaltung-wiedergeben. Die Anlegung jedes Impulses bewirkt die Aufladung des Kondensators! nach dent End© des Impulses führt di© Entladung des Kondensators sia eimer Stronmmkelir größerer oder geringerer Amplitude und Datier in Abhängigkeit von den relativen Größenwerten des Widerstandes und des Kondensators. Es ist allgemein erwünscht, daß der auf die Beendigung des Impulses folgende Entladestrom von kurzer Dauer ist.The type of thing established by the stimulation electrode electrical circuit can generally be represented by a Capacitor and resistor connected in parallel-reproduce. The application of each pulse causes charging of the capacitor! after the end © of the impulse, the © discharge leads of the capacitor sia bucket Stronmmkelir larger or lower amplitude and date depending on the relative Quantities of the resistor and the capacitor. It is generally desirable that the termination of the Pulse following discharge current is of short duration.
Daher ist es also anzustreben^ daß die Widerstandskomponente klein ist, damit der Impuls- zum größtem Teil von der Widerständskomponente getragen wirde Solche Elektroden werden üblicherweise "unpolarisierbar"Therefore it is to be striven for ^ that the resistance component is small so that the momentum is mostly of Such electrodes are carried by the resistive component are usually "non-polarizable"
Der Erfindung liegt die Aufgabe augründe$ Sine Elektrode zur MuskelStimulierung ansugeben, die ©ine vielmals größere Stromdichte als die. bei bisher b'ekasmteüi Elektroden erreichte ermöglicht und sich trotzdem dazu eignet, hierfür durch eine Elektroden-Elefctrolyt-Grsnsfläenettspariiamig in der Größenordnung von nur 1 Volt oder"weniger gespeist zu werden.The invention is based on the object of an electrode for muscle stimulation, the © ine much larger Current density than that. reached at previously b'ekasmteüi electrodes and is still suitable for this through an electrode-elefactrolyte-green area of the order of magnitude to be fed by as little as 1 volt or "less.
Gegenstand der Erfindungβ womit diese Aufgable gelöst wird, ist eine Muskelstimtalierelektrödöj die dttröh. ©'in 'aus einem chemisch inerten Leiter böitslienöes Gehäuse mit einem zum elektrischen Kontakt mit -der' StisaülierseitiThe subject of the invention β with which this task is solved is a Muskelstimtalier Elektrödöj the dttröh. © 'in' from a chemically inert conductor boiled housing with an electrical contact with -the 'Stisaülierseiti
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Teil und eine Platinoberfläche innerhalb dieses Teiles gekennzeichnet ist.Part and a platinum surface within this part is.
Dieser Platinelektrodenteil ist vorzugsweise platinisiert, um einen Oberzug aus Platinmohr zu erzeugen, und befindet sich in einem Elektrodengehäuse aus einem geeigneten Elektrodenmetall, das sich mit Platin verträgt, wie z. B. Titan. Mit einer solchen Elektrode wird der Strom an den Muskelelektrolyt fast ausschließlich durch den Platinmohrteil abgegebenο Da dieser von sehr geringen Abmessungen sein kann, lassen sich äußerst hohe Stromdichten erzielen. Wenn andererseits aus irgendeinem Grund die Funktion des Platinmohrs gestört sein sollte, ist die umgebende Elektrode, d. h. das Elektrodengehäuse immer noch zur Stimulierung wirksam.This platinum electrode part is preferably platinized in order to produce an upper layer of platinum black, and is located in an electrode housing made of a suitable electrode metal that is compatible with platinum, such as. B. Titanium. With such an electrode, the current to the muscle electrolyte is delivered almost exclusively through the platinum black part because it has very small dimensions can be, extremely high current densities can be achieved. On the other hand, if for any reason the function of the Platinum black should be disturbed, the surrounding electrode, d. H. the electrode housing is still effective for stimulation.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawing; in this demonstrate:
Fig. 1 einen Längsschnitt des Spitzenteils einer Herzschrittmacherelektrode zur Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung; undFig. 1 is a longitudinal section of the tip part of a cardiac pacemaker electrode to explain a preferred embodiment of the invention; and
Fig. 2 einen Längsschnitt des Spitzenteils einer Herzschrittmacherelektrode zur Erläuterung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels.Fig. 2 is a longitudinal section of the tip part of a cardiac pacemaker electrode to explain a second preferred embodiment.
Die Querschnitte der Elektroden sind kreisförmig. Versuche mit einer Anzahl von Metallen einschließlichThe cross-sections of the electrodes are circular. Try a number of metals including
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-A = . ■ ' ■ ■-A =. ■ '■ ■
"Elgiloy" *, handelsüblich reinen Titans, Tautal-s 'und Platins zeigen deutlich, daß sich der erforderliche YoItbetrag zur Abgabe eines gegebenen Stromes durch eine Elektrode an z. Bo Muskeln an Ort und Stelle sehr zwischen diesen Metallen unterscheidet. Es wurde weiter festgestellt, daß, wenn Platin nach der bekannten Platinisiertechnik mit P-latinmohr überzogen ist, die Eigenschaften seiner Oberfläche weiter verbessert sind, so daß ein gegebener Strom durch die.Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche mit noch geringerer Spannung geleitet werden kann."Elgiloy" *, commercially available pure titanium, tautal-s' and platinum clearly show that the required YoIt amount to deliver a given current through an electrode z. Bo muscles in place very much between these metals differs. It was further found that if platinum is made by the known platinizing technique with P-latin black is coated, the properties of its surface are further improved, so that a given current passes through die.Elektroden-electrolyte interface with an even smaller Voltage can be conducted.
Die verbesserte Elektrode gemäß der Erfindung macht diese Befunde bei einem Elektrodenaufbau einer Standardgrundform nutzbar, von der bekannt ist, daß man sie ohne weiteres nach der Venendurchlauftechnik in die Spitze der rechten Herzkammer einführen kann.The improved electrode according to the invention does this Findings can be used with an electrode structure of a standard basic shape, which is known to be readily available after the venous passage technique in the tip of the right Can introduce ventricle.
Eine Form dieser Elektrode ist in Fig» 1 dargestellt. Der Leiter vom Herzschrittmacher zur Elektrode ist mit 1 bezeichnet und weist den gewendelten MElgiloy"-Leiteraufbau auf, der derzeit bei vielen Herstellern üblich geworden ist. Der Leiter ist mit einem Siliconkautschukrohr 2 isoliert, das durch geformten Siliconkautschuk 3 mit dem Metallgehäuse 5 verbunden, und zusammengeformt ist. Eine geformte Siliconkautschuk-Biegsammuffe 4 ergibt für den Leiter einen Schutz gegen scharfes Abbiegen, wo er die Spitze verläßt. Das Gehäuse 5 kann aus irgendeinem für eine solche Elektrode unter Berücksichtigung ihrer Korrosions- undOne form of this electrode is shown in FIG. The conductor from the pacemaker to the electrode is denoted by 1 and has the coiled M Elgiloy "conductor structure, which has now become common with many manufacturers. The conductor is insulated with a silicone rubber tube 2 which is connected to the metal housing 5 by molded silicone rubber 3, A molded silicone rubber bendable sleeve 4 provides protection against sharp bending for the conductor where it leaves the tip The housing 5 can be of any choice for such an electrode, taking into account its corrosion and resistance
* (Warenzeichen für eine korrosionsfeste Legierung mit 20 - 50 $> Kobalt, 15 - 30 # Chrom, 5 - 30 # Nickel, bis zu 18 56 Eisen, 1 - TO % Molybdän, bis zu 3 # Mangan, bis zu 0,3 % Kohlenstoff und 0,01 bis 0,09 $> Beryllium)* (Trademark for a corrosion-resistant alloy with $ 20 - 50 > cobalt, 15 - 30 # chromium, 5 - 30 # nickel, up to 18 56 iron, 1 - TO % molybdenum, up to 3 # manganese, up to 0.3 % Carbon and $ 0.01 to $ 0.09> beryllium)
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elektrischen Eigenschaften geeigneten Metall sein, doch wählt man hierfür vorzugsweise handelsüblich reines Titan. Das Gehäuse 5 wird auf der Drahtwendel 1 durch Aufpressen unter Abstützung gegen einen Einsatz 6 gehalten, der aus einem kleinen Stück des gleichen Metalls, aus dem der Leiter ist, besteht und innerhalb der Wendel angeordnet wird, um als Abstützelement für diesen Aufpreßvorgang zu dienen.electrical properties be suitable metal, however it is preferable to choose commercially pure titanium for this purpose. The housing 5 is pressed onto the wire helix 1 held with support against an insert 6, which is made from a small piece of the same metal as the conductor is, exists and is arranged within the helix to serve as a support element for this pressing-on process.
In ein Loch am Ende des Gehäuses ist ein Stück aus Platin 7 eingefügt. Dieses Platin kann durch Elektroplattieren, durch Eindrücken einer Platinmuffe oder, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, durch Eindrücken einer engpassenden Wendel aus Platindraht eingefügt sein. Ein Grund der Auswahl von Titan für die Elektrodenspitze ist der, daß Platin und Titan kein galvanisches Lokalelement bilden und in Gegenwart von Körperfltissigkeiten nicht korrodieren. Nachdem der Leiter, wie dargestellt, fertig ist, wird er gereinigt und in eine Platinisierlösung mit 3,5 ^ Chlorplatinsäure und 0,005 % Bleiacetat eingetaucht. Eine Anode aus inertem Metall, wie z. B. aus Platin, wird vorgesehen. Einen ausreichenden Strom läßt man durch die so gebildete Zelle so fließen, daß gerade feine Bläschen an der Elektrode (Kathode) sichtbar sind. Nach einigen Minuten bildet sich über der ganzen Elektrode ein schwarzer Niederschlag. Die Elektrode wird dann vorsichtig in destilliertem Wasser gewaschen und der Platinmohr von der äußeren Titanoberfläche mit einem weichen aufsaugenden Papier oder mit einem anderen geeigneten Mittel entfernt, wobei der Platinmohr natürlich im Loch am vorderen Ende der Elektrode zurückbleibt.A piece of platinum 7 is inserted into a hole at the end of the housing. This platinum can be inserted by electroplating, by pressing in a platinum sleeve or, as shown in FIG. 1, by pressing in a tight-fitting coil of platinum wire. One reason for choosing titanium for the electrode tip is that platinum and titanium do not form a local galvanic element and do not corrode in the presence of body fluids. After the conductor is finished, as shown, it is cleaned and immersed in a platinizing solution containing 3.5% chloroplatinic acid and 0.005% lead acetate. An anode made of inert metal, such as. B. platinum is provided. A sufficient current is allowed to flow through the cell so formed that just fine bubbles are visible on the electrode (cathode). After a few minutes a black precipitate forms over the entire electrode. The electrode is then gently washed in distilled water and the platinum black is removed from the outer titanium surface with soft absorbent paper or other suitable means, leaving the platinum black, of course, in the hole at the front end of the electrode.
Messungen an Ort und Stelle mit einer Elektrode dieser Art zeigen, daß bei einem Gesamtstrom von 7,6 MilliampereIn-situ measurements with an electrode of this type show that with a total current of 7.6 milliamperes
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die Stromdichte am Loch (dessen Fläch© O90137 cm ist) etwa 555 Milliampere/cm beträgt. Dies ist uait 24 Milliampere/cm zu vergleichen, wenn -die gesamte Blektrodenspitzenoberflachethe current density at the hole (the area of which is 0 9 0137 cm) is about 555 milliamperes / cm. This is to be compared with 24 milliamps / cm if -the entire lead electrode tip surface
2
von 0,32 cm 'leitend 1st.» Versuche warden, auch durchgeführt,
bei denen die Titanoberfläche des Gehäuses 5 gegenüber der Lösung mit einer dicken. Lackschicht isoliert war, und aus
diesen Versuchen ergab sich8 daß- tatsächlich.d©r hauptsächliche
Träger des elektrischen Stromes der Platinmohr 7 -ins
vorderen Elektrodenloch ist.2
of 0.32 cm 'conductive 1st. " Experiments are also carried out in which the titanium surface of the housing 5 opposite the solution with a thick. Lacquer layer was isolated, and from these experiments that- tatsächlich.d © r 7 resulted in 8 primary carrier of the electric current of the platinum black -ins front electrode hole.
Ein anderer Elektrodenauffoaia ist im J?ig» 2 dargestellt. Bei diesem Aufbau ist ein dünner Schiita<, z« B» von 0925 mm Stärke, in das Titangehäuse 5 eingescimitt-©'sis wnä ein Pia-» tinring 7 ist bis in eine Lage merklich unterhalb der Oberfläche des Titans eingedruckte Dies© Elektrode wird dann platinisiert, wie" oben beschrieben mirde,■and der Platinmohrüberzug wird vom Titan beseitigt, wobei man. dafür sorgt, ihn nicht aus dem Schlitz sta entfernen« Bei eisaem einzelnen ■ Schlitz in einer Elektrodenspitze von 2,25 mm DurchmesserAnother electrode layout is shown in July 2. In this structure, a thin Schiita <, for "B" 0 9 25 mm thick, in the titanium housing 5 eingescimitt- © 'si s wnä a Pia "tinring 7 up to a position noticeably imprinted below the surface of the titanium This The electrode is then platinized as described above, ■ and the platinum black coating is removed from the titanium, taking care not to remove it from the slot
2 ist die berechnete Fläche der Nut O9OlS cm , und die Strom-2 is the calculated area of the groove O 9 OlS cm, and the current
■2 dichte bei 7,6 Milliampere ließ© sich mit 422 Milliampere/cm errechnen.■ 2 density at 7.6 milliamps can be achieved with 422 milliamps / cm calculate.
Ein Vorteil des Aufbaues nach fig, 2 ist, daß der Erfolg der Elektrode weniger von ihrer Stellung in der rechten Herzkammer abhängt» Der Aufbau nach Fig. 1 wäre am wirksamsten, wenn das Loch am Ende verläßlich in B®rührang mit der Innenwand des Herzmuskels gebracht werden könnte0 Da dies nicht notwendiger weise der Fall ist, kann die ringförmige Nut nach Fig. 2 ein Vorteil sein, da eine.- Seit© der Spitze mit großer Wahrscheinlichkeit in Bsrührmig mit der Innenwand der Herzkammer kommt. Natürlich können auch zu-An advantage of the structure according to fig. 2 is that the success of the electrode depends less on its position in the right ventricle of the heart. The structure according to FIG. 1 would be most effective if the hole at the end was reliably in contact with the inner wall of the heart muscle could be brought 0 since this is not necessarily be the case, the annular groove can of FIG. 2 may be an advantage as eine.- is the top most likely in Bsrührmig with the inner wall of the ventricle since ©. Of course, you can also
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sätzliche Nuten vorgesehen werden, oder die Nut kann spiralförmig ausgebildet sein, um Herstellungs- und anderen Entwurf sgeSichtspunkten besser zu entsprechen.Additional grooves may be provided, or the groove may be helical to facilitate manufacturing and other design to better correspond to points of view.
Wie erwähnt, ist eines der Merkmale des Elektrodenaufbaues gemäß der Erfindung, daß ihr grundlegender Träger ein Fastedelmetall ist, das als Schrittmacherelektrode völlig angemessen ist und auch selbst in gleicher Weise wie frühere Elektroden wirken kann, falls die Platinmohroberfläche ernstlich beeinträchtigt isto As mentioned, one of the features of the electrode structure according to the invention is that its basic support is an almost noble metal which is perfectly adequate as a pacemaker electrode and can itself also function in the same way as previous electrodes if the platinum horn surface is seriously impaired or the like
Das elektrische Verhalten der Platinmohrelektrode ist vermutlich auf die ziemlich eigenartige Natur des Platins insofern zurückzuführen, als dieses ohne weiteres geeignet ist, atomaren Wasserstoff zu adsorbieren und diesen für Wasser stoff ionen frei durch seine Oberfläche durchzulassen. Die Bildung von Platinmohr steigert die wirksame Platinoberfläche außerdem erheblich. Die Kombination dieser zwei Effekte dürfte für die besondere Eignung des Platinmohrs wesentlich sein, den hauptsächlichen Stromträger zu bilden, obwohl der Platinmohr von der angrenzenden großen Fläche der Titanspitze umgeben ist.The electrical behavior of the platinum black electrode is believed to be due to the rather peculiar nature of platinum to the extent that this is readily suitable for adsorbing atomic hydrogen and this for water to allow substance ions to pass freely through its surface. The formation of platinum black also increases the effective platinum surface considerably. The combination of these two effects should be essential for the special suitability of the platinum black to form the main current carrier, although the platinum black is surrounded by the adjacent large area of the titanium point.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung eine vorteilhafte MuskelStimulierelektrode liefert, die leicht herstellbar und zu einer gut brauchbaren medizinischen Formgebung geeignet ist. Sie ist aufgrund des äußerst niedrigen Widerstandes, der sich durch die Platinoberfläche ergibt, im wesentlichen unpolarisierbar und weist weiter ein Zweitelektrodengehäuse auf, das selbst geeignet ist, den Stimulierstrom abzugeben, wenn das Platin schlecht funktioniert.From the above description it can be seen that the invention provides an advantageous muscle stimulating electrode, which is easy to manufacture and suitable for a useful medical shape. It is because of the extremely low resistance, which results from the platinum surface, essentially non-polarizable and has further on a second electrode housing, which itself is suitable is to deliver the stimulating current when the platinum is performing poorly.
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Claims (6)
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