DE2552523A1

DE2552523A1 - Elektrische vorrichtung zur regeneration und zum aufbau von kalkhaltigen geweben und knorpel

Info

Publication number: DE2552523A1
Application number: DE19752552523
Authority: DE
Inventors: Franklin H Ellis
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1975-11-22
Publication date: 1976-08-19
Also published as: JPS51105182A

Description

Elektrische Yorrichtung zur Regeneration und zum Aufbau von kalkhaltigen Geweben und Knorpel Die Erfindung betrifft eine implantierbare elektrische Vorrichtung zur Regeneration und zum Aufbau von Knochen-, Knorpel- und Kollagengewebe, bestehend aus einer Gleichstromquelle mit einem ersten und einem zweiten Pol und wenigstens einer Drahtelektrode, die mit dem genannten ersten Pol der Stromquelle verbunden ist.
Es ist in der Elektromedizin bekannt, daß schwacher Gleichstrom das Knochenwachstum in vivo anregen kann. Eine Methode zur Brlangung dieses Ziels besteht darin, Gleichstrom durch den Körperbereich zu schicken, in dem die Knochenbildung verstärkt werden soll. Das kann beispielsweise an einer Stelle sein, an der ein Knochen gebrochen ist oder zwei Knochenstücke aneinander wachsen sollen, an der Oberfläche einer knochenverbindungsstelle, an der die Kalkbildung beschleunigt werden soll, oder einem Bereich, wo ein Knochen geschwunden ist. Der Strom wird in der Weise nugewendet, daß die negative Elektrode an der Stelle, an welcher die Knochenbildung stattfinden soll, angesetzt wird, während die positive Elektrode im weichen Gewebe oder medulär nahe der Stelle der Verletzung oder der Stelle an der der Knochen aufgebaut werden soll, angeordnet wird.
Dieses Phänomen ist in der Literatur beschrieben, z.B. von Lavine et al "Electric Enhancement of Bone Healing" in Zeitschrift Science, Band 1?#, Seite 1118 (19?2). Friedenburg et al schildern in "Bone Raction to Varing Amounts of Direct Currentl', Zeitschrift Surgery, Gynecology and Obstetrics, Nov. 1970, Seiten 894 - 899, die Anwendung einer Gleichstromquelle in Verbindung mit Beldeffekt-ransistoren zur Kontrolle der Strommenge aus einer Batterie. Diese Schaltung ist in einer einpflanzbaren Kapsel dicht eingeschlössen, von der eine Anode und Kathode aus rostfreiem Stahl wegführen. In dem Aufsatz ist ein Tierversuch beschrieben bei dem ein gebrochener Knochen chirurgisch freigelegt wurde und dann Löcher zu beiden Seiten der Bruchstelle zum Einführen der Elektroden gebohrt wurden. Es zeigte sich, daß der Knochen auf dié Anwendung begrenzter Mengen von Gleichstrom gilnstig reagierte. Nahe der positiven Elektrode wurden jedoch infolge der hohen Stromdichte gewisse Zerstörungen beobachtet.
Schließlich ist auch in der US-PS 3 842 841 eine a~¢nliche Vorrichtung zur Anordnung außerhalb des Körpers beschrieben, bei der die Kathode an der Bruchstelle oder sonstigen Fehlstellen eingefiihrt und die Anode vorzugsweise an der Haut angehaftet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vollständig einpflanzbare Gleichstromquelle vorzuschlagen, bei der es nicht zu Gewebezerstörung im Bereich der Anode der Vorrichtung kommt.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch ein mindestens teilweise elektrisch leitendes, geschlossenes Gehäuse, welches die Stromquelle umschließt, mit dem zweiten Pol elektrisch verbunden ist und eine Öffnung für die Drahtelektrode aufweist, die sich vom Gehäuse nach außen-erstreckt. Dabei bildet das Gehäuse mit Vorzug die Anode, während die Drahtelektrode die Kathode ist.
Die beschriebene Vorrichtung liefert einen heilenden Gleichstrom zur Unterstützung der Nachbildung und des Wachstums von Knochens, Knorpel- und Kollagengewebe. Die Vorrichtung ist implantierbar und zeichnet sich durch das elektrisch leitende Gehäuse aus, das in der Punktion einer Anode eine getrennte Anodenelektrode vermeidet und zugleich einen elektrischen Streueffekt um die Anode bewirkt, wodurch Gewebezerstörungen infolge Verminderung der Stromdichte um die Anode vermieden werden. Ein zusätzlicher Vorteil des Anodengehäuses ist in der Verminderung der Haftgefahr von Gewebe an dem Gehäuse zu sehen. Die ganze Vorrichtung ist somit in gewebeverträglichem Material eingeschlossen und ist sterilisierbar, so daß sie subkutan eingepflanzt werden kann.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung darge stellten Ausfahrungsbeispielen beschrieben: Hierbei zeigen: Big. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform Fig. 2 eine schematisch dargestellte Schaltung, und Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt ein Gehäuse 12 und eine negative Elektrode 14 eines einpflanzbaren Gleichstromgerätes. Das Gehäuse 12 umschließt eine Gleichstromquelle oder einen Gleichstromerzeuger 16 und trägt die negative Elektrode 14 zur Anwendung von Strom an der Stelle, an welcher ein verstärkter Knochenaufbau, Wachstum von Knorpel oder dergleichen erwünscht ist. Das Gerätegehäuse 12 dient zugleich als positive Anode. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse aus leitendem Material, z.B. Titan, versi2bertes Titan, rostfreier Stahl, leitendes Siliconkunststoff-Elastomer oder Silber-Silicon-Elastomer, gefertigt.
Die negative Elektrode 14, welche durch die Hülle 14a gegenüber dem Gehäuse 12 isoliert ist und vom Gehäuse wegführt, ist vorzugsweise von einem 0,5 bis 0,8 mm Silberdraht gebildet. Die Verwendung einer Drahtelektrode aus Silber hat sich wegen dessen keimtötender Eigenschaften als günstig erwiesen. Die Länge der negativen Elektrode ist durch die Größe des Patienten und durch den Abstand des Gehäuses 12 vom Behandlungsort bestimmt. Die Isolation 14a der negativen Elektrode gegenüber dem Gehäuse 12 reicht nur soweit #, daß an der Behandlungsstelle eine ausreichend große aktive Elektrodenoberfläche vorhanden ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Ausführungsform einer batteriegetriebenen Eonstant-Gleichstrosquellel/innerhalb des Gehäuses 12.
Diese Ausführung ist eine an sich bekannte Schaltung, die durch gleichartige bekannte Schaltungen ersetzt werden kann.
Die Schaltung enthält eine Batterie 18, deren Pluspol elektrisch am Gehäuse 12 angeschlossen ist. Die Batterie kann ein oder mehr Zellen enthalten mit einer Spannung von 1,3 bis 9 Volt.
Ein Feldeffekt-Transistor 20 und ein Widerstand 22 steuern einen konstanten Strom von der Batterie 18 über das Gehäuse 12 und die negative Elektrode 14 im Bereich von 10-5 Ampere bis zu.einigen 10-3 Ampere je nach Größe des anzuregenden Knochens. Der Strom der Batterie 18 fließt über den Feldeffekt-Transistor 20 und den Widerstand 22.
Die Charakteristik des Feldeffekt-Transistors besteht darin, daß bei einer vorgegebenen Gate-Source-Spannung der Drain-Strom über einen weiten Bereich Source-Drain-Spannung konstant ist. In diesem Fall ist die Gate-Spannung durch den Widerstand 22 und den angewendeten Strom begrenzt. Der angewendete Strom wird über den Widerstand 22 zurückgespeist, um das gewünschte Konstant-Strom-Niveau aufzubauen.
Als Batterie ist eine 1s35 Volt Qtiecksilberzelle geeignet. Als Transistor 20 wird vorzugsweise ein P-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor, z.B. ein 2N 5461 verwendet. Der Widerstand 22 bewegt sich abhängig vom gewünschten Strom im Bereich von 1 bis 27 M a. Da das Batteriegehäuse der Pluspol sein kann, kann der mechanische und elektrische Aufbau dadurch vereinfacht werden, daß das Batteriegehäuse in Kontakt mit dem elektrisch leitenden Gehäuse angeordnet wird, um den elektrischen Kontakt mit dem Anodengehäuse zu erreichen.
Ein Gerät nach Figur 1 kann durch Verlöten der Anschlüsse der Batterie 18, des Feldeffekt-Transistors 20, des Widerstandes 22 und der negativen Elektrode 14 und durch Verkleben des Batteriegehäuses mit dem Gehäuse 12 durch einen leitenden Kleber hergestellt sein. Der verbleibende Hohlraum im Gehäuse 12 wird mit einem nichtleitenden Elastomer 24 gefüllt. Wenn das Gehäuse aus einem starren Material besteht, kann der Abschlußdeckel 26 der ein Loch 28 für die negative Elektrode 14 aufweist, mit einem medizinisch unbedenklichen Kleber abgedichtet sein.
Gemäß Figur 3 kann die Schaltung von Widerstand und Feldeffekt-Transistor entweder diskret oder auf einem Chip 30 in Dünnschicht-oder Dickschichtfilmtechnik aufgebaut sein. Der Vorteil dieser Anordnung ist ein sehr geringer Raumbedarf. Ein weiter vorteilharter Aufbau entsteht dadurch, daß die Batterie 12 in ein Gehäuse 32 aus leitendem Elastomer eingeklebt und das Chip 30 mit der Elektrode 14 verbunden wird, wobei jeder Hohlraum mit Epoxi -harz medizinischer Qualität ausgefüllt und das ganze mit einem Elastomer medizinischer Qualität überzogen wird.

Claims

Patentansprüche

Implantierbare elektrische Vorrichtung zur Regeneration und zum Aufbau von Knochengewebe, Knorpel- und Kollagengewebe, bestehend aus einer Gleichstromquelle mit einem ersten und einem zweiten Pol und wenigstens einer Drahtelektrode, die mit.dem genannten ersten Pol der Stromquelle verbunden ist, gekennzeichnet durch ein mindestens teilweise elektrisch leitendes geschlossenes Gehäuse (12), welches die Stromquelle (18) umschließt, mit dem zweiten Pol der Stromquelle elektrisch verbunden ist und eine Öffnung (28) für die Drahtelektrode (1#) aufweist, die sich vom Gehäuse naeh außen erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelektrode (14) die Kathode ist und daß die Anode von dem die Stromdichte an seiner Oberfläche streuenden Gehäuse (12) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelektrode (14) aus Silber besteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Batterie (18) ist, deren den Pluspol bildendes Gehäuse in das Gehäuse (12) der Vorrichtung elektrisch leitend eingeklebt ist.

L e e r s e i t e