DE2613052A1 - Implantierbare elektrode - Google Patents
Implantierbare elektrodeInfo
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Description
SIGRI ELEKTROGRAPHIT GMBH, Meitingen Unser Zeichen
SIEMENS AG, Berlin und München VPA 76 P 8004 BRD
Implantierbare Elektrode
Die Erfindung betrifft eine implantierbc.re Kohlenstoffelektrode,
insbesondere eine Reizelektrode für Herzschrittmacher O
Reizelektroden bestehen im allgemeinen aus einer isolierten Kabelzuleitung und einem Elektrodenkopf
zur Übertragung der Stimulationsimpulseo Die elektrische
Stimulation des Herzens bei Reizleitungsstörungen
setzt die Erzeugung einer bestimmten elektrischen Feldstärke an einer erregbaren Zellmembran voraus»
Nach Auslösung des Reizes breitet sich dieser selbsttätig über den ganzen Herzmuskel aus und führt zu
dessen Kontraktion,,
Zur Reizauslösung dient ein elektronischer Schrittmacher, der aus einem implantierbaren Elektronikteil
mit einer Energieversorgungseinheit und einem Reizstromkreis mit einer Stimulationselektrode und einer
indifferenten Elektrode besteht. Während des Reizimpulses wird innerhalb von 0,5 - 2 ms ein kleiner
Kondensator über den ReizStromkreis teilweise entladen.
In den Pausen zwischen den Impulsen wird der Kondensator aus der Energieversorgungseinheit, doho,
einer Batterie, wieder aufgeladen.. Während des Impulses
besteht im reizbaren Gewebe in der Nähe der Reizelektrode die zur Auslösung des Reizes erforderliche Feldstärke,,
PA 76/5 DroWe/häu - 2 -
709840/0233
Reizelektroden, die aus Metallen, wie z.Bn Platin,
bestehen, bewirken eine Degenerierung des an die Elektrode angrenzenden Gewebes innerhalb eines Zeitraums
von etwa 2-4 Wochen, die sich in der Ausbildung einer nicht reizbaren Bindegewebsschicht
manifestierte Die Folge ist ein stetiger Anstieg der Reizschwelle, zu deren Überwindung ein größerer Strom
benötigt»wirdο Damit steigt auch die in einen ohmschen
Verlust am Körperwiderstand und in einen vorwiegend an der Elektrode entstehenden Polarisationsverlust
unterteilbare Reizspannung an, wobei der Polarisationsanteil über der Zersetzungsspannung des Wassers liegen
kann, wodurch vor allem die sichere Fixierung der Reizelektrode im Körper erschwert wird.
Zur Überwindung dieses Nachteils ist vorgeschlagen worden, aus Kohlenstoff oder Graphit bestehende Reizelektroden
zu verwenden, an deren Oberfläche sich nur eine dünne Bindegewebskapsel ausbildet. Die Werkstoffe
haben für diesen Zweck wegen der mechanischen Eigenschaften jedoch keinen Eingang in die Praxis gefunden,
da besonders der Abrieb und die verhältnismäßige Bruchwahrscheinlichkeit für Humanimplantate von Nachteil
sind und ebenfalls die verhältnismäßig große Polarisationsspannung nicht befriedigte
Aufgabe der Erfindung ist es, implantierbare Kohlenstoffelektroden
derartig auszugestalten, daß sie eine hohe mechanische Stabilität aufweisen und im Langzeitbetrieb
möglichst wenig Energie verbrauchen.,
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kohlenstoffelektrode
gelöst, deren Elektrodenkopf wenigstens an der Oberfläche aus pyrolytischem Kohlenstoff besteht,.
PA 76/5 Dr.We/häu 7Q984Q/0233 -3-
* Ml·
Pyrokohlenstoff wird gebildet aus kohlenwasserstoffhaltigen
Gasen, die an der Oberfläche eines erhitzten Substrats zersetzt werden» Durch Steuerung der Abscheidungsbedingungen,
wie Abscheidungstemperatur und Druck, Zusammensetzung und Verweilzeit des
Reaktionsgases, ist es möglich, Dichte und Mikrostruktur des pyrolytischen Kohlenstoffs in weiten
Grenzen zu veränderno Die mechanische Stabilität
von Pyrokohlenstoff ist innerhalb dieser Grenzen jedoch größer als die Stabilität normaler für Reizelektroden
vorgeschlagener Kohlenstoff- und Graphitkörper. Die Bruchfestigkeit des pyrolytischen Kohlenstoffs
kann zudem durch gleichzeitige Abscheidung stabile Carbide bildender Elemente in einfacher Weise
weiter gesteigert werden. Die Biegebruchfestigkeiten betragen vergleichsweise
normaler Graphit bis zu 50 kN/mm
pyrolytischer Kohlen- ?
stoff ca. 150.kN/mm
pyrolytischer Kohlenstoff mit cao 10 % 2
Silicium ca. 500 kN/mm
Pyrolytischer Kohlenstoff ist weiterhin.außerordentlich
abriebbeständig und reagiert nicht mit Blut und anderen körpereigenen Stoffen«
Der Elektrodenkopf der- Reizelektrode kann in seiner
Gesamtheit aus pyrolytischem Kohlenstoff bestehen oder einen Kern aus einem anderen Werkstoff enthalten,
dessen Oberfläche mit einer Schicht aus pyrolytischem
PA 76/5 DroWe/häu -A-
709840/0233
Kohlenstoff überzogen isto Die Dicke dieser Schicht
beträgt erfindungsgemäß mindestens 0,05 mm. Besonders
vorteilhaft ist es nach der Erfindung, dan pyrolytischen Kohlenstoff durch eine partielle Oxidation
oberflächlich zu aktivieren, worunter die Bildung einer mit zahlreichen Ätzgruben und sackartigen
Mikroporen versehenen Oberfläche zu verstehen isto
Die Aktivierung des Pyrokohlenstoffs erfolgt durch
oxidierende Gase und Dämpfe, oxidierende Säuren oder auch elektrochemische Der Elektrodenkopf wird dazu
beispielsweise in einer Sauerstoff-, Luft-, Wasserdampf- oder Kohlendioxid-haltigen Atmosphäre auf
eine Temperatur zwischen 400 und 800°C weniger als 1 Stunde erhitzt, wobei die günstigsten Bedingungen
durch einfache Vorversuche ermittelt werden können.
Durch die Aktivierung des pyrolytischen Kohlenstoffs können die Polarisationsverluste, die an der Grenzfläche
zwischen Elektrode und Gewebe auftreten und die nicht zur Erhöhung der Feldstärke im angrenzenden
reizbaren Gewebe beitragen, sehr niedrig gehalten werdeno Auf diese Weise ist bei der erfindungsgemäßen
implantierbaren Elektrode sowohl eine geringe Abkapslung durch Bindegewebsbildung als auch ein geringer
Energieverbrauch und damit verbunden ein gutes Dauerbetriebsverhalten gewährleistet, weil
sich die Stromdichte der Reizschwelle während der Dauer der Implantation nicht erhöhto
Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele erläutert»
PA 76/5 Pr„We/häu - 5 -
709840/0.233
Eine aus einem feinkörnigen Graphitkörper gearbeitete Elektrode wurde bei einer Temperatur von 12000C in
einer Propanatmosphäre, deren Partialdruck ca« 0,2 bar betrug, mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet
Der Kohlenstoff wurde bis zur Ausbildung einer geschlossenen Oberflächenschicht ebenfalls in den Poren
des Graphitkörpers abgelagert, wodurch sich die Festigkeit des Körpers etwa verdoppelteo Die Dicke der Oberflächenschicht
betrug 60 - 80 /um0 Eine zweite Elektrode
wurde aus einem bei einer Temperatur von etwa 13000C ebenfalls aus Propangas erzeugten pyrolytischen Kohlenstoffkörper
mit weitgehend isotroper MikroStruktur herausgearbeitet und zur Aktivierung 1 h lang bei
8500C in einem Wasserdampfstrom getemperte Diese
Elektroden und zu Vergleichszwecken eine Platin-Iridium-Reizelektrode
wurden im Oberschenkel vor- Katzen implantiert. Die Betriebsergebnisse sind in der
folgenden Tabelle dargestellt:
Elektrode Pyrokohlenstoff Pyrokohlenstoff Platinaktiviert Iridium
Versuchsbeginn
Strom 0,18 niA 0,16 mA 0,15 inA
Spannung 0,44 V 0,12 V 0,16 V
nach 20 Tagen
Strom 0,17 mA 0,18 mA 0,42 mA
Spannung 0,48 V " 0,11 V 0,45 V
Implantierbare Elektroden mit einem Elektrodenkopf aus oberflächlich aktiviertem pyrolytischem Kohlenstoff
PA 76/5 Dr.We/häu 709840/0233 -6-
zeigen nach den Untersuchungsergebnissen eine geringe Polarisation und eignen sich deshalb in besonders
hohem Maße zur Verwendung als Reizelektroden für Herzschrittmacher,. Da für den Reizvorgang infolge
des geringen Reizschwellenanstiegs wenig Energie verbraucht wird, ist die Lebensdauer der Stromquelle
hoch undv sie kann auch klein ausgebildet werden·
3 Patentansprüche
PA 76/5 DroWe/häu - 7 -
709840/0233
Claims (1)
- P atentansprüchef "Io jimplan tierbare Kohlenstoff elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Oberfläche des Elektrodenkopfs aus pyrolytischem Kohlenstoff bestehtoImplantierbare Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der aus pyrolytischem Kohlenstoff bestehenden Oberflächenschicht mindestens 0,05 mm beträgt,,Implantierbare Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichne t., daß der pyrolytisch^ Kohlenstoff durch eine partielle Oxidation aktiviert istcPA 76/5 DreWe/häu709840/0233
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