DE2643956C2 - Elektrodensystem zur Rhythmuskorrektur eines funktionsgestörten Herzens - Google Patents
Elektrodensystem zur Rhythmuskorrektur eines funktionsgestörten HerzensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Elektrodensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine häufige Herzrhythmusstörung ist das Herzkammerflimmem, das sich in wogenden Bewegungen der
Herzkammern infolge ungeordneter, ungleichzeitiger Zusammenziehung der einzelnen Muskelfasern äußert
und innerhalb kürzester Zeit zum Tode führt, wenn keine Defibrillation mit einem energiereichen elektrischen
Strom stattfindet
Es ist bekannt, beim Auftreten des Kammerflimmerns
zur Defibrillation oder Kardioversion Scheibenelektroden
an den Brustkorb des Patienten anzulegen, so daß ein Teil des über diese Elektroden zugeführten Stroms
auch den Herzmuskel erreicht Findet die Defibrillation aber von außen statt, muß dem Patienten eine sehr viel
höhere elektrische Energie zugeführt werden, als sie benötigt würde, wenn die Elektroden unmittelbar an das
Herz angelegt werden.
Bei einer Operation am offenen Herzen ist es üblich, Scheibenelektroden direkt an die Oberfläche des Herzens
anz-jlegen. Endothorakische Elektroden bestehen
im allgemeinen aus kreisförmigen Scheiben von etwa 10 cm Durchmesser aus einem leitenden Metall, beispielsweise
nicht rostendem Stahl, und werden im allgemeinen auf einander entgegengesetzten Seiten des Herzens
an die Herzkammerwände angelegt.
Bei einem anderen bekannten Elektrodensystem der eingangs angegebenen Art (Proceedings of the 3rd International
Conference on Medical Electronics, London 1960, S. 265-267) wird eine Anordnung der Elektroden
seitlich an den Herzkammerwänden vorgeschlagen, wobei sich die Elektroden möglichst großflächig an die
seitlichen Herzkammerwände anschließen sollen, um eine möglichst einheitliche Verteilung der Impulsbelastung
auf die Fibrillen des Herzens und damit eine geringe Schädigung der Fibrillen zu erreichen. Die an die
seitlichen Herzkammerwände angelegten Elektroden müssen so breit und lang sein, daß die über der kritisehen
Herzmuskelmenge liegende Menge des Herzmuskels durch den Stromimpuls stimuliert und synchronisiert
werden kann. Derart großflächige Elektroden lassen sich jedoch nur mit Schwierigkeiten an den Herzseitenwänden
befestigen und darüber hinaus können sie so die Herzkontraktion beeinträchtigen. Schließlich muß
großflächigen Elektroden auch ein energiereicherer Strom zugeführt werden, der einen höheren Energieverbrauch
bedingt, wodurch die Verwendung im Zusammenhang mit implantierbaren Defibrillatoren problematisch
wird. In diesem Zusammenhang ist in der Veröffentlichung auch erwähnt worden, daß das Problem
der Schaffung eines Impulses mit gutem Wirkungsgrad bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise
gelöst worden sei.
bo Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrodensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen,
das in einfacher und sicherer Weise im Bereich des Herzens implantierbar ist und bei geringem Energieverbrauch
eine Defibrillation des Herzens ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Elektrodensystem nach der
Erfindung läßt sich einmal sicher und ohne Beeinträchti-
gung der Herzfunktion am Her/.cn anordnen und gewährleistet
zum anderen, daß die durch die Elektroden zugeführte elektrische Energie zur Herzrhythmuskorrektur
im wesentlichen vollständig die kritischen Bereiche des Herzens, d. h. das Reizleitungssystem des Herzens,
erreicht
Die Herzbasis-Elektrode kann dabei so bemessen und geformt sein, daß sie sich unter Anpassung an den Um
riß des Herzens um mindestens einen Teil des Herzumfangs erstrecken kann. Die im oberen Bereich des
Herzens angepaßte Elektrode kann auch eine intravenös einführbare Elektrode sein. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 4—9 beschrieben worden.. Der Stand der
Technik sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert
In dieser zeigt
Fig. 1 schematisch eine Vorderansicht des Herzens
mit einer bekannten Scheibenelektrodenanorunung für die Defibrillation,
F i g. 2 schematisch eine Vorderansicht eines Herzens mit einem seiner Basis und seiner Spitze angepaßten
Elektrodensystem,
F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Herzens mit einer der Herzspitze angepaßten Elektrode und einer
intravenös eingeführten Elektrode,
F i g. 4 eine perspektivische Darstellung der Herzspitzenelektrode
nach F i g. 2,
F i g. 5 eine Draufsicht auf die inneren Flächen der Herzbasis-Elektrode nach F i g. 2,
F i g. 6 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Elektrodensystcms mit einer
Herzbasis- und einer Herzspitzenelektrode,
F i g. 7 einen Querschnitt durch eine Herzbasis-Elektrode,
F i g. 8 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Herzbasiselektrode und
Fig.9 eine schematische Darstellung eines Herzens
mit einer weiteren Ausführungsform einer Herzbasiselektrode.
Zunächst wird an Hand der Fig. 1 der allgemeine Aufbau eines Herzens 10 beschrieben. Dieses hat eine
rechte Herzkammer 12 und eine linke Herzkammer 14, einen rechten Vorhof 16, einen linken Vorhof 18, ferner
eine obere Hohlvene 20 und eine untere Hohlvene 22, die Blut in den rechten Vorhof 16 abgeben. Man erkennt
ferner die Pulmonalarterie 24, die Aorta 26, den Aortenbogen 28, die Herzinnenhaut 30, den Herzmuskel 32 und
das Epikard 34 des Herzens 10, sowie die Herzbeutelhöhle 36. Das äußere Blatt des Herzbeutels ist nicht
dargestellt Im oberen Bereich des Herzens 38 (Herzbasis) grenzen die Vorhöfe und die Herzkammern aneinander.
Die Herzspitze ist mit 40 bezeichnet.
Auf entgegengesetzten Seiten des Herzens liegen an den Wänden der rechten und linken Herzkammer zwei
zur Defibrillation dienende Scheibenelektroden 42 und 44 an. Jede Scheibenelektrode besitzt eine allgemein
kreisförmige, leitende Scheibe 46 sowie einen isolierten Handgriff 48, den der Chirurg erfassen kann, und ist mit
einem elektrischen Anschlußleiter 50 versehen. Wenn man den Scheibenelektroden 42 und 44 elektrische
Energie zuführt, wird zwischen ihnen ein elektrisches Feld aufgebaut, das durch die Feldlinien 52 und 54 dargestellt
ist. Mit 52 sind die stärker konzentrierten und mit 54 die stärker gestreuten Feldlinien bezeichnet. Im
allgemeinen ist das von den bekannten Scheibenelektroden zur Innendefibrillation erzeugte elektrische Feld
ziemlich gut konzentriert, so daß mit ihm eine gute Defibrillutionswirkung
erzielt werden kann.
An Hand der F i g. 2 wird nun ein Elektrodensystem mit einer Herzbasiselektrode 70 und einer Herzspitzenelektrode
82 beschrieben. Beide Elektroden 70 und 82 sind geteilt. Die Herzbasiselektrode 70 besitzt einen
rechten Teil 72 und einen linken Teil 74. Der größere, rechte Teil 72 liegt an der Rückwand und der Seitenwand
des rechten Vorhofs und der kleinere, linke Teil 72 an der Vorderwand und der Seitenwand des linken Vorhofs
an. In dieser Ausführungsform läßt die Elektrode 70 die Pulmonalarterie 24 frei, damit diese nicht zusammengedrückt
wird. Den Teilen 72 und 74 der Herzbasiselektrode ist je ein eigener elektrischer Anschlußleiter
76 bzw. 78 zugeordnet Diese Leiter sind bei 68 Y-förmig an einen gemeinsamen Leiter 80 angeschlossen. Alle
Elektrodenanschlußleiter 76,78 und 80 sind natürlich gegenüber dem Körpergewebe isoliert Diese Isolierung
ist teilweise nicht dargestellt Ferner sind der rechte und der linke Teil 72 und 74 der Herzbasiselektrode
auf ihren dem Herz 10 abgekehrten Seiten gegenüber dem Körpergewebe isoliert und haben sie auf ihren dem
Herzen zugekehrten Seiten leitende Flächen.
Die Herzspitzenelektrode 82 besitzt ein aus elektrisch leitendem Material bestehendes Band 84, welches das
Herz im Bereich seiner Spitze 40 im wesentlichen vollständig umgibt Das Band 84 ist bei 85 geteilt, damit es
verschieden geformten Herzspitzen angepaßt werden kann. Die dem Herzen abgekehrte Oberfläche der
Herzspitzenelektrode 82 ist mit einem Isoliermaterial 86 abgedeckt, welches die ganze Herzspitze kappenförmig
bedeckt. Auf der dem Herzen zugekehrten Fläche hat die Herzspitzenelcktrode 82 ebenso wie die Herzbasiselektrode
70 eine leitende Fläche. Der Herzspitzenelektrode 82 wird elektrische Energie über einen Anschlußleiter
88 zugeführt, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Herzspitze aufwärts führt Die
Herzspitzenelektrode kann vollständig im Mittelfeldraum angeordnet werden, so daß kein Eingriff in den
Rippenfellraum erforderlich ist.
Über die Anschlußleiter 80 und 88 zugeführte elektrische
Energie bewirkt den Aufbau eines elektrischen Feldes, das in F i g. 3 durch Feldlinien 90 dargestellt ist.
Diese zwischen der Herzbasiselektrode 70 und der Herzspitzenelektrode 82 vorhandenen Feldlinien 90
sind im Herz selbst im wesentlichen gut konzentriert, so daß zur Defibrillation eines kranken Herzens weniger
elektrische Energie erforderlich ist als bisher.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die an der Herzspitze 40 vorgesehene Herzspitzenelektrode 82
so mit der vorstehend anhand der F i g. 2 beschriebenen identisch. Sie besitzt ein dem Herz angepaßtes, leitendes
Band 84, das an seiner Außenfläche mit einer Isolierschicht 86 versehen ist, die eine die Herzspitze umgebende
Kappe bildet. Die Herzspitzenelektrode 82 wirkt mit einer intravenös eingeführten Elektrode 92 zusammen.
Die Elektrode 92 besteht aus einem kleinen intravaskularen Katheter, der in der oberen Hohlvene 20 angeordnet
werden kann und dessen leitende Elemente aus bo Bändern 94 bestehen, denen über den Anschlußleiter 96
elektrische Energie zugeführt wird. Über die Anschlußleiter Ρ* und 96 dem Raum zwischen den Elektroden 82
und 92 zugeführte elektrische Energie bewirkt in dem Herzen 10 den Aufbau eines elektrischen Feldes, das
t>5 durch die Feldlinien 98 und 100 dargestellt ist. Die zentraler
angeordneten Feldlinien 98 gehen durch die zentralen Bereiche des Herzens. Die weiter entfernten
Feldlinien 100 verlaufen an den Außenflächen der Herz-
kammerwände. In dieser Ausführungsform fließt durch den Herzmuskel mehr elektrische Energie als in der
bekannten Anordnung gemäß F i g. 2. Infolge des Ersatzes der im Bereich der rechten Herzkammer angeordneten,
distalen Elektrode der bekannten Anordnung durch eine sich außen im wesentlichen in Umfangsrichtung
erstreckende Herzspitzenelektrode müssen die von einer Elektrode zur anderen gehenden Feldlinien
notwendigerweise durch den Herzmuskel gehen.
In den Fig.4 bis 5 sind Einzelheiten der Herzbasis-
und der Herzspitzenelektrode der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist in F i g. 4
die dem Herz zugekehrte Fläche der Herzspitzenclektrode 82 schaubildlich gezeigt. Fig.5 ist eine ähnliche
Darstellung der leitenden Fläche der Herzbasiselektrode 70. Das Band 84 der Herzspitzeneiektrode 82 besieht
aus einem feinen Maschenwerk 102 aus leitendem, beispielsweise hochleitfähigem Metall, wie Platin, Silber
oder einer Platinlegierung und kann beispielsweise 6 Maschen pro mm haben. Jedes Element des Maschenwerks
102 hat einen Durchmesser von 25—76 mm. An dem Maschenwerk 102 ist bei 106 ein elektrischer Anschlußleiter
104 angeschweißt, dessen Ausbildung nachstehend genauer beschrieben wird und der in einem
biegsamen Isoliermantel 108 angeordnet ist und mit diesem ein elektrisches Anschlußkabel 88 bildet.
Die in F i g. 5 gezeigte Herzbasiselektrode ist ähnlich aufgebaut wie die vorstehend anhand der F i g. 5 und 6
beschriebene Herzspitzenelektrode 82. Der rechte Teil 72 der Herzbasiselektrode 70 besitzt ein Drahtmaschcnwerk
124. Der linke Teil 74 der Herzbasiselektrode besitzt als leitendes Element ein Drahtmaschen werk 126.
Die elektrischen Anschlußleiter 76 und 78 sind bei 138 an die Maschenwerke des rechten bzw. linken Teils der
Herzbasiselektrode angeschweißt Das metallische Maschenwerk 126 des linken Teils 74 der Herzbasiselektrode
ist an seiner Außenfläche mit einer Isoliermaterialschicht 140 versehen, die ebenso wie das Isoliermaterial
133 aus Silikonkautschuk besteht.
Im Gebrauch der in den F i g. 2,3 und 5 dargestellten
Elektrodensysteme mit einer Herzbasis- und einer Herzspitzenelektrode soll die Herzspitzenelektrode im
Bereich des untersten Drittels des Herzens zu liegen kommen und soll die Herzbasiselektrode das Herz im
Bereich der Vorhöfe in einem Winkelbereich von 70 bis 140 Grad umgeben.
Anhand der F i g. 6 soll nun eine weitere Ausführungsform
des Elektrodensystems mit einer Herzbasis- und einer Herzspitzenelektrode beschrieben werden.
Die Herzbasiselektrode 142 hat die Form eines einstükkigen Bandes 144, das bei 146 geteilt ist, damit sich die
Vorhofwände frei bewegen können. Das Band 144 besitzt ein Isolierband 148, in dem mehrere Metallplättchen
150 eingebettet oder auf andere Weise sandwichartig angeordnet sind. Einander benachbarte Plättchen
150 sind miteinander durch elektrische Leiter 152 verbunden. Die Herzbasiselektrode 142 wird über einen
elektrischen Anschlußleiter 154 gespeist, der bei 156 an eins der Plättchen 150 angeschweißt ist. Die Außenfläche
des Bandes 144 ist durch das Isolierband 148 vollkommen isoliert Dagegen ist das Band 144 in seiner
dem Herz zugekehrten Innenfläche mit mehreren in das Isolierband 148 geschnittenen Löchern 158 ausgebildet
und sind die Plättchen 150 auf der Innenseite mit je einem Teil 160 ausgebildet, der sich durch eins der Löcher
158 erstreckt und mit dem Herzbeutel oder bei Anordnung in der Herzbeutelhöhle mit dem Herzen in
Berührung gebracht werden kann.
Die in F i g. 6 gezeigte Herzspitzenelektrode 162 hat die Form einer die Herzspitze umgebenden Kappe 164
aus Isoliermaterial. Am Scheitel der Isolierkappe 164 ist eine Kalotte 166 aus Metall angeordnet. Die Herzspitzcnelektrode
162 besitzt ferner oberhalb der Kalotte 166 mehrere Plättchen 168, welche annähernd die Form
von Teilen eines Kegels haben. Die Isolierkappe 164 hat eine geschlossene Außenfläche und ist in ihrer Innenfläche
mit mehreren Löchern 170 ausgebildet, durch die
ίο Flächenteile 172 je eines der Plättchen 168 vorstehen.
Die Kalotte 166 und die Plättchen 168 sind durch elektrische Leiter 174 miteinander und mit einem isolierten
Zuleitungskabel 176 verbunden. Die Herzspitzenelektrode 162 ist ferner mit mehreren Schlitzen 178 ausgebildet,
die es den Plättchen 168 ermöglichen, sich beim Zusammenziehen und Ausdehnen der Herzkammern
hin- und herzubiegen.
Es kann zweckmäßig sein, die Herzbasiselektrode nach ihrer Implantation auf geeignete Weise festzulegen.
Eine mechanische Festlegung der Herzspitzenelektrode ist dagegen im allgemeinen nicht erforderlich,
doch kann auch sie ggf. mechanisch festgelegt werden. In den F i g. 9 und 10 sind zwei Ausführungsformen von
Einrichtungen zum Befestigen der Herzbasiselektrode an dem Körpergewebe dargestellt
In F i g. 7 ist im Querschnitt eine Herzbasiselektrode
178 dargestellt, die wie in der ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet ist. Sie besitzt ein im wesentlichen cbenflächiges Draht-Maschenwerk 180 und einen
jo Isolierkörper 182, der das Maschenwerk 180 abstützt
und dessen Ränder umgibt Auf der dem Herzen abgekehrten Fläche der Elektrode ist ein weitmaschiges Gewebe
184 angeordnet. Bei der Implantation ist es zweckmäßig, die Herzbasiselektrode 178 für einen kurzen
Zeitraum von einigen Tagen mit Hilfe von Nadeln festzulegen. Während dieses Zeitraums wächst das Körpergewebe
auf natürliche Weise in das weitmaschige Gewebe 184 hinein, wodurch die Elektrode festgelegt wird.
Die Nadeln können dann entfernt werden.
F i g. 8 zeigt eine andere Ausführungsform einer Festlegeeinrichtung,
mit der die Herzbasiselektrode 178' innerhalb kürzester Zeit festgelegt werden kann, so daß
dazu keine Nadeln erforderlich sind. Die Herzbasiselektrodc 178' besitzt ein leitendes Draht-Maschenwerk
180', das in Isoliermaterial 182' eingebettet ist, auf dem auf seiner dem Herzen abgekehrten Seite mehrere Häkchen
186 vorgesehen sind. Wenn die Herzbasiselektrode 178' innerhalb der Herzbeutelhöhle auf dem Epikard
angeordnet wird, greifen die Häkchen 186 in die Innenwandung des äußeren Blatts des Herzbeutels ein, so daß
die Elektrode 178' einwandfrei festgelegt wird.
In F i g. 9 ist eine weitere Ausführungsform einer Elektrodenanordnung dargestellt, die ebenfalls eine
freie Bewegung der Vorhöfe ermöglicht ohne daß eine Herzbasiselektrode geteilt ist In den F i g. 12 und 13 ist
die Pulmonalklappe mit 216 und die Aortenklappe mit 218 bezeichnet Man erkennt ferner die obere Hohlvene
20, die rechten Puimonalvenen 220 und die linken PuI-monalvenen 222. In der Ausführungsform gemäß F i g. 3
bo wird durch die Verwendung der geteilten Herzbasiselektrode
ein Zusammendrücken der Pulmonalarterie 24 vermieden. Man kann diesen Effekt aber auch durch
die Verwendung einer Elektrode mit mehreren Radien erzielen, wie sie in F i g. 13 dargestellt ist
Die in F i g. 6 dargestellte Herzbasiselektrode besitzt drei Abschnitte mit unterschiedlichen Radien. Der erste
Abschnitt 224 liegt im Bereich der Vorhöfe des Herzens 10 in der Nähe der Aortenklappe 218 und der oberen
Hohlvene 20. Der zweite Abschnitt 226 hat einen kleineren Radius und ist dem knapp über der Klappe 216
liegenden Teil der Pulmonalarterie und dem diesem Teil benachbarten Teil des Herzens angepaßt. Der dritte
Teil 228 hat wieder einen größeren Radius. Er liegt auf
der Seite des Herzens hinter der Pulmonalarterie und endet hinter den linken Pulmonalvenen 222. Zur Speisung
der Herzbasiselektrode dient ein an sie angeschlossener elektrischer Anschlußleiter 230.
10
20
25
40
50
55
60
65
Claims (10)
1. Elektrodensystem zur Rhythmuskorrektur eines funktionsgestörten Herzens mit zwei Elektroden,
von denen die eine so bemessen und geformt ist, daß sie sich unter Anpassung an den Umriß des Herzens
um dieses erstreckt, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Elektrode eine dem Pereich der Herzspitze (40) angepaßte Elektrode (82, 162) ist
und die andere Elektrode eine dem oberen Bereich des Herzens angepaßte Elektrode (70, 92, 142)
ist
2. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des
Herzens angepaßte Elektrode (70,142) so bemessen und geformt ist, daß sie sich unter Anpassung an den
Umriß des Herzens um mindestens einen Teil des Herzumfangs erstrecken kann.
3. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des
Herzens angepaßte Elektrode eine intravenös einführbare Elektrode (92) ist.
4. Elektrodensystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jenen Flächen
der dem oberen Bereich des Herzens und der Herzspitze angepaßten Elektrode (70,142,82,162), die im
Gebrauch dem Herzen abgekehrt sind, eine elektrische Isolierung (140, 133, 182, 86, 110) vorgesehen
ist.
5. Elektrodensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des
Herzens angepaßte Elektrode (/0) aus zwei getrennten Teilen (72,74) besteht, die so bemessen und geformt
sind, daß sie auf entgegengesetzten Seiten der Pulmonalarterie (24) angeordnet werden können.
6. Elektrodensystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich
des Herzens und der Herzspitze angepaßten Elektroden (70, 82) eine von einem metallischen Maschenwerk
(124, 126, 102) gebildete leitende Oberfläche zum Berühren des Herzgewebes aufweisen.
7. Elektrodensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich
des Herzens und der Herzspitze angepaßten Elektroden (142,162) eine von Metallblättchen (IS, 168)
gebildete, leitende Fläche zum Berühren des Herzgewebes aufweisen.
8. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzspitzen-Elektrode
(162) eine kegelstumpfförmige Kappe (164) bildet, die geeignet ist, die Herzspitze (40) kappenartig zu
umgeben.
9. Elektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem oberen Bereich des
Herzens angepaßten Elektrode (70, 142) mechanische Halteeinrichtungen (184, 186) zum Verbinden
dieser Elektrode (70, 142) mit im Bereich des Herzens (10) befindlichem Körpergewebe vorhanden
sind.
10. Elektrodensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oberen Bereich des
Herzens angepaßte Elektrode (70) in mechanisch unbeanspruchtem Zustand einen ersten Abschnitt (224)
mit einem ersten Radius und einen zweiten Abschnitt (226) besitzt, der einen /weiten kleineren Radius
aufweist und geeignet ist, die Pulmonal-Arterie (24) des Herzens zu umgeben.
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