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Elektroden-Kombination zur Lokalisation von nervalen
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Strukturen, durch die Lokalanästhetika oder Neurolytika injiziert
werden können.
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Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Elektro denkombination
zur Lokalisation von nervalen Struktllren, die an einen elektrischen Impulsgenerator
angeschlossen wird.
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Bei den bisher üblichen elektrischen Lokalisationsverfahren wird eine
Reizelektrode meist in Form einer isolierten Injektionsnadel, deren Spitze nicht
isoliert ist, in die Umgebung der zu lokalisierenden nervalen Struktur eingebracht,
während eine zweite indifferente groXflacnige Elektrode auf der Körperoberfläche
angebracht wird. Es ist aber auch möglich, die indifferente Elektrode als eine in
größerer Entfernung vom Reizort in das Gewebe eingestochene zweite Injektionsnadel
ins Körperinnere zu legen. Auf diese Elektroden werden elektrische Impulse von variabler
Spannung oder Stromstärke gegeben. Die Lage der differenten Elektrode wird so lange
variiert, bis eine möglichst kleine Reizgröße (Produkt aus Impulsbreite und Spannung
bzw. Stromstärke) noch eine Erregung der gesuchten nervalen Struktur bewirkt. Anhand
von Erfahrungswerten wird beurteilt, ob damit eine ausreichende Annäherung der Reizelektrode
an die nervale Struktur erreicht ist.
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Nachteilig bei diesen Elektrodenanordnungen ist, daß im Falle der
Variation der an die Elektroden angelegten Impuls spannung die Reizintensität in
der Umgebung der Reizelektrode
von den nicht konstanten l,Widerstandsverhaltnissen
stark beeinflußt wird. Bei Verwendung einer indifferenten Oberflächenelektrode können
die Unterschiede des Hautwiderstandes a) von Person zu Person und b) durch Anstieg
der Hautfeuchtigkeit unter der indifferenten Elektrode während der Reizung mehr
als lOOC/a betragen. Außerdem spielt hier die wirksame Kontaktfläche, die Entfernung
von der differenten Elektrode und der unterschiedliche Anpressdruck der indifferenten
Elektrode eine entscheidende Rolle. Diese unterschiedlichen Widerstandsverhältnisse
erschweren die Beurteilung der Entfernung der Reizelektrode von der erregten nervalen
Struktur. Die Reizung mit variierbaren Konstantstromimpulsen umgeht zwar das Problem
der von inkonstanten Widerstandsverhältnissen abhängigen Stromdichte, bewirkt aber
aufgrund der kapazitiven Gewebseigenschaften oft ein langsames sägezahnartiges Ansteigen
der Spannung im Gewebe, was elektrophysiologisch eine sehr ungünstige Reizform darstellt.
In jedem Fall stört eine indifferente Elektrode auf der Oberfläche sowie im Gewebe
in einiger Entfernung vom Reizort eine radialsymmetrische Ausbildung des elektrischen
Feldes und damit der Reizintensität schon in geringer Entfernung von der Reizelektrode
in der Weise, daß die Stromdichte zwischen der Reizelektrode und der indifferenten
Elektrode größer ist als an entsprechenden Stellen auf der von der indifferenten
Elektrode abgewandten Seite der Reizelektrode. Dadurch wird die Erregung einer nervalen
Struktur bei einer bestimmten Reizgröße neben ihrer Entfernung von der Reizelektrode
auch von der Lage zur Elektrodenanordnung bestimmt. Dies wird um so deutlicher,
je näher die ijidifferente Elektrode zur Reizelektrode liegt, da es dann zu einer
für die Lokalisation besonders ungünstigen Feldstärkeverteilung kommt.
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Bei Ausmessungen der Feldstärkeverteilung im elektrolytischen Trog
und bei Lokælisationsversuchen am Menschen wurde überraschenderweise gefunden, daß
man diese Nachteile
überwindet , wenn man zur Lokalisation zwei
differente, gegebenenfalls durch einen Isolator getrennte Elektroden mit aufgeprägten
Spannungsimpulsen in die Nähe der zu lokalisierenden nervalen Strukturen bringt.
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Bei fester Anordnung der freiliegenden Elektrodenoberflächen, die
den Feldaufbau im Gewebe bewirken, auf einem Isolator entfallen Variationen der
Reizintensitätsverteilung durch unterschiedliche Elektrodenanordnung.
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Der Abfall der Feldstärke mit der Entfernung von der Spitze der Elektrodenkombination
ist um so steiler, je kleiner der Abstand zvrischen den nicht isolierten Elektrodenteilen
ist, und kann so den Erfordernissen angepaßt werden. Ein kleinerer Feldstärkegradient
erleichtert das Auffinden nervaler Strukturen schon aus größerer Entfernung, während
ein größerer Feldstärkegradient eine genauere Lokalisation ermöglicht, was für die
Praxis der Nervenlokalisation zweckmäßiger ist. Als besonders vorteilhaft hat sich
für die Elektrodeukombination ein Elektrodenabstand von 0,1 mm bis 5 mm vorzugsweise
0,2 mm bis 1 mm erwiesen.
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Günstig ist es, eine Elektrodenkombination zu vervrenden, die a) aus
einer Hohlelektrode, die teilweise durch einen Isolator abgedeckt ist und b) einer
zweiten auf dem Isolator aufgebrachten Elektrode, deren äußere Oberfläche wieder
teilweise isoliert ist, besteht.
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Die beiden nicht isolierten Oberflächenanteile der Elektroden sind
so angeordnet, daß die Reizintensität von der Spitze der Elektrodenkombination ziemlich
gleichmäßig nach allen Richtungen hin abfällt. In der für die Lokalisation interessanten
Entfernung von der Spitze haben die geometrischen Orte gleicher Reizintensität annähernd
die Form von Kugeloberflächen mit dieser Spitze als hTittelpunkt. Siehe hierzu Abbildung
1 und 2.
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Abb. 1 zeigt die im elektrolytischen jirog ausgemessenen Isopotentiallinien
W*1 die Spitze eines im Durchmesser 15 mm dicken Modells der Elektrodenkombination.
Die Zahlen sind Prozentangaben bezogen auf das Potential an der Spitze der Kombinationselektrode.
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Abb. 2 zeigt die im elektrolytischen Trog aufgenommenen Isofeldstärke-Linien
des gleichen Modells. Die Zahlenangaben sind Mehrfache der kleinst-n gemessenen
und mit 1 bezeichneten Feldstärke.
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Inter- und intraindividuell relativ konstante Widerstandsverhältnisse
im Gewebeinneren machen die Stromdichte in der Umgebung der Spitze der Kombinationselektrode
im wesentlichen von der Reizintensität und der Entfernung von der Spitze abhängig.
Dadurch kann die Entfernung der nervalen Struktur von der Spitze der Elektrodenkombination
zuverlässiger beurteilt werden als bei allen bisher üblichen Elektrodenanordnungen.
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Da die elektrische Erregung nervaler Strukturen am energiesparendsten
durch Depolarisation des Ruhemembranpotentials erfolgt, sollte der Impulsgenerator
Impulse negativer Spannung erzeugen.
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Da beim Injezieren des Lokalanästhetikums bzw. Neurolytikums dieses
an der nicht isolierten Spitze der inneren Hohlelektrode austritt, sollte diese
vorzugsweise als Kathode geschaltet vrerden und als Injektionsnadel ausgebildet
sein.
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Die axiale Ausdehnung der freien Oberfläche der zylindrischen Hohlelektrode
sollte vorzugsweise in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 Außendurchmesser der Hohlelektrode
liegen. Der Abstand zwischen der llohlelektrode und der zweiten differenten Elektrode
kann 0,1 bis 3 Durchmesser vorzugsweise 0,2 bis 1 Durchmesser betragen, wobei die
axiale Ausdehnung der nicht isolierten Oberfläche dieser
Elektrode
vorzugsweise 0,2 bis 1 Durchmesser der Elektrodenirombination beträgt.
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Das Material für die beiden differenten Elektroden muß gewebeverträglich,
korrosionsfest und gegenüber Redoxrcaktionen möglichst inaktiv sein, damit nur die
angelegte Spannung die Potentialverhältnisse im Gewebe bestimmt.
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Vorzugsweise kommen für die Kathode elektrische Leiter mit niedriger
bzw. mittlerer Wasserstoffüberspannung in Frage wie z.B. Rhodium, Edelstahl, Chrom
und gegebenenfalls Silber, Silberlegierungen, Gold und Goldlegierungen, um Hydrierungen
im Gewebe zu vermeiden. Als Anodenmaterialien können Rhodium, Iridium, Edelstahl
und Glaskohlenstoff, sowie Silicide, Boride und Carbide der IV. bis VI.
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Nebengruppe, dotiertes aktives Titan bzw. Tantal und gegebenenfalls
Platin, Palladium oder Ruthenium eingesetzt werden.
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Als Isolatoren eignen sich keramische lXassen, elektrisch nicht leitende
Iletalloxide oder Kunststoffe. Vorzugsweise kommen hier Aluminiumoxid, Chromoxid,
Zirkonoxid, Zirkon-Aluminiumoxid, Polyolefine, Polytetrafluoräthylene sowie aushärtbare
Kunstharze in Betracht.
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Für eine problemlose Handhabung der Elektrodenkombination am Patienten
sind folgende Eigenschaften wichtig: Glatte Oberflächen mit geringer Reibung in
der Haut und im Gewebe, gleitende Übergänge der Beschichtungen an der Spitze sowie
ein günstiges Verhältnis vom Außendurchmesser der Elektrodenkombination zum Innendurchmesser
der Hohlelektrode, wobei die Dicke der Gesamtbeschichtung der Hohlelektrode vorzugsweise
nicht ihren Außendurchmesser übersteigen sollte.
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Bei der technischen Anfertigung der Elektrodenkombinationen lassen
sich diese Forderungen z.B. durch den Einsatz von Aufdampf- oder Aufplantationsverfahren,
chemische Dampfphasenabscheidung, Kathodenzerstäubung, elektrolytische
Verfahren
sowie durch Auftragung metallilaltiger Kunststoffdispersionen und dispergierter
Isolatoren erreichen. Außerdem ist es möglich, die isolierenden Schichten und die
zweite differente Elektrode auf die als Injektionsnadel ausgebildete Hohlelektrode
in Form von Folien aufzubringen. Bevorzugt kommen für die Herstellung solcher Elektrodenkombinationen
die chemische Dampfphasenabscheidung, Aufplantationsverfahren aus der Gasphase sowie
das Plasmaspritzverfahren in Betracht.
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In Abb. 3 (Aufsicht) und Abb. 4 (Längsschnitt) ist die Spitze einer
günstigen Elektrodenlcombination dargestellt.
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Mit Hilfe des Plasmaspritzverfahrens hatte man auf eine Injektionsnadel
zunächst eine 20 µm dicke Aluminiumoxidschicht aufgetragen, die dann etwa 20 Cun
dick mit dem zweiten Elektrodenmaterial und der abschließenden ebenfalls 20 ,un
starken Aluminiumoxidschicht bes chichtet wurde. Bei der Herstellung wurde darauf
geachtet, daß die Isolator- und Elektrodenschichtgrenzen keine stufenförmigen Absätze
bildeten. In analoger Weise wurden nach dem Aufplantations- und CVD-Verfahren Elektrodenanordnungen
hergestellt, bei denen man auf eine Injektionsnadel zunächst ca. 0,5 um dick Iridium,
dann etwa 2-3 µm dick Aluminiumoxid, auf diese Schicht wieder 1 Fun dick Iridium
und abschließend 2 µm stark Aluminiumoxid auftrug.
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Die bezchriebene Elektrodenkombination zur Nervenlokalisation hat
für die Praxis der Regionalanästhesie folgende Vorteile: Zuverlässiges Eintreten
der Nervenblockade nach der Injektion des Lokalanästhetikums, da sicher vermieden
werden kann, daß das Lokalanästhetikum in zu großer Entfernung vom lierven injiziert
wird.
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Die verabreichte Menge' an Lokalanästhetikum kann kleiner gehalten
werden. Illit 20 bis 30% der üblichen Dosis wird eine Blockierung der nervalen Struktur
erreicht, dadurch wird die Gefahr toxischer Nebenwirkungen am Herzen und
am
Zentralnervensystem geringer.
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Die Zeitspanne zwischen der Injektion des Lokalanästhetikums und der
vollständigen Ausbildung der Nervenblockade ist wesentlich verkürzt, was im Operationsbetrieb
Viartezeiten einspart und die zeitliche Planung erleichtert.
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Das Anlegen der Regionalanästhesie auf die beschriebene Weise ist
gewebeschonender als der Versuch, Parästhesien auszulösen, da man sich dem Nerven
systematischer nähert, und das Berühren des Nerven mit der Nadelspitze überflüssig
wird.
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Da keine Parästhesien vom Patienten angegeben werden müssen, ist man
nicht auf dessen Mitarbeit angewiesen. Dies ermöglicht die Blockade peripherer Nerven
auch beim nicht kooperativen bzw. stark sedierten Patienten.
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Im Falle chemischer Neurolyse ist eine optimale Lokalisierbarkeit
der auszuschaltenden nervalen Struktur besonders wichtig.
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Die Beschränkung wesentlicher elektrischer Peldstärken auf die unmittelbare
Umgebung der Spitze der Elektrodenkombination vermeidet mit Sicherheit problematieche
Stromdichten im übrigen Körper z.B. am Herzen.
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Außerdem entfällt der Arbeitsgang des Anbringens einer indifferenten
Elektrode.
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Lokalisation eines peripheren Nerven oder Nervengeflechtes mit der
beschriebenen Elektrodenkombination Beispiel 1 Eine 0,8 mm dicke Injektionsnadel
aus Edelstahl ist auf der Oberfläche bis zum Anschliff der Spitze ca. 20 um stark
mit Aluminiumoxid beschichtet. Auf diese Isolationsbeschichtung ist eine zweite
ca. 20 um dicke Schicht
aus Edelstahl aufgetragen, wobei vom Anschliff
der oxidfreien Spitze bis zur Edelstahlschicht eine ca. 0,3 mm lange Strecke der
aluminiumoxidschicht zur Isolation der beiden Elektroden freibleibt. Die äußere
Elektrode ist wieder auf ihrer-Oberfläche mit Aluminiumoxid isoliert bis auf eine
0,5 mm lange Strecke an der Spitze. Siehe hierzu die Abb. 3 und 4. An die Elektrodenkombination
wurden negative Rechteckimpulse von 0,1 msec Breite und einer Frequenz von 3 Hz
angelegt, wobei die innere Hohlelektrode als Kathode geschaltet wurde. Beim Annähern
der Spitze der Elektrodenkombination an den Mervus ischiadicus wurde die Impulsstärke
auf 5 Volt eingestellt. Bei dieser Impulsspannung wurde der Nerv oder ein Teil des
Nerven schon aus einiger Entfernung erregt, was am impuls synchronen Zucken der
von dem Nerven oder dem erregten Teil des Nerven versorgten tluskulatur erkennbar
war.
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Durch Verringern der Impulsspannung auf Werte, bei denen die Muskelzuckungen
gerade noch deutlich erkennbar waren, und Verlagern der Kombinationselektrode in
der Weise, daß bei gleichbleibender Spannung die Muskelzuckungen stärker wurden,
konnte die Spitze der Kombinationselektrode in unmittelbare Nähe zum Merven gebracht
werden, so daß bei 0,2 Volt Impulsspannung noch ein leichtes Zucken einer von dem
lierven versorgten Muskelgruppe ausgelöst werden konnte. Jetzt wurden 4 ml 2%iges
Mepivacain unter vreiterlaufender Reizung injiziert, wobei die Muskelzuckungen während
der Injektion verstummten. Innerhalb von etwa 3 Minuten stellte sich eine vollkommene
sensible und motorische Bloclrade des vom Nervus ischiadicus versorgten Teil des
Beines ein.
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Beispiel 2 Die Kombinationselektrode unterscheidet sich von der im
Beispiel 1 lediglich dadurch, daß als Isolationsbeschichtung Chromoxid statt Aluminiumoxid
verwendet wurde. Die Impulsbreite von 0,1 msec wurde beibehalten, da sie geeignet
ist,
vorwiegend die motorischen Anteile eines gemischten Nerven zu erregen. 3 Hz ist
für die Beurteilung des motorischen Reizerfolgs während der Veränderung der Position
der Reizelektrode eine günstige Reizfrequenz, da hierbei die Impulse mit Einzelzuelungen
beantwortet werden und diese ausreichend schnell aufeinanderfolgen, um das Verschieben
der Elektrodenkombination daran zu orientieren. Diese Reizfrequenz von 3 Hz wurde
bei allen Lolcalisationen gemischter Nerven beibehalten.
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Bei der Annäherung der Elektrodenkombination an den Nervus femoralis
nach anatomischen Überlegungen war die Impulsspannung auf 3 Volt eingestellt. Sie
konnte durch die im Beispiel 1 beschriebene Methode des Verlagerns der Elektrodenkombination
schnell auf 0,5 Volt gesenkt werden. Bei dieser Impulsspannung wurden 4 ml 0,5%iges
Bupivacain injiziert. Die Muskelzuckungen verstummten während der Injektion. Die
sensible und motorische Blockade war innerhalb 2 Minuten vollstandig.
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Beispiel 3 Die hier verwendete Elektrodenkombination unterscheidet
sich von der im Beispiel 1 und 2 nur dadurch, daß die die innere Hohlelektrode bildende
Injektionsnadel Oberfläche lich mit Iridium beschichtet ist, und daß die Anode aus
einer ca. 1 Mm dicken Iridiumschicht besteht. Die Isolationsschichten bestehen aus
2 um dickem Aluminiumoxid.
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Die Impulsbreite von 0,1 msec und die Reizfrequenz von 3 Hz wurden
beibehalten. Da eine Oleeranonfraktur vorlag, wurde zur supraclaviculären Blockade
des Plexus brachialis dar Ausgangswert der Impulsspannung für die erste Annäherung
an das Nervengeflecht auf 2 Volt eingestellt, um einer plötzlichen an der Verletzungsstelle
schmerzhaften Zuckung vorzubeugen. Die mit der Lokalisation verbundenen Muskelzuckungen
waren trotz vorsichtiger Veränderung der Elektrodenposition und eines zuvor verabreichten
zentral wirkenden Analgetil ums nach Aussage des Patienten in zumutbaren
Grenzen
schmerzhaft. Das Lokalanästhetikum (30 ml 0,25%iges Bupivacein) wurde deshalb schon
bei einer Verminderung der Impulsspannung auf 1,5 Volt injiziert.
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10 Minuten nach der Injektion war die Frakturstelle schmerzfrei, und
am Oberarm konnte eine Blutsperre angelegt werden.
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Beispiel 4 Bei einem über dem Knie amputierten Patienten mit Phantomschmerz
im Fuß wurde ca. 10 cm proximal vom Stumpfendc der Nervus tibialis mit der im Beispiel
1 beschriebenen Kombinationselektrode und nach der hier beschriebenen Methode lokalisiert.
Dabei wurden Muskelzuckungen an der Oberschenkelrückseite sichtbar, besonders am
Stumpfende, außerdem bereichtete der Patient impulssynchrone Phantomemfindungen
im amputierten Fuß. Beides verschwand nach der Injektion von 2 ml 5%igem Phenol
durch Neurolyse des Nervus tibialis.
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L e r s eite