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Verfahren und Vorrichtung zum Einleiten elektrischer
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Energie in einen implantierten Stromverbraucher Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Einleiten elektrischer Energie in einen Stromverbraucher der in
einem lebenden Organismus implantiert ist, insbesondere zum Aufladen eines implantierten
Sekundärelements, sowie einer Vorrichtung hierzu.
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Bereits seit längerer Zeit werden zur elektrischen Impulssteuerung
des menschlichen Herzens Herzschrittmacher eingesetzt. Diese im Körper implantierten
Geräte werden von einer ebenfalls implantierten Batterie gespeist, wobei diese Batterien
heutzutage eine brauchbare Standzeit von maximal 4 Jahren aufweisen. Nach Ablauf
dieser Frist muß die Batterie operativ entfernt und durch eine neue Batterie ersetzt
werden. Versuche wurden auch schon unternommen Schwerhörigen oder Tauben ihr Leben
durch entsprechend implantierte Geräte, wiederum mit gleichfalls impantierter Batterie,
zu erleichtern. Alle diese Geräte weisen einen verhältnismäßig geringen Stromverbrauch
auf, so daß die Lebensdauer der Batterie mehr durch chemische beziehungsweise chemoelektrische
Einwirkungen begrenzt ist, als durch zu geringe Kapazität.
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Neuere Entwicklungen weisen jedoch auf Geräte, die doch schon einen
beachtlichen Stromverbrauch aufweisen.
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Hierzu gehört in erster Linie das durch Druckluft anzutreibende Kunstherz,
das über Luftschläuche mit einem ebenfalls zu implantierenden Kompressor mit Antriebsmotor
verbunden ist. Der Verbrauch dieses Antriebsmotores liegt um Größenordnungen höher,
als beispielsweise der Verbrauch eines Herzschrittmachers und kann durch die dort
verwendeten Batterien nicht mehr gedeckt werden. Überlegungen gehen daher dahin,
einen mit radioaktivem Material betriebenen Stromerzeuger zu schaffen und ebenfalls
zu implantieren. Diese Lösung stößt jedoch auf Bedenken, die insbesondere mit der
radioaktiven Strahlung zusammenhängen.
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Da weitere Primärelemente die für diesen Einsatz geeignet sind nicht
bekannt sind, bliebe nur die Möglichkeit der Stromversorgung von einer außerhalb
des Körpers getragenen Batterie die mit einer durch die Haut führenden Leitung mit
dem Antriebsmotor verbunden ist. Entsprechende Versuche haben jedoch gezeigt, daß
das Durchführen der Leitung durch die Haut stets mit einer außerordentlichen Infektionsgefahr
sowie auch mit der Gefahr einer mechanischen Zerstörung verbunden ist. Das gleiche
Problem stellt sich auch dann, wenn auf den implantierten Kompressor mit Antriebsmotor
verzichtet und die erforderliche Druckluft direkt über Schläuche durch die Haut
zum Kunstherzen geführt wird. Gelänge es innerhalb des lebenden Organismus, im betrachteten
Falle also
innerhalb des menschlichen Körpers, eine ausreichend
kräftige Stromquelle zur Verfügung zu stellen, so wären auch noch weitere Anwendungen
zum Antrieb von Prothesen denkbar. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine derartige
implantierbare Stromquelle anzugeben beziehungsweise eine Möglichkeit aufzuzeigen,
wie elektrischer Strom ohne Verletzung der Haut in den Körper eines lebenden Organismus
eingespeist werden kann.
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Erreicht wird dies in erfindungsgemäßer Weise dadurch, daß in einer
unterhalb der Haut implaXnierten mit dem Stromverbraucher verbundenen Induktionsspule
als Sekundärspule eines Transformators über eine oberhalb der Haut gegenüber der
Sekundärspule angeordnete Primärspule durch Einleiten von Wechselstrom in die Primärspule
ein Strom induziert wird.
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Im Gegensatz zu den bekannten Systemen wird der elektrische Strom
also nicht mittels einer Leitung durch die Haut hindurchgeführt, sondern über ein
elektromagnetisches Feld. Dieses elektromagnetische Feld überbrückt ohne weiteres
auch verhältnismäßig starke Hautschichten und induziert in der dort angebrachten
Sekundärspule einen Strom, dessen Stärke lediglich von der Wärmeabfuhr der Sekundärspule
beziehungsweise der angeschlossenen Geräte begrenzt wird. Da bekanntlich die Verlustleistung
eines Transformators äußerst gering ist, ist dessen Verlustwärme auch nur
entsprechend
minimal. Hinsichtlich der Übertragung der elektrischen Energie in den lebenden Organismus
dürften daher auch bei verhältnismäßig hohen Strömen keine Schwierigkeiten zu erwarten
sein. Eventuell mögliche Gewebeschädigungen können darüber hinaus durch die Wahl
einer physiologisch optimalen Frequenz ausgeschaltet beziehungsweise minimiert werden.
Druckschäden, wie sie durch den, durch die elektromagnetische Anziehungskraft der
beiden Spulen hervorgerufenen Druck entstehen könnten, werden in erfindungsgemäßer
Weise dadurch auf ein Minimum herabgesetzt, daß die einander gegenüberstehenden
Stirnseiten der Spulen mit je einer relativ zu den Spulenquerschnitten großflächigen
unmagnetischen Druckplatte, die zudem der jeweiligen Körper-Außenform anpassbar
ist, vermieden. Durch diese Druckplatten kann der spezifische Druck so klein gehalten
werden, daß mit Sicherheit Durchblutungsstörungen oder gar durch Druck hervorgerufene
Gewebeschädigungen nicht auftreten.
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Selbstverständlich wird man auch die Spannungen auf beiden Seiten
des Transformators so wählen, daß sie physiologisch unbedenklich sind.
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Der in der Sekundärspule induzierte Strom kann gleichgerichtet und
einem Sekundärelement zugeleitet werden.
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Durch diese Iiaßnahme kann die Stromversorgungszeit des implantierten
Gerätes auf die Zeit zum Aufladen des Sekundärelementes reduziert werden. Es ist
damit beispielsweise möglich, die Aufladung während der Nacht, also bei der Bettruhe
durchzuführen, wodurch tagsüber
vollkommene Unabhängigkeit von einer
Stromquelle gegeben ist. Sekundärelemente haben im Gegensatz zu den bisher bei Herzschrittmachern
verwendeten Primärelementen eine wesentlich höhere Standzeit, die deutlich über
der 10 Jahres-Grenze liegt. Eine Folgeoperation zum Austausch eines derartigen Sekundärelementes
würde demnach kaum jemals notwendig sein.
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Selbstverständlich ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht nur auf die Verwendung von Geräten hoher Leistung beschränkt; mit dem Verfahren
können auch Sekundärelemente kleiner und kleinster Leistung, wie sie beispielsweise
zum Betrieb von Herzschrittmachern benötigt werden, gespeist werden. Eine Ladung
dieser Sekundärelemente ist dann nicht täglich, sondern beispielsweise lediglich
in einem jährlichen Rhythmus notwendig.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
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Ein implantierter Stromverbraucher 1 ist über eine im Körper zu verlegende
elektrische Leitung 6 mit der Sekundärspule 2 eines durch die Sekundärspule 2, die
Primärspule 3 und die beiden Halbkerne 4, 5 aus ferromagnetischem Itaterial gebildeten
Transformators 7 verbunden. In die Primärspule 3 wird über eine Zuleitung 8 Wechselstrom
eingespeist. Die Stirnseiten der beiden Halbkerne 4, 5 sind jeweils mit einer Druckplatte
9, 10 verbunden die der jeweiligen Körper-Außenform anpassbar sind. Statt einer
direkten Zuleitung von der Sekundärspule 2 zum Stromverbraucher 1 kann der in der
Sekundärspule 2 induzierte Strom auch mittels eines Gleichrichterelementes 11 gleichgerichtet
und auch in einem Sekundärelement 12 gespeichert werden. Gleichfalls ist es möglich
den über die Zuleitung 8 zufliessenden Wechselstrom vor der Primärspule 3 des Transformators
7 in einen Strom höherer oder auch niedrigerer Frequenz mittels eines Wechselrichters
13 umzuformen. Die Sekundärspule 2 mit ihrem Halbkern 4 und gegebenenfalls dem Gleichrichterelement
11 sowie dem Sekundärelement 12 sina hinter der Druckplatte 9 vollkommen dicht in
einem Gehäuse 14 gekapselt, vorzugsweise umgossen. Dieses Gehäuse 14 ist zusammen
mit der elektrischen Leitung 6 und dem Stromverbraucher 1 im Körper, also unterhalb
der strichpunktiert dargestellten Haut 15 untergebracht.
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Oberhalb der Haut (15) befindet sich die ebenfalls in einem Gehäuse
16 vergossene Primärspule 4 mit Halbkern 5 und gegebenenfalls Wechselrichter 13.
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Ist kein Sekundärelement 12 vorgesehen, so ist zur Stromversorgung
des Stromverbrauchers 1 stets über die Zuleitung 8 der Primärspule 3 des Transformators
7 Wechselstrom zuzuleiten der in der Sekundärspule 2, hervorgerufen durch das elektromagnetische
Kraftlinienfeld, in den Halbkernen 5, 4 einen Strom induziert. Dieser Strom kann
nunmehr als Wechselstrom oder gleichgerichtet durch das Gleichrichterelement als
Gleichstrom dem Stromverbraucher zugeführt werden.
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Die zweckmäßigere Lösung besteht darin, daß zusätzlich ein Sekundärelement
12 implantiert wird das wiederum auf dem gleichen Wege mit Strom versorgt wird und
seinerseits den Stromverbraucher 1 speist. Dadurch ist eine gewisse Unabhängigkeit
von der Stromzuleitung gegeben beziehungsweise es ist möglich das Sekundärelement
12 nur in Intervallen über die Stromzuleitung 8 beziehungsweise die Primärspule
3 des Transformators 7 aufzuladen. Vor der Primärspule 3 kann ein Wechselrichter
vorgesehen sein, um beispielsweise die übliche Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz
in eine physiologisch angenehmere Frequenz von 400 Hz bis 1.000 Hz umzuwandeln.
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Druckwirkungen die zwischen den Stirnseiten der Halbkerne 4, 5 durch
die elektromagnetischen Kraftwirkungen auftreten, werden durch die Druckplatten
9, 10 aufgefangen, so daß der spezifische Druck auf die Haut physiologisch unbedenklich
bleibt.
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