DE2730304A1 - Verfahren und vorrichtung zum einleiten elektrischer energie in einen implantierten stromverbraucher - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einleiten elektrischer energie in einen implantierten stromverbraucher

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DE2730304A1
DE2730304A1 DE19772730304 DE2730304A DE2730304A1 DE 2730304 A1 DE2730304 A1 DE 2730304A1 DE 19772730304 DE19772730304 DE 19772730304 DE 2730304 A DE2730304 A DE 2730304A DE 2730304 A1 DE2730304 A1 DE 2730304A1
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Guenther Hoeh
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/378Electrical supply

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Einleiten elektrischer
  • 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.
  • 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.
  • Neuere Entwicklungen weisen jedoch auf Geräte, die doch schon einen beachtlichen Stromverbrauch aufweisen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Selbstverständlich wird man auch die Spannungen auf beiden Seiten des Transformators so wählen, daß sie physiologisch unbedenklich sind.
  • Der in der Sekundärspule induzierte Strom kann gleichgerichtet und einem Sekundärelement zugeleitet werden.
  • 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.
  • 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.
  • Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
  • 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.
  • Oberhalb der Haut (15) befindet sich die ebenfalls in einem Gehäuse 16 vergossene Primärspule 4 mit Halbkern 5 und gegebenenfalls Wechselrichter 13.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Leerseite

Claims (5)

  1. Patentansprüche Verfahren zum Einleiten elektrischer Energie in einen Stromverbraucher der in einem lebenden Organismus implantiert ist, insbesondere zum Aufladen eines implantierten Sekundärelementes, dadurch gekennzeichnet, daß in einer unterhalb der Haut (15) implantierten mit dem Stromverbraucher (1) verbundenen Induktionsspule als Sekundärspule (2) eines Transformators (7) über eine oberhalb der Haut (15) gegenüber der Sekundärspule (2) angeordnete Primärspule (3) durch Einleiten von Wechselstrom in die Primärspule (3) ein Strom induziert wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine unterhalb der Haut (15) angebrachte, mit dem Stromverbraucher (1) verbundene Induktionsspule die die Sekundärspule (2) eines Transformators (7) bildet und eine oberhalb der Haut (15) gegenüber der Sekundärspule (2) angeordnete, von Wechselstrom durchflossene Primärspule (3).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2, 3) auf je einem Halbkern (4, 5) aus ferromagnetischem Material gewickelt sind.
  4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Stirnseiten der Spulen (2, 3) beziehungsweise der Halbkerne (4, 5) mit je einer relativ zu den Spulenquerschnitten beziehungsweise Kernquerschnitten großflächigen unmagnetischen Druckplatte (9, 10) verbunden sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (9, 10) der jeweiligen Körper-Außenform anpassbar ist.
DE19772730304 1977-07-05 1977-07-05 Verfahren und vorrichtung zum einleiten elektrischer energie in einen implantierten stromverbraucher Withdrawn DE2730304A1 (de)

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DE (1) DE2730304A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3802661A1 (de) * 1988-01-29 1989-08-03 Licentia Gmbh Programmier- und pruefvorrichtung
WO2005011541A1 (en) * 2003-08-01 2005-02-10 Ventracor Limited Improved transcutaneous power and/or data transceiver system
DE102007009356A1 (de) * 2007-02-23 2008-08-28 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Prothese

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