DE3415410C2

DE3415410C2 - Pacemaker electrode

Info

Publication number: DE3415410C2
Application number: DE3415410A
Authority: DE
Inventors: Hermann Rexhausen; Peter Dipl Ing Theisen
Original assignee: Biotronik Mess und Therapiegeraete GmbH and Co
Current assignee: Biotronik SE and Co KG
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2004-04-20
Also published as: DE3415410A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Herzschrittmacherelektrode der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a pacemaker electrode specified in the preamble of claim 1.

Derartige Elektroden sind in verschiedener Ausführung - so beispielsweise aus der US 4 301 815 entsprechend der DE 30 16 497 A1 - bekannt.Such electrodes are of different designs - see above for example from US 4 301 815 corresponding to the DE 30 16 497 A1 - known.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß die Biegesteifigkeit der Befestigungselemente über deren Länge nahezu konstant ist und diese so geformt sind, daß bei Einwirkung einer großen Ausziehkraft die Befestigungselemente sich mit ihrer gan zen Länge im wesentlichen um den Verbindungspunkt mit dem Elektrodenkörper (Fußpunkt) drehen. Das führt dazu, daß die Befestigungselemente bei solchen, in Längsrichtung (parallel zur Zuleitung) von ihrem proximalen Ende her einwirkenden, Kräften ein verhältnismäßig starres Verhal ten zeigen, da sie sich (je nach Ausbildung des Fußpunkts) wie ein an einem seiner Enden mehr oder weniger flexibel eingespannter Stab verhalten. Bei Belastung durch Auslen kung über eine Querkomponente aufweisende Kräfte erfolgt die Auslenkung infolge der Momentenverhältnisse vorzugs weise durch elastische Verformung im Fußpunkt. Diese me chanische Charakteristik wird bei einem Befestigungs element mit im wesentlichen runden Querschnitt am zutref fendsten mit der Bezeichnung "Borste" charakterisiert.The disadvantage, however, is that the bending stiffness of the Fasteners over their length is almost constant and they are shaped so that when exposed to a large Extraction force the fasteners themselves with their gan zen length essentially around the connection point with the Turn the electrode body (base point). The result is that the fasteners in such, in the longitudinal direction (parallel to the lead) from its proximal end acting, forces a relatively rigid behavior show that they (depending on the training of the base) like one more or less flexible at one of its ends clamped rod behave. When subjected to deflection forces across a transverse component the deflection preferred due to the moment relationships wise due to elastic deformation at the base. This me The chanish characteristic is at a fortification element with an essentially round cross section at the applicable fendsten characterized with the name "bristle".

Die betreffenden Schrittmacherelektroden dienen der elek trischen Verbindung zwischen Herzmuskel und künstlichem Herzschrittmacher zur Signalübertragung in beiden Richtun gen. Der Elektrodenkopf soll sich dabei im Ventrikel oder auch im Atrium festhalten, wobei im erstgenannten Teil ein Verhaken im Trabekelwerk erfolgen muß und die Stimula tionsfläche auch bei mit der Herzaktivität einhergehenden auf die Zuleitung wirkenden Zugkräften eine feste Veranke rung gewährleisten muß.The pacemaker electrodes in question are used for elec tric connection between heart muscle and artificial Pacemaker for signal transmission in both directions The electrode head should be in the ventricle or also hold in the atrium, with a in the first part Snagging must take place in the trabecular system and the stimula tion area even with heart activity tensile forces acting on the supply line have a fixed anchoring must ensure tion.

In Fig. 1 ist in verschiedenen Schritten dargestellt, wie sich die vorgenannten bekannten Elektroden verhalten, wenn sie unter Zugeinwirkung stehen und zum "Verhaken" Gewebe teile zur Verfügung stehen, welche in Richtung der Zulei tung unterschiedliche radiale und axiale Positionen haben.In Fig. 1 it is shown in different steps how the aforementioned known electrodes behave when they are under tension and for "hooking" tissue parts are available which have different radial and axial positions in the direction of the supply line.

In den Fig. 1a bis e ist dabei insbesondere schematisch wiedergegeben, wie sich eine bekannte "Borsten" aufweisen de Elektrode beim Zurückziehen verhält, wenn Gewebeteile Widerstand bieten.In FIGS. 1a-e is shown in particular schematically how a known "bristles" to have de electrode during the retraction behaves when tissues provide resistance.

In Fig. 1a befindet sich die Elektrode 1 zwischen zwei Gewebeteilen 2 und 3, welche an verschiedenen Seiten der Elektrodenzuleitung und deren axialer Richtung um eine Distanz versetzt angeordnet sind (2 und 3). Am Elektroden kopf 4, welcher die Stimulationsfläche enthält, sind Be festigungselemente 5 und 6 vorgesehen, wobei das Befesti gungselement 5 in Eingriff mit dem Gewebeteil 2 ist, wäh rend das Befestigungselement 6 außer Eingriff ist. Die in Fig. 1a wiedergegebenen räumlichen Gewebeverhältnisse be wirken, daß bei auf die Elektrodenzuleitung ausgeübtem Zug der Elektrodenkopf sich in der Zeichnung nach unten be wegt. Da bei über die Längserstreckung des Befestigungs elementes konstanter Biegesteifigkeit mit weicher Befe stigung die Auslenkung des Befestigungselementes im wesentlichen im Bereich seiner Wurzel erfolgt und die zum Auslenken aufzubringende Kraft wegen der bestehenden Momentenverhältnisse um so kleiner wird, je weiter das Befestigungselement ausgelenkt ist, verkleinert sich die Rückhaltewirkung der Borste 5, der Elektrodenkopf 4 wird zusätzlich ausgelenkt und das Befestigungselement 6 kommt in Eingriff mit dem Gewebeteil 3 (Fig. 1b).In Fig. 1a, the electrode 1 is located between two tissue parts 2 and 3 , which are arranged offset on a different distance on different sides of the electrode feed line and its axial direction ( 2 and 3 ). On the electrode head 4 , which contains the stimulation surface, fastening elements 5 and 6 are provided, the fastening element 5 being in engagement with the tissue part 2 , while the fastening element 6 is disengaged. The spatial tissue ratios shown in FIG. 1a act such that when the train is exerted on the electrode lead, the electrode head moves downward in the drawing. Since at the longitudinal extension of the fastening element constant bending stiffness with soft fastening, the deflection of the fastening element takes place essentially in the region of its root and the force to be deflected due to the existing moment ratios, the smaller the fastening element is deflected, the smaller Retaining effect of the bristle 5 , the electrode head 4 is additionally deflected and the fastening element 6 comes into engagement with the tissue part 3 ( FIG. 1b).

Während beim weiteren Zurückziehen der Elektrode das Be festigungselement 6 den größten Widerstand leistet, ist die Haltewirkung des Befestigungselementes 5 nahezu voll ständig überwunden. Es klappt beim weiteren Zurückziehen der Elektrode ohne wesentlichen Widerstand um nahezu 180° herum und setzt dem weiteren Zurückziehen damit keine Haltekraft mehr entgegen.While the further retraction of the electrode, the fastening element 6 provides the greatest resistance, the holding effect of the fastening element 5 is almost completely overcome. When the electrode is withdrawn further, it folds around almost 180 ° without substantial resistance and therefore no longer opposes the holding force.

Da nunmehr ausschließlich das Befestigungselement 6 mit dem Gewebeteil 3 in Eingriff ist, neigt sich beim weiteren Zurückziehen der Elektrodenkopf 4 in der Zeichnung nach oben, wobei das Befestigungselement 6 ebenfalls ausgelenkt wird und mit zunehmender Auslenkung eine verringerte Rück haltekraft aufbringt (Fig. 1d). Damit ist auch dieser Widerstand im wesentlichen überwunden, beide Befestigungs elemente 5 und 6 sind nunmehr nach vorne umgeklappt und bieten keinen Halt mehr für den Elektrodenkopf. Jegliche Haltewirkung der Elektrode ist verloren gegangen und diese läßt sich nahezu widerstandslos herausziehen, wobei wegen der vorzugsweisen Beweglichkeit der Befestigungselemente im Fußpunkt und das Auftreten weiterer durch Gewebe gebil deter Hindernisse die Befestigungselemente 5 und 6 nicht in ihrer Ausgangslage zurückgelangen können und damit der Weg zum vollständigen Zurückziehen der Elektrode freigege ben ist.Since only the fastening element 6 is now engaged with the tissue part 3 , the electrode head 4 in the drawing tilts upwards when the fastening element is retracted further, the fastening element 6 also being deflected and, with increasing deflection, a reduced retention force being exerted ( FIG. 1d). This resistance is essentially overcome, both fastening elements 5 and 6 are now folded forward and no longer provide support for the electrode head. Any holding effect of the electrode has been lost and this can be pulled out almost without resistance, the fasteners 5 and 6 not being able to return to their original position due to the preferred mobility of the fasteners at the base and the occurrence of further obstacles formed by tissue, and thus the way to complete Withdrawal of the electrode is released.

Der Erfindung, deren Lösungsmerkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben sind, liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs genann ten Gattung anzugeben, deren Befestigungselemente auch bei in Bezug auf die Längsrichtung der Elektrodenzuleitung versetzten, ein Herausziehen der Elektrode behindernden, Gewebehindernissen einen verbesserten Kraftschluß ermög licht, wobei insbesondere die Verteilung der auf die Zu leitung ausgeübten Zugkraft auf mehrere Befestigungsele mente stets gewährleistet sein soll, die jedoch bei großer Ausziehkraft ein leichtes Herausziehen der Elektroden mit geringer Gewebeschädigung ermöglicht.The invention, the solution features in the characterizing Part of claim 1 are specified, on the other hand based on the task, an electrode of the beginning to specify ten genus, its fasteners also at with respect to the longitudinal direction of the electrode lead offset, preventing the electrode from being pulled out, Tissue obstacles enable an improved adhesion light, in particular the distribution of the zu cable exerted tensile force on several fastening elements elements should always be guaranteed, but with large Extraction force with a slight pulling out of the electrodes allows less tissue damage.

Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist, daß punktuel le Belastungen vermieden sind und die Auflageflächen der Halte mittel in Bezug auf die Gewebehindernisse mit der auftre tenden Belastung zunehmen. Dabei ist die Rückhaltewirkung bei einer "blättchenförmigen" Gestaltung der Befestigungselemente verbessert, da dabei mit zunehmender Umbiegung auch die Breite der anliegenden Blättchenteile vergrößert wird, so daß die Haltewirkung bis zu den vorge sehenen Grenzkräften ausgezeichnet ist. It is particularly advantageous in the invention that punctual le loads are avoided and the contact surfaces of the stops medium in terms of tissue obstacles with the appearance increasing load. This is the restraining effect with a "leaflet-shaped" design of the Fasteners improved since doing so Bending also the width of the adjacent leaflet parts is increased so that the holding effect up to the pre seen border forces is excellent.

Gemäß der Erfindung weisen die Befestigungselemente ein Profil zur Erhöhung der Längssteifigkeit auf, dessen Versteifungswirkung bei Umbiegung der Befestigungselemente von den Endbereichen her nach und nach verringerbar ist. Diese Ausgestaltung erfolgt günstig in der Weise, daß die blattförmig aus gestalteten Befestigungselemente eine Wölbung um eine Achse aufweisen, die im wesentlichen parallel zur Längs achse der Elektrodenzuleitung gerichtet ist, wobei diese Wölbung sich mit dem Aufbiegen der Befestigungselemente einebnet und somit ihre versteifende Wirkung verringert ist. Dabei beruht die differentielle Veränderung der Biegesteifig keit wesentlich auf der Veränderung der zur Einebnung der Wölbung notwendigen Kräfte, wenn nämlich diese Eineb nung mit einer elastischen Verformung der betreffenden "Wandungsbereiche" der Befestigungselemente verbunden ist. Diese Kräfte werden um so größer, je größer die relative Dicke der Befestigungselemente ist. Während bei geringer Materialstärke die Stabilität durch Wölbung oder Faltung mit der eines entsprechend geformten Blattes Papier ver gleichbar ist, welches jede Stabilität verliert, wenn es eingeebnet ist und diese Einebnung nahezu kräftefrei möglich ist, werden bei größerer Materialstärke zur "Ein ebnung" Kräfte notwendig, die mit zunehmender Breite des Befestigungselements - also zu seiner Wurzel hin - eben falls größer werden.According to the invention the fasteners have a profile to increase the longitudinal stiffness, the stiffening effect at Bending the fasteners from the end areas is gradually reduced. This configuration takes place favorably in such a way that the leaf-shaped designed fasteners a curvature around a Have axis that are substantially parallel to the longitudinal axis of the electrode lead is directed, this Buckling itself with the bending of the fasteners levels out and thus reduces their stiffening effect is. It is based the differential change in flexural rigidity essential to the change in leveling the forces necessary for the curvature, namely when this leveling with an elastic deformation of the concerned "Wall areas" of the fasteners is connected. The greater the relative, the greater these forces Thickness of the fasteners is. While at less Material strength the stability through curvature or folding ver with a correspondingly shaped sheet of paper is comparable, which loses all stability when it is leveled and this leveling is almost without force is possible, become "On leveling "forces necessary with increasing width of the Fastening element - i.e. towards its root - just if get bigger.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet. Anhand der Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: An advantageous development of the invention is in Subclaim marked. Based on Drawing becomes a preferred Execution of the invention described in more detail. Show it:

Fig. 2a ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfin dung, Fig. 2a shows an advantageous embodiment of the OF INVENTION dung,

Fig. 2b ein Detail des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2a, sowie Fig. 2b shows a detail of the embodiment of FIG. 2a, and

Fig. 3a und 3b zwei Positionen der erfindungsgemäßen Elektrode bei auftretenden Haltekräften entsprechend der Darstellung gemäß den Fig. 1a bis f. FIGS. 3a and 3b show two positions of the electrode of the invention with holding forces occurring in accordance with the representation according to Fig. 1a to f.

Bei dem in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Herzschrittmacherelektrode 10 in schematischer Darstellung dargestellt. Der eine elektrisch leitende Kontaktfläche aufweisende Elektrodenkopf 11 bil det den vorderen Abschluß einer Elektrodenzuleitung, wel che mit Isolierstoff ummantelt ist. Das angeschnittene En de zeigt einen Teil der Zuleitungswendel 13, welche mit dem leitenden Elektrodenkopf 11 verbunden ist. Im Bereich des Elektrodenkopfes sind Haltemittel 14, 15, 16 sowie ein weiteres entsprechendes auf der Rückseite angeordnetes und deshalb nicht sichtbares Element gleichmäßig auf dem Elek trodenumfang verteilt vorgesehen. Die Elektrode 10 wird in Richtung des Pfeils 17 durch die Vene in die rechte Herz kammer vorangeschoben, um sich dort zu verhaken. Die Be festigungselemente 14 bis 16 weisen in eine Richtung, die im wesentlichen entgegengesetzt zur Einführungsrichtung zeigt und bilden - ausgehend vom Elektrodenkopf - einen Winkel von etwa 35° zur Achse der Elektrodenzuleitung. Die Elemente haben in tangentialer Richtung eine größere Ab messung als in radialer Richtung, so daß entsprechend die Biegesteifigkeit in Bezug auf tangential wirkende Kräfte wesentlich heraufgesetzt ist. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the pacemaker electrode 10 according to the invention is shown in a schematic illustration. The electrode head 11 having an electrically conductive contact surface bil det the front end of an electrode lead, which che is coated with insulating material. The cut En de shows a part of the lead coil 13 , which is connected to the conductive electrode head 11 . In the area of the electrode head holding means 14 , 15 , 16 and another corresponding arranged on the back and therefore not visible element are evenly distributed on the electrode circumference. The electrode 10 is pushed in the direction of arrow 17 through the vein into the right heart chamber to get caught there. Be the fastening elements 14 to 16 point in a direction which is essentially opposite to the direction of insertion and form - starting from the electrode head - an angle of about 35 ° to the axis of the electrode feed line. The elements have a larger dimension in the tangential direction than in the radial direction, so that the bending stiffness is substantially increased in relation to tangentially acting forces.

Die Biegesteifigkeit in Bezug auf Auslenkung durch Kräfte, welche in Richtung des Pfeiles 17 auf die Befestigungsele mente wirken, ist - bezogen auf die Längsrichtung der Be festigungselemente - variabel. Dabei ist die Biegesteifig keit zum Ende der blattförmigen Befestigungselemente am geringsten, so daß bei Krafteinwirkung am äußersten Ende 18 ein Auffalten erfolgt, wie es in der Detaildarstellung ei nes einzelnen Befestigungselementes gemäß Fig. 2b er sichtlich ist.The bending stiffness in relation to deflection by forces which act in the direction of arrow 17 on the fastening elements is - based on the longitudinal direction of the fastening elements - variable. The flexural strength at the end of the leaf-shaped fasteners is at its lowest, so that when force is exerted at the extreme end 18 , it unfolds, as is evident in the detailed illustration of an individual fastener according to FIG. 2b.

Während bei den bekannten Befestigungselementen von Schrittmacherelektroden sich bei Auslenkung vom Ende her der Bereich maximaler Biegung in einer vom Ende entfernten Zone befindet, "rollt" sich bei der erfindungsgemäßen An ordnung das blattförmige Befestigungselement vom Ende her auf, so daß hier stets der einwirkenden Kraft ein ausrei chender Widerstand unabhängig von dem Maß der Auslenkung des Befestigungselementes entgegengesetzt wird. Dieser Zu sammenhang ist in den Fig. 3a und 3b verdeutlicht, wo bei in Fig. 3a sich eine Elektrode 10 mit Befestigungse lementen 14 und 16 an schematisch dargestellten Gewebehin dernissen 2′ und 3′ gegen eine entgegengesetzte Einfüh rungsrichtung wirkenden Kraft abstützt.While in the known fasteners of pacemaker electrodes the area of maximum bending is located in a zone distant from the end when deflected from the end, "rolls" in the arrangement according to the invention, the sheet-shaped fastener from the end, so that here always the force acting on it sufficient resistance is opposed regardless of the degree of deflection of the fastener. This context is illustrated in FIGS . 3a and 3b, where in FIG. 3a an electrode 10 with fastening elements 14 and 16 on schematically shown tissue obstacles 2 'and 3 ' is supported against an opposite direction of insertion force acting.

Da die Momenteinleitung durch beide Befestigungselemente 14 und 16 auf die längsgerichtete Zuleitung - im wesentlichen unabhängig von der Intensität ihrer Verformung - erfolgt, bleibt die Richtung der Elektrodenlängsachse nahezu kon stant, so daß insoweit auch keine einseitige Verlagerung der aufzubringenden Kräfte vorkommt. Dazu kommt, daß die Auflagebereiche nicht punktförmig sind, was im Extremfall zu einem Durchstechen von Gewebeteilen führen könnte, son dern daß der Auflagebereich eine Fläche umfaßt, welche sich mit der aufzunehmenden Kraft vergrößert, da sich da mit das Halteelement zunehmend einrollt und die Abstüt zungsfläche heraufgesetzt wird. Damit ist ein wirksamer Haltemechanismus gewährleistet.Since the introduction of torque by both fasteners 14 and 16 on the longitudinal feed line - essentially regardless of the intensity of their deformation - takes place, the direction of the electrode longitudinal axis remains almost constant, so that there is no one-sided shift of the forces to be applied. In addition, the support areas are not punctiform, which in extreme cases could lead to a puncturing of tissue parts, but that the support area includes an area that increases with the force to be absorbed, because with the holding element increasingly rolls up and the support surface is raised. This ensures an effective holding mechanism.

Erst wenn die Rückzugskraft weiter vergrößert wird - was beim absichtlichen Herausziehen der Elektrode der Fall sein kann - klappen die Befestigungselemente 14 und 16 vollständig nach vorne um, wie es in Fig. 3b ersichtlich ist. Dieses Umklappen erfolgt mit einem relativ kleinen Schwenkradius, so daß insoweit ebenfalls nicht eine punkt weise Belastung durch die spitz nach außen tretenden Borsten vorkommt, wie es bei den Elektroden nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Haltewirkung der Elektrode ist damit konstant sichergestellt bis zu einer konstruktiv vorzugebenden Maximalkraft, bei der ein weiches Nachgeben erfolgt, ohne daß Kraftspitzen auftreten oder aber der Elektrodenkopf durch unerwünschte seitliche Auslenkungen bei geringeren Rückhaltekräften freikäme, wie es aus den Fig. 1a bis e ersichtlich ist.Only when the retraction force is further increased - which can be the case when the electrode is deliberately pulled out - do the fastening elements 14 and 16 fold completely forward, as can be seen in FIG. 3b. This folding takes place with a relatively small swivel radius, so that there is also no point-wise load due to the pointed bristles, as is the case with the electrodes according to the prior art. The holding effect of the electrode is thus constantly ensured up to a maximum force that can be predetermined by the design, at which soft yielding occurs without force peaks occurring or the electrode head being released by undesirable lateral deflections with lower retention forces, as can be seen from FIGS . 1a to e .

Dieser Effekt wird noch dadurch unterstützt, daß die Befestigungselemente eine die Quersteifigkeit ver größernde Form aufweisen, welche mit dem Auslenkungsvor gang so verändert wird, daß die Quersteifigkeit herabge setzt wird. Das ist in Fig. 2b ersichtlich, wobei das dort dargestellte Befestigungselement 14 eine Krümmung oder Abwinklung im Querschnitt aufweist, welche sich im Bereich vor dem aufgebogenen Ende einebnet, so daß die das Befestigungselement verformende Kraft nach und nach eine Herabsetzung der Quersteifigkeit des Befestigungselements 14 von seinem äußeren Ende her bewirkt.This effect is further supported by the fact that the fastening elements have a shape that increases the transverse rigidity, which is changed with the deflection process in such a way that the transverse rigidity is reduced. This can be seen in Fig. 2b, wherein the fastener 14 shown there has a curvature or angled cross-section which flattens in the area in front of the bent end, so that the force deforming the fastener gradually reduces the transverse rigidity of the fastener 14 from caused at its outer end.

Dabei sind bei relativ größerer Dicke der blättchenförmi gen Befestigungselemente auch die zur "Einebnung" erfor derlichen elastischen Verformungskräfte zum Wurzelpunkt hin zunehmend. Auf diese Weise ist zusätzlich sicherge stellt, daß die infolge von Belastungen auftretenden Kräfte eine Verformung erzeugen, welche zunächst auf den äußeren Endbereich des Befestigungselementes konzentriert ist, so daß damit die zuvor beschriebene vergleichmäßi gende Wirkung beim Festhalten auftretenden Kräfte und der auf die Zuleitung wirkenden Momente für die Gesamtzahl der Halteelemente vergrößert ist.In this case, the leaflets are relatively thick fasteners also required for "leveling" elastic deformation forces to the root point increasingly. In this way it is also secure represents that occurring as a result of stress Forces create a deformation that initially affects the concentrated outer end portion of the fastener is, so that the comparative described above effect when holding forces and the moments acting on the supply line for the total number of Holding elements is enlarged.

Claims

1. pacemaker electrode with opposite to the direction of insertion of the electrode at an angle to the longitudinal axis of the electrode lead outwardly projecting flexible fasteners which have a cross section that is larger in the tangential direction of the electrode lead than the cross section in its radial direction, characterized in that a Bending stiffness of the fasteners ( 14 ) in the direction of pulling out of the electrode Kräf th enlarging bulge ( Fig. 2) is provided, which is leveling with the forces exerted from the free end with the bending of the ends increasingly around a tangentially directed axis, so that in the leveled area the bending stiffness is additionally reduced compared to the curved areas, the fastening elements being designed in the form of a sheet and tapering towards their free end ( 18 ) in their tangential extension with respect to the electrode lead.

2. pacemaker electrode according to claim 1, characterized in that the area of the fasteners, which has the largest dimension in the tangential direction, mechanically with the Umman telung ( 12 ) of the electrode head or the lead is connected ver.