DE3914677A1 - Elektrische verbindungsvorrichtung zur herstellung von mechanischen und elektrischen verbindungen zwischen einem implantierbaren medizinischen geraet und einem zuleitungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbin­ dungsvorrichtung aus einem Stecker und einer Buchse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere zur Herstellung von mechanischen und elektrischen Verbindungen zwischen einem implantierbaren medizinischen Gerät und einem Zuleitungssystem.

Solche elektrischen Verbindungsvorrichtungen kommen z.B. bei Herzschrittmachern zur Anwendung, bei denen das implan­ tierte Herzschrittmachergerät mit einem zum Herzen führen­ den Elektrodensystem verbunden ist, ferner bei ebenfalls implantierbaren Defibrillatoren, bei implantierbaren Pumpen zur dosierten Abgabe von Medikamenten, z.B. Insulin, und bei Geräten zur Stimulation der Muskeln und Nerven.

Im Bereich der Technologie implantierbarer Herzschrittma­ cher hat sich in den letzten Jahren ein erheblicher Wandel vollzogen. Durch die Anwendung moderner Mikroprozessor- Technologie wurden zum einen die Systeme wesentlich klei­ ner, zum anderen die Leistungsfähigkeit der Systeme zur Verarbeitung biomedizinischer Signale deutlich erhöht. Durch die Verringerung der Größe von implantierbaren Herz­ schrittmachern mußten auch die Verbindungsvorrichtungen zwischen Gehäuse und Elektrodensystem entsprechend kleiner gestaltet werden. Während bei den frühen Herzschrittma­ chern die Verbindungsvorrichtung zwischen der implantierba­ ren Elektrode und dem Herzschrittmachergehäuse im Bereich des Steckers einen äußeren Durchmesser von fünf bzw. sechs Millimeter aufwies, liegt dieser Durchmesser jetzt im Bereich von 3,2 Millimetern. Ende 1987 wurde eine internationale Übereinkunft erarbeitet mit dem Ziel, eine Vereinheitlichung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung mit Steckerdurchmessern von 3,2 Millimetern zu erreichen. Am 27. Januar 1989 wurde ein solcher Standard, der sogenannte IS-1-Standard in einer Mitteilung der IEC/ISO International Pacemaker Standard Working Group IEC SC 62D/WG6 ISO TC 150/SCWG2 vorgestellt. Diese standardi­ sierte elektrische Verbindungsvorrichtung kann sowohl für uni- als auch bipolare Schrittmacher verwendet werden und wird zwischenzeitlich von praktisch allen Herstellern von Herzschrittmachern realisiert. Dieser Standard bietet den großen klinischen Vorteil, daß Elektode und Herzschrittma­ cher unterschiedlicher Hersteller miteinander kompatibel und gegeneinander austauschbar sind. Der Nachteil früherer Systeme, nur mittels spezieller Adapter und Zwischenstücke miteinander konnektiert werden zu können, fällt dadurch weg.

Der Stecker dieser elektrischen Verbindungsvorrichtung weist einen vorderen Kontaktstift mit einem erstem, knapp 1,6 Millimeter großen Durchmesser, einen sich daran anschließenden Isolierkörper mit Dichtelementen und einem Durchmesser von etwa 2,6 Millimetern und einen dahinter liegenden, mit dem vorderen Kontaktstift koaxialen zylin­ drischen Kontaktring ebenfalls mit einem Durchmesser von etwa 2,6 Millimetern auf. Daran anschließend ist nochmals ein in das Zuleitungssystem übergehender Isolierkörper mit entsprechenden Dichtelementen vorgesehen. Der Kontaktstift und der Kontaktring sind mit in dem Zuleitungssystem geführten elektrischen Zuleitungen versehen, die z.B. als gegeneinander isolierte und ineinander verschachtelte Wen­ deln ausgebildet sind. Die Buchse für den Stecker weist ei­ ne, an die Durchmesser des Steckers angepaßte gestufte Boh­ rung auf, in der entsprechende Kontaktflächen für den vor­ deren Kontaktstift und den Kontaktring vorgesehen sind.

Diese standardierte Verbindungsvorrichtung ist für unipola­ re und bipolare Schrittmachersysteme geeignet.

Bei Herzschrittmachersystemen sind seit einigen Jahren auch solche mit mehreren zusätzlichen intracardialen oder intravasalen Elektrodenpunkten vorgeschlagen worden. Innerhalb eines Elektrodenkörpers können damit z.B. im Vorhof die Vorhofpotentiale gemessen werden; vgl. D.E. Antonioli et al. in C. Meere: Cardiac Pacing PACE Symposium, Montreal 1967. Eine noch genauere Erfassung der atrialen Potentiale mit zusätzlichen Elektrodenpunkten innerhalb einer in das Herz geführten Stimulations­ elektrode wurde von mehreren Autoren in der Vergangenheit beschrieben. Diese zusätzlichen Elektrodenpunkte im Herzen, deren elektrische Zuleitungen innerhalb des Zuleitungs­ systems für die Elektrode geführt werden, werden bisher mit dem Schrittmacher in einer Weise verbunden, daß mehrere getrennte Elektrodenstecker mit dem Schrittma­ chergehäuse verbunden werden. Auch im Bereich der Kardio­ version sind Schrittmacherelektroden mit mehreren Elektro­ denpunkten bekannt, bei denen die Elektrodenzuleitungen gabelförmig geteilt und ebenfalls mit mehreren Steckern verbunden sind; vgl. die US-PS 44 99 907. Hiermit wird der oben genannte Standard verlassen. Die vorgeschlagenen Sonderkonstruktionen sind mit anderen Verbindungsvorrich­ tungen nicht kompatibel und erschweren auch die Handhabung.

Mit der zunehmenden klinischen Verbreitung frequenzadapti­ ver Herzschrittmachersysteme bekommt die Implantation zu­ sätzlicher Sensoren in den menschlichen Organismus wachsen­ de klinische Bedeutung. In der EP-A-1-01 78 528 ist ein Herzschrittmachersystem beschrieben, bei dem mit zusätzli­ chen Elektroden der systolische Druck bzw. dessen Ablei­ tung im rechten Ventrikel gemessen wird. Die Elektroden sind mit Leitungen innerhalb der Zuleitung für die Stimula­ tionselektrode verbunden und enden in einem Stecker, der in einer Buchse des Herzschrittmachergehäuses aufgenommen wird. Der elektrische Kontakt zwischen Stecker und Buchse wird hierbei über mehrere Kontaktringe auf dem Stecker und entsprechende Kontaktflächen in der Buchse hergestellt. Ferner ist auch die Möglichkeit beschrieben, neben einem vorderen zentralen Kontaktstift mehrere diesen umgebende Satellitenstifte vorzusehen, die wesentlich kleiner als der zentrale Kontaktstift sind. Die Buchse weist dann für diese Satellitenstecker zusätzliche Aufnahmebuchsen auf. Eine derartige elektrische Verbindungsvorrichtung vermag zwar für das dortige Herzschrittmachersystem den elektri­ schen Kontakt herzustellen, jedoch ist der dort verwendete Stecker nicht mit standardisierten elektrischen Verbin­ dungsvorrichtungen der oben beschriebenen Art kompatibel.

Bei bipolaren Herzschrittmachersystemen, die mit zusätzli­ chen Sensoren, z.B. zum Messen der Bluttemperatur oder des Blutsauerstoffgehaltes ausgerüstet sind und die daher immer mehr als die bei der elektrischen Verbindungsvorrich­ tung zur Verfügung stehenden zwei Kontakte benötigen, wird daher die von der Schrittmacherelektrode und den zu­ sätzlichen Sensoren führende Zuleitung aufgetrennt, so daß die Leitungen für die zusätzlichen Sensoren in einem eige­ nen Stecker münden, der dann in eine zusätzliche Buchse im Schrittmachergehäuse eingeführt werden kann. Ähnliches gilt auch für Herzschrittmachersystem mit mehreren Senso­ ren für entsprechend mehrere zu messende Parameter, deren Entwicklung zur Zeit forciert wird; vgl. etwa E.Alt et al., A New Rate Modulated Pacemaker System - Optimized by Combination of Two Sensors in PACE Vol. 11, 1119-1129, August 1988.

Auch für Defibrillatoren werden Meßwerte von mehreren Sensoren benötigt, um die Indikation zur Defibrillation korrekt feststellen zu können. Solche Parameter sind nicht nur elektrische Größen, sondern zunehmend auch hämodyna­ mische Parameter, die durch entsprechende Sensoren erfaßt werden.

Ebenso stimulieren Neurostimulatoren nicht nur im Bereich eines Nervensegmentes, sondern in mehreren solcher Segmen­ te, so daß auch hier mehrere elektrische Zuleitungen benö­ tigt werden, die mit einem entsprechenden Implantat, das eine Steuerschaltung enthält, verbunden werden müssen.

Darüber hinaus kommen vermehrt implantierbare Geräte zur Therapie metabolischer Veränderungen, so z.B. der Diabetes mellitus zur Anwendung. Die für den letztgenannten Fall notwendige Insulinabgabe mit Hilfe einer implantierbaren Mikropumpe wird zum Teil über Sensoren gesteuert, die mit­ tels elektrischer Kontakte mit dem eine Steuerschaltung und die Pumpe enthaltenden Implantat verbunden sind. Auch hier werden mehrere Zuleitungen benötigt.

All diese vorgeschlagenen medizinischen Geräte erfordern mehr als zwei Kontakte zwischen den Elektroden und einem Gehäuse, können also mit dem derzeitigen oben erwähnten Standard nicht realisiert werden.

Weitere elektrische Verbindungsvorrichtungen mit mehr als zwei Kontakten sind aus den US-Patentschriften 46 03 696, 42 36 525, 45 27 605, 43 23 081, 42 58 725, 44 11 277, 42 45 642, 44 11 276 und 45 38 623 bekannt. Alle diese Aus­ führungen sind Spezialanfertigungen bzw. Verbesserungen, die jedoch immer nur mit einem ebenfalls speziell gefertig­ ten implantierbaren medizinischen Gerät zu verbinden sind. Keine dieser Verbindungsvorrichtungen ist mit Geräten kompatibel, die den oben erwähnten Standard für die elek­ trischen Verbindungsvorrichtungen aufweisen. Es wäre daher wünschenswert, eine entsprechend universell zu verwendende Verbindungsvorrichtung anzugeben, die mit standardisierten Verbindungsvorrichtungen kompatibel ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elek­ trische Verbindungsvorrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, die mit standardisierten Verbindungsvorrichtun­ gen kompatibel ist und bei nur geringfügigen Änderungen gegenüber diesen standardisierten Verbindungsvorrichtungen gleichwohl mehr als die bisher zur Verfügung gestellten zwei Kontakte aufweist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merk­ male gelöst. Eine weitere Lösung ist im Kennzeichen des Patentanspruches 5 angegeben.

Gemäß der ersten bevorzugten Lösung werden im üblicherweise vorhandenen Lumen des Steckers im Bereich des Isolierkör­ pers zusätzliche weibliche Kontakte angeordnet, die mit zusätzlichen Gegenkontakten eines Kontaktstiftes der Buchse zusammenarbeiten. Die Außendimensionen des Steckers und die Innendimensionen der Buchse sind unverändert zu dem erwähnten IS-1-Standard, so daß sowohl Stecker als auch Buchse jeweils allein mit standardisierten Verbindungsvor­ richtungen kompatibel sind, obwohl zusätzliche Kontakte zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß der Erfindung weisen demnach sowohl Buchse als auch Stecker jeweils männliche und weibliche Kontakte auf. Die in dem Lumen des Steckers liegenden zusätzlichen Kontakte sind durch ihre Innenlage elektrisch und mechanisch sehr gut gegenüber der Stelle isoliert, an der die Zuleitung zu einem implantierbaren medizinischen Gerät in die Verbin­ dungsvorrichtung eintritt. Diese Kontakte können daher auch für Anschlüsse von hochohmigen Sensoren verwendet werden.

Gemäß der zweiten Lösung ist es möglich, die Außenwand des Steckers im Bereich des Isolierkörpers mit zusätzlichen Kontaktringen zu versehen, die dann mit entsprechenden Kontaktringen auf Seiten der Innenwand der Buchse kooperieren. Bei einer solchen Ausführungsform steht jedoch für die zusätzlichen Kontaktringe auf Seiten des Steckers nur ein relativ geringer Raum zur Verfügung, da etwa die Hälfte des Isolierkörpers für mechanische Kontaktelemente, z.B. Dichtringe, benötigt wird, um einen sicheren und elektrisch isolierten Sitz des Steckers in der Buchse zu gewährleisten. Für die Anordnung von zusätzlichen Kontak­ ten innerhalb des Lumens des Steckers kann demgegenüber die gesamte Länge des Isolierkörpers verwendet werden.

Mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung wer­ den bei gleichen Dimensionen wie bei standardisierten Ver­ bindungsvorrichtungen zusätzliche elektrische Kontakte ge­ schaffen, so daß ein implantierbares medizinisches Gerät, z.B. ein Herzschrittmacher, auch mit zusätzlichen Sensoren ausgerüstet werden kann, ohne daß die Dimensionen der Ver­ bindungsvorrichtung verändert werden. Die Verbindungsvor­ richtung kann mit Mehrfachkontakten und dementsprechend mehreren Elektrodenleitern versehen werden, die nach dem Prinzip der koaxialen Bauart aufgebaut sind. Ebenso sind Elektrodenleiter zu verwenden, die aus mehreren einzelnen gegeneinander isolierten Drähten bestehen, die nebeneinan­ der parallel gebunden sind. Ebenfalls sind Elektrodenlei­ ter mit mehreren gegeneinander isolierten Einzelleitern möglich, die eine zentrale Windung und peripher dazu ange­ ordnete Satellitenleiter aufweisen, die in eine gemeinsame Isolationsmasse eingebettet sind.

Eine Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann für Herzschrittmacher, Defibrillatoren, Neurostimulatoren, In­ fusionspumpen und andere implantierbare medizinische Geräte verwendet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Verbin­ dungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Detailausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbei­ spiel einer elektrischen Verbindungsvorrichtung ge­ mäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine elektrische Verbindungsvorrichtung 1 bestehend aus einem Stecker 2 und einer Buchse 3 darge­ stellt. Die Buchse 3 ist z.B. Teil eines Gehäuses 4 eines Herzschrittmachers. Der Stecker 2 geht in eine Zuleitung bzw. eine Sonde 5 über, die zu einem Elektrodensystem aus einer Stimulationselektrode und z.B. einer weiteren Meß­ elektrode führt.

Der Stecker 2 weist einen vorderen Kontaktstift 6, der einen ersten Durchmesser hat, mit einer Kontaktzone 7, einen sich daran anschließenden Isolierkörper 8 mit einem zweiten größeren Durchmesser und einen darauffolgenden Kontaktbereich mit einem Kontaktring 9 auf, dessen Außendurchmesser demjenigen des Isolierkörpers 8 ent­ spricht. Dieser Kontaktbereich geht dann in die Sonde 5 über, deren Durchmesser denjenigen des Kontaktringes 9 übersteigt. In dem dem vorderen Kontaktstift 6 zugewandten Bereich des Isolierkörpers 8 sind zwei Dichtringe etwa aus Silikonkautschuk vorgesehen, ebenso in dem vordersten, dem Kontaktring 9 zugewandten Bereich der Zuleitung 2.

Die Buchse 3 weist eine gestufte Bohrung 11 auf, deren Durchmesser an diejenigen des Kontaktstiftes, des Isolier­ körpers und der Zuleitung angepaßt ist. In der gestuften Bohrung 11 sind ringförmige Kontaktflächen 12 und 13 vorgesehen, die an der Kontaktzone 7 des vorderen Kontakt­ stifts 6 bzw. an dem zweiten Kontaktring 9 anliegen. Diese Kontaktflächen 12 und 13 können mit Hilfe von Schrauben 14 und 14 a gegen die Kontaktzone 7 bzw. den Kontaktring 7 gepreßt werden, um eine gute elektrische Verbindung zu sichern. Alternativ können die Schrauben 14 und 14 a auch ohne Kontaktflächen 12 und 13 alleine den elektrischen und mechanischen Kontakt herstellen.

Der Stecker 2 sowie die Zuleitung 5 weisen ein in Längs­ richtung verlaufendes Lumen 15 auf. Im Bereich des Isolierkörpers 8 sind fluchtend mit der Innenwand des Lumens 15 zusätzlich zwei Kontaktflächen 16 und 17 in Form von Kontaktringen oder jeweils mehreren Federbügelkontakten vorgesehen. Von Seiten der Buchse 3 ragt in das Lumen 15 ein Kontaktstift 18 hinein, der zwei Gegenkontakte 19 bzw. 20 aufweist, die an den Kontakten 16 bzw. 17 anliegen. Der Gegenkontakt 19 bildet die Spitze des Kontaktstiftes und ist von dem ringförmigen zweiten Gegenkontakt 20 durch eine Isolierung 21 getrennt. Für die Gegenkontakte 19 und 20 sind in dem Kontaktstift 18 Zuleitungen 22 und 23 in herkömmlicher Weise geführt. Die Ausbildung derartiger Kontaktstifte gehört zum Stand der Technik und ist von sogenannten Klinkensteckern bestens bekannt.

Die in Fig. 1 nicht gezeigten Zuleitungen für die muf­ fenseitigen Kontaktflächen 12 und 13 sind in herkömmlicher Weise wie in dem oben erwähnten Standard ausgeführt. Das­ selbe gilt für die Kontaktzone 7 und den Kontaktring 9. Die elektrischen Zuleitungen werden innerhalb der Sonde 5 z.B. in Form von hier angedeuteten ineinander verschachtelten und elektrisch gegeneinander isolierten Wendeln 24 geführt. Die elektrischen Zuleitungen für die zusätzlichen Gegenkontakte 19 und 20 können hierbei miterfaßt werden, so daß die Wendel 24 aus vier elektrisch gegeneinander isolierten Leitungen besteht. Selbstverständlich ist auch eine andere Anordnung, z.B. eine Übereinanderschachtelung oder gar eine Linearführung innerhalb der Sonde 5 möglich.

In Fig. 3 ist eine elektrische Verbindungsvorrichtung 1′ mit einem Stecker 2′ und einer Buchse 3′ gezeigt, wobei diese Teile gemäß dem oben erwähnten IS-1-Standard ausge­ führt sind. Die steckerseitigen zusätzlichen Kontakte 16′, 17′ sind nicht innerhalb des Lumens 15 angeordnet, sondern am Außenumfang des Isolierkörpers 8. Die buchsen­ seitigen Gegenkontakte 19′ und 20′ sind als Kontaktringe ausgebildet, die mit der Innenwand der gestuften Muffen­ bohrung 11 fluchten.

Claims (6)

1. Elektrische Verbindungsvorrichtung aus einem Stecker und einer Buchse zur Herstellung von mechanischem und elektrischen Verbindungen zwischen einem implantierba­ ren medizinischen Gerät und einem Zuleitungssystem, wo­ bei der Stecker mit dem Zuleitungssystem und die Buchse mit dem medizinischen Gerät verbunden ist und der Stecker als ersten Kontakt einen vorderen Kontaktstift mit einem ersten Durchmesser aufweist und einen dahinter angeordneten, durch einen Isolierkörper von dem Kon­ taktstift elektrisch isolierten zweiten Kontakt in Form eines zylindrischen zusätzlichen koaxialen Kontaktringes mit einem zweiten Durchmesser aufweist, der größer als der erste Durchmesser ist, und die Buchse eine gestufte, an die unterschiedlichen Durchmesser des Steckers angepaßte Bohrung aufweist, in der Kontaktflächen für den vorderen Kontaktstift und den zylindrischen Kontaktring vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (2) bei unveränderten Außendimensionen ein bis in den Bereich des Isolierkörpers (8) reichendes zentrales Lumen (15) und dort zumindest einen zusätzli­ chen Kontakt (16, 17) aufweist, und daß die Buchse (3) bei unverändertem Innendurchmesser einen in das Lumen (15) des Steckers (2) eingreifenden Kontaktstift (18) mit Gegenkontakten (19, 20) für die zusätzlichen Kontakte (16, 17) des Steckers (2) aufweist.

2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zusätzlichen Kontakte (16, 17) des Steckers (2) mit der Innenwand des Lumens (15) fluchten und daß der Kontaktstift (18) der Buchse in Form eines Klinkensteckers sich mit Gegenkontakten (19, 20) an seiner Außenfläche an die zusätzlichen Kontakte (16, 17) des Steckers (2) anlegt.

3. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche Kontakte (16, 17) mit zugeordneten Gegenkontakten (19, 20) vorgesehen sind.

4. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bisherige Standard einer Verbindungsvorrichtung, bei dem die Buchse ein rein weibliches und der Stecker ein rein männliches Verbindungselement darstellt, dadurch erwei­ tert wird, daß sowohl Buchse (3) als auch Stecker (2) jeweils weibliche und männliche Verbindungselemente (12, 13, 16, 17; 18, 7) aufweisen, die so angeordnet sind, daß eine Kompatibilität jedes Verbindungselements mit einem komplementären standardisierten Verbindungselement gegeben ist.

5. Elektrische Verbindungsvorrichtung aus einem Stecker und einer Buchse zur Herstellung von mechanischen und elektrischen Verbindungen zwischen einem implantierbaren medizinischen Gerät und einem Zuleitungssystem, wobei der Stecker mit dem Zuleitungssystem und die Buchse mit dem medizinischen Gerät verbunden ist und der Stecker als ersten Kontakt einen vorderen Kontaktstift mit einem ersten Durchmesser aufweist und einen dahinter angeordneten, durch einen Isolierkörper von dem Kontakt­ stift elektrisch isolierten zweiten Kontakt in Form eines zylindrischen zusätzlichen koaxialen Kontaktringes mit einem zweiten Durchmesser aufweist, der größer als der erste Durchmesser ist, und die Buchse eine gestufte, an die unterschiedlichen Durchmesser des Steckers angepaßte Bohrung aufweist, in der Kontaktflächen für den vorderen Kontaktstift und den zylindrischen Kontakt­ ring vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (2′) bei unveränderten Außendimensionen im Bereich des Isolierkörpers (8) an seinem Außenumfang zumindest einen zusätzlichen Kontakt (16′, 17′) auf­ weist, und daß die Buchse (3′) bei unverändertem Innendurchmesser den zusätzlichen Kontakten (16′, 17′) des Steckers (2′) zugeordnete Gegenkontakte (19′, 20′) aufweist.

6. Anwendung einer Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei einem Herzschrittmacher, einem Defibrillator, einem Neurostimulator oder einer sensorgesteuerten Infusionspumpe.