EP1349608A1 - Siebelektrode zur anbindung an einen nervenstumpf - Google Patents

Siebelektrode zur anbindung an einen nervenstumpf

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Publication number
EP1349608A1
EP1349608A1 EP02701178A EP02701178A EP1349608A1 EP 1349608 A1 EP1349608 A1 EP 1349608A1 EP 02701178 A EP02701178 A EP 02701178A EP 02701178 A EP02701178 A EP 02701178A EP 1349608 A1 EP1349608 A1 EP 1349608A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
tabs
electrodes
sieve
sieve electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02701178A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Stieglitz
Jörg-Uwe Meyer Prof.Dr.
Martin SCHÜTTLER
Thomas Brinker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10102183A external-priority patent/DE10102183B4/de
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1349608A1 publication Critical patent/EP1349608A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0551—Spinal or peripheral nerve electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a sieve electrode for connection to a nerve stump, which consists of a thin flexible substrate with a
  • a large number of through openings for nerve fibers and a plurality of electrodes which are arranged on at least some of the through openings on the substrate and can be electrically contacted via conductor tracks on the substrate, and composed of at least one counterelectrode spaced apart from the through openings, the substrate projecting at the edge for fixing the Has substrate on an end face of the nerve stump.
  • Sieve electrodes of this type can be used in particular in the field of neuroprosthetics.
  • the subject of neuroprosthetics is on the one hand the control of organs by electrical stimulation of nerves by means of technical devices and on the other hand the use of the body's own nerve signals for
  • neurotechnological interfaces ie interfaces between the body's own nerves and technical devices, are required, via which the nerves can be stimulated or nerve signals can be derived.
  • a technical prosthesis in the form of an artificial limb can be controlled to carry out a movement using the derived nerve signals, or the current technical one Condition of the prosthesis, for example via a current value for an exerted pressure, an exerted force, an adjustment path and / or an adjustment angle, are reported back to the patient via suitable stimulation of the nerves.
  • the sieve electrode of the present invention forms a neurotechnological interface for such an application.
  • FIG. 1 The figure shows a nerve 10 in the body of a patient, which was severed due to an amputation of the forearm.
  • a coupling interface 9 is fixed to the proximal nerve stump, for example in the form of a sieve electrode according to the present invention, which is connected to a further implant 12 for telemetric signal and energy transmission via a cable.
  • This implant 12 is equipped with an antenna and communicates with a corresponding further implant in the artificial limb 13, which the
  • a control is provided, which is based on the nerve signals received controls the drive units to move the limbs.
  • a main problem with such an application is a stable, functional and damage-free coupling of a technical structure, such as that of interface 9, to the nerve stump of the amputation site.
  • Embodiments of such interfaces are already known from the prior art.
  • Approaches to realizing the neurotechnological interface in the form of a sieve electrode have been investigated since the beginning of the 1980s.
  • These sieve electrodes consist of a substrate with a large number of through holes, so-called sieve holes, through which the nerve fibers (axons) regenerate after the implantation of this sieve in the region of the nerve stump.
  • the micromechanically implemented sieve electrodes are usually made of silicon or polyimide as the substrate material. Ring-shaped individual electrodes around the sieve holes are used to derive nerve signals or to electrically stimulate the nerve fibers.
  • This known sieve electrode has a thin substrate in the usual way with a plurality of through openings, some of which are enclosed by ring electrodes integrated on the substrate.
  • the ring electrodes are contacted via conductor tracks on the substrate, which run to a remote connection pad via a feed formed in one piece with the substrate.
  • the counter electrode required for the function of this system is formed over a large area on the outer edge of the substrate and thereby takes up an area which corresponds to a multiple of the total area of the ring electrodes.
  • the sieve electrode is fixed to the nerve stump via a rigid guide channel which is firmly connected to the substrate and runs perpendicular to the substrate surface and which is pushed over the nerve stump during implantation and fastened there.
  • Such a design of the sieve electrode has the disadvantage, on the one hand, that the guide channel increases the weight of the entire microstructure and can also contribute to mechanical damage to the nerves.
  • the counterelectrode takes up a considerable area on the substrate, which is no longer available for through openings for the regeneration of the nerve fibers. It is not possible for the nerve fibers to sprout at the point of the counter electrode.
  • the object of the invention is to provide a sieve electrode for connection to a nerve stump as a neurotechnological interface, which enables low-damage contacting of the nerve stump and has a large usable area for the sprouting of the nerve fibers.
  • Embodiments of the sieve electrode are the subject of the subclaims.
  • the present sieve electrode for connection to a nerve stump is composed of a thin, flexible substrate having a plurality of through ö 'openings for nerve fibers and a plurality of electrodes on at least some of the through holes disposed on the substrate and are electrically contactable via conductor tracks on the substrate, as well as from at least one counter electrode spaced from the through openings.
  • the substrate has tabs projecting from the edge for fixation of the substrate on an end face of the nerve stump.
  • the present sieve electrode is characterized in that the at least one counter electrode is not applied to the substrate but to at least one of the tabs.
  • This configuration provides a novel sieve electrode for electrical coupling to nerve endings, which is caused by amputation injuries to limbs and / or others
  • the tabs provided on the substrate which, according to the invention, also serve as supports for the counterelectrode (s), provide a simple means of attaching the sieve electrode to the nerve stump located above the injury site. Due to their flexibility, the tabs allow the nerve stump to be contacted with little damage.
  • the counter electrode (s) on the tabs By integrating the counter electrode (s) on the tabs, the full substrate area is available for the arrangement of the through openings, so that at the same time the ratio of the opening area of the through openings to the substrate area is maximized, since no space is reserved for large counter electrodes on the substrate got to .
  • the arrangement of the counter electrodes on the tabs focuses the electrical field distribution on the immediate vicinity of the electrodes.
  • this contains the interface provided by the sieve electrode in addition to the fastening structures designed as tabs and all the electrode structures, ie the lead or stimulation electrodes as well as the counter electrodes, also the electrical lines, for the electrical contacting of the electrodes and thus the nerve fibers on the one hand and for the electrical connection to a telemetric energy and signal transmission unit on the other hand, as is shown schematically for example in FIG. 1, or with a control or evaluation unit outside the body are required.
  • the preferably monolithic integration of the fixation tabs, electrodes, counterelectrodes and the supply with the electrical conductors in a lightweight, flexible microstructure enables a low-damage neurosurgical fixation on the epineurium of the nerve.
  • a metallization surface is preferably not only arranged as a counter electrode on one of the tabs, but rather on a plurality of tabs, in particular by arranging one counter electrode on each of the tabs.
  • these multiple counterelectrodes distributed over the tabs are connected to form a single ring electrode, which thus extends around the entire nerve.
  • Such a design creates a potential gradient in the direction of the nerve between the ring electrodes located on the sieve around the through openings or sieve holes and this ring counterelectrode. Due to the symmetrical arrangement of the nerve stump, the
  • the tabs as supports for the counter electrodes and for simultaneously fixing the sieve electrode to the stump of the nerve are preferably formed in one piece with the substrate, ie formed from the same substrate body. It goes without saying that these tabs must be able to be angled in relation to the substrate surface for their intended function of fixing.
  • the sieve electrode is preferably already provided with angled tabs which, for example, can extend approximately perpendicular to the substrate surface.
  • the substrate is connected in one piece to a feeder, on which the conductor tracks emanating from the electrodes and the counterelectrode are continued up to an external connection.
  • the feed is preferably designed as a thin, narrow band with applied conductor tracks and, in one embodiment of the present sieve electrode, angled relative to the substrate surface.
  • the electrodes on the substrate are preferably designed as ring electrodes around the through openings, as is known from the prior art. Of course, these can also be arranged in a different form, for example as punctiform electrodes between the holes.
  • the number of electrodes which may be designed as ring electrodes depends on the respective application and can vary from a few to a number corresponding to that of the through openings.
  • the substrate itself as well as its dimensions and the dimensions of the Feeding can be chosen to be comparable, as is evident from the publication by Stieglitz et al. is known. The same applies to the dimensions of the through openings, the thickness and the material of the substrate and the feed.
  • the through openings on the substrate surface are preferably arranged in accordance with a hexagonal structure, since, given the diameter and spacing of these openings, this leads to a maximum number of through openings on the substrate.
  • Fig. 1 shows schematically an example of a
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the present sieve electrode in a schematic representation
  • FIG. 3 shows an exemplary interconnection of the
  • FIG. 1 shows a possible application of the flexible sieve electrode according to the present invention, has already been described in Explained in connection with the efforts of the prior art.
  • Figure 2 shows an embodiment of the sieve electrode according to the invention in a schematic
  • the figure shows the thin flexible substrate 1 of the sieve electrode, which has a multiplicity of through openings 2 for the sprouting of nerve fibers.
  • Polyi id is used in the present exemplary embodiment as the substrate material and for the insulation of the conductor tracks (not shown) and electrodes integrated on this substrate 1.
  • Ring electrodes 3 are provided at individual through openings 2 in the substrate 1 and can be electrically contacted via the conductor tracks (not shown).
  • Tabs 6, which are angled approximately at right angles, for fixing the entire screen electrode to a nerve stump 11 can be seen on the substrate 1. There are holes 8 in the tabs that allow surgical sutures to pass through
  • Counter electrodes 4 are integrated into the tabs 6 and can also be contacted via conductor tracks (not shown) in the tabs 6 and the substrate 1.
  • the figure also shows a lead or feed 7 connected in one piece to the substrate 1, in which the conductor tracks leading to the electrodes 3 or counterelectrodes 4 are continued up to an external connection (not shown).
  • this supply line 7 is angled in the same way as the tabs 6 by about 90 ° with respect to the substrate surface and can also be on the nerve stump 11 be sewn on.
  • this feed line 7 can, however, also be led away from the substrate 1 in a different direction.
  • connection surfaces or a plug contact for external contacting of the sieve electrode At the end of the supply line there are connection surfaces or a plug contact for external contacting of the sieve electrode.
  • Conductor tracks 5 and electrodes 3, 4 consist of a thin film metallization, wherein the conductor tracks 5 and the connection contacts, not shown, for example made of gold, the ring electrodes 3 and counter electrodes 4 z.
  • B. can consist of platinum or iridium (oxide).
  • the ring electrodes 3 can be evenly distributed or only in certain areas on the screen surface, i.e. H. the surface of the substrate 1 to be arranged around the through holes 2.
  • the substrate 1, which is formed in this example from a polyimide film, can for example have a diameter of approximately 2 mm and a thickness of approximately 10 ⁇ m.
  • the through openings or through holes can have a diameter of about 40 ⁇ m.
  • the metal layers for the electrodes and conductor tracks can be applied and structured, for example, by sputtering and a lift-off process.
  • the technique of reactive ion etching (RIE) can be used to etch free the electrodes 3, to structure the holes 2 and to separate the overall structures.
  • RIE reactive ion etching
  • the substrate can be, for example, in a tool provided for this purpose be introduced, which bends the tabs 6 when closing.
  • this system is then placed in an oven and annealed at about 300 ° C for about 1 hour. This results in permanent plastic deformation of the polyimide from which the substrate 1 and the tabs 6 are formed, so that the tabs remain in the desired angled shape after cooling.
  • FIG. 3 shows, in a highly schematic manner, the same arrangement as that of FIG. 2 with a possible connection of the six ring electrodes 3 and four counterelectrodes 4 shown as examples.
  • the conductor tracks 5, 14 for this connection run on the substrate 1 or in the tabs 6
  • a connection 14 of the counter electrodes 4 to a single ring electrode is shown.
  • the counter electrodes 4 are interconnected on the sieve structure and led out via the feed 7 with a single contact. They can be connected to individual ring electrodes 3 or also to several ring electrodes 3 at the same time by means of suitable external control via the feed 7 during electrical stimulation and / or the derivation of nerve signals.

Abstract

Die vorlieegnde Erfindung betrifft eine Siebelektrode zur Anbindung an einen Nervenstumpf, die sich aus einem dünnen flexiblen Substrat (1) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (2) für Nervenfasern, mehreren an Durchgangsöffnungen vorgesehenen Elektroden (3) sowie zumindest einer Gegenelektrode (4) zusammensetzt. Das Substrat (1) weist am Rand gervorstehende Laschen (6) zur Fixierung des Substrates (1) an einer Strirnfläche des Nervenstumpfes auf, die gleichzeitig als Träger für die Gegenelektrode (4) dienen. Mit dieser Siebelektrode wird eine neurotechnologische Schnittstelle bereitgestellt, die eine schädigungsarme Kontaktierung des Nervenstumpfes bei einer maximal ausnutznaren Fläche für Durchgangsöffnungen aufweist.

Description

Siebelektrode zur Anbindung an einen Nervenstumpf
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Siebelektrode zur Anbindung an einen Nervenstumpf, die sich aus einem dünnen flexiblen Substrat mit einer
Vielzahl von Durchgangsöffnungen für Nervenfasern und mehreren Elektroden, die an zumindest einigen der Durchgangsöffnungen auf dem Substrat angeordnet und über Leiterbahnen auf dem Substrat elektrisch kontaktierbar sind, sowie aus zumindest einer von den Durchgangsöffnungen beabstandeten Gegenelektrode zusammensetzt, wobei das Substrat am Rand hervorstehende Laschen zur Fixierung des Substrates an einer Stirnfläche des Nervenstumpfes aufweist. Derartige Siebelektroden können insbesondere auf dem Gebiet der Neuroprothetik eingesetzt werden. Gegenstand der Neuroprothetik ist einerseits die Steuerung von Organen durch elektrische Stimulation von Nerven mittels technischer Vorrichtungen und anderer- seits die Nutzung körpereigener Nervensignale zur
Steuerung technischer Prothesen und anderer Hilfsmittel. Für die Realisierung dieser Aufgaben sind neurotechnologische Schnittstellen, d. h. Schnittstellen zwischen körpereigenen Nerven und technischen Vorrichtungen, erforderlich, über die die Nerven stimuliert bzw. Nervensignale abgeleitet werden können. So kann mittels abgeleiteter Nervensignale beispielsweise eine technische Prothese in Form einer künstlichen Gliedmaße zur Ausführung einer Bewegung angesteuert werden oder der momentane technische Zustand der Prothese, beispielsweise über einen aktuellen Wert für einen ausgeübten Druck, eine ausgeübte Kraft, einen Stellweg und/oder einen Stellwinkel, über geeignete Stimulation der Nerven an den Patienten zurück gemeldet werden. Die Siebelektrode der vorliegenden Erfindung bildet eine neurotechnologische Schnittstelle für einen derartigen Einsatz .
Stand der Technik Die Möglichkeit der Steuerung von künstlichen Gliedmaßen durch Signale von Nerven, die nach einer Amputationsverletzung übrig geblieben sind, wird seit längerer Zeit untersucht. Ziel dieser Untersuchungen ist es u. a., ein geeignetes Implantat bereitzustellen, das den Nervenstumpf kontaktiert sowie die Nervensignale erfasst und durch drahtlose Kommunikation an die künstliche Gliedmaße weiterleitet, so dass der Implantatträger über seine Nervensignale die Prothese steuern kann. Eine derartige Anwendung ist als Beispiel in Figur 1 schematisch dargestellt. Die Figur zeigt im Körper eines Patienten einen Nerv 10, der aufgrund einer Amputation des Unterarmes abgetrennt wurde. Am proximalen Nervenstumpf ist eine Ankopplungs- schnittstelle 9 fixiert, beispielsweise in Form einer Siebelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit einem weiteren Implantat 12 zur telemetrischen Signal- und Energieübertragung über ein Kabel verbunden ist. Dieses Implantat 12 ist mit einer Antenne ausgestattet und kommuniziert mit einem entsprechenden weiteren Implantat in der künstlichen Gliedmaße 13, die den
Unterarm ersetzt. In der Gliedmaße 13 ist neben einer Energieversorgung und Antriebseinheiten eine Steuerung vorgesehen, die auf Basis der empfangenen Nervensignale die Antriebseinheiten zur Bewegung der Gliedmaße ansteuert. Ein Hauptproblem bei einer derartigen Anwendung stellt eine stabile, funktionale und schädigungsfreie Ankopplung einer technischen Struktur, wie die der Schnittstelle 9, an den Nervenstumpf der Amputationsstelle dar.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Ausgestaltungsformen derartiger Schnittstellen, insbesondere in Manschettenform oder als Siebelektroden, bekannt. Ansätze zur Realisierung der neurotechnologischen Schnittstelle in Form einer Siebelektrode werden seit Anfang der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts untersucht. Diese Siebelektroden bestehen aus einem Substrat mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern, sog. Sieblöchern, durch die hindurch nach der Implantation dieses Siebes im Bereich des Nervenstumpfes die Nervenfasern (Axone) regenerieren. Die mikromechanisch realisierten Siebelektroden werden in der Regel aus Silizium oder Polyimid als Substratmaterial hergestellt. Ringförmige Einzelelektroden um die Sieblöcher dienen zur Ableitung von Nervensignalen oder zur elektrischen Stimulation der Nervenfasern.
Die Problematik der Kontaktierung der einzelnen Elektroden der Siebelektrode wurde inzwischen durch monolithische Integration von Leiterbahnen und KabelZuführungen in die mikromechanisch hergestellte Struktur gelöst .
Ein Beispiel für eine Siebelektrode mit monolithisch integrierter Zuführung wird in T.
Stieglitz et al., Sensors and Actuators A 60 (1997), Seiten 240 - 243, angeführt. Diese bekannte Siebelektrode weist in üblicher Weise ein dünnes Substrat mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen auf, von denen einige von auf dem Substrat integrierten Ringelektroden umschlossen sind. Die Ringelektroden sind über Leiterbahnen auf dem Substrat kontaktiert, die über eine einstückig mit dem Substrat ausgebildete Zuführung zu entfernten Anschlusspads verlaufen. Die Zuführung wird bei Implantation der Siebelektrode bis an die Körperoberfläche geführt, so dass die Anschlusspads und somit die einzelnen Elektroden von dort kontaktierbar sind. Die für die Funktion diese Systems erforderliche Gegenelektrode ist bei dieser bekannten Siebelektrode großflächig am äußeren Rand des Substrates ausgebildet und nimmt dabei eine Fläche ein, die einem mehrfachen der Gesamtfläche der Ring- elektroden entspricht. Die Fixierung der Siebelektrode am Nervenstumpf erfolgt über einen fest mit dem Substrat verbundenen und senkrecht zur Substratfläche verlaufenden starren Führungskanal, der bei der Implantation über den Nervenstumpf geschoben und dort befestigt wird.
Eine derartige Ausgestaltung der Siebelektrode hat jedoch zum einen den Nachteil, dass der Führungskanal das Gewicht der gesamten MikroStruktur erhöht und zudem zu einer mechanischen Schädigung der Nerven beitragen kann. Zum anderen nimmt die Gegenelektrode eine erhebliche Fläche auf dem Substrat ein, die nicht mehr für Durchgangsöffnungen zur Regeneration der Nervenfasern zur Verfügung steh . An der Stelle der Gegenelektrode ist keine Durchsprossung der Nervenfasern möglich.
Aus dem Abschlussbericht „Neuronen-Mikrosonde" , Teilprojekt "Nervenzellkultur", für das BMBF vom 02.09.1999 ist eine weitergebildete Siebelektrode bekannt, bei der das Substrat am Rand hervortretende Laschen aufweist, über die das Substrat am Nervenstumpf fixierbar ist. Diese Laschen können über darin vorgesehene Durchgangsöffnungen am Nervenstumpf angenäht werden, so dass der Einsatz von relativ starren Führungskanälen vermieden wird, die zu einer Schädigung der Nerven führen können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Siebelektrode zur Anbindung an einem Nervenstumpf als neurotechnologische Schnittstelle bereitzustellen, die eine schädigungsarme Kontaktierung des Nervenstumpfes ermöglicht und eine große ausnutzbare Fläche für die Durchsprossung der Nervenfasern aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit der Siebelektrode gemäß dem geltenden Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Siebelektrode sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die vorliegende Siebelektrode zur Anbindung an einen Nervenstumpf setzt sich aus einem dünnen flexiblen Substrat mit einer Vielzahl von Durchgangs- ö'ffnungen für Nervenfasern und mehreren Elektroden, die an zumindest einigen der Durchgangsöffnungen auf dem Substrat angeordnet und über Leiterbahnen auf dem Substrat elektrisch kontaktierbar sind, sowie aus zumindest einer von den Durchgangsöffnungen beab- standeten Gegenelektrode zusammen. Das Substrat weist hierbei am Rand hervorstehende Laschen zur Fixierung des Substrates an einer Stirnfläche des Nervenstumpfes auf. Die vorliegende Siebelektrode zeichnet sich dadurch aus, dass die zumindest eine Gegenelektrode nicht auf dem Substrat, sondern auf zumindest einer der Laschen aufgebracht ist.
Durch diese Ausgestaltung wird eine neuartige Siebelektrode zur elektrischen Ankopplung an Nerven- endigungen bereitgestellt, die durch Amputations- Verletzungen von Gliedmaßen und/oder sonstigen
Zerstörungen von Nerven ihren Kontakt zum Zielorgan verloren haben. Durch die am Substrat vorgesehenen Laschen, die erfindungsgemäß gleichzeitig als Träger für die Gegenelektrode (n) dienen, wird eine einfache Befestigungsmöglichkeit der Siebelektrode an dem oberhalb der Verletzungsstelle liegenden Nervenstumpf erreicht . Die Laschen erlauben aufgrund ihrer Flexibilität eine schädigungsarme Kontaktierung des Nervenstumpfes. Durch die Integration der Gegen- elektrode(n) auf den Laschen steht die volle Substratfläche für die Anordnung der Durchgangsöffnungen zur Verfügung, so dass gleichzeitig das Verhältnis der Öffnungsfläche der Durchgangsöffnungen zur Substratfläche maximiert wird, da kein Raum für großflächige Gegenelektroden auf dem Substrat reserviert werden muss . Durch die Anordnung der Gegenelektroden auf den Laschen wird die elektrische Feldverteilung auf die unmittelbare Elektrodennähe fokussiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält diese durch die Siebelektrode bereitgestellte Schnittstelle neben den als Laschen ausgebildeten Befestigungsstrukturen und sämtlichen Elektrodenstrukturen, d. h. den Ableit- bzw. Stimulationselektroden sowie den Gegenelektroden, auch die elektrischen Leitungen, die zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden und damit der Nervenfasern einerseits und zur elektrischen Verbindung mit einer telemetrischen Energie- und Signalübertragungseinheit andererseits, wie sie beispielsweise in Figur 1 schematisch dargestellt ist, oder mit einer Ansteuer- bzw. Auswerteeinheit außerhalb des Körpers erforderlich sind. Durch die vorzugsweise monolithische Integration der Fixationslaschen, Elektroden, Gegenelektroden und der Zuführung mit den elektrischen Leitern in einer leichtgewichtigen, flexiblen MikroStruktur wird eine schädigungsarme neurochirurgische Fixation am Epineurium des Nerven ermöglicht.
Vorzugsweise ist nicht nur auf einer der Laschen eine Metallisierungsfläche als Gegenelektrode angeordnet, sondern auf mehreren Laschen, insbesondere durch Anordnung je einer Gegenelektrode auf jeder der Laschen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese mehreren über die Laschen verteilten Gegenelektroden zu einer einzigen Ringelektrode verschaltet, die sich somit um den gesamten Nerv herum erstreckt. Durch eine derartige Ausbildung wird ein Potentialgradient in Richtung des Nerven zwischen den auf dem Sieb befindlichen Ringelektroden um die Durchgangs- Öffnungen bzw. Sieblöcher und dieser Ring-Gegenelektrode erzeugt. Durch die symmetrische Anordnung hinsichtlich des Nervenstumpfes werden bei der
Ansteuerung der Nervenfasern bzw. der Abnahme der Nervensignale gute Ergebnisse erzielt. Die Laschen als Träger für die Gegenelektroden und zur gleichzeitigen Fixierung der Siebelektrode am Nervenstumpf sind vorzugsweise einstückig mit dem Substrat ausgebildet, d. h. aus dem gleichen Substratkörper gebildet. Es versteht sich von selbst, dass diese Laschen für ihre bestimmungsgemäße Funktion der Fixierung gegenüber der Substratfläche abwinkelbar sein müssen. Vorzugsweise wird die Siebelektrode vor deren Implantation bereits mit abgewinkelten Laschen bereitgestellt, die sich beispielsweise annähernd senkrecht zur Substratfläche erstrecken können.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat einstückig mit einer Zuführung verbunden, auf der die von den Elektroden und der Gegenelektrode ausgehenden Leiterbahnen bis an einen äußeren Anschluss fortgeführt werden. Die Zuführung ist vorzugsweise als dünnes schmales Band mit aufgebrachten Leiterbahnen ausgestaltet und in einer Ausführungsform der vorliegenden Siebelektrode gegenüber der Substratfläche abgewinkelt.
Die Elektroden auf dem Substrat sind vorzugsweise als Ringelektroden um die Durchgangsöffnungen herum ausgebildet, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Selbstverständlich können diese auch in anderer Form z.B. als punktförmige Elektroden zwischen den Löchern angeordnet sein. Die Anzahl der gegebenenfalls als Ringelektroden ausgebildeten Elektroden ist von der jeweiligen Anwendung abhängig und kann von einigen wenigen bis zu einer Anzahl entsprechend der der Durchgangsöffnungen variieren. Das Substrat selbst sowie dessen Dimensionen und die Dimensionen der Zuführung können vergleichbar gewählt werden, wie dies aus der eingangs genannten Veröffentlichung von Stieglitz et al . bekannt ist. Das Gleiche gilt für die Dimensionen der Durchgangsöffnungen, die Dicke und das Material des Substrates und der Zuführung. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen auf der Substratfläche jedoch entsprechend einer hexagonalen Struktur angeordnet, da dies bei gegebenem Durchmesser und Abstand dieser Öffnungen zu einer maximalen Anzahl von Durchgangsöffnungen auf dem Substrat führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Beispiel für eine
Anwendung einer neurotechnologischen Schnittstelle gemäß der vorliegenden Erfindung zur Kommunikation mit einer künstlichen Gliedmaße;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Siebelektrode in schematischer Darstellung; und Fig. 3 eine beispielhafte Verschaltung der
Elektroden der Siebelektrode der Figur 2.
Wege zur Ausführung der Erfindung Die Anordnung der Figur 1, die eine mögliche Anwendung der flexiblen Siebelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wurde bereits im Zusammenhang mit den Bestrebungen des Standes der Technik erläutert .
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Siebelektrode in schematischer
Darstellung. In der Figur ist das dünne flexible Substrat 1 der Siebelektrode zu erkennen, das eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 2 für die Durchsprossung von Nervenfasern aufweist. Als Substrat- material sowie zur Isolation der auf diesem Substrat 1 integrierten Leiterbahnen (nicht dargestellt) und Elektroden wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel Polyi id eingesetzt. An einzelnen Durchgangsöffnungen 2 im Substrat 1 sind Ringelektroden 3 vorgesehen, die über die nicht dargestellten Leiterbahnen elektrisch kontaktierbar sind. An dem Substrat 1 sind annähernd rechtwinklig abgewinkelte Laschen 6 zur Fixation der gesamten Siebelektrode an einem Nervenstumpf 11 zu erkennen. In den Laschen befinden sich Löcher 8, die ein Durchführen von chirurgischem Nahtmaterial zum
Annähen der Laschen 6 am Nervenstumpf 11 ermöglichen. In die Laschen 6 sind Gegenelektroden 4 integriert, die ebenfalls über .nicht dargestellte Leiterbahnen in den Laschen 6 und dem Substrat 1 kontaktierbar sind.
Die Figur zeigt weiterhin eine einstückig mit dem Substrat 1 verbundene Zuleitung bzw. Zuführung 7, in der die zu den Elektroden 3 bzw. Gegenelektroden 4 führenden Leiterbahnen bis zu einem nicht dargestellten äußeren Anschluss weitergeführt werden. Diese Zuleitung 7 ist in diesem Beispiel in gleicher Weise wie die Laschen 6 gegenüber der Substratfläche um etwa 90° abgewinkelt und kann ebenfalls am Nervenstumpf 11 angenäht werden. Selbstverständlich kann diese Zuleitung 7 jedoch auch in einer anderen Richtung vom Substrat 1 weggeführt werden. Am Ende der Zuleitung sind Anschlussflächen oder ein Steckerkontakt zur externen Kontaktierung der Siebelektrode vorgesehen. Leiterbahnen 5 und Elektroden 3, 4 bestehen aus einer Dünnfilmmetallisierung, wobei die Leiterbahnen 5 und die nicht dargestellten Anschlusskontakte beispielsweise aus Gold, die Ring- 3 und Gegenelektroden 4 z. B. aus Platin oder Iridium (-oxid) bestehen können.
Die Ringelektroden 3 können gleichmäßig verteilt oder auch nur in bestimmten Bereichen auf der Siebfläche, d. h. der Oberfläche des Substrates 1, um die Durchgangsöffnungen 2 herum angeordnet sein.
Das Substrat 1, das in diesem Beispiel aus einer Polyimid-Folie gebildet ist, kann beispielsweise einen Durchmesser von ca. 2 mm sowie eine Dicke von etwa 10 μrn aufweisen. Die Durchgangsöffnungen bzw. Durchgangs- löcher können hierbei etwa 40 μm Durchmesser aufweisen. Das Aufbringen und Strukturieren der Metallschichten für die Elektroden und Leiterbahnen kann beispielsweise durch Sputtern und einen Lift-Off-Prozess erfolgen. Zum Freiätzen der Elektroden 3, zur Strukturierung der Löcher 2 und zur Separation der GesamtStrukturen kann die Technik des reaktiven Ionenätzens (RIE) eingesetzt werden. Selbstverständlich sind dem Fachmann aus der Halbleitertechnologie auch andere Techniken zur Bereitstellung einer derartigen Struktur bekannt.
Zum Abwinkein der Laschen 6, die einstückig mit dem Substrat 1 ausgebildet sind, kann das Substrat beispielsweise in ein dafür vorgesehenes Werkzeug eingeführt werden, das die Laschen 6 beim Schließen umbiegt. Im geschlossenem Zustand wird dieses System dann in einen Ofen eingebracht und dort für ca. 1 Stunde bei etwa 300°C getempert. Dadurch kommt es zu einer dauerhaften plastischen Verformung des Polyimids, aus dem das Substrat 1 und die Laschen 6 gebildet sind, so dass die Laschen nach Abkühlung in der gewünschten abgewinkelten Form verbleiben.
Figur 3 zeigt schließlich stark schematisiert die gleiche Anordnung wie die der Figur 2 mit einer möglichen Verschaltung der beispielhaft dargestellten sechs Ringelektroden 3 und vier Gegenelektroden 4. Selbstverständlich verlaufen die Leiterbahnen 5, 14 für diese Verschaltung jedoch auf dem Substrat 1 bzw. in den Laschen 6. Bei diesem Beispiel wird eine Verschaltung 14 der Gegenelektroden 4 zu einer einzelnen Ringelektrode gezeigt . Die Gegenelektroden 4 werden hierfür auf der Siebstruktur zusammengeschaltet und mit einem einzigen Kontakt über die Zuführung 7 herausgeführt . Sie können durch geeignete externe Ansteuerung über die Zuführung 7 bei der elektrischen Stimulation und/oder der Ableitung von Nervensignalen gegen einzelne Ringelektroden 3 oder auch gleichzeitig gegen mehrere Ringelektroden 3 verschaltet werden.
BEZUGSZEICHEN ISTE
flexibles Substrat Durchgangsöffnungen, Sieblöcher Ableit- bzw. Ansteuerelektroden Gegenelektroden Leiterbahnen flexible Laschen flexible Zuführung Durchgangsöffnungen an den Laschen Ankopplungsschnittstelle am Nervenstumpf Nerv Nervenstumpf Implantat mit telemetrischer Signal- und Energieübertragung künstliche Gliedmaße Verbindungsleitung

Claims

Patentansprüche
1. Siebelektrode zur Anbindung an einen Nervenstumpf, die sich aus einem dünnen flexiblen Substrat (1) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (2) für Nervenfasern und mehreren Elektroden (3), die an zumindest einigen der Durchgangsöffnungen (2) auf dem Substrat (1) angeordnet und über Leiterbahnen (5) auf dem Substrat (1) elektrisch kontaktierbar sind, sowie aus zumindest einer von den Durch- gangsöffnungen (2) beabstandeten Gegenelektrode
(4) zusammen setzt, wobei das Substrat (1) am Rand hervorstehende Laschen (6) zur Fixierung des Substrates (1) an einer Stirnfläche des Nervenstumpfes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gegenelektrode (4) auf zumindest einer der Laschen (6) aufgebracht ist.
2. Siebelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf mehreren Laschen (6) Gegenelektroden (4) aufgebracht sind.
3. Siebelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektroden (4) auf den Laschen (6) zu einer Ringelektrode verschaltet sind.
4. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Zuleitungen zu den Gegenelektroden (4) Leiterbahnen (5) auf den Laschen (6) und dem Substrat (1) ausgebildet sind.
5. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (6) einstückig mit dem Substrat (1) ausgebildet sind.
6. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (6) gegenüber der Substratfläche abgewinkelt sind.
7. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) mit einer Zuführung (7) verbunden ist, über die eine elektrische Verbindung über die Leiterbahnen (5) zu den Elektroden (3) und der Gegenelektrode (4) hergestellt wird.
8. Siebelektrode nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (7) aus einem dünnen Band mit Leiterbahnen besteht, das einstückig mit dem Substrat (1) ausgebildet ist.
9. Siebelektrode nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (7) gegenüber der Substratfläche abgewinkelt ist.
10. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) als Ringelektroden um die Durchgangsöffnungen (2) ausgebildet sind.
11. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3), Gegenelektroden (4) und Leiterbahnen (5) in das Substrat (1) bzw. die Laschen (6) integriert sind.
12. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (6) zumindest eine Durchgangs- Öffnung (8) aufweisen, über die die Laschen (6) an den Nervenstumpf angenäht werden können.
13. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) scheibenförmig ausgebildet ist.
14. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) eine Dicke von ca. 10 μm oder darunter aufweist .
15. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (2) in einer hexagonalen Struktur im Substrat (1) angeordnet sind.
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