EP2317917A2 - System zum erfassen von messwerten in oder an einem organismus und verfahren zum herstellen einer komponente dieses systems - Google Patents

System zum erfassen von messwerten in oder an einem organismus und verfahren zum herstellen einer komponente dieses systems

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Publication number
EP2317917A2
EP2317917A2 EP09741188A EP09741188A EP2317917A2 EP 2317917 A2 EP2317917 A2 EP 2317917A2 EP 09741188 A EP09741188 A EP 09741188A EP 09741188 A EP09741188 A EP 09741188A EP 2317917 A2 EP2317917 A2 EP 2317917A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically conductive
conductive means
secondary device
organism
resonant circuit
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Withdrawn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
EP09741188A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heribert Stephan
Werner Kraus
Stephanie Kraus
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.)
Neue Magnetodyn GmbH
Original Assignee
Neue Magnetodyn GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Neue Magnetodyn GmbH filed Critical Neue Magnetodyn GmbH
Publication of EP2317917A2 publication Critical patent/EP2317917A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0537—Measuring body composition by impedance, e.g. tissue hydration or fat content
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/07—Endoradiosondes
    • A61B5/076—Permanent implantations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4504—Bones

Definitions

  • the invention relates to a system for acquiring measured values in or on an organism.
  • the invention relates to a method for producing a component of such a system.
  • Coronary heart disease is the leading cause of death in the industrialized world. More than 1.5 million interventions to dilate narrowed or occluded vessels are carried out worldwide each year. Such interventions include, for example, percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA). For some of these interventions, stents are implanted at the same time. However, the success of these measures is often called into question by the high probability of restenosis. In about 30 to 50% of patients undergoing balloon dilatation and in about 22 to 30% of patients with stents, restenosis occurs within six months of intervention, that is, reocclusion of the vessels. In Germany alone, 25,000 patients had to be re-operated in 2000, which resulted in costs of around 500 million euros.
  • PTCA percutaneous transluminal coronary angioplasty
  • infections exist not only in connection with vascular supports or vascular prostheses, but also in other implants, such as osteosynthesis or endoprostheses of joints or other skeletal components.
  • infections are often caused by the formation of biofilms on the implants, which, for example, harbor the difficult-to-fight multi-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).
  • MRSA multi-resistant Staphylococcus aureus
  • the present invention is therefore based on the task of early detection of a threatening or incipient change in the area of implants by non-invasive measures and to provide the technical facilities required for this purpose.
  • the invention consists in a system for recording measured values in or on an organism, with at least one attachable to the organism or implantable in the organism secondary device, the impedance of which depends on a state of the environment of the implantable secondary device, an organismextern platzable acting as a primary coil assembly for Generating an alternating electromagnetic field in the region of the secondary device in an implanted state and an evaluation device which can be placed externally in the organism for detecting and evaluating measured values which are dependent on the impedance of the second dependent, wherein the secondary means comprises electrically conductive means, which are applied using thin-film technology.
  • thin-film technology virtually any implants can be equipped with electrical properties in such a way that they interact with an electromagnetic alternating field generated by an organism-external coil arrangement.
  • This interaction can be detected organism-externally in various ways, so that changes in the area of the secondary device, in particular of an implant, can be detected on a non-invasive basis.
  • hyperplasias that is, excessive cell growth
  • stents likewise the beginning of the formation of a biofilm on an implant.
  • the secondary device has an electrical resonant circuit whose impedance and resonance frequency depends on the state of the environment of the secondary device. If the externally generated alternating electromagnetic field meets the resonance frequency, this can be detected and evaluated by the evaluation device. If the environment of the secondary device changes, be it through cell growth, cross-sectional change in the vessel or biofilm formation, this has an effect on the impedance of the resonant circuit, which changes its resonant frequency. Consequently, the organism-external evaluation device can detect a change in the area of the implant and thus indicate an imminent complication.
  • the system according to the invention is developed in a particularly useful manner in that the electrically conductive means comprise first electrically conductive means applied to the implantable secondary device, which form part of a resonant circuit, that an electrically insulating layer is applied to the first electrically conductive means, in that second electrically conductive means, which form a further constituent part of the resonant circuit, are applied to the electrically insulating layer, and that the first electrically conductive means are contacted with the second electrically conductive means, so that the resonant circuit is formed.
  • the electrically conductive means comprise first electrically conductive means applied to the implantable secondary device, which form part of a resonant circuit, that an electrically insulating layer is applied to the first electrically conductive means, in that second electrically conductive means, which form a further constituent part of the resonant circuit, are applied to the electrically insulating layer, and that the first electrically conductive means are contacted with the second electrically conductive means, so that the resonant circuit is
  • the first electrically conductive means have an outer area with windings and an inner area with capacitive properties.
  • the secondary device has a measuring device which detects measured values dependent on the state of the tissue surrounding the secondary device, that the secondary device has a transmitting device which emits signals dependent on the measured values, and an organism-externally placeable receiving device is provided which receives the signals emitted by the transmitting device and supplies them to the evaluation device. While the embodiments of the invention described so far are based on the variation of the resonant frequency of a resonant circuit, provision may also be made for equipping the secondary device with a measuring device which detects various properties in the region of the device by means of sensors.
  • An example of such a sensor is the ion-sensitive MOS-FET (ISFET).
  • ISFET ion-sensitive MOS-FET
  • the usual polysilicon gate is replaced by a sensor-specific metallization.
  • the use of different materials allows the realization of sensors that are sensitive to gases or to ion concentrations in liquid solutions. These devices serve as basic structures for biosensors. Signals which correspond to the values detected by the measuring device can then be emitted by a transmitting device and evaluated externally in the organism. In the present case, the application of the organism-external alternating field thus serves primarily to transport the energy required for the operation of the measuring device into the organism.
  • the transmitting device has at least one RFID transponder.
  • An RFID transponder is a device which can only "send out” its interaction with an evaluation device or a reading device realized by the receiving device.
  • the RFID transponder receives an electromagnetic high-frequency field which is generated by the evaluation device or the reading device, in order to then change this as a function of information stored in the RFID transponder. This change is made by the evaluation device or the reading device. advises. Because of this compared to conventional active transmitters limited functionality of an RFID transponder, this is inexpensive and space-saving.
  • the information transmission from the RFID transponder to the evaluation device can take place on the basis that a readable information content of the RFID transponder is variable as a function of measured values which are supplied by the measuring device.
  • different voltages are applied to the memory of the RFID transponder by the measuring device, these voltages reflecting the characteristics detected by the measuring device.
  • Different voltages can now cause the memory contents of the RFID transponder to be changed, so that ultimately the identifier transmitted by the RFID transponder to the evaluation unit is also changed.
  • a plurality of RFID transponders are provided which can be activated or deactivated in dependence on measured values which are supplied by the measuring device. In this case, unwritable transponders are sufficient.
  • One or more threshold value circuits, in which the measuring device and the RFID transponder are integrated, ensure that different RFID transponders are active or inactive depending on the voltage supplied by the measuring device. In this way, the evaluation device can thus receive different identifiers depending on the voltage delivered by the measuring device, ie on this basis also ensure that the corresponding information is transmitted to the evaluation device arranged outside of the organism.
  • the invention further consists in a method for producing a Sekundärein- device in which by means of a primary device, an electrical voltage is inducible, with the steps of providing an implant, applying first electrically conductive means to the implant, which are to form part of a resonant circuit, applying an electrically insulating layer on the electrically conductive means, applying second electrically conductive means to the electrically insulating layer, which are to form a further part of the resonant circuit, and Kon- Clock the first electrically conductive means with the second electrically conductive Mit ⁇ tel, so that the resonant circuit is formed.
  • a structure is provided by a few procedural ⁇ rensuzee which is required for the resonance frequency analysis functionality.
  • the first electrically conductive means have an outer region with turns and an inner region with capacitive properties.
  • the manufacturing method is further developed in a particularly useful and simple manner by applying the first electrically conductive means and / or the electrically insulating layer and / or the second electrically conductive means using thin-film technology.
  • the present invention two different concepts for measuring a property around the implanted secondary device are thus used with the present invention.
  • the first measurement principle a change in the impedance or the resonance frequency of an implanted resonant circuit is evaluated in a simple manner. This method requires no active components in the organism, so that the problem of biocompatibility is reduced.
  • the external field preferably operates in a range between one kHz to one GHz, preferably in the range between 4 kHz and 120 kHz.
  • the second measuring principle is based on the coupling of electromagnetic energy in the secondary device, in which case the actual detection of the environmental condition is supported by active components.
  • the frequency can for example be chosen so that as much energy as possible is transmitted in the shortest possible time, or the frequency range used is determined on the basis of completely different criteria.
  • coil arrangements which are referred to as transducer coils, are integrated into these implants, and their poles are electrically connected to implant sections which act as electrodes.
  • An example of osteosynthesis A seeinrichtug making use of the described technique is disclosed in DE 10 2006 018 191 A1.
  • the femoral head cap implants described in 10 2004 024 473 A1 are examples of the use of the art in joint endoprosthesis. If, therefore, the organism-external coils are tuned to the frequency range of 1 to 30 Hz, preferably 10 to 20 Hz, required in the Kraus and Lechner technology, this technique can be used on the one hand and the power required to operate the measuring device on the other hand Energy are transferred to the system according to the invention.
  • Another potential application is the non-invasive monitoring of bone growth in fractures treated with osteosynthesis material (e.g., osteosynthesis plate, intramedullary nail).
  • osteosynthesis material e.g., osteosynthesis plate, intramedullary nail.
  • the change in impedance which is also detected with electrodes deposited on an insulating interlayer, may shed light on the progress of the bony consolidation of the fracture. Repeated X-raying can thus be avoided.
  • the application of the insulating intermediate layer and the electrodes can likewise be effected by means of thin-film technology.
  • implants are equipped with magnetically conductive properties, so that a concentration of the magnetic field takes place in the region of the implantable device by external magnetic fields. If the implantable device is located in the region of flowing body fluids, for example in a blood vessel, a concentration of the same in the region of the implantable device can be achieved by administering paramagnetic nanoparticles with active substances or cells coupled thereto.
  • Both the first embodiment of the present invention with a bare electrical resonant circuit and the second embodiment with active components can be combined with the drug-targeting technology, namely by the organism-externally generated electromagnetic field on the one hand in the region of the implant for the purpose of the concentration of active ingredients or cells, on the other hand, either resonant frequency monitored or provides energy for active components in the region of the implant.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a system according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of a system according to the invention
  • FIG 3 shows a secondary device for use in a system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a system according to the invention.
  • a secondary device 12 is implanted in an organism 10, that is in particular a living human body.
  • a coil assembly 14, 16 is provided, which acts as a primary means and is adapted to generate in the region of the secondary device 12, an electromagnetic field.
  • the coil arrangement may, for example, be realized by Helmholtz coils 14, 16, as shown, but also in other ways. It is essential that an electromagnetic field is present in the area of the secondary device 12.
  • the organism-external coils 14, 16 are powered by a functional current generator 18 with energy.
  • the secondary device 12 is now equipped with electrically conductive means 22, which form an electrical resonant circuit.
  • the impedance and the resonant frequency of this electrical resonant circuit depends on the state of its environment, in particular on the tissue state, the presence or absence of biofilms or any other parameters that reflect the conditions in the organism 10. If, for example, the frequency of the functional current generator 18 is set such that it corresponds to the resonant frequency of the resonant circuit formed by the electrically conductive means 22, then this resonant state can be monitored by the evaluating device 20. Now shifts the resonance frequency of the organism-internal resonant circuit, so are changes in the field of Secondary device 12, this is also detected by the evaluation device 20.
  • the secondary device 12 is a stent
  • this may indicate excessive cell growth.
  • the formation of biofilms on implants forming the secondary device 12 can be recognized early. It is not absolutely necessary to operate the external alternating field with the resonant frequency of the resonant circuit; Other spectral components are also influenced by the changing conditions in the area of the secondary device.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a system according to the invention.
  • the state detection of the secondary device 12 here is not necessarily based on the monitoring of a resonance state. Rather, the secondary device 12 is equipped with a measuring device 34 and a transmitting device 36.
  • the measuring device 34 and the transmitter 36 are energized via the electrically conductive means 22 which receive the electrically conductive means 22 from the electromagnetic field generated by the organism-external coil arrangement 14, 16.
  • the measuring device 34 can comprise any desired sensors in order to detect state parameters in the region of the secondary device 12. For example, it is possible in turn to detect impedances or also other parameters, for example the pH value, in the latter case the measuring device 34 usefully having an ion-sensitive field-effect transistor.
  • the signals emitted by the transmitting device 36 are received by a receiving device 38, which forwards them to an evaluation device 20.
  • FIGS. 1 and 2 The devices described in connection with the previously described embodiments according to FIGS. 1 and 2, in particular the electrical means 22, the measuring device 34, the transmitting device 36, the receiving device 38, the evaluation device 20 and the functional current generator 18, can be implemented individually as well as in integrated form become.
  • the electrical means 22, the measuring device 34 and the transmitting device 36 are realized partially or completely integrated.
  • the receiving device 38 and / or the evaluation device 20 can be completely or partially integrated with the functional current generator 18.
  • Figure 3 shows a secondary device for use in a system according to the invention.
  • the secondary device 12 carries electrically conductive means 22, which form an electrical resonant circuit 24.
  • An outer region 30 of the electrically conductive means 22 has turns, that is, inductive properties, while an inner region 32 has capacitive properties.
  • the conductor structure realized with solid lines is first applied to the electrically insulating secondary device 12.
  • This conductor structure is referred to as first electrically conductive means 26. If the secondary device 12 is not insulated in any case, an insulating layer is applied to the secondary device 12 before the application of the first electrically conductive means 26. After the application of the first electrically conductive means 26, an insulating layer is applied to the first electrically conductive means 26. Subsequently, second electrically conductive means 28 are applied to the insulating layer not visible here.

Abstract

Die Erfindung betrifft System zum Erfassen von Messwerten in oder an einem Organismus mit mindestens einer an dem Organismus anbringbaren oder in den Organismus implantierbaren Sekundäreinrichtung (12), deren Impedanz von einem Zustand der Umgebung der implantierbaren Sekundäreinrichtung abhängt, einer organismusextern platzierbaren als Primäreinrichtung wirkende Spulenanordnung (14, 16) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes im Bereich der Sekundäreinrichtung in einem implantierten Zustand und einer organismusextern platzierbaren Auswerteeinrichtung (20) zum Erfassen und Auswerten von Messwerten, die von der Impedanz der Sekundäreinrichtung abhängen, wobei die Sekundäreinrichtung elektrisch leitende Mittel (22) aufweist, die unter Verwendung von Dünnschichttechnologie aufgebracht sind.

Description

System zum Erfassen von Messwerten in oder an einem Organismus und Verfahren zum Herstellen einer Komponente dieses Systems
Die Erfindung betrifft ein System zum Erfassen von Messwerten in oder an einem Organismus.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente eines solchen Systems.
Erkrankungen der Herzkranzgefäße sind die Haupttodesursache in der industrialisierten Welt. Weltweit werden jährlich über 1 ,5 Millionen Interventionen zur Erweiterung von verengten oder verschlossenen Gefäßen durchgeführt. Zu derartigen Interventionen gehört beispielsweise die Perkutane Transluminale Coronare Angioplastie (PTCA). Bei einem Teil dieser Interventionen werden gleichzeitig Gefäßstützen, so genannte Stents, implantiert. Der Erfolg dieser Maßnahmen wird jedoch häufig durch die hohe Wahrscheinlichkeit einer Restenose infrage gestellt. Bei circa 30 bis 50% der Patienten, bei denen einen Ballon-Dilatation durchgeführt wird und bei etwa 22 bis 30% der Patienten mit Stents erfolgt innerhalb von sechs Monaten nach der Intervention eine Restenose, das heißt eine erneute Verengung der Gefäße. Allein in Deutschland musste im Jahr 2000 bei 25000 Patienten eine Re-Operation erfolgen, wodurch Kosten von circa 500 Millionen Euro erzeugt wurden.
Um eine Restenose frühzeitig zu erkennen, das heißt insbesondere vor einem schädi- genden oder vollkommenen Verschluss eines Gefäßes, ist es nützlich, den Zustand des Gefäßes im erkrankten Bereich nach einer Operation zu diagnostizieren. Allerdings beruhen die derzeit verwendeten Diagnoseverfahren zur Erkennung von Gefäßveränderungen auf der Detektion eines verringerten Blutflusses oder grober Arterienwandveränderungen durch bildgebende Verfahren. Diese Diagnoseverfahren können prin- zipbedingt nur späte Stadien der Veränderungen aufzeigen. Die mit den bildgebenden Verfahren oftmals einhergehende invasive Verabreichung von Kontrastmitteln kann ferner zu Komplikationen führen, die sich in Schmerzen, einer Perforation der Arterien, Arrhytmien und, im schlimmsten Fall, Herz- und Hirninfarkten äußern können.
Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Implantation einer Gefäßstütze oder auch einer Gefäßprothese stellen Infektionen dar. Ein hoher Prozentsatz dieser Infektionen führt zu ernsthaften und lebensbedrohlichen Situationen. Auch die Gabe von hohen Antibiotikadosen über einen längeren Zeitraum führt oft nicht zum Erfolg der Therapie. Es bleibt letztlich nur der Austausch der Gefäßprothese mit erneutem Operationsrisiko.
Das vorgenannte Infektionsproblem besteht nicht nur im Zusammenhang mit Gefäßstützen oder Gefäßprothesen, sondern auch bei sonstigen Implantaten, beispielsweise Osteosynthesemitteln oder Endoprothesen von Gelenken oder sonstigen Skelettbestandteilen. Hier werden Infektionen häufig durch die Entstehung von Biofilmen auf den Implantaten hervorgerufen, die beispielsweise den schwer zu bekämpfenden multiresistenten Staphylococcus Aureus (MRSA) beherbergen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine drohende oder beginnende Veränderung im Bereich von Implantaten frühzeitig durch nicht-invasive Maßnahmen zu erkennen und die hierfür benötigten technischen Einrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung besteht in einem System zum Erfassen von Messwerten in oder an einem Organismus, mit mindestens einer an dem Organismus anbringbaren oder in den Organismus implantierbaren Sekundäreinrichtung, deren Impedanz von einem Zustand der Umgebung der implantierbaren Sekundäreinrichtung abhängt, einer organismusextern platzierbaren als Primäreinrichtung wirkende Spulenanordnung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes im Bereich der Sekundäreinrichtung in einem implantierten Zustand und einer organismusextern platzierbaren Auswerteeinrich- tung zum Erfassen und Auswerten von Messwerten, die von der Impedanz der Sekun- däreinrichtung abhängen, wobei die Sekundäreinrichtung elektrisch leitende Mittel aufweist, die unter Verwendung von Dünnschichttechnologie aufgebracht sind. Durch die Dünnschichttechnologie können quasi beliebige Implantate so mit elektrischen Eigenschaften ausgestattet werden, dass sie mit einem durch eine organismusexterne Spu- lenanordnung erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld wechselwirken. Diese Wechselwirkung ist auf verschiedene Art und Weise organismusextern erfassbar, so dass auf nicht-invasiver Basis Änderungen im Bereich der Sekundäreinrichtung, insbesondere eines Implantates, erkannt werden können. Beispielsweise können so Hyperplasien, das heißt ein überschießendes Zellwachstum, im Inneren von Stents er- kannt werden, ebenfalls die beginnende Ausbildung eines Biofilms auf einem Implantat.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Sekundäreinrichtung einen elektrischen Schwingkreis aufweist, dessen Impedanz und Resonanzfrequenz von dem Zustand der Umgebung der Sekundäreinrichtung abhängt. Trifft das extern erzeugte elektromagnetische Wechselfeld die Resonanzfrequenz, so kann dies von der Auswerteeinrichtung erfasst und ausgewertet werden. Ändert sich nun die Umgebung der Sekundäreinrichtung, sei es durch Zellwachstum, Querschnittsveränderung im Gefäß oder Biofilmbildung, so hat dies einen Einfluss auf die Impedanz des Schwingkreises, wodurch sich seine Resonanzfrequenz ändert. Folglich kann die organismusexterne Auswerteeinrichtung eine Änderung im Bereich des Implantates erfassen und somit eine drohende Komplikation anzeigen.
Das erfindungsgemäße System ist in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebil- det, dass die elektrisch leitenden Mittel erste elektrisch leitende auf die implantierbare Sekundäreinrichtung aufgebrachte Mittel umfassen, welche einen Bestandteil eines Schwingkreises bilden, dass auf die ersten elektrisch leitenden Mittel eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, dass auf die elektrisch isolierende Schicht zweite elektrisch leitende Mittel aufgebracht sind, welche einen weiteren Bestandteil des Schwingkreises bilden, und dass die ersten elektrisch leitenden Mittel mit den zweiten elektrisch leitenden Mitteln kontaktiert sind, so dass der Schwingkreis gebildet wird. Somit können durch Anwendung der Dünnschichttechnologie die erforderlichen Komponenten eines Schwingkreises präzise an dem Implantat angebracht werden. Je nach Formgebung der elektrisch leitenden Mittel können Induktivität und Kapazität des Schwingkreises variiert werden. - A -
Insbesondere ist es nützlich, dass die ersten elektrisch leitenden Mittel einen Außenbereich mit Windungen und einen Innenbereich mit kapazitiven Eigenschaften aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann vorgesehen sein, dass die Sekundäreinrichtung eine Messeinrichtung aufweist, die von dem Zustand des die Se- kundäreinrichtung umgebenden Gewebes abhängige Messwerte erfasst, dass die Sekundäreinrichtung eine Sendeeinrichtung aufweist, welche von den Messwerten abhängige Signale aussendet, und dass eine organismusextern platzierbare Empfang- seinrichtung vorgesehen ist, die von der Sendeinrichtung ausgesendete Signale empfängt und an die Auswerteeinrichtung liefert. Während die bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung auf der Variation der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises beruhen, kann auch vorgesehen sein, die Sekundäreinrichtung mit einer Messeinrichtung auszustatten, die durch Sensoren verschiedenartige Eigenschaften im Be- reich der Einrichtung erfasst. Hierzu gehört beispielsweise der pH-Wert im Bereich der implantierten Einrichtung, der Aufschluss über Veränderungen gibt, etwa im Fall einer Biofilmbildung. Ein Beispiel für einen derartigen Sensor ist der ionensensitive MOS- FET (ISFET). Bei diesem Transistor wird das übliche Polysilizium-Gate durch eine sensorspezifische Metallisierung ersetzt. Die Verwendung unterschiedlicher Materialien ermöglicht die Realisierung von Sensoren, die empfindlich auf Gase oder auf lonen- konzentrationen in flüssigen Lösungen reagieren. Diese Bauelemente dienen als Basisstrukturen für Biosensoren. Signale, die den von der Messeinrichtung erfassten Werten entsprechen, können dann von einer Sendeeinrichtung ausgesandt werden und organismusextern ausgewertet werden. Im vorliegenden Fall dient die Anwendung des organismusexternen Wechselfeldes also in erster Linie dazu, die für den Betrieb der Messeinrichtung erforderliche Energie in den Organismus zu transportieren.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung mindestens einen RFID- Transponder aufweist. Bei einem RFID-Transponder handelt es sich um eine Einrich- tung, die nur ihr Zusammenspiel mit einer Auswerteeinrichtung bzw. einem durch die Empfangseinrichtung realisierten Lesegerät Informationen "aussenden" kann. Letztlich empfängt der RFID-Transponder zu diesem Zweck ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld, das von der Auswerteeinrichtung bzw. dem Lesegerät erzeugt wird, um dieses dann in Abhängigkeit von in dem RFID-Transponder gespeicherten Informationen zu verändern. Diese Veränderung wird von der Auswerteeinrichtung bzw. dem Lesege- rät erfasst. Aufgrund dieser im Vergleich zu herkömmlichen aktiven Sendern eingeschränkten Funktionalität eines RFID-Transponders, ist dieser kostengünstig und platzsparend.
Die Informationsübertragung von dem RFID-Transponder zu dem Auswerteeinrichtung kann auf der Grundlage stattfinden, dass ein auslesbarer Informationsgehalt des RFID- Transponders in Abhängigkeit von Messwerten, die von der Messeinrichtung geliefert werden, veränderbar ist. Im einfachsten Fall werden von der Messeinrichtung verschiedene Spannungen an den Speicher des RFID-Transponders angelegt, wobei die- se Spannungen die durch die Messeinrichtung erfassten Eigenschaften widerspiegeln. Verschiedene Spannungen können nun bewirken, dass der Speicherinhalt des RFID- Transponders verändert wird, so dass letztlich auch die von dem RFID-Transponder an die Auswerteeinrichtung übertragene Kennung geändert wird. Damit die Möglichkeit besteht, den Speicherinhalt des RFID-Transponders zu verändern, ist es erforderlich, beschreibbare RFID-Transponder zu verwenden.
Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass mehrere RFID-Transponder vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von Messwerten, die von der Messeinrichtung geliefert werden, aktivierbar oder deaktivierbar sind. In diesem Fall sind nicht be- schreibbare Transponder ausreichend. Eine oder mehrere Schwellenwertschaltungen, in die die Messeinrichtung und die RFID-Transponder eingebunden sind, sorgen dafür, dass in Abhängigkeit der von der Messeinrichtung gelieferten Spannung unterschiedliche RFID-Transponder aktiv oder inaktiv sind. Auf diese Weise kann die Auswerteeinrichtung also unterschiedliche Kennungen je nach der von der Messeinrichtung gelie- ferten Spannung empfangen, also auch auf dieser Grundlage dafür sorgen, dass die entsprechenden Informationen an die organismusextern angeordnete Auswerteeinrichtung übertragen werden.
Die Erfindung besteht weiterhin in einem Verfahren zum Herstellen einer Sekundärein- richtung, in welcher mittels einer Primäreinrichtung eine elektrische Spannung induzierbar ist, mit den Schritten Bereitstellen eines Implantats, Aufbringen erster elektrisch leitender Mittel auf das Implantat, welche einen Bestandteil eines Schwingkreises bilden sollen, Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht auf die elektrisch leitenden Mittel, Aufbringen zweiter elektrisch leitender Mittel auf die elektrisch isolierende Schicht, welche einen weiteren Bestandteil des Schwingkreises bilden sollen, und Kon- taktieren der ersten elektrisch leitenden Mittel mit den zweiten elektrisch leitenden Mit¬ tel, so dass der Schwingkreis gebildet wird. Auf diese Weise wird durch wenige Verfah¬ rensschritte ein Aufbau zur Verfügung gestellt, der die für die Resonanzfrequenzauswertung erforderliche Funktionalität zur Verfügung stellt.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die ersten elektrisch leitenden Mittel einen Außenbereich mit Windungen und einen Innenbereich mit kapazitiven Eigenschaften aufweisen.
Weiterhin ist das Herstellungsverfahren in besonders nützlicher und einfacher Weise dadurch weitergebildet, dass das Aufbringen der ersten elektrisch leitenden Mittel und/oder der elektrisch isolierenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Mittel unter Verwendung von Dünnschichttechnologie erfolgt.
Mit der vorliegenden Erfindung werden also insbesondere zwei verschiedene Konzepte zur Messung einer Eigenschaft um die implantierte Sekundäreinrichtung genutzt. Beim ersten Messprinzip wird in einfacher Weise eine Veränderung der Impedanz beziehungsweise der Resonanzfrequenz eines implantierten Schwingkreises ausgewertet. Dieses Verfahren benötigt keine aktiven Komponenten im Organismus, so dass die Problematik der Biokompatibilität reduziert wird. Das externe Feld arbeitet dabei vorzugsweise in einem Bereich zwischen einem kHz bis zu einem GHz, bevorzugt im Bereich zwischen 4 kHz und 120 kHz. Das zweite Messprinzip beruht auf der Einkopplung von elektromagnetischer Energie in die Sekundäreinrichtung, wobei dann die eigentliche Erfassung des Umgebungszustandes durch aktive Komponenten unterstützt wird. Hier kommt es also weniger darauf an, den vorstehend genannten optimalen Frequenzbereich zur Detektion von Impedanzveränderungen zu verwenden; vielmehr kann die Frequenz beispielsweise so gewählt werden, dass in möglichst kurzer Zeit möglichst viel Energie übertragen wird, oder aber der verwendete Frequenzbereich wird auf der Grundlage gänzlich anderer Kriterien festgelegt. Hierbei ist vor allem daran zu denken, dass gemäß der Technik nach Kraus und Lechner elektromagnetische Wechselfelder ihren Einsatz im Zusammenhang mit Stützmetall- Osteosyntheseeinrichtungen oder Gelenkendoprothesen finden. Zu diesem Zweck werden Spulenanordnungen, die als Aufnehmer- oder Übertragerspulen bezeichnet werden, in diese Implantate integriert, und deren Pole werden mit als Elektroden wir- kenden Implantatabschnitten elektrisch verbunden. Ein Beispiel für eine Osteosynthe- seeinrichtug, die von der geschilderten Technik Gebrauch macht, ist in der DE 10 2006 018 191 A1 offenbart. Die in der 10 2004 024 473 A1 beschriebenen Hüftkopfkappen- implantate sind Beispiele für den Einsatz der Technik in der Gelenkendoprothetik. Stimmt man also die organismusexternen Spulen auf den für die bei der Technik nach Kraus und Lechner erforderlichen Frequenzbereich von 1 bis 30 Hz, vorzugsweise 10 bis 20 Hz, ab, so kann einerseits eben diese Technik angewendet werden und andererseits auch die zum Betrieb der Messeinrichtung erforderliche Energie in das erfindungsgemäße System übertragen werden.
Ein weiteres mögliches Einsatzgebiet ist das nicht-invasive Monitoring des Knochenwachstums bei Frakturen, die mit Osteosynhtesematerial versorgt werden (z.B. Osteo- syntheseplatte, Marknagel). Hier kann die Veränderung der Impedanz, die ebenfalls mit auf einer isolierenden Zwischenschicht aufgebrachten Elektroden erfasst wird, über den Fortschritt der knöchernen Konsolidierung der Fraktur Aufschluss geben. Wieder- holtes Röntgen kann somit vermieden werden. Das Aufbringen der isolierenden Zwischenschicht und der Elektroden kann ebenfalls mittels Dünnschichttechnologie erfolgen.
Ein anderes Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung nützlich aufgrund einer Dop- pelfunktion des organismusexternen Magnetfeldes eingesetzt werden kann, ist der Bereich des Drug-Targeting. Dabei werden Implantate mit magnetisch leitenden Eigenschaften ausgestattet, so dass durch externe Magnetfelder eine Konzentration des Magnetfeldes im Bereich der implantierbaren Einrichtung erfolgt. Befindet sich die implantierbare Einrichtung im Bereich strömender Körperflüssigkeiten, beispielsweise in einem Blutgefäß, so kann durch Verabreichung paramagnetischer Nanopartikel mit daran gekoppelten Wirkstoffen oder Zellen eine Konzentration derselben im Bereich der implantierbaren Einrichtung erfolgen. Sowohl die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit bloßem elektrischem Schwingkreis als auch die zweite Ausführungsform mit aktiven Komponenten kann mit der Drug-Targeting-Technologie kombi- niert werden, indem das organismusextern erzeugte elektromagnetische Feld nämlich einerseits im Bereich des Implantats zum Zwecke der Konzentration von Wirkstoffen oder Zellen konzentriert wird und andererseits entweder resonanzfrequenztechnisch überwacht wird oder Energie für aktive Komponenten im Bereich des Implantates zur Verfügung stellt. Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begeleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems und
Figur 3 eine Sekundäreinrichtung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. In einen Organismus 10, das heißt insbesondere einen lebenden menschlichen Körper, ist eine Sekundäreinrichtung 12 implantiert. Organismusextern ist eine Spulenanordnung 14, 16 vorgesehen, die als Primäreinrichtung wirkt und dazu geeignet ist, im Bereich der Sekundäreinrichtung 12 ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die Spulenanordnung kann beispielsweise, wie dargestellt, durch Helmholtzspulen 14, 16 realisiert sein, aber auch auf andere Weise. Wesentlich ist, dass im Bereich der Sekundäreinrichtung 12 ein elektromagnetisches Feld vorliegt. Die organismusexternen Spulen 14, 16 werden von einem Funktionsstromgenerator 18 mit Energie versorgt.
Die Sekundäreinrichtung 12 ist nun mit elektrisch leitenden Mitteln 22 ausgestattet, die einen elektrischen Schwingkreis bilden. Die Impedanz und die Resonanzfrequenz dies elektrischen Schwingkreises hängt vom Zustand von dessen Umgebung ab, insbesondere also vom Gewebezustand, der An- beziehungsweise Abwesenheit von Biofilmen oder auch von beliebigen anderen Parametern, die die Verhältnisse im Organismus 10 widerspiegeln. Wird nun die Frequenz des Funktionsstromgenerators 18 beispielsweise so eingestellt, dass diese der Resonanzfrequenz des durch die elektrisch leitenden Mittel 22 gebildeten Schwingkreises entspricht, so ist dieser Resonanzzustand durch die Auswerteeinrichtung 20 überwachbar. Verschiebt sich nun die Resonanzfrequenz des organismusinternen Schwingkreises, liegen also Veränderungen im Bereich der Sekundäreinrichtung 12 vor, so wird auch dies durch die Auswerteeinrichtung 20 er- fasst. Dies kann beispielsweise in dem Fall, dass es sich bei der Sekundäreinrichtung 12 um einen Stent handelt, auf ein übermäßiges Zellwachstum hindeuten. Ebenfalls kann so die Bildung von Biofilmen auf Implantaten, die die Sekundäreinrichtung 12 bilden, frühzeitig erkannt werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, das äußere Wechselfeld mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu betreiben; auch andere Spektralkomponenten werden durch die sich ändernden Verhältnisse im Bereich der Sekundäreinrichtung beeinflusst.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 beruht die Zustandserfassung der Sekundäreinrichtung 12 hier nicht notwendigerweise auf der Überwachung eines Resonanzzustandes. Vielmehr ist die Sekundäreinrichtung 12 mit einer Messeinrichtung 34 und einer Sendeeinrichtung 36 ausgestattet. Die Messeinrichtung 34 und die Sen- deeinrichtung 36 werden über die elektrisch leitenden Mittel 22 mit Energie versorgt, die die elektrisch leitenden Mittel 22 aus dem von der organismusexternen Spulenanordnung 14, 16 erzeugten elektromagnetischen Feld beziehen. Die Messeinrichtung 34 kann eine beliebige Sensorik umfassen, um Zustandsparameter im Bereich der Sekundäreinrichtung 12 zu erfassen. Beispielsweise können wiederum Impedanzen er- fasst werden oder auch andere Parameter, zum Beispiel der pH-Wert, wobei im letzteren Fall die Messeinrichtung 34 nützlicherweise einen ionensensitiven Feldeffekttransistor aufweist. Die von der Sendeeinrichtung 36 ausgesendeten Signale werden von einer Empfangseinrichtung 38 empfangen, die diese an eine Auswerteeinrichtung 20 weitergibt.
Die im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 2 beschriebenen Einrichtungen, insbesondere die elektrischen Mittel 22, die Messeinrichtung 34, die Sendeeinrichtung 36, die Empfangseinrichtung 38, die Auswerteeinrichtung 20 und der Funktionsstromgenerator 18 können einzeln wie auch in integrierter Form realisiert werden. Beispielsweise ist es bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 möglich, dass die elektrischen Mittel 22, die Messeinrichtung 34 und die Sendeeinrichtung 36 teilweise oder vollständig integriert realisiert sind. Ebenfalls können die Empfangseinrichtung 38 und/oder die Auswerteeinrichtung 20 mit dem Funktionsstromgenerator 18 ganz oder teilweise integriert sein. Figur 3 zeigt eine Sekundäreinrichtung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System. Die Sekundäreinrichtung 12 trägt elektrisch leitende Mittel 22, die einen elektrischen Schwingkreis 24 bilden. Ein Außenbereich 30 der elektrisch leitenden Mittel 22 hat Windungen, das heißt induktive Eigenschaften, während ein Innenbereich 32 kapa- zitive Eigenschaften aufweist. Um den Schwingkreis zu realisieren, wird beispielsweise zunächst die mit durchgezogenen Linien realisierte Leiterstruktur auf die elektrisch isolierende Sekundäreinrichtung 12 aufgebracht. Diese Leiterstruktur wird als erste elektrisch leitende Mittel 26 bezeichnet. Ist die Sekundäreinrichtung 12 nicht ohnehin isoliert, so wird vor dem Aufbringen der ersten elektrisch leitenden Mittel 26 eine Isolati- onsschicht auf die Sekundäreinrichtung 12 aufgebracht. Nach dem Aufbringen der ersten elektrisch leitenden Mittel 26 wird eine Isolationsschicht auf die ersten elektrisch leitenden Mittel 26 aufgebracht. Nachfolgend werden zweite elektrisch leitende Mittel 28 auf die hier nicht erkennbare Isolationsschicht aufgebracht. Um die elektrisch leitenden Mittel 26, 28 so zu kontaktieren, dass ein elektrischer Schwingkreis 24 entsteht, werden zwei Kontakte zwischen den ersten elektrisch leitenden Mitteln 26 und den zweiten elektrisch leitenden Mitteln 28 hergestellt, nämlich einmal an einem Pol der parallel geschalteten Kondenstoren im Innenbereich 32 der Anordnung und zum anderen am äußeren Pol des induktiven Außenbereichs 30. Zur Realisierung des beschriebenen Schichtaufbaus sind verschiedene Dünnschichttechnologien einsetzbar, die auch kombiniert verwendet werden können, nämlich beispielsweise physikalische (PVD) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Auch Sputtertechniken können zum Einsatz kommen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste:
10 Organismus
12 Sekundäreinrichtung
14 Spulenanordnung
16 Spulenanordnung
18 Funktionsstromgenerator
20 Auswerteeinrichtung
22 elektrisch leitende Mittel
24 elektrischer Schwingkreis
26 elektrisch leitende Mittel
28 elektrisch leitende Mittel
30 Außenbereich
32 Innenbereich
34 Messeinrichtung
36 Sendeeinrichtung
38 Empfangseinrichtung

Claims

ANSPRÜCHE
1. System zum Erfassen von Messwerten in oder an einem Organismus (10), mit
mindestens einer an dem Organismus anbringbaren oder in den Organismus implantierbaren Sekundäreinrichtung (12), deren Impedanz von einem Zustand der Umgebung der implantierbaren Sekundäreinrichtung abhängt,
einer organismusextern platzierbaren als Primäreinrichtung wirkende Spulenanordnung (14, 16) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes im Bereich der Sekundäreinrichtung in einem implantierten Zustand und
- einer organismusextern platzierbaren Auswerteeinrichtung (20) zum Erfassen und Auswerten von Messwerten, die von der Impedanz der Sekundäreinrichtung abhängen,
wobei die Sekundäreinrichtung elektrisch leitende Mittel (22) aufweist, die unter Verwendung von Dünnschichttechnologie aufgebracht sind.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäreinrichtung einen elektrischen Schwingkreis (24) aufweist, dessen Impedanz und Resonanzfrequenz von dem Zustand der Umgebung der Sekundäreinrichtung abhängt.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Mittel erste elektrisch leitende auf die implantierbare Sekundäreinrichtung (12) aufgebrachte Mittel (26) umfassen, welche einen Bestandteil eines Schwingkreises bilden,
- dass auf die ersten elektrisch leitenden Mittel eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist,
dass auf die elektrisch isolierende Schicht zweite elektrisch leitende Mittel (28) aufgebracht sind, welche einen weiteren Bestandteil des Schwingkreises bilden, und
dass die ersten elektrisch leitenden Mittel mit den zweiten elektrisch leitenden Mitteln kontaktiert sind, so dass der Schwingkreis gebildet wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten elektrisch leitenden Mittel einen Außenbereich (30) mit Windungen und einen Innenbereich (32) mit kapazitiven Eigenschaften aufweisen.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net,
dass die Sekundäreinrichtung (12) eine Messeinrichtung (34) aufweist, die von dem Zustand des die Sekundäreinrichtung umgebenden Gewebes abhängige Messwerte erfasst,
dass die Sekundäreinrichtung eine Sendeeinrichtung (36) aufweist, welche von den Messwerten abhängige Signale aussendet, und
dass eine organismusextern platzierbare Empfangseinrichtung (38) vorgesehen ist, die von der Sendeinrichtung (36) ausgesendete Signale empfängt und an die
Auswerteeinrichtung liefert.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (36) mindestens einen RFID-Transponder aufweist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein auslesbarer Informationsgehalt des RFID-Transponders in Abhängigkeit von Messwerten, die von der Messeinrichtung (34) geliefert werden, veränderbar ist.
8. System nach Anspruch 6 oder 7, System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere RFID-Transponder vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von Messwerten, die von der Messeinrichtung (34) geliefert werden, aktivierbar oder deaktivierbar sind.
9. Verfahren zum Herstellen einer Sekundäreinrichtung (12), in welcher mittels einer Primäreinrichtung eine elektrische Spannung induzierbar ist, mit den Schritten
Bereitstellen eines Implantats,
- Aufbringen erster elektrisch leitender Mittel (26) auf das Implantat, welche einen Bestandteil eines Schwingkreises (24) bilden sollen,
Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht auf die elektrisch leitenden Mittel,
- Aufbringen zweiter elektrisch leitender Mittel (28) auf die elektrisch isolierende Schicht, welche einen weiteren Bestandteil des Schwingkreises (24) bilden sollen, und
Kontaktieren der ersten elektrisch leitenden Mittel mit den zweiten elektrisch lei- tenden Mittel, so dass der Schwingkreis (24) gebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten elektrisch leitenden Mittel einen Außenbereich (30) mit Windungen und einen Innenbereich (32) mit kapazitiven Eigenschaften aufweisen.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der ersten elektrisch leitenden Mittel (26) und/oder der elektrisch isolierenden Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Mittel (28) unter Verwendung von Dünnschichttechnologie erfolgt.
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