Zur Einbettung in einen lebenden Körper bestimmte Impulserzeugungsvorrichtung
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine zur Einbettung in einen lebenden Körper bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse, um gewisse Körperfunktionen, vorzugsweise die Herztätigkeit eines Menschen, in Gang zu halten. Bekannte Vorrichtungen dieser Art werden Herz-Schrittmacher genannt. Sie umfassen ein dicht schliessendes Gehäuse, in welchem die Impulserzeugerschaltung sowie eine Stromquelle eingeschlossen sind und aus welchem mindestens ein Impulsleiter sowie eine Stromrückführungs-Elektrode herausgeführt sind.
Bei bekannten Ausführungsformen besteht das Gehäuse aus einem isolierenden Kunststoff. Dabei hat es sich gezeigt, dass solche Kunststoffgehäuse schon nach unerwünscht kurzer Zeit (12-15 Monate) undicht werden und dass dann die Körperflüssigkeit eindringt und dabei die Funktion der Impulserzeugerschaltung stört. Es muss dann mindestens das Gehäuse durch einen operativen Eingriff ausgewechselt werden. Weiterhin hat es sich gezeigt, dass die ebenfalls im Körpergewebe einzubettende Stromrückführungs-Elektrode meistens zu kleinflächig ist, als dass sie wirksam das Auftreten von örtlichen Reizen infolge unerwünscht hoher Stromdichten verhindern könnte, die auch an der betreffenden Stelle bei jedem Nutzimpuls unangenehme Muskelkontraktionen verursachen. Beide Nachteile lassen sich wirksam beheben, wenn gemäss der Erfindung das Gehäuse aus Metall, z.
B. rostfreiem Stahl oder Vitallium (Markenprodukt) besteht und dass die Stromrückführungs-Elektrode durch die Aussenfläche des Gehäuses gebildet wird.
Ein weiterer Nachteil bekannter Schrittmacher-Vorrichtungen kann gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch behoben werden, dass die notwendigen lösbaren mechanisch-elektrischen Verbindungsmittel zum Anschliessen, bzw. Trennen eines isolierten Impuls leiterkabels ohne Werkzeuge, d. h. von Hand betätigt werden können.
Dazu ist eine mit eine Kabeleinführungsbohrung versehene, mit einer gerippten Aussenfläche von ausreichendem Durchmesser versehene und deshalb von Hand ohne Zuhilfenahme eines Schlüssels in eine Gewindebohrung des Gehäuses einschraubbare Hülse vorgesehen, welche beim Einschrauben mehrere federnde Kontaktsptizen, die elektrisch über eine dichte Stromdurchführung an den Ausgang der Impulsgeneratorschaltung angeschlossen sind, in radialer Richtung durch die Kabelisolierung zum Kontakt mit der Kabelader drückt und gleichzeitig eine gummielastische Ringdichtung zum Umfassen und Festhalten des vorher losen Kabels verformt.
Um zu vermeiden, dass im Körper auch in den Pausen zwischen den kurzzeitigen aktiven Impulsen Ströme fliessen, die zu elektrolytischen Korrosionen an Vorrichtungsteilen Anlass geben können, ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Körpergewebe umfassende äussere Nutzstromkreis nur während der Impulse Strom führt, indem er nur induktiv über einen Übertrager an einen von einem gesteuerten elektronischen Schalter beherrschten Lade- und Entladestrompfad eines Speicherkondensators angekoppelt ist, der in den Pausen zwischen den Impulsen langsam aufgeladen wird und sich jeweils zur induktiven Erzeugung der Impulse momentan über die Primärwicklung des Übertragers entlädt.
Um weiterhin die Entstehung von Batterieströmen in der elektrolythischen Körperflüssigkeit zu behindern, wird mit Vorteil vorgesehen, dass alle im Gebrauch mit der Körperflüssigkeit in Kontakt kommenden metallischen Teile der Vorrichtung aus demselben Metall gefertigt sind.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Eine Ansicht der ganzen Vorrichtung
Fig. 2: Das elektrische Schema der Impulserzeugerschaltung im Innem des Gehäuses 1
Fig. 3: Einen vergrösserten Schnitt durch die lösbaren kabelanschlussorgane der Vorrichtung.
Gemäss Fig. 1 umfasst die dargestellte Vorrichtung ein dicht schliessendes Gehäuse 1 aus einem physiologisch verträglichen und chemisch möglichst beständigen Metall, z. B. gewissen rostfreien Stahllegierungen oder dem bekannten Vitallium (Markenprodukt). An das Gehäuse 1 ist mit Hilfe einer von Hand einschraubbaren Hülse 10 in später eingehend zu beschreibender Weise ein isoliertes Pulsleiterkabel 2 elektrisch und mechanisch angeschlossen. Die Ader 20 des Kabels 2 besteht vorzugsweise aus gleichem Metall wie das Gehäuse und endet in einer in das Gewebe des bezüglich seiner Funktionen elektrisch zu steuernden Elektrode, möglichst aus demselben Metall.
Die Vorrichtung ist dazu bestimmt und ausgebildet, in den Körper eines Menschen eingebettet zu werden und dort dauernd, vorzugsweise über Jahre, ohne weitere Eingriffe dem zu steuern du Organ, beispielsweise dem Herz, über die Kabelader 20 kurzzeitige Gleichspannungs-Impulse einer Dauer von z. B. 1-2 msec und z. B. 2-4 Volt zuzuführen, die voneinander durch längere Pausen von z. B.
800-900 msec Dauer getrennt sind.
Gemäss Fig. 2 sind im Innern des Gehäuses 1 drei Batterien B von möglichst grosser Lebensdauer in Serie geschaltet. Sie dienen zur Stromversorgung der ebenfalls im Gehäuse 1 eingebauten Impulserzeugerschaltung.
Diese umfasst Widerstände ei1, W"Wo. W, W4, Elektrolytkondensatoren C1, Cs, Überträger U1, Us, Dioden D1, Da ur. d zwei Transistoren T1, T. Der Transistor T1 wird als Teil einer Multivibratorschaltung in bekannter Weise so gesteuert, dass er mit Ausnahme kurzer Entsperrungszeiten von je etwa 1-2 msec Dauer, die voneinander durch Pausen von etwa 800-900 msec Dauer getrennt sind, für den Stromdurchgang gesperrt bleibt. Es handelt vich dabei um einen Sperrschwinger.
Der Oszillator-Transistor T1 steuert einen Schalttransistor T. in der Weise, dass letzterer jeweils während der langen Sperrpausen des Transistors T1 ebenfalls nichtleitend ist und nur während der kurzen Entsperrungszeiten des Transistors leitend wird.
In den langen Sperrzeiten der beiden Transistoren wird jeweils der Elektrolytkondensator Cs über den Widerstand W. langsam aufgeladen. In den kurzen Entsperrungszeiten entlädt sich dieser Kondensator plötzlich über den widerstandsarmen Kreis mit der Primarwicklung des Ausgangsübertragers und der Emitter-Kol!ektorstrecke des Schalttransistors Ts. Diese Entladungsstromstösse induzieren jeweils in der Sekun därwicldung des Ausgangsübertragers einen entspre chend kurzen Nutzimpuls im äusseren Stromkreis, der vom einen Wicklungsende über die Ader 20 des Impulsleiterkabels zum zu steuernden Organ und von dort über das Körpergewebe zum Gehäuse 1 zurückgeführt wird, an welches das andere Ende der Sekundärwicklung als Ausgangsübertragers U- angeschlossen ist.
Gemäss Fig. 3 ist am Gehäuse 1 eine topfförmige Einstülpung 11 vorgesehen, durch deren Boden in einer Glaseirschmalzung 12 ein metallischer Leiter von der Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers Us her isoliert und dichtschliessend geführt ist. Dieser Anschlussleiter 13 trägt auf einem Kreis vier federnde, gebogene Metallstifte 14, die je in einer gegen die Topfachse gerichteten Spitze endigen.
Eine von aussen in ein Innengewinde der Topfeinstülpung 11 des Gehäuses von Hand ohne Zuhilfenahme eines Werkzeuges einschraubbare Hülse 10 mit gerippter Mantelfläche enthält eine Achsialbohrung 100. Durch diese lässt sich das isolierte Kabel 2 einstecken. Die Hülse 10 treibt beim weiteren Einschrauben eine Hülse 15 aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften, z. B. Teflon, vor sich her, wobei der gummielastisch nachgiebige Ring 19 zusammengedrückt wird. Dabei werden durch eine konische Schulter im Innern der Teflonhülse 15 die Metallstifte 14 nach innen gedrückt, sodass deren Spitzen den Isolationsmantel des Kabels 2 durchdringen und den elektrischen Kontakt vom Leiter 13 zur Kabelader 20 herstellen.
Gleichzeitig wird ein gummielastischer Dichtungsring 16, der im vorderen Teil der Teflonhülse 15 zwischen den beiden lose eingesetzten Halteringen 17, 18 eingesetzt ist, in achsialer Richtung zusammengepresst, sodass er zur dichten Umfassung des Kabels 2 und zu dessen mechanischen Festhaltung verformt wird. Durch Zurückschrauben der Hülse 10 in die in Fig. 3 dargestellte Stellung wird das Kabel 2 wieder freigegeben.
Pulse generating device designed to be embedded in a living body
The subject of the present invention is a device intended to be embedded in a living body for generating electrical impulses in order to keep certain body functions, preferably the heart activity of a person, going. Known devices of this type are called cardiac pacemakers. They comprise a tightly closing housing in which the pulse generator circuit and a power source are enclosed and from which at least one pulse conductor and a current return electrode are led out.
In known embodiments, the housing consists of an insulating plastic. It has been shown that such plastic housings already leak after an undesirably short period of time (12-15 months) and that the body fluid then penetrates and thereby disrupts the function of the pulse generator circuit. At least the housing must then be replaced by a surgical procedure. Furthermore, it has been shown that the current return electrode, which is also to be embedded in the body tissue, is mostly too small to be able to effectively prevent the occurrence of local stimuli due to undesirably high current densities, which also cause unpleasant muscle contractions at the relevant point with each useful pulse. Both disadvantages can be effectively remedied if, according to the invention, the housing made of metal, e.g.
B. stainless steel or Vitallium (branded product) and that the current return electrode is formed by the outer surface of the housing.
Another disadvantage of known pacemaker devices can be eliminated according to an embodiment of the invention in that the necessary releasable mechanical-electrical connection means for connecting or disconnecting an insulated pulse conductor cable without tools, i. H. can be operated by hand.
For this purpose, a sleeve is provided with a cable entry hole, with a ribbed outer surface of sufficient diameter and can therefore be screwed into a threaded hole of the housing by hand without the aid of a wrench, which when screwing in several resilient contact tips which are electrically connected to the output of the Pulse generator circuit are connected, pushes in the radial direction through the cable insulation to contact the cable core and at the same time deforms a rubber-elastic ring seal to encompass and hold the previously loose cable.
In order to avoid that currents flow in the body even in the pauses between the short-term active impulses, which can give rise to electrolytic corrosion on device parts, it is advantageously provided that the external useful current circuit encompassing the body tissue only conducts current during the impulses by only is inductively coupled via a transformer to a charging and discharging current path of a storage capacitor controlled by a controlled electronic switch, which is slowly charged in the pauses between the pulses and is momentarily discharged via the primary winding of the transformer to inductively generate the pulses.
In order to further prevent the formation of battery currents in the electrolytic body fluid, it is advantageously provided that all metallic parts of the device which come into contact with the body fluid during use are made of the same metal.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 A view of the entire device
Fig. 2: The electrical diagram of the pulse generator circuit inside the housing 1
3: An enlarged section through the detachable cable connection elements of the device.
According to FIG. 1, the device shown comprises a tightly closing housing 1 made of a physiologically compatible and chemically as stable as possible metal, e.g. B. certain stainless steel alloys or the well-known Vitallium (branded product). An insulated pulse conductor cable 2 is electrically and mechanically connected to the housing 1 with the aid of a sleeve 10 that can be screwed in by hand in a manner to be described in detail later. The wire 20 of the cable 2 is preferably made of the same metal as the housing and ends in an electrode to be controlled electrically with regard to its functions, if possible made of the same metal.
The device is intended and designed to be embedded in the body of a person and there continuously, preferably for years, without further intervention to control the organ, for example the heart, via the cable core 20 short-term DC voltage pulses of a duration of z. B. 1-2 msec and z. B. to supply 2-4 volts, which are separated from each other by longer breaks of z. B.
800-900 msec duration are separated.
According to FIG. 2, three batteries B with the longest possible service life are connected in series inside the housing 1. They are used to supply power to the pulse generator circuit that is also built into housing 1.
This includes resistors ei1, W "Wo. W, W4, electrolytic capacitors C1, Cs, carriers U1, Us, diodes D1, Da ur. D two transistors T1, T. The transistor T1 is controlled as part of a multivibrator circuit in a known manner, that with the exception of short unlocking times of about 1-2 msec duration, which are separated from each other by pauses of about 800-900 msec duration, the passage of current remains blocked.
The oscillator transistor T1 controls a switching transistor T. in such a way that the latter is likewise non-conductive during the long blocking pauses of the transistor T1 and only becomes conductive during the short unblocking times of the transistor.
During the long blocking times of the two transistors, the electrolytic capacitor Cs is slowly charged via the resistor W. In the short unlocking times, this capacitor suddenly discharges via the low-resistance circuit with the primary winding of the output transformer and the emitter-collector section of the switching transistor Ts one winding end is fed back via the core 20 of the impulse conductor cable to the organ to be controlled and from there via the body tissue to the housing 1, to which the other end of the secondary winding is connected as an output transformer U-.
According to FIG. 3, a cup-shaped indentation 11 is provided on the housing 1, through the bottom of which a metallic conductor is insulated from the secondary winding of the output transformer Us in a glass glaze 12 and is guided in a tight-fitting manner. This connection conductor 13 carries four resilient, curved metal pins 14 on a circle, each of which ends in a point directed against the axis of the pot.
A sleeve 10 with a ribbed outer surface that can be screwed into an internal thread of the cup recess 11 of the housing by hand from the outside without the aid of a tool contains an axial bore 100. The insulated cable 2 can be inserted through this. The sleeve 10 drives a sleeve 15 made of a plastic with good sliding properties, for. B. Teflon, in front of you, wherein the rubber-elastic resilient ring 19 is compressed. The metal pins 14 are pressed inward by a conical shoulder in the interior of the Teflon sleeve 15, so that their tips penetrate the insulation jacket of the cable 2 and establish electrical contact from the conductor 13 to the cable core 20.
At the same time, a rubber-elastic sealing ring 16, which is inserted in the front part of the Teflon sleeve 15 between the two loosely inserted retaining rings 17, 18, is compressed in the axial direction so that it is deformed to tightly enclose the cable 2 and to hold it mechanically. By screwing the sleeve 10 back into the position shown in FIG. 3, the cable 2 is released again.