DE2262674A1 - POWER SUPPLY DEVICE FOR A HEART PACEMAKER - Google Patents
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Description
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Herren Daniel BURNEL, Bernard DODINOT, Guy PONTENIER, Michel MOUROT und Regis FRESCHARD, sämtlich: P-54 000 NANCT/FrankreichMessrs Daniel BURNEL, Bernard DODINOT, Guy PONTENIER, Michel MOUROT and Regis FRESCHARD, all: P-54 000 NANCT / France
Energieversorgungseinrichtung für einen Herz-Schrittmacher .Energy supply device for a cardiac pacemaker.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Versorgung eines in den Körper eines Patienten eingepflanzten Schrittmachers, welcher einen an eine Stimulationselektrode im Herz des Patienten angeschlossenen Generator für elektrische Stimulationsimpulse aufweist, od.dgl.Gerät mit elektrischer Energie ausgehend von biogalvanischer Energie.The invention relates to a device for supplying a pacemaker implanted in the body of a patient, which connects to a stimulation electrode in the heart of the Has patient connected generator for electrical stimulation pulses, or the like device with electrical Energy based on biogalvanic energy.
Es sind bereits Schrittmacher bekannt,' deren elektronische Kreise von Quecksilberlementen gespeist werden. Diese Schritt-Pacemakers are already known, their electronic Circles are fed by elements of mercury. This step-
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macher haben eine relativ kurze Lebensdauer. Tatsächlich müssen sie durchschnittlich alle achtzehn Monate erneuert werden, da am Ende dieses- Zeitraumes die Zellen verbraucht sind.Makers have a relatively short lifespan. Indeed they have to be renewed every eighteen months on average, because at the end of this period the cells are used up are.
Jeder Ersatz durch einen neuen Schrittmacher erfordert einen erneuten chirurgischen Eingriff mit sämtlichen Unannehmlichkeiten, die ein derartiger Eingriff nach sich zieht, und zwar sowohl für den Patienten (stationärer Aufenthalt) als auch für die soziale Sicherheit (Kosten), wobei das Risiko einer Infektion, das bei Vornahme chirurgischer Eingriffe stets besteht, nicht vergessen werden darf.Every replacement with a new pacemaker requires a new surgical procedure with all the inconvenience, that such an intervention entails, both for the patient (inpatient stay) and also for social security (costs), taking the risk of infection when performing surgical procedures always exists, must not be forgotten.
In Jüngerer Zeit wurde begonnen, Schrittmacher zu verwenden, bei denen die elektrische Energie durch thermoelektrische Umwandlung der Wärme geliefert wird, die von einer Radio-Isotopen-Quelle abgegeben wird. Derartige Schrittmacher haben eine wesentlich längere Lebensdauer in der Grössenordnung von zehn Jahren. Als nachteilig ist jedoch ihr verhältnismässig hoher Preis und ihre nur mittelmässige Zuverlässigkeit aufgrund der Verwendung von Thermouuiformern bzw. Thermoelementen anzusehen.More recently, pacemakers have begun to use, in which electrical energy is generated by thermoelectric Conversion of the heat supplied by a radio isotope source is delivered. Such pacemakers have a much longer lifespan of the order of magnitude of ten years. However, their relatively high price and only mediocre reliability are disadvantageous due to the use of Thermouiformern or thermocouples.
Mit vorliegender Erfindung wird nun ein elektrisch ausgehend von der biogalvanischen Energie gespeister Schrittmacher od.dgl. vorgeschlagen, welcher die Mangel der bekannten Schrittmacher ausschaltet und eine Lebensdauer besitzt, welcheWith the present invention, a pacemaker or the like that is electrically powered based on the biogalvanic energy is now. proposed, which eliminates the shortcomings of the known pacemaker and has a lifespan which
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zwischen der der Schrittmacher mit Quecksilberzellen und der der Schrittmacher mit Radio-Isotopen-Generatoren liegt.between the pacemaker with mercury cells and the the pacemaker with radio isotope generators lies.
Zu diesem Zweck wird nach der Erfindung vorgeschlagen, eine Einrichtung zur Energieversorgung eines Schrittmachers od.dgl. Geräts derart auszubilden, dass sie von einem biogalvanischen Element gebildet ist, welches eine Kathode aus Platin oder einer überwiegend Platin enthaltenden Legierung aufweist, die im rückführenden Venenkreislauf angeordnet ist, sowie eine Anode aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, die an einer beliebigen Stelle des biologischen Milieus des Körpers untergebracht ist.For this purpose, it is proposed according to the invention, a device for supplying power to a pacemaker or the like. Train device such that it is formed by a biogalvanic element, which is a cathode made of platinum or an alloy containing predominantly platinum, which is arranged in the return vein circuit, as well as a Anode made of magnesium or a magnesium alloy, which is placed anywhere in the biological environment of the body is.
Die an den Klemmen des erfindungsgemässen biogalvanischen Elementes zur Verfügung stehende Energie rührt von dem Verbrauch einer oder mehrerer biologischer Substanzen an der Kathode und von der Auflösung der Anode gemäss dem Farady1sehen Gesetz her. Wegen dieses Umstandes ist die theoretische Lebensdauer des Elementes nur durch den Massenverlust bzw. die Massenabnahme an der Anode begrenzt.The energy available at the terminals of the biogalvanic element according to the invention comes from the consumption of one or more biological substances at the cathode and from the dissolution of the anode according to Farady 1 see law. Because of this fact, the theoretical service life of the element is only limited by the loss of mass or the decrease in mass at the anode.
Im Vergleich mit den augenblicklich zur Speisung von Schrittmachern od.dgl. verwendeten Energiequellen weist die Einrichtung gemäss der Erfindung verschiedene Vorzüge auf. Gegenüber mit Quecksilberelementen gespeisten Schrittmachern ergibt sie : eine erhöhte Lebensdauer zur Versorgung des Schrittmachers, : wodurch häufige Wechsel der Schrittmacher, die für den Kranken unangenehm und für die sozialenEinrichtungen kost- "Compared to the current pacemaker power supply or the like. The energy sources used, the device according to the invention has various advantages. Opposite with For pacemakers powered by mercury elements, it results in: an increased service life for supplying the pacemaker,: as a result of which frequent changes of the pacemaker, which are uncomfortable for the patient and detrimental to the social institutions.
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spielig sind, vermieden werden. Weiterhin ist infolge des Fehlens der Quecksilberzellen, die wegen ihrer Zahl ein beachtliches Volumen und Gewicht bei der Versorgung eines Schrittmachers erfordern und weiterhin wegen der Möglichkeit der Verwendung integrierter Schaltkreise, die die elektronischen Kreise stark verkleinern, eine Reduzierung des Volumens der Gesamtanordnung möglich.are playful, should be avoided. Furthermore, it is due to the lack of mercury cells because of their number require considerable volume and weight in pacemaker supply and continue to do so because of the possibility the use of integrated circuits, which greatly reduce the size of the electronic circuits, a reduction in the Volume of the overall arrangement possible.
Im Vergleich zu Schrittmachern, bei denen als Energiequelle ein Radio-Isotop (z.B. Plutonium 258) verwendet wird, bietet das biogalvanische Element völlige Funktionssicherheit, und zwar hinsichtlich der Strahlung gleichzeitig für den Kranken und die Personen aus seiner Umgebung. Auf der psychologischen Ebene ist wichtig, dass keine Abneigung gegen seine Benutzung besteht und dessen Benutzung daher auch nicht verheimlicht zu werden braucht.Compared to pacemakers, which use a radio isotope (e.g. plutonium 258) as an energy source the biogalvanic element has complete functional reliability, with regard to the radiation at the same time for the patient and the people around him. On the psychological level it is important that there is no aversion to its use exists and its use therefore does not need to be concealed.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung sowie aus den weiteren Ansprüchen. Es zeigen:Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred one Embodiment based on the drawing and from the further claims. Show it:
Figur 1 in schematischer Darstellung einen in den Körper eines Patienten eingepflanzten, von einer Einrichtung nach der Erfindung versorgten Schrittmacher und Figure 1 in a schematic representation of one in the body a patient implanted pacemaker supplied by a device according to the invention and
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Figur 2 ein Übersichtsschema der Anordnung aus Schrittmacher und seiner elektrischen Versorgungseinrichtung.FIG. 2 shows an overview diagram of the arrangement of the pacemaker and its electrical supply system.
Wie Figur 1 zeigt, ist der eigentliche Schrittmacher 1, der an einer beliebigen Stelle unter Berücksichtigung chirurgischer Gesichtspunkte in das biologische Milieu des menschlichen Körpers eingepflanzt ist, über eine Sonde 2 mit einer endseitigen Stimulationselektrode 3 verbunden, die in der Spitze der rechten Herzkammer VD des Herzens 4 eineSv Patienten befestigt ist. Die Sonde 2 besteht aus einem biegsamen Rohr aus Kunststoff oder einem wirkungsgleichen plastischen Werkstoff, in dessen Innerem eine elektrische Leitung 5 verläuft, die den Schrittmacher 1 mit der Stimulationselektrode 3 verbindet.As Figure 1 shows, the actual pacemaker 1, which is at any point under consideration of surgical Viewpoints is implanted in the biological milieu of the human body, via a probe 2 with a end-side stimulation electrode 3 connected, which is in the tip of the right ventricle VD of the heart 4 anSv patient is attached. The probe 2 consists of a flexible tube made of plastic or a plastic tube with the same effect Material, inside of which an electrical line 5 runs, the pacemaker 1 with the stimulation electrode 3 connects.
Die elektrische Energieversorgungseinrichtung gemäss der Erfindung für den Schrittmacher ist von einem biogalvanischen Element gebildet, welches eine Anode 6 und eine Kathode 7 aufweist, die in dem biologischen Milieu, des menschlichen Körpers eingebettet sind. Es ist bekannt, dass zwei metallische Elektroden unterschiedlicher Eigenschaftenj die in eine elektrolytische Lösung eingetaucht sind, wie dies bei dem biologischen Milieu der Fall ist, an ihren Klemmen eine Potentialdifferenz liefern.The electrical energy supply device according to The invention for the pacemaker is formed by a biogalvanic element which has an anode 6 and a cathode 7 has that in the biological milieu, the human Body are embedded. It is known that two metallic electrodes of different properties are combined into one electrolytic solution are immersed, as is the case with the biological milieu is the case, deliver a potential difference at their terminals.
Die Kathode 7, die in Platin ausgeführt ist, hat die Form eines Rohrabschnittes mit beispielsweise einer Länge vonThe cathode 7, which is made of platinum, has the shape of a tube section with a length of, for example
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40 mm, einem Innendurchmesser von 4,8 mm und einem Ausaendurchmesser von 5 mm. Dieser Rohrabschnitt ist auf die Sonde 2 aufgesteckt und wird von dieser derart getragen, dass er in dem rückführenden Venenkreislauf liegt, undzwar wegen des konstanten Wertes der biologischen Parameter des Blutes in Höhe dieser Elektrode (pH,40 mm, an inside diameter of 4.8 mm and an outside diameter of 5 mm. This pipe section is on the Probe 2 is attached and is carried by it in such a way that it lies in the returning vein circulation, and indeed because of the constant value of the biological parameters of the blood at the level of this electrode (pH,
Wie Figur 1 erkennen lässt, liegt die Kathode 7 in der rechten Vorkammer OD des Herzens 4, was es ermöglicht, das maximale Blut-Gleichgewicht in Höhe der Kathode zu erreichen.As Figure 1 shows, the cathode 7 is in the right Atrial OD of the heart 4, which makes it possible to achieve the maximum blood balance at the level of the cathode.
Die Anode 6 des biogalvanischen Elementes ist aus einer Legierung auf Magnesiumbasis hergestellt, beispielsweise aus einer Magnesium-ZLrkon- oder auch Magnesium-Mangan-Legierung. Die Anode kann an einer beliebigen Stelle des biologischen Milieus des menschlichen Körpers untergebracht werden. Vom chirurgischen Standpunkt her scheint jedochThe anode 6 of the biogalvanic element is made of a magnesium-based alloy, for example made of a magnesium-ZLrkon or magnesium-manganese alloy. The anode can be placed anywhere on the biological milieus of the human body. From a surgical point of view, however, it seems
das subkutane, tiefere Gewebe nahe der Einführungsstelle der Sonde in die Venen besonders zur Unterbringung geeignet zu sein.the subcutaneous, deeper tissue near the insertion point of the probe into the veins especially for the Accommodation to be suitable.
Aufgrund des Abstandes zwischen der Kathode und der Anode verhindert man eine Vergiftung der Kathode 7 durch die bei der allmählichen Auflösung der Anode 6 gemäss dem Faraday'sehen Gesetz freigegebenen Produkte. Die theoretische Lebensdauer des Elementes ist nur durch den Massenverlust an der Anode begrenzt. Obwohl das subkutane Gewebe die Möglichkeit gäbe,Due to the distance between the cathode and the anode, the cathode 7 is prevented from being poisoned by the see the gradual dissolution of the anode 6 according to Faraday's Products approved by law. The theoretical lifetime of the element is only due to the loss of mass at the anode limited. Although the subcutaneous tissue would allow
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eine verhältnismässig hohe Masse der Legierung einzupflanzen, ist es ratsam, die Abmessungen unter Berücksichtigung· der gewünschten Lebensdauer, des Elementes zu verringern. Bei einer bevorzugten, jedoch nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsform.des Erfindungsgegenstandes hat die benutzte Anode die Form einer Scheibe aus .einer Magnesium-Mangan-Legierung mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Sicke von 5to plant a relatively high mass of the alloy, it is advisable to reduce the dimensions taking into account · the desired service life of the element. at a preferred but not limiting embodiment of the subject matter of the invention has the used Anode in the form of a disk made from a magnesium-manganese alloy with a diameter of 30 mm and a bead of 5
Mit zwei Elektroden 6 und 7» wie sie oben beschrieben wurden, erhält man eine dauernde elektromotorische Kraft in einer Grössenordnung zwischen 1,2 V und 0,5 V bei einem Laststrom t von 200 bis 400 Mikro-Ampere, was einer Energie entspricht, die leicht zur Versorgung des Schrittmachers 1 ausreicht.With two electrodes 6 and 7, as described above, one obtains a permanent electromotive force in the order of magnitude between 1.2 V and 0.5 V at a load current t of 200 to 400 micro-amperes, which corresponds to an energy which easily sufficient to supply the pacemaker 1.
Die Anode 6 ist in der unmittelbaren Nachbarschaft des Schrittmachers Ί sowie eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers 8 angeordnet, der es gestattet, die Spannung am Schrittmacher 1 auf etwa 5 Volt zu erhöhen. Die Kathode 7 ist mit dem Wandler 8 über eine elektrische Leitung 9» die im Inneren der Sonde 2 gelegen ist, verbunden.The anode 6 is arranged in the immediate vicinity of the pacemaker Ί and a DC-DC voltage converter 8, which allows the voltage at the pacemaker 1 to be increased to about 5 volts. The cathode 7 is connected to the transducer 8 via an electrical line 9 »which is located inside the probe 2.
Wie Figur 2 zeigt, hat der Wandler 8 zwei Eingänge, die mit der Anode 6 bzw. der Kathode 7 verbunden sind. Zwischen denAs FIG. 2 shows, the converter 8 has two inputs which are connected to the anode 6 and the cathode 7, respectively. Between
Eingängen liegt eine Potentialdifferenz im Bereich zwischen · 0,5 und 1,2 Volt an. Der Wandler 8 gibt an seinem AusgangThere is a potential difference in the range between · 0.5 and 1.2 volts at the inputs. The converter 8 is at its output
4093^.6/0 58 3 . "4093 ^ .6 / 0 58 3. "
-β- 226267Α-β- 226267Α
eine Spannung von etwa 5 Volt ab, die an den Schrittmacher gelegt wird, der seinerseits elektrische Impulse erzeugt, die über die Leitung 5 an die endseitige Stimulationselektrode 3 übermittelt werden.a voltage of about 5 volts, which is applied to the pacemaker, which in turn generates electrical pulses that are transmitted via the line 5 to the end-side stimulation electrode 3.
Die einzelnen vitalen Bedingungen, denen die erfindungsgemässe Einrichtung genügen muss, sind folgende:The individual vital conditions that the invention Facility must be sufficient are the following:
Die verwendeten Metalle dürfen für den Organismus nicht toxisch sein. Augenblicklich besitzen das Platin der Kathode und eine Legierung auf Magnesiumbasis als Anode keinerleit bekannte Toxizität für den Organismus. Das Element muss lokal gut verträglich sein. Diese lokale Verträglichkeit ist eine doppelte, nämlich die Verträglichkeit gegenüber dem isolierten bzw. einzelnen Metall (spontane Korrosion im biologischen Milieu des Körpers) und eine Verträglichkeit hinsichtlich des biogalvanischen Phänomens.The metals used must not be toxic to the organism. At the moment, the platinum of the cathode and a magnesium-based alloy as the anode have no known toxicity for the organism. The element must be well tolerated locally. This local compatibility is twofold, namely the compatibility with the isolated or individual metal (spontaneous corrosion in the biological environment of the body) and compatibility with regard to the biogalvanic phenomenon.
Schliesslich muss unter Berücksichtigung der Unterbringung der Kathode in der rechten Herz-Vorkammer deren Volumen und Gewicht so gewählt werden, dass die Herztätigkeit nicht gestört wird.Finally, taking into account the placement of the cathode in the right atrium of the heart, its Volume and weight are chosen so that the heart is not disturbed.
Es wurde zwar in der vorstehenden Beschreibung die erfindungsgemässe elektrische Energieversorgungseinrichtung insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem Schrittmacher erläutert und konzipiert. Es ist Jedoch selbstverständlich, dass dieAlthough it was in the above description the inventive electrical energy supply device explained in particular for use in connection with a pacemaker and designed. However, it goes without saying that the
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Energieversorgungseinriclrbung gemäss der Erfindung in gleicher Weise zur Versorgung irgendeines anderen, in den menschlichen Körper eingepflanzten Gerätes verwendet werden könnte, welches keine wesentlich über der zur Versorgung eines Schrittmachers erforderlichen Energie liegende Energie zu seinem Betrieb benötigt (ca. 100 Mikrowatt). Weitere Anwendungsgebiete sind z.B. Mikro-Überträger bzw. Sender, welche zur Messung der Anspannung bzw. Belastung und des Blutdruckes verwendet werden. Weiterhin kann eine .Energiequelle nach der Erfindung für "Schrittmacher" für Schliessmuskel Anwendung finden.Energy supply device according to the invention in the same Way to supply any other, in the human A body implanted device could be used which is not significantly above that to power a pacemaker energy required for its operation (approx. 100 microwatts). Further areas of application are e.g. micro-transmitter or transmitter, which is used to measure the Tension or stress and blood pressure can be used. Furthermore, a .Energiequelle according to the invention for "pacemaker" for the sphincter muscle application.
Nachfolgend werden noch einige Angaben hinsichtlich der bevorzugten Zusammensetzung von Anode und Kathode gemacht. In the following, some details are given with regard to the preferred composition of anode and cathode.
Als Anode können folgenden Materialien verwendet werden, wobei die Angaben in Gewichts-Prozent gemacht sind:The following materials can be used as anode, wherein the information is given in percent by weight:
Legierung 1: Magnesium-ZirkonAlloy 1: Magnesium-Zircon
(Zirkonanteil 0,5%)(Zirconium content 0.5%)
Legierung 2: Magnesium-ManganAlloy 2: Magnesium Manganese
(Mangananteil 1,5%)(Manganese content 1.5%)
Legierung 3: . GA8 Z Magnesium-Aluminium-Mangan-ZinkAlloy 3:. GA8 Z Magnesium-Aluminum-Manganese-Zinc
Aluminium 7,5% - 9,2%Aluminum 7.5% - 9.2%
Zink ' 0,2% - 0,8%Zinc '0.2% - 0.8%
•. Mangan 0,12% - 0,3%.•. Manganese 0.12% - 0.3%.
viertes.Metall: reines Magnesium (99,99%), sogenanntesfourth metal: pure magnesium (99.99%), so-called
'1DOMAL".' 1 DOMAL ".
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Als Kathode kann iridiertes Platin mit einem Iridiumanteil von 10% benutzt werden.Iridated platinum with an iridium content can be used as the cathode used by 10%.
Bei einem derartigen Element braucht die Kathode Op und IL, aus dem Blut. Das Metall der Anode wird verbraucht.With such an element the cathode needs Op and IL, from the blood. The metal of the anode is consumed.
Es gibt zwar keine optimale Distanz zwischen Anode und Kathode. Die Entfernung zwischen Anode und Kathode sollte jedoch grosser als 15 cm sein.There is no optimal distance between the anode and Cathode. The distance between anode and cathode should, however, be greater than 15 cm.
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