DE2617240A1

DE2617240A1 - Vorrichtung zum behandeln von wirbelsaeulenverkruemmungen

Info

Publication number: DE2617240A1
Application number: DE19762617240
Authority: DE
Inventors: Harry G Friedman; Jun Robert W Wickham
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1976-04-20
Publication date: 1976-11-04
Also published as: US4026301A; NL182700B; FR2319385B1; AU8729375A; NL182700C; SE7903485L; JPS51128861A; SE440452B; AU514777B2; FR2319385A1; NL7601110A; JPS5615263B2; GB1552604A; DE2617240C2; CA1067962A; SE420161B; SE7514440L; AU3730978A

Description

PATENTANWALT DIrL.-ING. GERHAKD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32

P-226

20. ÄpKi Ιϊ,ο

MEDTRONIC, INC.
3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440/V.St.A.

Vorrichtung zum Behandeln von Wirbelsäulenverkrümmungen

Wirbelsäulenverkrümmungen treten beim Menschen auf, seit er die aufrechte Haltung angenommen hat. Die Skoliose, eine Seitenverbiegung der Wirbelsäule und eine Torsion um ihre Längsachse, stellt einen progressiven Zustand dar, der häufig mit weiteren Wirbelsäulenverkrümmungen verbunden ist, wie Kyphose oder Buckelbildung und/oder Lordose (Hohlrücken). Jeder dieser Zustände stellt eine Schwächung und Deformation dar, deren Grad von den Eigenschaften und dem Ausmaß der Verkrümmung abhängt.

Die idiopathische Skoliose ist für die überwiegende Mehrzahl aller Skoliosen verantwortlich und bei ungefähr 10 % aller Kinder anzutreffen. Während Anzeichen dafür vorliegen, daß die idiopathische Skoliose erbbedingt ist, konnte ihre wahre Ursache noch nicht gefunden werden. Für die idiopathische Skoliose stehen auch keine Verhütungs- oder Heilmaßnahmen zur Verfügung; die Behandlung erschöpft sich in einer Korrektur der Verkrümmung, nachdem sich diese ausgebildet hat. Bei der idiopathischen Skoliose besteht die Verkrümmung typischer-

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weise aus einer Hauptkrümmung, der am stärksten ausgeprägten Verbiegung, und einer oder mehreren Nebenkrümmungen, die einen Kompensationsmechanismus erfüllen, um den Kopf des Patienten unmittelbar über dem Becken zu halten. In einigen Fällen kann sich mehr als eine Hauptkrümmung entwickeln.

Zu den erfolgreicheren Behandlungen der idiopathischen Skoliose gehören die Langzeitverwendung von Schienen und Wirbelfusionen. Die Schienung erfordert, daß der Patient über mehrere Jahre hinweg fast ständig eine lästige externe Einrichtung trägt. Diese Art der Behandlung ist sehr kostspielig; im günstigsten Fall kann sie ein Fortschreiten der skoliotischen Krümmung verhindern. Selbst die besten Schienungstechniken sind weit davon entfernt, dem Patienten eine korrigierte bewegliche Wirbelsäule zu geben. Weil die Schienung typischerweise während der Adoleszenz angewendet wird, bringt sie häufig starke psychologische Probleme für den Patienten mit sich.

Im Gegensatz zu den Schienungsverfahren haben verschiedene Wirbelsäulenfusionstechniken eine befriedigende Korrektur der Wirbelsäulenverkrümmung bei solchen, in der Regel jungen, Patienten erbracht, deren Wirbelsäule zum Zeitpunkt der Fusion flexibel war. Der Patient behält jedoch eine steife Wirbelsäule. Da diese Fusionsverfahren erst in letzter Zeit entwickelt wurden, ist nicht bekannt, welchen Einfluß eine Wirbelfusion während des Lebens des Patienten als Erwachsenem

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hat. Der Verlust der Mobilität und der Wirbelscheibenzwischenräume führt zudem zu einer ständig zunehmenden Beanspruchung der unteren Wirbelscheiben, die beweglich bleiben.

Neben der Schienung und der Wirbelfusion wurde eine elektrische Reizung zur Behandlung der Skoliose vorgeschlagen. Dabei soll eine transkutane Stimulation erfolgen.

Eine transkutane Stimulation führt zu einer Kontraktion mindestens der äußeren paraspinalen Muskeln. Diese Muskeln sind langer als die tiefer im Rücken liegenden Muskeln; sie verlaufen über mehrere Wirbelsegmente hinweg. Während daher eine transkutane Reizung der paraspinalen Muskeln einen günstigen Einfluß auf die Hauptkrümmung der Wirbelsäule haben kann, hat das Stimulieren der längeren äußeren paraspinalen Muskeln die Neigung, die Kompensationskrümmung zu verschlimmern. Die elektrische Behandlung der Wirbelsäulenverkrümmung stellt kein anerkanntes Vorgehen dar; es ist anzunehmen, daß die Tendenz, bei einer transkutanen Stimulation der paraspinalen Muskeln die Kompensationskrümmung ungünstig zu beeinflussen, den Hauptfaktor dafür bildet, daß sich eine derartige Behandlung nicht durchsetzen konnte.

Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung zum elektrischen Behandeln von Skoliose und anderen Wirbelsäulenverkrümmungen geschaffen, die eine Korrektur der Verkrümmung erlaubt, ohne daß

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eine lästige externe Schienung zu erfolgen braucht und ohne daß die Beweglichkeit der Wirbelsäule und die Scheibenzwischenräume verlorengehen. Außerdem wird sichergestellt, daß keine Verschlechterung der Kompensationskurve oder -kurven erfolgt, wie dies bei bekannten elektrischen Behandlungsverfahren der Fall ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist eine Hülse, eine Einrichtung zum Positionieren des einen Hülsenendes innerhalb der paraspinalen Muskeln und ein durch das andere Hülsenende hindurch einsetzbares Werkzeug auf, mittels dessen eine Elektrode in den paraspinalen Muskeln benachbart dem einen Hülsenende einbringbar und festlegbar ist. Die Elektroden sind an eine Stimulationsimpulsquelle angeschlossen, die für abwechselnde oder zyklische Reiz- und Ruheperioden sorgen. Die Reizung der Muskeln kann stattfinden, während der Patient ruht oder schläft.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Sonde mit einer stumpfen die Muskeln durchdringenden Spitze derart mit einer Hülse zusammengesetzt, daß die Spitze von der Hülse vorsteht. Die stumpfe Spitze erlaubt es, die Muskeln unter Verursachung minimaler Verletzung zu durchdringen, da sie die Fähigkeit hat, die Muskeln zu trennen, ohne sie zu durchschneiden. Die Sonde wird in den paraspinalen Muskel eingeführt und dann wieder entfernt, während die Hülse im Muskel

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verbleibt.

Eine wendeiförmige Elektrode wird auf einem langgestreckten Werkzeug montiert, mittels dessen auf die Elektrode ein Drehmoment ausgeübt werden kann; das Werkzeug läßt sich in der einen Richtung entlang der Werkzeuglängsachse außer Eingriff mit der Elektrode bringen. Die aus Elektrode und Werkzeug bestehende Anordnung wird durch die Hülse hindurch eingeführt; mit Hilfe eines auf das Werkzeug ausgeübten Drehmoments wird die Elektrode in den paraspinalen Muskeln festgelegt. Nachdem die Elektrode fixiert ist, wird das Werkzeug aus der Hülse herausgezogen; die Hülse wird ihrerseits aus dem Muskel gezogen, während die Elektrode im Muskel befestigt bleibt.

Vor dem Positionieren der Sonde kann mit Hilfe von Nadelelektroden überprüft werden, welchen Effekt eine durch Stimulation der Muskeln ausgelöste Kontraktion der paraspinalen Muskeln an verschiedenen Stellen hat. Wenn die Nadelelektrodenstellen ermittelt sind, an denen eine maximale Korrektur der Wirbelsäulenverkrümmung erzielt wird, werden an diesen Stellen die stumpfen Sonden eingeführt. Die stumpfen Sonden können mit Elektrodenspitzen ausgestattet sein; die paraspinalen Muskeln lassen sich erneut in unterschiedlichen Eindringtiefen reizen, um die optimale Befestigungstiefe der Wendelelektrode festzustellen. Auf diese Weise werden die günstigste Elektrodenstelle und die optimale Elektrodentiefe bestimmt; die Elek-

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trode wird an den ermittelten Stellen und in den gefundenen Tiefen befestigt, wobei es nur zu minimaler Gewebebeschädigung kommt.

Zur Erfindung gehört ferner eine Vorrichtung zum zyklischen Erzeugen von elektrischen Reizimpulsen zwecks Stimulation lebenden Gewebes, mit einer elektrischen Energiequelle, einer mit dem zu stimulierenden Gewebe in Kontakt stehenden Elektrodenanordnung und einem an die Elektrodenanordnung und die elektrische Energiequelle angekoppelten Impulsgenerator zum Erzeugen der Reizimpulse. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit der elektrischen Energiequelle und dem Impulsgenerator gekoppelten zyklischen Taktgeber, der durch zyklisches Unterbrechen der Reizimpulserzeugung dem Gewebe eine Relaxationszeit gibt und der versehen ist mit einem Ausschaltperiodengeber, der einen eine Folge von Zählimpulsen mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugenden ersten astabilen Multivibrator und einen auf die Zählimpulse ansprechenden ersten Zähler aufweist, der nach Zählen einer ersten vorbestimmten Anzahl von Zählimpulsen ein Ausgangssignal erzeugt, einem Einschaltperiodengeber, der einen eine Folge von Zählimpulsen mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz erzeugenden zweiten astabilen Multivibrator und einen auf die Zählimpulse ansprechenden zweiten Zähler aufweist, der nach Zählen einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Zählimpulsen ein Rückstellsignal erzeugt, einer ersten Einrichtung, die auf

das Ausgangssignal hin den ersten astabilen Multivibrator sperrt und den zweiten astabilen Multivibrator entsperrt, einer zweiten Einrichtung, die auf das Ausgangssignal hin die elektrische Energiequelle an den Impulsgenerator anschließt, um während der Zähldauer des Einschaltperiodengebers Reizimpulse zu erzeugen und an das lebende Gewebe anzulegen, sowie einer auf das Rückstellsignal ansprechenden Einrichtung zum Zurückstellen des ersten Zählers zwecks Beendigung des Ausgangssignals und Unterbrechung der Reizimpulserzeugung während der Zähldauer des Ausschaltperiodengebers. Dieser Reizimpulserzeuger eignet sich in hervorragender Weise für die Reizimpulsversorgung der in der vorstehend erläuterten Weise positionierten und festgelegten Elektroden. Er kann jedoch allgemein auch in anderen Fällen eingesetzt werden, wo es um das Stimulieren von lebendem Gewebe geht.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer typischen skoliotischen Krümmung der Wirbelsäule und der elektrospinalen Reizvorrichtung nach der Erfindung,

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Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der bei der

Anordnung nach der Erfindung vorgesehenen Nadelelektrode ,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der bei der

Anordnung nach der Erfindung benutzten Kombination aus Sonde und Hülse,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform des einen

Teil der Anordnung nach der Erfindung bildenden Werkzeugs zum Festlegen der Elektrode in den paraspinalen Muskeln,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 ©ine bevorzugte Ausführungsform der bei der Anordnung nach der Erfindung vorgesehenen Elektrode,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 die Vorrichtungsteile gemäß den Fig. 4 bis in zusammengesetztem Zustand und

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Fig. 9 und 10 schematische Schaltbilder der elektronischen

Sende- und Empfangsteile der elektrospinalen Reizanordnung.

In Fig. 1 sind schematisch eine Wirbelsäule und eine typische skoliotische Krümmung dargestellt, die mittels der elektrospinalen Reizanordnung nach der Erfindung behandelt wird. Die Krümmung besteht aus einer Thoraxkrümmung 10, die von den Wirbeln 11 und 12 begrenzt ist, sowie einer von den Wirbeln 12 und 14 begrenzten Lumbaikrümmung 13. Es versteht sich, daß die Wirbel 11, 12 und 14, die die Krümmungen 1O und 13 begrenzen, von den jeweiligen Krümmungen abhängen und daß es sich dabei um jeden beliebigen Wirbel der Wirbelsäule handeln kann. Das heißt, der Wirbel 11 ist der höchste Wirbel, dessen oberer Rand gegenüber dem Thoraxraum geneigt ist, während der Wirbel 14 der tiefste Wirbel ist, dessen unterer Rand eine Neigung gegenüber dem Lumbairaum hat. Der Wirbel 12 ist der tiefste Wirbel, dessen unterer Rand gegenüber dem Thoraxraum schräg liegt und der höchste Wirbel, dessen oberer Rand gegenüber dem Lumbairaum geneigt ist. Die in dieser Weise definierten Wirbel 11, 12 und 14 werden allgemein benutzt, um die Größe der Krümmung zu messen; die im einzelnen benutzten Meßverfahren sind bekannt. Bei der veranschaulichten Wirbelsäule liegen sowohl die Thoraxkrümmung als auch die Lumbaikrümmung bei ungefähr 65°, wenn die Messung entsprechend dem Cobb-Verfahren erfolgt.

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Eine typische Skoliosekrümmung besteht aus einer Hauptkrümmung und einer oder mehreren Nebenkrümmungen, die einen Kompensationsmechanismus darstellen, um den Kopf unmittelbar über dem Becken zu halten. Mit der vorliegend beschriebenen Vorrichtung erfolgt eine Streckung der Hauptkrümmung durch eine elektrisch ausgelöste Kontraktion der paraspinalen Muskeln in der Nähe der konvexen Seite der Hauptkrümmung, ohne daß es zu einer Kontraktion derjenigen paraspinalen Muskeln kommt, die so weit über die Hauptkrümmung hinausreichen, daß ihre Kontraktion die Kompensationskrümmung verschlechtern würde. Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Krümmung erfolgt dies, indem Elektroden 15 innerhalb der tiefer liegenden paraspinalen Muskeln an der konvexen Seite der Krümmung (bei der Krümmung 10 an der rechten Seite) angeordnet werden.

Mittels der elektrospinalen Reizanordnung nach Fig. 1 werden die paraspinalen Muskeln trainiert, um sie durch Anlegen von elektrischen Reizimpulsen an drei Elektroden 15 zu hypertrophieren oder zu stärken. Mindestens zwei der Elektroden 15 sind aktive Elektroden, während es sich bei einer der Elektroden um eine indifferente Elektrode handelt. Die Elektroden werden in der im folgenden noch näher erläuterten Weise in unterschiedlichen Tiefen in die paraspinalen Muskeln benachbart der Hauptkrümmung 10 der Wirbelsäule eingebracht. Es wird angenommen, daß diese Muskeln durch Zufuhr von elektrischen Reizen hypertrophieren und es dadurch zu einem leichten Un-

gleichgewicht im Vergleich zu den Muskeln auf der konkaven Seite der Krümmung 10 kommt, während das Kind in den folgenden Jahren wächst. Dieses Muskelungleichgewicht bringt die Konvexität der Wirbelsäule 10 zum Stehen oder sorgt für deren Korrektur.

Die Elektroden 15 sind an Leitungen 16 angeschlossen, die mit einem biokompatiblen, unter der Haut implantierten, elektronischen HF-Signalempfänger 17 in Verbindung stehen.

Der Empfänger 17 wird im Anschluß an das Einbringen der Elektroden, 15 durch einen chirurgischen Eingriff subkutan angeordnet. Bei Anwendung der elektrospinalen Reizanordnung legt der Patient eine Sendeantenne 18 über die Stelle, an welcher der Empfänger 17 subkutan implantiert ist. Die Antenne 18 ist über eine Leitung 19 an den Ausgang eines Impulse erzeugenden HF-Senders 24 angeschlossen.

Im Betrieb wird der HF-Sender 24 in die Nähe des Körpers des Patienten gebracht, während der Patient ruht. Die Antenne wird mittels eines Heftpflasters über der Antenne des implantierten Empfängers 17 gehalten. Der Patient schaltet dann den Sender ein. Der Sender 24 erzeugt zyklisch eine Folge von Reizimpulsen mit einer Folgefrequenz, die mittels der elektronischen Schaltungsanordnung des Senders voreingestellt ist.

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Der von dem Sender 24 erzeugte und über die Antenne 18 ausgesendete Impulszug ist in Fig. 1 bei A dargestellt. In ähnlicher Weise sind die vom Empfänger 17 aufgenommenen und den Elektroden 15 zugeführten Impulse in Fig. 1 bei B gezeigt. Während der Einschaltperiode des Senders 24 wird der Impulszug A angeliefert. Jeder Impuls hat eine voreingestellte Breite und Amplitude. Die Impulse wiederholen sich mit einer vorgewählten Frequenz. Während der Ausschaltperiode werden keine Impulse erzeugt; die Muskeln können sich erholen. Die Zeitdauer der Einschalt- und Ausschaltperiode können eine Sekunde bzw. fünf Sekunden betragen, so daß die stimulierten Muskeln kontrahieren und sich entspannen können, ohne daß es zu Ermüdungserscheinungen kommt. Die Impulsfolgefrequenz kann 30 Impulse pro Sekunde betragen. Die Amplitude der Impulse läßt sich an den Elektroden zwischen O und 10 V einstellen. Die Impulsbreite beträgt zweckmäßigerweise ungefähr 220 Mikrosekunden. Diese Parameter kann der Chirurg zum Zeitpunkt der Implantation auswählen, wenn die Funktionsweise der Anordnung überprüft wird. Die Parameter lassen sich durch den Chirurgen postoperativ ändern, während die bei dem Patienten erzielten Fortschritte überwacht werden.

Weitere Einzelheiten der Schaltungsanordnung des Impulsgenerators und des Empfängers sind unten in Verbindung mit den Fig. 9 und 10 erläutert. Zunächst sei der chirurgische Eingriff für die Implantation des Empfängers und der Elektroden

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beschrieben.

Nach Durchführung eines chirurgischen Schnittes und Freilegen der paraspinalen Muskeln werden zunächst die günstigsten Stellen für die Anbringung der Elektroden bestimmt. Die optimalen Elektrodenstellen lassen sich als diejenigen Stellen definieren, an denen die Korrektur der Krümmung auf Grund einer induzierten Kontraktion der paraspinalen Muskeln maximiert wird. Vorliegend ist eine Anordnung mit drei Elektroden, und zwar zwei aktiven Elektroden und einer indifferenten Elektrode, erläutert. Es versteht sich jedoch, daß auch mit davon abweichenden Elektrodenzahlen gearbeitet werden kann. Zweckmäßigerweise bilden die aktiven Elektroden negative Elektroden, da dies zu einem niedrigeren Reizschwellwert führt.

Die Optimierung der Stellen für die Anbringung der Elektroden kann mit Hilfe von Nadelelektroden der in Fig. 2 veranschaulichten Art erfolgen. Die Nadelelektrode kann einen Teil 20 aufweisen, der ähnlich wie die Nadel einer Spritze ausgebildet ist, und mit einem Knopf 21 versehen sein, um die Handhabung zu erleichtern. Der Teil 20 ist über eine Leitung 22 or. eine externe Reizenergiequelle angeschlossen und kann mit einer Schneide 23 ausgestattet sein, um das Einbringen der Elektrode in die paraspinalen Muskeln zu erleichtern. Es ist davon auszugehen, daß mehrere alternative Verteilungen der Nadelelektroden nach Fig_c 2 erforderlich sind, um die günstigsten

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Elektrodenstellen zu ermitteln, d. h. diejenigen Stellen, bei denen die Streckung der Wirbelsäulenkrümmung durch induzierte Muskelkontraktion maximiert wird. Die günstigsten Stellen lassen sich ermitteln, indem die Nadelelektroden nach Fig. 2 wiederholt an unterschiedlichen Stellen in die paraspinalen Muskeln eingeführt werden und eine Kontraktion der betreffenden Muskeln ausgelöst wird. Statt dessen können die günstigsten Stellen auch mit Hilfe des Röntgenschirms bestimmt werden, wobei der Grad der Streckung für verschiedene Stellen durch Messung der Krümmung während der Stimulation festgestellt wird.

Nachdem die günstigsten Stellen für die Anbringung der Elektroden bestimmt sind, werden die Nadelelektroden herausgezogen. Dann wird eine mit einer Hülse versehene stumpfe Sonde in den Muskel an jeder der Stellen eingeführt, die mit Hilfe der Nadelelektroden ermittelt wurden. Eine bevorzugte Ausführungsform einer stumpfen Sonde, die sich vorliegend anwenden läßt, ist in Fig. 3 bei 25 veranschaulicht. Die Sonde 25 weist einen langgestreckten Abschnitt auf, der mit einer Hülse 26 zusammengefügt ist. In Längsrichtung der Hülse 26 verläuft eir. Schlitz 27. Die Sonde läuft in einer stumpfen Spitze 28 aus, die von der Hülse 26 aus vorsteht und an ihrem Ende eine Elektrode 25 trägt. Die Elektrode 29 steht mit einer Leitung 3'' ir. elektrischer Verbindung. Über die Leitung 31 kann die Elc.:"';:.e 2· z:~ cl''-ί ~i.~.*\; verans-ohcx lichte Reizenergiequelle lisse" :.~c-,:-;- .*: .: Slsütrsis Z-^ liegt in solchem Ab-

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stand vom Ende der Hülse 26, daß sie mit dem Muskel im wesentlichen an der gleichen Stelle in Kontakt kommt wie eine permanente Elektrode, die durch die Hülse 26 hindurch in den Muskel eingeführt wird. Die Sonde kann mit einem vergrößerten Abschnitt 32 versehen sein, der als Anschlag für die Hülse 26 und als Handgriff wirkt, um die Handhabung der Sonde zu erleichtern. Die Hülse 26 kann mit einem verjüngten Abschnitt 30 ausgestattet sein, der entsprechend der stumpfen Spitze 28 der Sonde ausgebildet ist.

Eine stumpfe Sonde 25 wird in den paraspinalen Muskel an jeder Stelle eingeführt, die mittels der Nadelelektroden gemäß Fig. 2 als optimal ermittelt wurde. Die stumpfe Spitze 28 der Sonde erlaubt ein Durchdringen der paraspinalen Muskeln, indem diese Muskeln auseinandergeschoben werden. Dadurch werden Verletzungen des Muskels beim Einführen kleinstmöglich gehalten. Der Anschlag 32 stellt sicher, daß mittels der Sonde die Hülse 26 in das Muskelgewebe eingeführt wird. Jede Sonde wird auf verschiedene Eindringtiefen eingestellt; in jeder Tiefenlage wird der Muskel angeregt, indem der Spitzenelektrode 29 ein Reizsignal zugeführt wird. Die Eindringtiefe, welche die Korrektur der Wirbelsäulenkrümmung maximiert, kann optisch oder unter Verwendung des Röntgenverfahrens bestimmt werden. Nachdem die günstigste Eindringtiefe ermittelt ist, wird die Spnde aus dem paraspinalen Muskel herausgezogen; die Hülse 26 verbleibt im Muskel in der Tiefe, die einer maximalen Krüm-

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mungskorrektur entspricht.

Fig. 4 zeigt ein Werkzeug 35, mittels dessen eine Wendelelektrode innerhalb der paraspinalen Muskeln an den Stellen und Eindringtiefen angebracht wird, die mittels der Nadelelektrode nach Fig. 2 und der Sonde gemäß Fig. 3 ermittelt wurden. Bei dem Werkzeug 35 handelt es sich im wesentlichen um ein langgestrecktes rohrförmiges Bauteil mit zwei Schlitzen, die an gegenüberliegenden Seiten liegen. Der eine Schlitz 36 reicht vom einen Ende des Werkzeugs 35 bis zu einer dem anderen Ende benachbart liegenden Stelle, wodurch im Werkzeug eine Ausnehmung gebildet wird. Der andere Schlitz 37 verläuft vom gleichen Ende des Werkzeugs 35 aus wie der Schlitz 36, braucht jedoch nur weit genug zu reichen, um die im folgenden erläuterte Elektrode aufnehmen zu können. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4; es sind die auf gegenüberliegenden Seiten des Werkzeuges 35 befindlichen Schlitze 36 und 37 zu erkennen. Das Werkzeug 35 kann mit einem Handgriff 38 ausgestattet sein, um seine Handhabung zu erleichtern. Der Handgriff 38 kann an dem Werkzeug 35 in beliebiger zweckentsprechender Weise befestigt sein.

Fig. 6 zeigt eine Wendelelektrode 40, bei der es sich um eine bevorzugte Elektrodenausbildung der vorliegend beschriebenen Anordnung handelt. Die Elektrode 40 weist eine freiliegende, elektrisch leitende Wendel 41 auf, die mit dem Muskelgewebe

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in Eingriff kommt und in dieses eindringt, wenn sie in geeigneter Richtung gedreht wird. Das Zusammenwirken zwischen der Wendel 41 und dem Muskelgewebe entspricht der Funktionsweise eines Korkenziehers; Elektroden der in Fig. 6 gezeigten Art können daher auch als Korkenzieherelektroden bezeichnet werden. Die Wendel 41 geht von einem Elektrodenkörper 42 aus, der einen ersten, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 43 und einen im wesentlichen flachen Abschnitt oder eine Nase 44 aufweist. Der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 43 des Elektrodenkörpers 42 entspricht im wesentlichen demjenigen des Werkzeugs nach Fig. 4. Die Nase 44 des Elektrodenkörpers 42 besteht aus einem Mittelteil 47, der eine elektrische Leitung 48 aufnimmt, und zwei abstehenden Stegen 45 und 46, die so bemessen sind, daß sie in die Schlitze 36 und 37 des Werkzeugs 35 eingreifen. Di-e Wendel 41 kann über die Leitung 48 an eine externe Reizenergiequelle angeschlossen werden. Die Leitung 48 ist in bekannter Weise mit einer elektrischen Isolation versehen.

Fig. 8 zeigt die auf dem Werkzeug 35 sitzende Elektrode 40. Die Stege 45 und 46 des Elektrodenkörpers 42 befinden sich innerhalb der Schlitze 36 und 37 des Werkzeugs 35, wobei der zylindrische Abschnitt 43 des Elektrodenkörpers 42 am einen Ende des Werkzeugs 35 anliegt. Bei dieser Ausbildung von Werkzeug und Elektrode kann das Werkzeug 35 in der einen Richtung entlang der Werkzeuglängsachse von dem Elektrodenkörper 42 wegge-

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zogen werden, während in der anderen Längsrichtung eine Kraft auf den Elektrodenkörper 42 ausgeübt und ein Drehmoment auf den Elektrodenkörper 42 über die mit den Schlitzen 36 und 37 zusammenwirkenden Stege 45 und 46 aufgebracht werden kann. Die Leitung 48 liegt innerhalb des Schlitzes 36. Sie verläßt den Schlitz 36 an dessen Ende und ist dann um den Körper des Werkzeugs 35 herumgeschlungen. Die Wickelrichtung der Leitung 48 auf dem Körper des Werkzeugs 35 ist so gewählt, daß sich die Leitung 48 von dem Werkzeug 35 abwickelt, wenn das Werkzeug 35 in der Richtung gedreht wird, die die Wendel 41 in das Muskelgewebe eindringen läßt. Die Anzahl der Windungen der Leitung 48 auf dem Werkzeug 35 kann zweckmäßig der Anzahl der Windungen der Wendel 41 entsprechen.

Wenn die Elektrode 40 auf dem Werkzeug 35 in der in Fig. 8 veranschaulichten Weise angebracht ist und die Hülse 26 in der vorstehend erläuterten Weise die günstigste Stellung mit Bezug auf die paraspinalen Muskeln einnimmt, wird die aus Werkzeug und Elektrode bestehende Kombination in die Hülse 26 eingeführt. Das Werkzeug 35 wird gedreht, wodurch auf die Elektrode 40 ein Drehmoment ausgeübt wird, das die Wendel 41 in das Muskelgewebe eindringen läßt. Sodann wird das Werkzeug 35 aus der Hülse herausgezogen; die Elektrode bleibt im Muskel festgelegt. Die Elektrode 29 der Sonde 25 hat während des Einführens einen solchen Abstand von der Hülse 26, daß die Wendelelektrode bis in die Tiefe vordringt, die sich

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während der Reizung mittels der Elektrode 29 als arn günstigsten erwies.

Nachdem das Werkzeug 35 horausejozogon ist, wird auch die Hülse 26 aus dem Muskelgewebe gezogen, wobei der Schlitz 27 der Hülse 26 einen störenden Eingriff zwischen Hülse 26 und Leitung 48 verhindert. Wenn das Ende der Leitung 48 frei ist und die Art des elektrischen Anschlusses an die nicht veranschaulichte externe Reizeinrichtung dies zuläßt, kann der Schlitz 27 in der Hülse 26 auch entfallen, da die Hülse dann als Ganzes über die Leitung 48 hinweg herausgezogen werden kann. Nachdem die Hülse 26 entfernt ist, befindet sich die Elektrode 40 in der günstigsten Stellung, um die Korrektur der Wirbelsäulenkrümmung durch eine elektrisch ausgelöste Kontraktion der paraspinalen' Muskeln zu maximieren. Die Elektroden stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem Muskelgewebe; es wird jedoch angenommen, daß die Muskelkontraktion in erster Linie durch eine Nervenstimulation ausgelöst wird, was auf den niedrigeren Stimulationsschwellwert für Nerven zurückzuführen ist.

In den Fig. 9 und 10 ist im einzelnen eine Schaltungsanordnung des Senders und des Empfängers der elektrospinalen Reizvorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht. Der Sender 24 gibt über seine Antenne 18 zyklisch eine Folge von HF-Reizimpulsen mit vorbestimmter Folgefrequenz, Impulsbreite und Amplitude ab, Diese Größen lassen sich einstellen. Im übrigen ist durch wei-

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tere Stellglieder der Schaltungsanordnung auch die Dauer der Impulszüge einstellbar. Bei der Anordnung nach den Fig. 9 und 10 weist der Sender eine Stromquelle, beispielsweise in Form einer 9 V-Batterie 50,auf. Bei der Batterie 50 kann es sich um eine herkömmliche Trockenzelle handeln, die den Sender speist und die erforderlichenfalls durch den Patienten ausgetauscht werden kann. Ein Ein-Aus-Schalter 51 liegt in Reihe mit der Batterie und dem Eingang 52 eines Taktgebers 53, dessen Aufbau im einzelnen an Hand der Fig. 10 erläutert wird. Der Taktgeber 53 weist eine zyklische Takteinheit zur Vorgabe von Einschalt- und Ausschaltperioden auf, die sich während der Fertigung individuell zwischen einer Millisekunde und einer Stunde einstellen lassen. Im vorliegenden Falle kann der Taktgeber so ausgelegt sein, daß die Einschaltdauer zwischen einer und fünf Sekunden sowie die Ausschaltdauer zwischen fünf und 25 Sekunden einstellbar ist. Während der Einschaltdauer des Taktgebers 53 wird eine Speisespannung vom Ausgang 54 an einen die Impulsfolgefrequenz bestimmenden Oszillator 55 gelegt. Immer wenn der Schalter 51 geschlossen ist, geht Speisespannung über eine Leitung 56 an eine Impulsbreitensteuerbchaltung 58 und einen HF-Oszillator 60. Keine dieser Baugruppen arbeitet jedoch, solange dem Oszillator 55 keine Spannung zugeführt. I wird. Ein Siebkondensator 61 liegt zwischen dem Eingang 52 und Masse.

Der Oszillator 55 erzeugt eine Folge von Impulsen, die sich

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mit vorbestimmter Folgefrequenz wiederholen, solange die Speisespannung am Ausgang 54 des Taktgebers 53 anliegt. Diese Impulsfolge wird der Impulsbreitensteuerschaltung 58 zugeführt. Die Impulsbreitensteuerschaltung 58 kann einen monostabilen Multivibrator aufweisen, der durch jeden vom Oszillator 55 abgegebenen Impuls getriggert wird, um einen weiteren Impuls zu erzeugen. Zur Einstellung der Breite des abgegebenen Impulses ist der Multivibrator mit einem Stellwiderstand versehen. Der HF-Oszillator 60 schwingt mit einer vorbestimmten Frequenz, beispielsweise 460 kHz, wenn ein Ausgangsimpuls von der Impulsbreitensteuerschaltung 58 eingeht. Dies führt zu einer Folge von Impulsen, von denen jeder eine vorbestimmte Impulsbreite hat und die sich während der Einschaltdauer des Taktgebers 53 mit voreingestellter Folgefrequenz wiederholen. Jeder Impuls besteht dementsprechend aus einem HF-Energiestoß, wie dies in Fig. 1 bei A angedeutet ist. Der HF-Oszillator 6O weist eine Amplitudensteuerschaltung auf, um die Spannungsamplitude der HF-Impulse einstellen zu können.

Die Antenne 18 ist an den Ausgang des HF-Oszillators 6ü angeschlossen. Ihre Aufgabe ist es, die HF-Impulse durch die Haut des Patienten hindurch zur Empfängerschaltung gelangen zu lassen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, gelangt die Energie von der Sendeantenne zu einer im Empfänger 17 befindlichen Antenne 62, wo sie aufgenommen und über die Leitungen 16 und die Elektroden 15 dem Muskel zugeführt wird.

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Die Stromquelle 5O liegt über den Schalter 51 in Reihe mit dem Eingang 52. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, weist der Taktgeber 53 einen ersten astabilen Multivibrator 64 auf, der mit einer Frequenz schwingt, die durch das externe RC-Zeitglied 65, 66 und 67 bestimmt wird. Ein erster binärer Zähler 68 nimmt die Impulse von dem ersten astabilen Multivibrator 64 auf, bis ein vorbestimmter Zählwert erreicht ist. Daraufhin gibt der Zähler 68 ein hochliegendes Ausgangssignal auf eine Leitung 69. Dieses Signal wird dem Ä-Eingang des Multivibrators 64 zugeführt, um diesen anzuhalten. Ferner gelangt das Signal zu dem Α-Eingang eines zweiten astabilen Multivibrators 7O. Auf Grund des hochliegenden Signals am Eingang A des Multivibrators 70 gibt dieser Impulse an einen zweiten binären Zähler 72, der die Anzahl der von dem zweiten astabilen Multivibrator 70 angelieferten Impulse zählt, bis ein vorbestimmter Zählwert erreicht ist. Die Frequenz der von dem zweiten astabilen Multivibrator 70 erzeugten Impulse wird durch ein RC-Zeitglied 73, 74 und 75 bestimmt.

Wenn der zweite Zähler 72 den vollen Zählwert erreicht hat, geht auf eine Leitung 76 ein hochliegendes Ausgangssignal, das über eine Diode 77 dem Rückstelleingang des ersten Zählers 68 zugeführt wird; dadurch verschwindet das hochliegende Ausgangssignal auf der Leitung 69. In diesem Augenblick bewirkt das niedrigliegende Ausgangssignal, das dem Ä-Eingang des ersten astabilen Multivibrators 64 zugeht, daß dieser

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Multivibrator zu schwingen beginnt. Das niedrigliegende Ausgangssignal, das am Α-Eingang des zweiten astabilen Multivibrators 7O erscheint, hat zur Folge, daß dieser Multivibrator zu schwingen aufhört. Das von dem ersten astabilen Multivibrator 64 erzeugte Ausgangssignal wird über eine Leitung 78 dem Rückstelleingang des Zählers 72 zugeführt; das hochliegende Ausgangssignal auf der Leitung 76 verschwindet; der Zähler 68 wird nicht mehr langer zurückgestellt und kann zu zählen beginnen.

Die Schwingfrequenzen der astabilen Multivibratoren 64 und . 70 werden durch die Ladedauer der Kondensatoren 67 bzw. 75 bestimmt; sie lassen sich durch Verstellen der Stellwiderstände 66 bzw. 74 ändern.

Um eine einwandfreie Funktion des Taktgebers 53 sicherzustellen, sorgt eine von einem Kondensator 79, einem Widerstand sowie Dioden 81 und 82 gebildete und zwischen dem Spannungsversorgungseingang 52 sowie den Rückstelleingängen der Zähler 68 und 72 liegende Rückstellschaltung dafür, daß beim Anlegen von Spannung auf Grund eines Schließens des Schalters 51 (Fig. 9) durch den Patienten die Zählerstände in beiden Zählern auf Null zurückgestellt werden, indem Speisespannung über dsn Kondensator 79 und die Dioden 81, 82 geführt wird. Da die Speisespannung am Kondensator 79 rasch ansteigt, verschwindet das Rückstellsignal schnell; die Zähler werden in

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der erläuterten Weise funktionsfähig gemacht; der Taktgeber 53 steht am Anfang seiner Einschaltperiode.

Wie zuvor beschrieben, wird Speisespannung dem Oszillator 55 während der Einschaltdauer des Taktgebers 53 zugeführt, d. h. für die Zeitspanne, die an das Erreichen des vollen Zählwerts im ersten Zähler 68 anschließt und während deren der zweite Zähler 72 zählt. Das hochliegende oder relativ positive Ausgangssignal des ersten Zählers 68 wird über die Leitung 69 der Basis eines Schalttransistors 83 zugeführt, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen Masse und dem Verbindungspunkt von Widerständen 84 und 85 liegt. Der Widerstand 84 ist an die Speisespannungsquelle angeschlossen, während der Widerstand 85 mit der Basis eines Leistungsschalttransistors 86 verbunden ist. Die der Basis des Transistors 83 zugeführte positive Spannung steuert den Transistor 83 auf; die Spannung an der Basis des Transistors 86 sinkt, so daß auch der Transistor 86 stromführend wird und Batteriestrom vom Eingang 52 zürn Ausgang 54 fließen läßt. Auf diese Weise wird Batteriespannung über den Transistor 86 an den Oszillator 55 angelegt.

Bei den astabilen Multivibratoren und den Zählern kqnn es sich zweckmäßig um integrierte C-MOS-Schaltungen vom Typ RCA-4O47 und RCA-4040 handeln, die von der RCA Corporation auf den Markt gebracht werden.

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Der Oszillator 55 nach Fig. 9 weist eine Bezugsspannungsquelle auf, zu der ein Transistor 88, Widerstände 90, 91, 92 und 93, ein Kondensator 94 und eine Diode 95 gehören und die eine Bezugsspannung an den Oszillatorteil der Baustufe 55 anlegt, die von einem programmierbaren Unijunctiontransistor (PUT) 96, einem Frequenzstellwiderstand 97, einem Widerstand 98 und einem Kondensator 99 gebildet wird. Die Speisespannung erscheint an einem von den Widerständen 90 und 91 gebildeten Bezugsspannungsteiler; die Verbindungsstelle der beiden Widerstände 90, 91 ist an die Basis des Transistors 88 angeschlossen. Der Transistor 88 wird dadurch normalerweise so vorgespannt, daß er an der Verbindungsstelle des Widerstandes 92 und des Kondensators 94 die Speisespannung abzüglich des Durchlaßspannungsabfalls des Transistors 88 erscheinen läßt. Die auf diese Weise über die Widerstände 92, 93 und die Diode 95 angelegte Speisespannung wird dem G-PoI des Unijunctiontransistors 96 zugeführt, um dort als Bezugsspannungspegel zu dienen. Die Widerstände 92 und 93 haben einen verhältnismäßig niedrigen bzw. einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert. Infolgedessen bilden der Kondensator 94, der Widerstand 92 und die Diode 95 in der Durchlaßrichtung eine niederohmige Spannungsquelle für den G-PoI des Unijunctiontransistors 96. Um andererseits zu verhindern, daß der Unijunctiontransistor 96 durch den Sperrstromfluß in den eingeschalteten Zustand gekippt wird, stellt der Widerstand am G-PoI eine hohe Impedanz dar. Die Frequenz der Impulserzeugung wird durch das RC-Zeitglied bestimmt, das den Frequenz-

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stellwiderstand 97, den Widerstand 98, den Kondensator 99 und den Unijunctiontransistor 96 umfaßt. Wenn Speisespannung an das RC-Zeitglied angelegt wird, steigt die Spannung am Kondensator 99 an, bis die an der Anode des Unijunctiontransistors 96 auftretende Spannung die Bezugsspannung am G-PoI übertrifft, worauf der Unijunctiontransistor 96 leitend gemacht wird, um an seiner Kathode einen Ausgangsimpuls abzugeben. Wenn der Unijunctiontransistor leitet, wird die qm Kondensator 99 anstehende Spannung über Widerstände 100 und 102 nur auf das Bezugspotential am G-PoI entladen. Der Unijunctiontransistor 96 wird leitend gemacht, solange die seiner Anode zugeführte positive Spannung die an den G-PoI angelegte Spannung übertrifft. Die Werte des Kondensators 99 und der Widerstände 100 und 102 sind so gewählt, daß ein positives nadeiförmiges Ausgangssignal entsteht, das über eine Leitung 103 an die Impulsbreitensteuerschaltung 58 geht. Die Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung 55 und damit die Frequenz, mit der Reizimpulse erzeugt werden, läßt sich durch Ändern des Frequenzstellwiderstandes 97 vorwählen.

Die Impulsbreitensteuerschaltung 58 arbeitet als monostabiler Multivibrator, der auf das positive nadeiförmige Ausgangssignal der Oszillatorschaltung 55 hin einen Ausgangsimpuls mit gleichförmiger Impulsbreite erzeugt, der dem Eingang des HF-Oszillators 60 zugeführt wird.

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Da die Kathode des Unijunctiontransistors 96 über die Widerstände 100 und 102 normalerweise auf Massepotential gehalten ist, führt ein nachgeschalteter Transistor 104 normalerweise keinen Strom. Zu den die Impulsbreite bestimmenden Elementen der Impulsbreitensteuerschaltung 58 gehören ein Impulsbreitenstellwiderstand 106, ein Widerstand 108, ein Kondensator 110 und ein Widerstand 112. Die Verbindungsstelle von Widerstand 112 und Kondensator 11O ist mit dem Kollektor des normalerweise gesperrten Transistors 104 verbunden, während sich der Kondensator 110 normalerweise auf eine vorbestimmte Spannung von positiver Polarität an der genannten Verbindungsstelle auflädt. Die Basis eines zweiten Transistors 114 ist an die Verbindungsstelle von Widerstand 108 und Kondensator 110 angeschlossen. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 114 liegt in Reihe mit einem Widerstand 116 parallel zur Speisespannungsquelle. Die Verbindungsstelle des Widerstandes 116 und des Kollektors des Transistors 114 ist über eine Leitung 118 an die Verbindungsstelle der Widerstände 100 und 102 angeschlossen. Normalerweise führt der Transistor 114 bei gesperrtem Transistor 104 Strom, so daß an der Leitung 118 Massepotential liegt.

Wenn an der Kathode des Unijunctiontransistors 96 ein nadeiförmiges Signal erzeugt und über die Leitung 103 an die Basis des Transistors 104 angelegt wird, wird der Transistor 104 stromführend. Der Kondensator 110 entlädtsich über den Transistor

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104 und die Widerstände 106 und 108. Gleichzeitig wird der Transistor 114 gesperrt, so daß das Potential an der Leitung 118 ansteigt. Das erhöhte Potential an der Leitung 118 gelangt über den Widerstand 100 und die Leitung 103 zurück zur Basis des Transistors 104, wodurch dieser durch Mitkopplung stromführend gehalten wird, solange sich der Kondensator 11O weiter entlädt. Diese Zeitspanne bildet die Impulsbreite der übermittelten Reizimpulse. Bei den Ausgangsimpulsen der Impulsbreitensteuerschaltung 58 handelt es sich um eine Rechteckwelle, die auf einer Leitung 119 erscheint.

Die Leitung 119 ist an den Eingang des HF-Oszillators 60 angeschlossen. Der über die Leitung 119 laufende Ausgangsimpuls triggert den Oszillator 60, so daß dieser ein HF-Sendesignal mit einer durch die Schaltung 58 bestimmbaren Impulsbreite und einer von der Schaltung 55 vorgegebenen Folgefrequenz während der Einschaltdauer des Taktgebers 53 erzeugt. Die Amplitude des gesendeten HF-Reizsignals kann mittels eines Amplitudensteuerelements des Oszillators 60 eingestellt werden.

Der HF-Oszillator 60 umfaßt: (1) einen Colpitts-Oszillator mit Transistoren 120 und 122, einer einstellbaren Induktivität 124, Kondensatoren 126 und 128 sowie einem Widerstand 130, der ein Oszillatorsignal von vorbestimmter Frequenz, beispielsweise 460 kHz, während der Dauer des Ausgangsimpulses

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der Schaltungsstufe 55 erzeugt; (2) einen auf das HF-Signal ansprechenden Emitterfolgeverstärker mit einem Transistor 131, Widerständen 132, 134 und 136 sowie einem Kondensator 138 zum Ankoppeln des HF-Signals an (3) einen C-Verstärker mit einem Transistor 140, einer Induktivität 142, einem Amplitudenstellwiderstand 144 und einem Widerstand 146 zum weiteren Verstärken und Trennen des HF-Signals von der Speisegleichspannung, sowie (4) eine Oszillatorantennenschaltung mit Kondensatoren 148 und 150, die in Verbindung mit der Induktivität der Antenne 18 mit der gleichen HF-Frequenz, beispielsweise 460 kHz, mitschwingt.

Die induktiven und kapazitiven Werte der Colpitts-Oszillatorschaltung sind derart bemessen, daß bei Ankopplung an die Speisespannung durch Stromführung der Transistoren 120 und auf Grund des positiven Ausgangsimpulses auf der Leitung 119 an der Basis des Transistors 131 eine HF-Schwingung auftritt. Die Transistoren 131 und 140 verstärken die Schwingungen und koppeln sie an die Resonanzantennenschaltung an. Die Induktivität 142 bildet eine Strecke niedriger Impedanz für Hochfrequenzsignale sowie eine Strecke hoher Impedanz für das Speisegleichspannungspotential, so daß der Transistor 140 als C-Verstärker arbeiten kann. Der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 140 ist mittels des Stellwiderstandes 144 einstellbar. Diese Einstellung erfolgt normalerweise durch den Chirurgen zum Zeitpunkt der Implantation und während einer postöpe-

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- 30 rativen Behandlung.

Die HF-Signale werden von dem auf Resonanz abgestimmten Empfänger 17 aufgenommen. Der Empfänger 17 umfaßt die Induktivität 62 der Empfangsantenne, Kondensatoren 154, 156 und 158, eine Diode 160 und einen Widerstand 162, die alle .in bekannter Weise als Empfänger geschaltet sind, um 46O kHz-Signale zu erfassen, die erfaßten Signale gleichzurichten sowie die Signale auszufiltern, um eine Impulsfolge der in Fig. 1 bei B veranschaulichten Art zu erhalten. Die Leitungen 16, die die empfangenen HF-Reizsignale an die entfernten Stimulationsstellen weitergeben, sind in der veranschaulichten Weise mit dem Empfänger 17 verbunden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise mit drei Elektroden arbeiten, und zwar zwei negativen Reizelektroden und einer positiven indifferenten Elektrode. Bei den Reizsignalen kann es sich um intermittierende Stöße von zweiphasigen Rechteckwellenimpulsen handeln, wobei die Reizung für eine Zeitdauer von jeweils 1 bis 5 Sekunden mit dazwischenliegenden Intervallen von 5 bis 25 Sekunden erfolgt. Bekanntlich wird durch eine derartige intermittierende Reizung ein Ermüden der Muskeln verhindert. Ein Tastverhältnis (Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer) von 1 bis 5 erwies sich als vorteilhaft, um die Muskelermüdung weiter herunterzusetzen. Vorteilhafterweise wird mit einer Impulsfolgefrequenz von 30 bis 6g Impulsen je Sekunde und mit einer Impulsamplitude von

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ungefähr 3 V gearbeitet. Während der Bestimmung der günstigsten Lage und Eindringtiefe der Elektrode kann es jedoch vorteilhaft sein, eine Reizamplitude von 10 V oder mehr zu verwenden. Während der Behandlung erfolgt eine Stimulation zweckmäßig innerhalb einer Zeitspanne von 8 bis 10 Stunden während des Schlafs; die Behandlung wird fortgesetzt, bis der Patient mindestens die Reife erlangt hat, im allgemeinen bis der Patient 16 bis 18 Jahre alt ist. Wenn jedoch eine Annäherung an die gewünschte Korrektur erreicht ist, kann die Behandlung auf intermittierender (nicht täglicher) Basis weitergeführt werden, um die Gefahr einer Überkorrektur zu vermindern.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich zahlreiche Abwandlungen vorsehen. Beispielsweise können anstelle der Wendelelektrode der bevorzugten Ausführungsform andere Elektrodenanordnungen benutzt werden. .Solche Elektroden können die Form einer Nadel mit oder ohne Widerhaken haben; die Nadel steht dabei von dem Elektrodenkörper 42 in der gleichen Richtung wie die Wendelelektrode ab, um mittels der Hülse 26 und des Werkzeugs 35 i'n die paraspinalen Muskeln eingebracht zu werden.

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Claims

Aktenzeichen: P 26 17 24ο.7 Anmelder: Medtronic, Inc. 9R179AD Ansprüche

1. Vorrichtung zum Behandeln von Wirbelsäulenverkrümmungen durch selektives Anlegen von elektrischen Reizen an Elektroden, die mit paraspinalen Muskeln in Wirkungsverbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Hülse, eine dem Positionieren des einen Hülsenendes im Muskel dienende Einrichtung mit einem das eine Hülsenende während des Positionierens mit einer Spitze zum Durchdringen des Muskels versehenden Organ, und ein durch das andere Hülsenende hindurch einsetzbares langgestrecktes Werkzeug, mittels dessen die Elektrode in den paraspinalen Muskel benachbart dem einen Hülsenende einbringbar und festlegbar ist und das einen mit der Elektrode zwecks Ausübung einer Kraft auf diese in Eingriff bringbaren Mitnehmer aufweist, der in der einen Richtung entlang der Werkzeuglängsachse von der Elektrode lösbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode als Wendelelektrode mit einer Nase ausgebildet ist und als Mitnehmer in dem Werkzeug ein die Elektrodennase aufnehmender Schlitz vorgesehen ist, über den auf die Elektrodennase ein Drehmoment ausübbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode an eine Leitung angeschlossen und das Werkzeug mit einer Ausnehmung zur Aufnahme der Leitung versehen ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen über ihre Länge reichenden Schlitz aufweist, dessen Größe mindestens gleich der Größe der Leitung ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung eine in die Hülse von deren anderem Ende aus einführbare Sonde aufweist, die in einer stumpfen, zum Durchdringen von Muskelgewebe bestimmten Spitze ausläuft, die bei in die Hülse eingeführter Sonde über die Hülse vorsteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde eine mit der Hülse in Eingriff kommende Mitnehmeranordnung aufweist, mittels deren die Hülse während des Positionierens von der Sonde mitnehmbar ist und die ein Herausziehen der Sonde aus dem anderen Hülsenende erlaubt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspitze mit einer Einrichtung zum Optimieren der Lage der Hülse in dem paraspinalen Muskel versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungseinrichtung eine Elektrode aufweist, mittels deren der paraspinale Muskel mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.

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Aktenzeichen: P 26 1 7 24ο.7
Anmelder: Medtronic, Inc

9. Vorrichtung zum Behandeln von Wirbelsäulenverkrümmungen durch selektives Anlegen von elektrischen Reizen an Elektroden, die mit paraspinalen Muskeln in Wirkungsverbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Hülse, eine in die Hülse einführbare Sonde mit einer bei in die Hülse eingeführter Sonde über die Hülse vorstehenden stumpfen Spitze zum Durchdringen des Muskels und einer mit der Hülse in Eingriff kommenden Mitnehmeranordnung, mittels deren die Hülse während des Durchdringens des Muskels von der Sonde mitnehmbar ist und die nach dem Durchdringen des Muskels ein Herausziehen der Sonde aus der Hülse und dem Muskel erlaubt, sowie durch ein in die Hülse einsetzbares langgestrecktes Werkzeug, das einen mit der Elektrode zwecks Ausübung einer Kraft auf diese in Eingriff bringbaren Mitnehmer aufweist, der in der einen Richtung entlang der Werkzeuglängsachse von der Elektrode lösbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode als Wendelelektrode mit einer Nase ausgebildet ist und als Mitnehmer in dem Werkzeug ein die Elektrodennase aufnehmender Schlitz vorgesehen ist, über den auf die Elektrodennase ein Drehmoment ausübbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode an eine Leitung angeschlossen und das Werkzeug mit einer Ausnehmung zur Aufnahme der Leitung versehen ist.

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Aktenzeichen: P 26 17 24ο.7
Anmelder: Medtronic, Inc.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen über ihre Länge reichenden Schlitz aufweist, dessen Größe mindestens gleich der Größe der Leitung ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspitze mit einer Einrichtung zum Optimieren der Eindringtiefe der Hülse in dem paraspinalen Muskel versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungseinrichtung eine Elektrode aufweist, mittels deren der paraspinale Muskel mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.

15. Verfahren zum Positionieren der Elektroden der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

4a) Nadelelektroden in die paraspinalen Muskeln benach-, bart der Wirbelsäulenverkrümmung eingeführt werden;

(b) die paraspinalen Muskeln mit einem an die Nadelelektroden angelegten elektrischen Signal gereizt werden;

(c) die relative Wirkung der stimulierten Muskelreaktion auf die Wirbelsäulenverkrümmung bestimmt wird;

(d) die Nadelelektroden an anderer Stelle in die paraspinalen Muskeln eingeführt werden;

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Aktenzeichen: P 26 17 24ο.7
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(e) die Schritte (b), (c) und (d) zur Ermittlung derjenigen Elektrodeneinführstellen wiederholt werden, die die korrigierende stimulierte Muskelkontraktion maximieren;

(f) die Nadelelektroden entfernt werden;

(g) in den paraspinalen Muskel an jeder der gemäß dem Schritt (e) ermittelten Stellen eine stumpfe Sondenelektrode eingeführt wird;

(h) die paraspinalen Muskeln mit einem an die Sondenelektroden angelegten elektrischen Signal gereizt werden; (i) die relative Wirkung der stimulierten Muskelreaktion auf die Wirbelsäulenverkrümmung bestimmt wird; (j) die Eindringtiefe der Sonden in den paraspinalen Muskeln verändert wird;

(k) die Schritte (h), (i) und (j) zur Ermittlung der Elektrodentiefe wiederholt werden, die die korrigierende stimulierte Muskelkontraktion maximiert.

16. Verfahren zum Positionieren der Elektroden der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

(α) Nadelelektroden in die paraspinalen Muskeln benachbart der Wirbelsäulenverkrümmung eingeführt werden;

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(f) die Nadelelektroden entfernt werden;

(g) in den paraspinalen Muskel an jeder der gemäß dem Schritt (e) ermittelten Stellen eine mit einer Hülse ausgestattete stumpfe Sonde eingeführt wird, die eine über die Hülse vorstehende Elektrode aufweist;

(k) die Schritte (h), (i) und (j) zur Ermittlung der Elektrodentiefe wiederholt werden, die die korrigierende stimulierte Muskelkontraktion maximiert; (l) die Sonden aus dem paraspinalen Muskel entfernt werden, während die Hülsen in dem Muskel an den gemäß dem Schritt (e) bestimmten Stellen und in den gemäß dem Schritt (k) ermittelten Tiefen verbleiben; (m) mit Leitungen versehene Elektroden durch die Hülsen hindurch eingeführt und mit dem Muskel an den mit den Schritten (e) und (k) ermittelten Stellen und Tiefen in

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Aktenzeichen: P 26 17 24ο.7
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Eingriff gebracht werden;

(n) die Hülsen entfernt werden, während die Elektroden mit dem Muskel in Eingriff bleiben.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des Schrittes (m)

(o) eine Wendelelektrode am einen Ende eines langgestreckten Werkzeuges angeordnet wird, das die Elektrode gegen eine Drehbewegung mit Bezug auf das Werkzeug festlegt, während die Elektrode von dem Werkzeug in der einen Richtung entlang der Werkzeugachse abziehbar ist; (p) das eine Ende des langgestreckten Werkzeuges durch eine der Hülsen hindurch eingeführt wird;

(q) die Elektrode in Kontakt mit dem Muskel gebracht wird; (r) das langgestreckte Werkzeug gedreht wird, um die Wendelelektrode mit dem Muskel in Eingriff zu bringen; (s) das langgestreckte Werkzeug entfernt wird, während die Elektrode in Eingriff mit dem Muskel bleibt; und (t) die Teilschritte (o) bis (s) für jede Hülse wiederholt werden.

18. Vorrichtung zum Behandeln von Wirbelsäulenverkrümmungen durch selektives Anlegen von elektrischen Reizen an Elektroden, die mit paraspinalen Muskeln in Wirkungsverbindung stehen, gekennzeichnet durch einen an die Elektroden angeschlossenen Impulsgenerator zum Erzeugen von elek-

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Aktenzeichen: P 26 17 24ο.7
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trischen Reizimpulsen mit vorbestimmten, zur Auslösung einer gewünschten Muskelkontraktion ausreichenden Parametern, eine zur Aufnahme der Elektroden geeignete Muskeldurchdringungseinrichtung zum Durchdringen der paraspinalen Muskeln des Körpers zwecks Positionieren der Elektroden innerhalb der paraspinalen Muskeln derart, daß das selektive Anlegen von Reizimpulsen an die parspinalen Muskeln deren periodische Kontraktion und Relaxation bewirkt, und eine den Elektroden zugeordnete Einrichtung zum Festlegen der Elektroden innerhalb der paraspinalen Muskeln nach Herausziehen der Muskeldurchdringungseinrichtung aus dem paraspinalen Muskel.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als Wendelelektroden mit einer Nase ausgebildet sind und die den Elektroden zugeordnete Einrichtung ein langgestrecktes Werkzeug aufweist, das durch die Muskeldurchdringungseinrichtung hindurch einführbar und mit einem die Elektrodennase aufnehmenden Schlitz versehen ist, über den auf die Elektrodennase ein Drehmoment ausübbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode an eine Leitung angeschlossen und das Werk-

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zeug mit einer Ausnehmung zur Aufnahme der Leitung versehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Muskeldurchdringungseinrichtung einen über ihre Länge reichenden Schlitz aufweist, dessen Größe mindestens gleich der Größe der Leitung ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Muskeldurchdringungseinrichtung eine entfernbare Sonde aufweist, die in einer stumpfen, zum Durchdringen von
Muskelgewebe bestimmten Spitze ausläuft.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspitze mit einer Einrichtung zum Optimieren der Lage der Muskeldurchdringungseinrichtung in dem paraspinalen Muskel versehen ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungseinrichtung eine Elektrode aufweist, mittels deren der paraspinale Muskel mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungseinrichtung mit einer Anordnung zum Optimieren der Eindringtiefe der Muskeldurchdringungseinrich-

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tung in dem paraspinalen Muskel versehen ist·

26. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator einen zyklischen Taktgeber mit einer Einschaltperiode und einer Ausschaltperiode sowie einen Oszillator aufweist, der auf die Einschaltperiode des Taktgebers ansprechend die Reizimpulse erzeugt, um während der betreffenden Einschalt-Ausschalt-Zyklen für eine Muskelkontraktion und -relaxation zu sorgen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltperiode zwischen 1 und 5 Sekunden sowie die Ausschaltperiode zwischen 5 und 25 Sekunden einstellbar ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der zyklische Taktgeber versehen ist mit einem Ausschaltperiodengeber, der einen eine Folge von Zählimpulsen mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugenden ersten astabilen Multivibrator und einen auf die Zählimpulse ansprechenden ersten Zähler aufweist, der nach Zählen einer ersten vorbestimmten Anzahl von Zähiimpulsen ein Ausgangssignal erzeugt; einem Einschaltperiodengeber, der einen eine Folge von Zählimpulsen mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz erzeugenden zweiten astabilen Multivibrator und einen auf die Zählimpulse ansprechenden zweiten Zähler auf-

weist, der nach Zählen einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Zählimpulsen ein Rückstellsignal erzeugt; einer ersten Einrichtung, die auf das Ausgangssignal hin den ersten astabilen Multivibrator sperrt und den zweiten astabilen Multivibrator entsperrt; einer zweiten Einrichtung, die auf das Ausgangssignal hin den Impulsgenerator an eine elektrische Energiequelle anschließt, um während der Zähldauer des Einschaltperiodengebers Reizimpulse zu erzeugen; sowie einer auf das Rückstellsignal ansprechenden Einrichtung zum Zurückstellen des ersten Zählers zwecks Beendigung des Ausgangssignals und Unterbrechung der Reizimpulserzeugung während der Zähldauer des Ausschaltperiodengebers .

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine an den Ausschaltperiodengeber angeschlossene Einrichtung zum Einstellen der Ausschaltperiode.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltperiodenstelleinrichtung eine mit dem ersten astabilen Multivibrator verbundene Anordnung zum Steuern der Schwingungsfrequenz des ersten astabilen Multivibrators aufweist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuereinrichtung des ersten astabilen Multi-

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Aktenzeichen: P 26 17 24ο.7
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vibrators ein einstellbares RC-Zeitglied aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine an den Einschaltperiodengeber angeschlossene Einrichtung zum Einstellen der Einschaltperiode.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltperiodenstelleinrichtung eine mit dem zweiten astabilen Multivibrator verbundene Anordnung zum Steuern der Schwingungsfrequenz des zweiten astabilen Multivibrators aufweist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuereinrichtung des zweiten astabilen Multivibrators ein einstellbares RC-Zeitglied aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine zwischen der elektrischen Energiequelle und dem zyklischen Taktgeber liegende Schalteinrichtung, nach deren Betätigen elektrische Energie von der Energiequelle zu dem Taktgeber gelangt, und eine mit den beiden Zählern gekoppelte Rückstelleinrichtung, die bei Betätigen der Schalteinrichtung die beiden Zähler zurückstellt.

36. Vorrichtung zum Behandeln von Wirbelsäulenverkrümmungen

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Aktenzeichen: P 26 1 7 24ο.7
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durch selektoves Anlegen von elektrischen Reizen an Elektroden, die mit paraspinalen Muskeln in Wirkungsverbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Hülse und eine in diese herausnehmbar eingesetzte Sonde, die eine sich vom einen Hülsenende wegerstreckende Spitze zum Durchdringen von Körpergewebe und eine Elektrodenanordnung aufweist, die von der Spitze in vorbestimmter Beziehung mit Bezug auf das eine Ende der Hülse gehalten ist, wobei die Sonde aus der Hülse und dem Körpergewebe durch das andere Ende der Hülse hindurch herausnehmbar und die Elektrodenanordnung an eine elektrische Reizenergiequelle anschließbar ist.

37. Verfahren zum Positionieren der Elektroden der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Sondenelektrode versehene Sonde an einer vorbestimmten S:elle eingesetzt wird, an die Sondenelektrode ein Körperstimulationssignal angelegt wird, die relative Wirkung der Körperreaktion auf das Stimulationssignal bestimmt wird, die Eindringtiefe der Sonde an der vorbestimmten Stelle geändert wird und die vorgenannten Vcrfahrensschritte unter Ermittlung der Elektrodentiefe wiederholt werden, die die gewünschte Körperreaktion maximiert.

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