DE4032153C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung zur Defibrillation und Kardioversion des menschlichen Herzens gemäß Anspruch des Patentanspruchs 1.

Aus einer reduzierten Herzfunktion, z. B. nach einem oder mehreren überstandenen Herzinfarkten, resultieren häufig Extrasystolsen und ventrikuläre Tachykardien, die im Extrem­ fall zum plötzlichen Herztod bei Kammerflimmern führen können. Therapeutische Maßnahmen mittels Medikamenten sind weitgehend ineffektiv, wie in mehreren großen Studien, inklusive einer gerade beendeten Herzstudie gezeigt wurde.

In den letzten 10 Jahren kamen daher vermehrt Defibrilla­ toren zum Einsatz, die im Falle von Kammerflimmern das Herz wieder geraderichten.

Aus der GB 21 57 178 A ist eine Elektrodenanordnung zur Defibrillation und Kardioversion des Herzens bekannt, die aus einer ersten flächigen subkutan angeordneten ersten Elektrode aus Kohlenstoffasern und einer zweiten trans­ venös im Herz implantierten metallischen Katheterelektrode besteht. Mit dieser Elektrodenanordnung können im Herzen nur relativ geringe Felder erzeugt werden, da die Entfernung der beiden Elektroden relativ groß und die Impedanz des dazwischen liegenden Gewebes hoch ist. Um ausreichende Stimulationseffekte für die Defibrillation zu erzielen, müssen sehr hohe Spannungen angelegt werden.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 39 14 662 A1 des An­ melders ist eine flächige Elektrode, eine sogenannte Patch- Elektrode, aus Polymerfasern bzw. Polymerfasersträngen, z. B. Strängen aus Kohlenstoffasern, bekannt, die auch zur Defibrillation des Herzens geeignet ist. Derartige elektrisch isotrop leitende Fasern weisen nur geringe Polarisation auf, so daß die Energieübertragung zwischen der Faser direkt zum Gewebe bzw. zu diesem über den Ionenleiter Blut äußerst effizient ist.

Bei der Defibrillation des Herzens wird angestrebt, die zwischen den beiden Elektroden vorhandenen Feldlinien im Herz zu konzentrieren und durch entsprechende Elektrodenan­ ordnungen so zu gestalten, daß ein möglichst hoher Anteil des Herzens im Bereich der Feldlinien liegt. Hierzu ist es aus der DE 26 43 956 A1 bekannt, eine erste gitterförmige Elektrode vorzusehen, die das Herz im Bereich der Herzspitze umfaßt, und eine zweite Elektrode im Bereich der Herzbasis anzuordnen, wobei diese zweite Elektrode entweder ebenfalls eine flächige Elektrode auf der Außenseite des Herzens oder eine in die Hohlvene implantierte Stiftelektrode ist. Mit dieser Elektrodenanordnung können die Feldlinien bereits gut auf den Bereich des gesamten Herzens konzentriert werden.

In der US-PS 46 41 656 ist eine Elektrodenanordnung bekannt, die aus einer ersten, die Herzspitze zumindest teilweise umfassenden Elektrode und einer intravenös im Herzen implan­ tierten Katheterelektrode besteht. Mit einer solchen Elek­ trodenanordnung läßt sich zumindest im Kammerbereich eine gute Konzentration der Feldlinien erreichen. In dieser Patentschrift sind auch ausführlich die Kriterien aufgeführt, die bei einer Defibrillation erfüllt sein sollten. Voraus­ setzung für eine erfolgreiche Defibrillation ist z. B. ein gleichmäßig durch das Herz hindurchgehender Spannungsgra­ dient von 4 bis 6 Volt pro Zentimeter. Hierdurch sind bereits Rahmenbedingungen für die Konstruktion der Elektrodenanord­ nungen gegeben. Jedoch ist nicht nur eine über die gesamte Fläche gleichzeitig verlaufende, sondern auch eine homogen gleichmäßige Verteilung des Spannungsgradienten für eine erfolgreiche Defibrillation wesentlich. Diese Forderung kann mit herkömmlichen Elektrodenanordnungen nur unvoll­ kommen erreicht werden. Wichtig ist die Einhaltung der Kriterien insbesondere bei schwer Erkrankten, um den Patien­ ten nicht noch zusätzlich zu belasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroden­ anordnung zur Defibrillation des Herzens anzugeben, mit der eine gleichmäßige Energieverteilung durch das Herz bei der Defibrillation möglich ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Damit wird das Herz nicht nur durch eine Netzelektrode im wesentlichen vollständig umgeben; es werden zusätzlich auch die Netzöffnungen noch unterschiedlich groß gestaltet, um einen gleichmäßigen Spannungsgradienten durch alle Anteile des Herzens zu erzielen. Je näher die Netzelektrode an der Gegenelektrode liegt, desto größer können die Netzöff­ nungen sein.

Als Material für die Netzelektrode werden nicht metallische, im wesentlichen isotrop elektrisch leitende Fasern, z. B. Kohlefasern verwendet, wohingegen die Gegenelektrode aus Metall, z. B. eine Wendelelektrode aus Titan ist. Diese Materialkombination erlaubt eine sehr gute Effizienz der Energieübertragung.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar

Fig. 1 eine Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung mit einer das Herz netzartig umhüllenden ersten Elektrode und einer zweiten im Herzen implantierten Elektrode;

Fig. 2 eine Darstellung der implantierten Elektrode.

In Fig. 1 ist die Oberfläche eines Herzens 1 mit einem Geflecht aus sich kreuzenden elektrisch isotrop leitenden Kohlenstoff-Fasersträngen 2 belegt, die zusammengefaßt und zumindest mit einem Anschluß 3 versehen sind. Die Faser­ stränge 2 sind aus einzelnen Fasern mit Durchmesser von z. B. 20 µ bis 30 µ gebildet. Sie weisen Leitfähigkeiten bis zu Werten von 100 000 Siemens/cm auf. Auf diese Weise ergibt sich eine praktisch das gesamte Herz netzartig ein­ hüllende Elektrode 4, bei der die Faserstränge 2 im Gitter voneinander einen Abstand zwischen 1 Zentimeter und 4 Zenti­ meter haben.

Als Gegenelektrode wird eine in den Blutstrom des Herzens implantierte Wendelelektrode 5 verwendet, die aus einem flexiblen elektrisch isolierenden Strang 6 aus Kunststoff besteht, in den am vorderen Ende der Elektrode über eine Länge von etwa 6 Zentimetern ein gewendelter Draht 7 aus Titan eingelegt ist, der dann in einer Anschlußleiter 8 mündet, der mittig in dem Strang 6 verläuft.

Die Anschlüsse 3 und 8 der Elektroden 4 bzw. 5 sind mit einem Defibrillator verbunden.

Durch eine solche Elektrodenanordnung ergibt sich ein sehr gleichmäßiger und gleichzeitiger Spannungsgradient durch alle Anteile des Herzens zum Zeitpunkt der Defibrillation. Die Größe der Netzöffnungen 9, d. h. die Größe des Abstandes der einzelnen Faserstränge voneinander in dem Netz der das Herz einhüllenden Elektrode 4 ist eine Funktion des Gesamtspannungsgradienten.

Bei der Elektrodenanordnung sollte die aus Fasern gebildete Netzelektrode einen niedrigeren ohmschen galvanischen Wider­ stand aufweisen als die metallische Gegenelektrode, um den Stromfluß bei konstanter Leistung zugunsten eines hohen Spannungsgradienten zu begrenzen, eine im wesentlichen verlustfreie Energieübertragung auf das zu defibrillierende Herz zu ermöglichen sowie den Abschlußwiderstand in den Blutstrom zu legen. Als Material für die Faserstränge können auch andere elektrisch im wesentlichen isotrop leitende Polymere verwendet werden; Kohlenstoffasern haben jedoch günstige Werte hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und auch eine geringe Polarisation, so daß keine Polarisa­ tionsverluste auftreten.

Claims (4)

1. Elektrodenanordnung zur Defibrillation und Kardioversion des menschlichen Herzens, bestehend aus zwei Elektroden, wobei die erste Elektrode eine flächige Elektrode aus nicht metallischen, elektrisch leitenden Fasern und die zweite Elektrode aus Metall ist und in dem Blutstrom des Herzens implantiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (4) das Herz (1) im wesentlichen an seiner gesamten Außenseite netzartig umhüllt und zur Erzielung eines gleichmäßigen Spannungsgradienten durch alle Anteile des Herzens die Netzöffnungen (9) unterschiedlich groß sind.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Elektrode (4) aus Kohlenstoffasern bzw. Fasersträngen (2) gebildet ist.

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (5) aus Metall eine Wendelelektrode mit einer Titanwendel (7) ist.

4. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (4) einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als die zweite Gegenelektrode (5).