DE69011532T2 - Nervenelektrode aus biologischem substrat. - Google Patents

Description

1. Gebiet der Erfindung:
• Die Erfindung betrifft allgemein Elektrodensysteme zum Stimulieren oder Überwachen elektrischer Aktivität in Nervengewebe, und spezieller betrifft sie dauerhaft implantierbare Elektroden
2. Beschreibung des Standes der Technik:
• Die Verwendung von Elektroden zum Überwachen elektrischer Aktivität und zurn Stimulieren von Körpergewebe ist ziemlich alt. Das für R. H. Wappler erteilte US-Patent Nr. 1,662,446 lehrt ein frühes Elektrodensystern. Die Wappler-Elektrode wird nur zur Stimulierung verwendet und ist nicht implantierbar. Eine frühe Stimulierelektrode, die dauerhalt implantierbar ist, wird von S. I. Schwartz et al im US-Patent Nr. 3,421,511 angegeben. Das für Hagfors erteilte US-Patent Nr. 3,654,933 gibt eine verbesserte Stimulierelektrode für Dauerimplantation an.
• Das für Testerman erteilte US-Patent Nr. 4,341,221 lehrt eine verbesserte Elektrode für Dauerimplantation. Die besterman-Elektrode ist zum Überwachen der elektrischen Aktivität in Nervengewebe geeignet. Diese Elektrode verwendet ein Substrat aus Siliconkautschuk oder ein anderes Material, dar bei dauerhafter Implantation inert ist. Jedoch verhindert die Testerman-Elektrode, wie die anderen Elektroden, übermäßiges Bindegewebswachstum nicht.
• Journal of Applied Physiology, Vol. 41 (1976), Seiter 111- 114 enthält einen Artikel, der hauptsächlich eine Nervenelektrode zum Aufzeichnen von Nervensignalen bei Tieren betrifft. Diese Elektrode verwendet eine Folie aus Collagenfasern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die Erfindung schafft eine dauerhaft implantierbare Elektrode, die zum Stimulieren oder Überwachen der elektrisclen Aktivitat in Nervengewebe geeignet ist. Diese Elektrode verwendet ein Substrat aus biologischem Gewebe, das geeignet behandelt wurde, um Langzeitbeständigkeit gegenüber übermässigem Bindegewebswachstum zu gewährleisten. An einer Seite des Substrats wird eine elektrisch leitende Oberfläche angebracht. Diese Seite wird die Innenseite, wenn das flexible Substrat um den zu überwachenden Nerv gewickelt wird. Der Widerstand des biologischen Gewebes wird dazu verwendet, das freigelegte Nervengewebe und die in Kontakt mit diesem stehende elektrisch leitende Oberfläche elektrisch zu isolieren. Ein elektrisch isolierter Leiter verbindet die elektrisch leitende Oberfläche mit einer elektronischen Schaltung.
• Für solche Anwendungen, die einen größeren Widerstand erfordern, als das Substrat ihn liefern kann, können zusätzliche Schichten hinzugefügt werden. Alternativ kann ein nichtbiologischer Isolator mit hoher Dielektrizitätskonstante zwischen zwei Schichten des biologischen Gewebes eingefügt werden, um erhöhten Widerstand zu erzielen.
• Es kann auch eine Schicht eines flexiblen, leitenden Mate-. rials zwischen zwei Schichten des biologischen Geweben hinzugefügt werden, um für eine elektrostatische und elektromagnetische Abschirmung zu sorgen. Dieses Abschirmungsmaterial kann geerdet werden, falls dies erforderlich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Andere Merkmale der Erfindung und viele der zugehörigen Vorteile werden leicht erkennbar sein, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu seher ist, besser verstanden wird, in denen in allen ihren Figuren gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen, und in denen:
• Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Elektrode in einem Zustand ist, in dem sie um einen Nerv gewickelt werden kann, welche Elektrode keine erfindungsgemäße, jedoch eine zum Erläutern der Erfindung zweckmäßige ist;
• Fig. 2 ein Teilquerschnitt durch die Schichten einer erfindungsgemäßen Elektrode ist;
• Fig. 3 ein Teilquerschnitt durch die Schichten eines alternativen Ausführungsbeispiels ist; und
• Fig. 4 eine erläuternde Draufsicht auf eine Elektrode istwenn diese dauerhaft implantiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Elektrode 10, die dicht bei einem Nerv 30 angeordnet ist. Die Elektrode 10 verfügt über ein Substrat 12, auf dessen einer Seite 20 ein Leiter 50 angebracht ist. Der Leiter 50 ist als Spule oder mit einer anderen geometrischen Form ausgebildet, die für den gewünschten Flächenbereich sorgt. Der Leiter 50 ist elektrisch mit dem distalen Ende einer isolierten Leitung 40 verbunden Das proximale Ende der Leitung 40 ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Überwachungsschaltung verbunden.
• Das Substrat 12 weist ausreichende Größe dafür aus, daß es in herkömmlicher Weise um einen Nerv 30 gewickelt werden kann, wobei der Oberflächenbereich ausreichend groß dafür ist, daß es vor Ort gut vernäht werden kann, ohne daß es so groß ist, daß die Handhabung schwierig ist. Das Substrat 12 besteht aus einem biologischen Material, das zum Verbessern der Dauerimplantierbarkeit behandelt wurde. Ein bevorzugtes Material ist Schweineherzbeutelgewebe, obwohl andere biologische Materialien verwendet werden können. Das biologische Material wird mit einem Fixativ wie Glutaraldehyd behandelt.
• Die Isoliereigenschaften des sich ergebenden Substrats 12 sind bescheiden. Daher ist es erwünscht, mehrere Schichten des biologischen Materials zu verwenden. Eine Grenze für die Verwendung derartiger Hilfsschichten besteht in dem Wunsch eines kleinen und flexiblen Substrats 12.
• Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Substrats 12. Dieses Ausführungsbeispiel sorgt für einen besseren Widerstand bei kleinerern Volumen als er mit mehreren Schichten aus biologischem Material erzielt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen Schichten 22 und 24 aus biologischem Material. Sie sind an den außenliegenden Seiten des Substrats 14 angeordnet, im zu gewährleisten, daß nur das biologische Material in Berührung mit dem Nerv 30 und anderem lebendem Körpergewebe steht.
• Zwischen den Schichten 22 und 24 liegt ein isolierendes Material 26. Dieses kann, ohne daß eine Beschränkung hierauf besteht, Siliconkautschuk oder ein anderes flexibles Material hoher Dielektrizitätskonstante sein. Da das isolierende Material 26 aus einem dauerhaft implantierbaren Material ausgewählt sein sollte, muß es an seinen Kanten nicht vom biologischen Material abgedeckt werden. Jedoch ist es erwünscht, das gesamte isolierende Material 26 abzudecken, um jegliches überflüssige Bindegewebswachstum zu hemmen.
• Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Substrats 16. Schichten 22 und 24 bestehen aus dem beim Ausfübrungsbeispiel von Fig. 2 beschriebenen biologischen Material Auf ähnliche Weise besteht eine Isolierschicht 26 aus dem dauerhaft implantierbaren Material hoher Dielektrizitätskonstante dieses Ausführungsbeispiels. Eine Schicht 27 ist eine dünne, flexible Metallschicht aus einem gut leitenden Material. Aus vorsorglichen Sicherheitsgründen ist es bevorzugt ein biologisch verträgliches Material wie Platin. Dann kann das Substrat 16 auch die Kanten der Schicht 27 von irgendeiner der Schichten 22, 24 oder 26 unbedeckt lassen, obwohl dies erwünscht ist, wie oben erläutert. Die Schicht 27 sorgt für eine Abschirmung der elektrischen Grenzfläche zwischen dem Nerv 30 und dem Leiter 50. Diese Abschirmung schwächt elektrostatische und elektromagnetische Störsignale aus der Umgebung. Alternativ kann die Schicht 27 elektrisch mit Masse verbunden sein, wenn dies zweckentsprechend ist.
• Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die dauerhaft implantierte Elektrode 10. Diese spezielle Implantationstechnik wird nur als repräsentativ angesehen und soll nicht als die Erfindung beschränkend ausgelegt werden. Der Fachmann ist leicht dazu in der Lage, die Erfindung auf andere Implantationsarten an zuwenden. Das Substrat 12 wird um den Nerv 30 gewickelt, wie dargestellt. Eine dauerhafte Befestigung wird dadurch bewerkstelligt, daß ein überstehender Lappen 28 geschaffen wird und eine Naht 29 angebracht wird, wie dargestellt. Die mechanische Verbindung des distalen Endes des isolierten Leiters 40 zum Substrat 12 wird unter Verwendung eines medizinischen Klebers 60 abgedichtet.
• Nachdem auf diese Weise die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist der Fachmann leicht dazu in der Lage, die hier herausgefundenen Lehren auf andere Ausführungsbeispiele anzuwenden, ohne vom Schutzkereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims (5)

1. Elektrode (10) mit einem Substrat (14, 16) aus einem mit einem Fixativ behandelten biologischen Gewebe, einer am Substrat (14, 16) angebrachten leitenden Fläche (50) und einer mit der leitenden Fläche (50) elektrisch verbundenen Leitung (40), dadurch gekennzeichnet, daß:

- das Substrat (14, 16) mehrere Schichten (22, 24) aufweist; und

- mindestens eine erste der mehreren Schichten von einer zweiten der mehreren Schichten durch eine dritte Schicht (26) aus einem Material, das sich vom behandelten biologischen Gewebe unterscheidet, getrennt ist.

2. Elektrode (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (26) einen nichtbiologischen Isolator hoher Dielektrizitätskonstante aufweist.

3. Elektrode (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (14, 16) ferner eine dritte Schicht (27) aus abschirmendem Material aufweist, das zwischen den mehreren Schichten (22, 24) des behandelten biologischen Gewebes angeordnet ist.

4. Elektrode (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (26) ein abschirmendes Material aufweist.

5. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (10) mit den Schritten des Herstellens eines Substrats (14, 16) auf biologischem Gewebe, das für Dauerimplantation mit einem Fixativ behandelt wurde, des festen Anbringens eines Leiters (50) an einer Seite des Substrats (14, 16), und des elektrischen Verbindens der Leitung (40) mit dem Leiter (50), dadurch gekennzeichnet, daß

- das Substrat (14, 16) mehrere Schichten (22, 24) aufweist, und ferner mit dem folgenden Schritt:

- Anordnen einer Schicht (26) aus einem nichtbiololischen Material zwischen den mehreren Schichten (22, 24) des biologischen Gewebes.