DE69634165T2 - Implantierbare Leitung für Herzschrittmacher - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf medizinische elektronische Geräte und im besonderen auf implantierbare Geräte zum Stimulieren, Cardiovertieren oder Defibrillieren eines Herzens. Im besonderen ist die vorliegende Erfindung auf eine transvenöse implantierte Leitung gerichtet, die im Betrieb mit einem implantierten Herzschrittmacher und/oder Defibrillator verbunden ist. Die Leitung ist so ausgelegt, das sie in dem Ventrikel plaziert wird und eine Defibrillationselektrode enthält, die eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Ladung bewirkt, um das Herzen zu cardiovertieren oder zu defibrillieren. Die Leitung enthält auch vorzugsweise eine Schrittmacherelektrode, welche die elektrische Aktivität in dem Herzen messen.
- Eine Vielzahl von Typen von implantierbaren Geräten sind im Gebrauch, um die elektrische Aktivität des Herzens zu überwachen und zu regeln. Diese Geräte enthalten einen implantierten Herzschrittmacher und/oder Defibrillator, die mit einer oder mehreren transvenösen Leitungen verbunden sind, die eine oder mehrere Elektroden haben. Diese Geräte können elektrische Stimulations- oder Defibrillationsladungen direkt an das myokardische Gewebe des Herzens abgeben. Im Allgemeinen können die Elektroden sowohl die elektrische Aktivität des Herzens messen als auch einen elektrischen Stimulus abgeben, der von dem Herzschrittmacher bei Bedarf abgeben wird.
- EP0428279 bezieht sich auf ein Elektrodensystem zu Verwendung mit einem implantierbaren Defibrllator und im besonderen ein Elektrodensystem, welches nicht die Einführung in die Brusthöhle erfordert. WO94/06507 bezieht sich auf ein implantierbares Defibrillationssystem mit einer intracardialen oder subkotanen Defibrillationselektrode.
- Systeme aus einer Kombination von Stimulation und Defibrillation, die mit einer Kombinationsleitung verbunden sind, die sowohl Stimulations als auch Defibrillationselektroden enthält, welche in den Ventrikeln implantiert sind, werden auch im Stand der Technik offenbart. Für diese Typen von Kombinationsleitungen ist die Schrittmacherelektrode an der distalen Spitze der Kombinationsleitung angeordnet, wobei die Defibrillationselektrode im allgemeinen sich in einem Abstand proximal von der distalen Spitze befindet, der aber dennoch so bemessen ist, um noch innerhalb des Ventrikels positioniert zu sein. Die Defibrillationselektrode hat im allgemeinen im Vergleich zu der Schrittmacherelektrode eine große Oberfläche, da die Defibrillationselektrode im wesentlichen eine größere elektrische Stimulationsladung über einer größeren Masse von Herzgewebe abgibt.
- Es ist vorzuziehen, das die große Defibrillationsladung, welche von der Defibrillationselektrode abgegeben wird, über einen wesentlichen Oberflächenbereich des Herzens verteilt wird, um die Beschädigung des Gewebes durch die Abgabe einer hohen elektrischen Ladung über einer begrenzten Oberfläche zu vermeiden. Jedoch liefert die Ausgestaltung von bestehenden Defibrillationselektroden von Kombinationsleitungen inhärent eine ungleichmäßige Ladungsverteilung über ihre gesamte Oberfläche in Folge des elektrischen Widerstandes des Elektrode selbst. Folglich kann eine Beschädigung des Herzgewebes oder des Blutes auftreten, wenn ein Defibrillationsimpuls abgegeben wird. Darüber hinaus kann die ineffiziente Verteilung des Defibrillationsimpulses zu einem unnötig hohen Strom führen, der benutzt wird, um eine Cardioversion oder Defibrillation zu erreichen.
- Entsprechend wäre es vorteilhaft, eine Leitung für ein Cardioversions oder Defibrillationssystem zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Auslegung für die Defibrillationselektrode aufweist, die in der Lage ist, eine gleichmäßigere Ladungsverteilung zu erzeugen.
- Entsprechend der Erfindung wird eine Leitung zur Verbindung mit einem implantierbaren Pulsgenerator zur Verfügung gestellt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
- Die vorliegende Erfindung stellt eine Leitung mit einer Defibrillationselektrode für ein implantierbares Defibrillationssystem zur Verfügung, das einen implantierten Pulsgenerator enthält. Vorzugsweise ist die Defibrillationselektrode ein Teil einer Leitung, die auch eine Schrittmacherelektrode enthält. Die Leitung kann verschiedene elektrische Ladungen abgeben, um die Vendrikel des Herzens zu stimulieren, cardiovertieren oder defibrillieren.
- Die Leitung erlaubt es Cardioversions- und/oder Defibrillationsstimuli durch eine große Oberflächendefibrillationselektrode, die proximal zu einer Schrittmacherelektrode angeordnet ist, die an der distalen Spitze der Leitung positioniert ist, abzugeben. Durch diese Konfiguration wird die Defibrillationselektrode innerhalb des Vendrikels nach der Implantation positioniert. Die Defibrillationselektrode ist so ausgelegt, um eine gleichmäßigere Verteilung der elektrischen Ladung an das myocardische Gewebe des Vendrikels zu Verfügung zu stellen.
- Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Defibrillationselektrode eine einzelne lange Elektrode mit einer variablen porösen oder dicken Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Material, das auf die exponierten Oberflächen der Defibrillationselektrode angewandt worden ist.
- Die Auslegung der Defibrillationselektrode der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen anwendbar auf eine Leitung, die nur eine Defibrillationsfähigkeit zur Verfügung stellt und welche keine Schrittmacherelektrode sein muss.
- Die Erfindung kann auf verschiedene Art und Weise in die Praxis umgesetzt werden und einige Ausführungsbeispiele werden nun beispielhaft mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 einen implantierten Pulsgenerator darstellt, der über eine Leitung verbunden ist, die eine Defibrillationselektrode enthält, welche transvenös in ein Herz implantiert ist; -
2 stellt das distale Ende einer Leitung dar, die eine Defibrillationselektrode enthält, die außerhalb dem Bereich der vorliegenden Erfindung ist; -
3 zeigt das distale Ende einer Leitung, die eine Defibrillationselektrode enthält, die außerhalb dem Bereich der vorliegenden Erfindung ist; -
4 stellt das distale Ende einer Leitung dar, die eine Defibrillationselektrode entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält; und -
5 stellt einen Querschnitt durch einen Teil der Defibrillationselektrode der Leitung dar, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht. -
1 stellt ein implantiertes Signalverarbeitungs- und Impulserzeugungsmittel, wie z. B. einen Pulsgenerator10 , der über eine Leitung20 mit einem Herzen12 verbunden ist dar. Die Leitung20 wird transvenös eingeführt und erstreckt sich zu dem rechten Ventrikel des Herzens12 . Die Leitung20 enhält ein proximales Ende22 und ein distales Ende24 . An dem proximalen Ende22 stellt eine Verbinderanordnung26 die Verbindung mit dem Pulsgenerator10 her. Ein Leitungskörper28 mit einem oder mehreren elektrischen Leitern (nicht dargestellt) erstreckt sich von dem proximalen Ende22 zu dem distalen Ende24 der Leitung20 . - Eine Elektrodenanordnung
30 befindet sich am distalen Ende24 der Leitung20 . Die Elektrodenanordnung30 wird in vergrößerten Ansichten des distalen Endes24 der Leitung20 , die in den2 bis4 dargestellt wird, dargestellt. Für die folgende Diskussion werden die Elemente, welche in den2 bis4 identisch sind, gleich nummeriert und nur in bezug auf2 und3 diskutiert, obwohl das Ausführungsbeispiel von2 und3 außerhalb des Bereiches der Erfindung sind. - In
2 sind das distale Ende24 der Leitung20 und im Besonderen die Elektrodenanordnung30 in größerem Detail dargestellt. Die Elektrodenanordnung30 enthält eine Defibrillationselektrode32 , die mit einem distalen Ende des Leitungskörpers28 verbunden ist. Die Defibrillationselektrode32 ist so ausgelegt, um Defibrillations- oder Cardioversionsstimuli abzugeben. - Die Elektrodenanordnung
30 kann eine Schrittmacherelektrode34 enthalten, die an dem distalen Ende24 der Leitung20 angeordnet ist. Die Schrittmacherelektrode34 wird mit dem Pulsgenerator10 benutzt, um einen elektrischen Stimulationsimpuls an das Herz abzugeben und um auch die elektrische Herzaktivität in entweder einer unipolaren oder bipolaren Anordnung zu messen. Die Leitung20 kann auch eine Vielzahl von Zacken36 enthalten, die in der Nähe des distalen Endes24 positioniert sind, um bei der Sicherung der Positionierung der Schrittmacherelektrode34 nach der Implantierung beizutragen. - Die Elektrodenanordnung
30 kann ferner einen Ringsensor38 enthalten, der zwischen der Schrittmacherelektrode34 und der Defibrillationselektrode30 positioniert ist. Der Ringsensor38 kann in einer bipolaren Anordnung zur Stimulation benutzt werden, wobei die Schrittmacherelektrode34 als die Kathode und der Ringsensor38 als eine elektrische Anode wirken. Alternativ kann der Ringsensor38 ein Sensor sein, der mit oder unabhängig von der Schrittmacherelektrode34 betrieben wird. Der Ringsensor38 wird vorzugsweise zwischen der Defibrillationselektrode32 und der Schrittmacherelektrode34 angeordnet. Der Ringsensor38 befindet sich vorzugsweise in einem Abstand von der Defibrillationselektrode in einem Abstand zwischen ungefähr einem (1) und drei (3) Zentimetern. Nach der Implantierung der Leitung20 wird die Defibrillationselektrode32 innerhalb des Ventrikels positioniert, so wie dies mit dem Ringsensor38 geschehen wird. - Die in
2 dargestellte Defibrillationselektrode32 enthält ein erstes Segment40 in der Nähe des distalen Endes24 der Leitung20 und proximal davor ein zweites Segment42 , ein drittes Segment44 und ein viertes Segment46 , wobei jedes sich zum jeweiligen nächsten Segment durch die Isolatoren50 ,52 und54 in einem Abstand befindet. Ein zusätzlicher Isolator56 kann am proximalen Ende des vierten Segmentes46 positioniert werden. Die respektiven Segmente40 ,42 ,44 und46 sind alle ein Teil der Defibrillationselektrode32 und können entweder kontinuierlich unter den Isolatoren50 ,52 und54 oder sie können diskrete Elemente sein. Alle Elemente40 ,42 ,44 und46 , welche die Defibrillationselektrode32 bilden, sind mit einem einzelnen Defibrillationsleiter60 verbunden, der sich durch den Leitungskörper28 erstreckt. Der Defibrillationsleiter60 ist umgeben von einem Isolationsmaterial62 , das vorzugsweise aus einem biokompatiblen plastischen oder elastomerischen Material, wie z. B. Silikongummi hergestellt ist. Der Defibrillationsleiter60 ist vorzugsweise eine spiralförmig gewundene Spule aus multifilaren Leiterdrähten, die einen Silberkern (nicht dargestellt) haben. - Der Defibrillationsleiter
60 ist vorzugsweise mit einem proximalen Ende des vierten Segmentes46 der Defibrillationselektrode32 verbunden, so wie dies in5 detailliert dargestellt wird. Der elektrische Widerstand des leitfähigen Materials, aus dem die Defibrillationselektrode32 hergestellt ist, würde normalerweise zu einer Abnahme der Ladungsdichte pro Längeneinheit mit ansteigendem Abstand von der Verbindung zu dem Defibrillationsleiter60 an dem proximalen Ende des vierten Segmentes46 führen. Das Aufteilen der Defibrillationselektrode32 in die jeweiligen Segmente40 ,42 ,44 und46 durch die Verwendung der Isolatoren50 ,52 und54 führt zum Ausgleich der elektrischen Ladungsverteilung über die gesamte Länge der Defibrillationselektrode32 . Im Besonderen bei Anwendung eines Defibrillationsimpulses kann die Stromdichte gleichmäßiger entlang der gesamten Länge der Defibrillationselektrode32 gemacht werden. Die gleichmäßige Verteilung der Stromdichte führt zu einem effizienterem Cardioversions- oder Defibrillationsschock und senkt folglich die Defibrillationsschwellenwerte. - Es kann auch vorzuziehen sein, daß sich die Größe der jeweiligen Segmente
40 ,42 ,44 und46 variiert, so wie dies in2 dargestellt wird. Da folglich alle Segmente denselben Umfang haben, ist das vierte Segment46 vorzugsweise in axialer Länge das größte, und die axiale Länge nimmt ab, wenn die jeweiligen Segmente distal von dem vierten Segment46 sich in einem Abstand befinden, so daß das erste Segment40 die kleinste axiale Länge hat. Wenn z. B. das erste Segment40 eine axiale Einheitslänge von 1 hat, dann kann das zweite Segment42 eine axiale Einheitslänge von ungefähr 2 haben, das dritte Segment44 kann eine axiale Einheitslänge zwischen drei und 5 haben und das vierte Segment46 kann eine axiale Einheitslänge zwischen ungefähr 5 und 10 haben. Die axiale Länge der gesamten Defibrillationselektrode32 befindet sich vorzugsweise im Bereich zwischen ungefähr 2 bis 8 Zentimetern. - Die Isolatoren
50 ,52 und54 können alle ungefähr dieselbe axiale Länge haben, so wie dies in2 dargestellt wird, die ungefähr gleich ist zu der axialen Länge des ersten Segmentes40 . Alternativ können die jeweiligen axialen Längen der Isolatoren50 ,52 und54 variieren, allerdings nicht so dramatisch wie die Variationen in den axialen Längen der Segmente40 ,42 ,44 und46 . -
3 stellt einen Defibrillationselektrode132 zur Inkorporation in die Leitung20 dar, wobei die Defibrillationselektrode132 , so wie sie in3 dargestellt ist, ein proximales Ende134 und ein distales Segment136 enthält. Wie in2 ist ein proximales Ende der Defibrillationselektrode132 mit dem Defibrillationsleiter60 verbunden, der sich durch den Leitungskörper28 erstreckt. - Das proximale Segment
134 der Defibrillationselektrode ist einfach ein exponiertes leitfähiges Element, wie z. B. eine Spule140 , die aus einem Platin-Iridium-Draht hergestellt ist, oder einem ähnlich elektrisch leitfähigen Draht oder Drahtnetz. Das distale Segment136 ist eine Fortsetzung der Spule140 , jedoch enthält das distale Segment auch eine poröse Beschichtung 142, um die elektrische Verbindung zu den umgebenden Flüssigkeiten zu verbessern. Die poröse Beschichtung142 ist ein elektrisch leitfähiges Material, wie z. B. Titannitrid oder Platinschwarz. Die Porosität und die Dicke der porösen Beschichtung142 kann variiert werden, wobei dadurch die Oberfläche des distalen Segmentes136 vergrößert wird und der Netzstrom, welcher durch das distale Segment136 abgegeben wird, vergrößert wird, so daß er ungefähr gleich ist pro Einheitslänge zu dem des proximalen Segmentes134 . -
4 stellt ein Ausführungsbeispiel für eine Defibrillationselektrode232 zur Inkorporation in die Leitung20 der vorliegenden Erfindung dar. Die Defibrillationselektrode232 , so wie sie in4 dargestellt wird, enthält eine Spule240 , die aus einem Platin-Iridium-Draht hergestellt ist, oder einen ähnlichen elektrisch leitfähigen Draht oder Drahtnetz. Die Spule240 ist mit einer porösen Beschichtung242 aus elektrisch leitfähigem Material umgeben, um die elektrische Verbindung zu den umgebenden Flüssigkeiten zu verbessern. Die poröse Beschichtung242 kann ein Material sein, wie z. B. Titannitrid oder Platinschwarz. Die poröse Beschichtung242 wird so aufgebracht, daß ihre Dicke von einem proximalen Ende244 der Defibrillationselektrode232 zu einem distalen Ende246 der Defibrillationselektrode232 ansteigt. Zum Beispiel kann an dem proximalen Ende244 der Defibrillationselektrode232 die Dicke der porösen Beschichtung242 nur ungefähr ein Mikrometer sein, während an dem distalen Ende246 der Defibrillationselektrode232 die Dicke der porösen Beschichtung242 ungefähr 16 bis 20 Mikrometer sein kann. Alternativ kann die Porosität der porösen Beschichtung242 variiert werden, wobei dadurch die Oberfläche an dem distalen Ende246 vergrößert wird und der Netzstrom pro Einheitslänge, der von dem distalen Ende246 abgegeben wird erhöht wird, so daß er ungefähr gleich ist zu dem des proximalen Endes244 . - Durch Variieren der Dicke oder der Porosität der porösen Beschichtung
242 von dem proximalen Ende244 zu dem distalen Ende246 steigt die Oberfläche pro Einheitslänge in Richtung dem distalen Ende246 an. Folglich ist das distale Ende246 effizienter beim Verteilen und abgeben des Defibrillationsimpulses, da der Impuls über eine größere Oberfläche verteilt werden kann. Durch diesen Aufbau wird der abgegebene Netzstrom pro Einheitslänge relativ gleichmäßig entlang der Gesamtlänge der Defibrillationselektrode232 . -
5 stellt eine teilweise Querschnittsansicht durch einen axialen Abschnitt der Defibrillationselektrode32 von2 dar. Die allgemeine Auslegung der Defibrillationselektrode32 und der Durchführungsleiter für die Schrittmacherelektrode34 und den Ringsensor38 , wie in5 dargestellt, können auch für die Defibrillationselektroden132 und232 der3 und4 benutzt werden. - Die Defibrillationselektrode
32 ist vorzugsweise eine Spule80 , die um eine Isolationshülse82 gewickelt ist, durch die ein Stimulations/Messleiter 84 führt, der um Isolationsmaterial86 gebildet ist, das seinerseits einen Stimulationsleiter88 umgibt. Vorzugsweise ist die Spule80 der Defibrillationselektrode32 aus einem Platin-Iridium-Draht hergestellt. - Die Spule
80 kann elektrisch mit dem Defibrillationsleiter60 an dem distalen Ende90 der Spule80 über ein Verbindungselement92 verbunden werden. Alternativ könnte es am distalen Ende der Leitung angeschlossen werden. Das Verbindungselement92 verbindet vorzugsweise die Spule80 der Defibrillationselektrode32 mit dem Isolationsmaterial62 , das den Defibrillationsleiter60 umgibt, als auch die Isolationshülse82 , um welche die Spule80 gewunden ist. Das Verbindungselement92 enthält eine axiale Bohrung durch die der Rest der Komponenten passiert, bevor der zentrale Abschnitt der Spule80 betreten wird. - Die Schrittmacherelektrode
34 kann einfach eine passive Fixationselektrode, so wie dargestellt, oder eine aktive Fixationskorkschraube oder eine helixförmige Elektrode sein, wobei beide im Stand der Technik wohlbekannt sind. Die Schrittmacherelektrode34 ist an dem Stimulationsleiter88 befestigt, der sich axial durch die Defibrillationselektrode32 und den Leitungskörper28 zu dem Verbindungsaufbau an dem proximalen Ende des Leitungskörpers28 erstreckt. - Die Defibrillationselektrode
32 kann eine Beschichtung enthalten, die auf der Spule80 angebracht ist, wobei das Material für die Beschichtung Platinschwarz, Kohlenstoff, Titan oder Titannitrid sein kann. Die Defibrillationselektrode32 hat vorzugsweise eine Gesamtoberfläche im Bereich zwischen ungefähr 2 und 10 cm2 mit einer bevorzugten Größe zwischen 4 und 6 cm2. - As sollte aus der vorhergehenden Beschreibung klar sein, daß die vorliegende Erfindung viele Vorteile für Leitungen und Stimulations- oder Defibrillationssysteme vom Stand der Technik bietet.
Claims (9)
- Leitung (
20 ) zum Anschluß an einen implantierbaren Pulsgenerator (10 ), wobei die Leitung einen Leitungskörper (28 ); eine Verbinderanordnung (26 ), die an dem proximalen Ende (22 ) des Leitungskörpers (28 ) befestigt ist; eine Defibrillationselektrode (32 ), die proximal von dem distalen Ende (24 ) des Leitungskörpers (28 ) positioniert ist; einen Defibrillationsleiter (60 ), der sich durch den Leitungskörper (28 ) von der Verbinderandordnung (26 ) zu der Defibrillationselektrode (32 ) erstreckt; und eine poröse Beschichtung (142 ,242 ), dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Beschichtung (142 ,242 ) eine Porosität oder Dicke des elektrischen leitfähigen Materials hat, die von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende der Defibrillationselektrode variabel ist, und die Defibrillationselektrode (122 ,232 ) bedeckt und einen Obrflächenbereich pro Einheitslänge hat, der sich zu dem distalen Ende der Leitung (20 ) hin vergrößert, so daß die Defibrillationselektrode (32 ) in die Lage versetzt wird, einen verhältnismäßig gleichförmigen Nettostromausgang abzugeben und die elektrische Ladung gleichmäßig entlang ihrer Länge zu verteilen, wenn ein elektrischer Impuls abgegeben wird. - Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Beschichtung (
142 ,242 ) Titannitrid oder Platinschwarz umfaßt. - Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Beschichtung (
242 ) eine Dicke hat, die von dem proximalen Ende der Defibrillationselektrode (232 ) zu ihrem distalen Ende zunimmt, vorzugsweise von einem Mikron (1 μm) an dem proximalen Ende auf zwischen 16 und 20 Mikron (16 bis 20 μm) an dem distalen Ende. - Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Beschichtung eine Porösität hat, die sich von dem proximalen Ende der Defibrillationselektrode zu ihrem distalen Ende vergrößert.
- Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schrittmacherelektrode (
34 ) an der distalen Spitze der Elektrodenanordnung (30 ); einen Schrittmacherleiter (88 ), der sich von der Verbinderanordnung (26 ) an dem proximalen Ende der Leitung (20 ) zu der Schrittmacherelektrode (34 ) an der distalen Spitze der Elektrodenanordnung (30 ) erstreckt; einen Ringsensor (38 ), der proximal von der Schrittmacherelektrode (34 ) positioniert ist; und einen Sensorleiter, der sich von der Verbinderanordnung (26 ) an dem proximalen Ende der Leitung (20 ) zu dem Ringsensor (38 ) erstreckt. - Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Defibrillationselektrode (
32 ) eine Spule (80 ) aufweist, die aus einem Platin-Iridium-Draht gebildet ist. - Vorrichtung zur ventrikulären Cardioversion oder Defibrillation eines Herzens (
12 ) umfassend einen implantierbaren Pulsgenerator (10 ) und eine Leitung (20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verbinderanordnung die Leitung mit dem Pulsgenerator verbindet. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (
20 ) ferner einen Leitungskörper (28 ) umfaßt, der den Defibrillationsleiter (60 ), den Schrittmacherleiter (88 ) und den Sensorleiter, der in einem Isolator (62 ) enthalten ist, umfaßt. - Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Defibrillationselektrode (
32 ) einen gesamten geometrischen Oberflächenbereich im Bereich zwischen 2 und 10 cm2 hat.
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