DE3023191A1

DE3023191A1 - Implanted heart pacemaker electrode - has carrier wire wound with one or more fine wire layers providing conductive surface

Info

Publication number: DE3023191A1
Application number: DE19803023191
Authority: DE
Inventors: Dieter E. Dipl.-Phys. 7016 Gerlingen Karr
Original assignee: Biotronik Mess und Therapiegeraete GmbH and Co
Current assignee: Biotronik SE and Co KG
Priority date: 1980-06-18
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1981-12-24

Abstract

The electrode simultaneously supplies the stimulation output signal from the pacemaker to the heart and supplies the synchronisation signal from the heart to the pacemaker input amplifier. It has a convex outer surface at its end for making the electrical connection to the heart, provided by a carrier wire (1) wound with an outer covering (2,3) of a conductive material. The dia. of the closely packed windings forming this covering (2,3) is between 0.07 and 0.1 mm. The covering (2,3) has at least two offset, superimposed layers of fine gauge platinum/iridium alloy wire. It is wound around a carrier wire (1) of about 0.4 mm. in dia. bent into almost a full circle at one end and projecting perpendicularly at the other end (4) into a conductor winding (5) surrounded by a shrink-fit sleeve (6). The electrode provides an intensive stimulation effect.

Description

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen implantierbaren Herzschrittmacher, welcher einen gemeinsamen Anschluß für seinen Stimulationsausgang und seinen Eingangsverstärker aufweist.The invention relates to an electrode for an implantable cardiac pacemaker, which has a common connection for its stimulation output and its input amplifier having.

Da die Baugröße von implantierbaren Herzschrittmachern angesichts der Mikrominiaturisierung der verwendeten Elektronikschaltungen in zunehmendem Maße von der Größe der verwendeten Energiequellen abhängig ist, ist eine weitere Verkleinerung nur dann möglich, wenn die Batterien kleiner bemessen werden können. Da die geforderte Speicherfähigkeit für elektrische Energie jeweils einen nicht wesentlich verringerbaren Mindestrauminhalt bedingt, ist die Verkleinerung der Baugröße von Herzschrittmachern letztlich davon abhängig, daß es gelingt, den bei der Stimulation aufzuwendenden Strom- bzw. Spannungsbedarf zu verringern. Ein verringerter Energiebedarf ermöglicht andererseits auch - bei gleichbleibender Größe der Energiespeicher - eine entsprechende Verlängerung der Betriebsdauer des Schrittmachers.Given the size of implantable cardiac pacemakers the microminiaturization of the electronic circuits used to an increasing extent depends on the size of the energy sources used, is a further reduction only possible if the batteries can be dimensioned smaller. Because the required Storage capacity for electrical energy in each case one that cannot be significantly reduced The minimum volume required is the reduction in the size of pacemakers ultimately dependent on whether it is possible to use the stimulation Reduce current or voltage requirements. A reduced energy requirement enables on the other hand - with the same size of the energy storage device - a corresponding one Extending the life of the pacemaker.

Bei unipolaren Elektroden, die bei Schrittmachern der oben angegebenen Art verwendet werden, dient eine gemeinsame Leitung zur Übertragung der Stimulationsimpulse vom Schrittmacher zum Herzen und der den Schrittmacher mit den Herzaktionen synchronisierenden Signale vom Herzen zum Schrittmacher. Die Signalabgabe und -aufnahme am herzseitigen Ende der Zuleitung erfolgt über eine ebenfalls gemeinsame Fläche, wobei für die Dimensionierung der Fläche für die beiden unterschiedlichen Funktionen verschiedene Gesichtspunkte maßgeblich sind. Während für Stimulationszwecke eine kleine Elektrodenoberfläche ausreichend ist, sollte die Fläche zur Signalaufnahme (Sensing-Fläche) relativ groß bemessen sein, um den Elektrolytwiderstand klein zu halten.In the case of unipolar electrodes, the same as those given above for pacemakers Type, a common line is used to transmit the stimulation pulses from the pacemaker to the heart and the one that synchronizes the pacemaker with the heart's actions Signals from the heart to the pacemaker. The signal output and reception on the cardiac side The end of the supply line also takes place via a common area, where for the dimensioning of the area for the two different functions different aspects are relevant. While for stimulation purposes a small electrode surface is sufficient, the area should be used for signal pick-up (Sensing area) should be dimensioned relatively large in order to reduce the electrolyte resistance keep.

Eine entsprechende Elektrode, die zum Herabsetzen der Polarisationsverluste eine poröse Struktur aufweist, ist aus der US-PS 3 981 309 bekannt. Bei einer anderen, aus der US-PS 4 156 429 bekannten implantierbaren Elektrode besteht der poröse Teil aus komprimierten Metallfasern.A corresponding electrode to reduce polarization losses has a porous structure is known from US Pat. No. 3,981,309. At another, from US Pat. No. 4,156,429 known implantable electrode consists of the porous part made of compressed metal fibers.

Beide Elektroden weisen den Nachteil auf, daß ihre Herstellung verhältnismäßig aufwendig ist, da Sinter- bzw.Both electrodes have the disadvantage that their manufacture is relatively is expensive, since sintering or

Preßvorgänge erforderlich sind und Elemente, welche das herznahe Ende im implantierten Zustand fixiert halten, gegebenenfalls zusätzlich vorgesehen werden müssen. Bei der letztgenannten Elektrode ist ein das gepreßte Fasermaterial umgebender Drahtkäfig, der die Fertigung zusätzlich verkompliziert, außerdem empfindlich gegen mechanische Einwirkungen.Pressing operations are required and elements that close to the heart end hold fixed in the implanted state, if necessary additionally provided have to. In the case of the last-mentioned electrode, one surrounds the pressed fiber material Wire cage, which additionally complicates production, and is also sensitive to mechanical effects.

Der in Anspruch 1 angegebenen Elektrode liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile eine konstruktive Ausführung anzugeben, welche einen möglichst geringen Fertigungsaufwand erfordert und in ihrem herznahen Bereich so gestaltet ist, daß ein Anwachsen im Fixationsort begünstigt ist.The electrode specified in claim 1 is based on the object while avoiding these disadvantages, specify a structural design which Requires the least possible manufacturing effort and in their area close to the heart is designed so that growth in the fixation site is favored.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode läßt sich die für die Stimulation maßgebliche elektrisch leitfähige OberfXächenkontur klein halten, während die für die Synchronisation wirksame Fläche durch die Oberfläche der zusätzlich aufgebrachten, einander dicht benachbarten Wendeln bestimmt wird. Die Oberflächenvergrößerung durch eine aufgebrachte Wendellage läßt sich rechnerisch als Produkt der jeweiligen Oberfläche und dem Faktor ermitteln, wobei für mehrlagige Ummantelungen die Oberflächenvergrößerung zusätzlich mit der Anzahl der Lagen zu multiplizieren ist. Daraus ergibt sich, daß der Effekt der Oberflächenvergrößerung um so größer ist, je mehr Wendellagen aufgebracht werden, wobei deren Materialquerschnitt wegen des begrenzten zur Verfügung stehenden Raumes möglichst klein sein sollte.The electrode according to the invention can be used for stimulation keep the relevant electrically conductive surface contour small, while the for the synchronization effective area through the surface of the additionally applied, closely adjacent coils is determined. The surface enlargement by an applied helical layer can be calculated as the product of the respective surface and determine the factor, where for multi-layer cladding the surface increase must also be multiplied by the number of layers. It follows that the effect of surface enlargement is greater, the more helical layers are applied be, with their material cross-section because of the limited available Space should be as small as possible.

Durch die konkave Form des von den Wendeln umgebenen Materials ist eine hohe Feldintensität in deren Umgebung - und damit eine intensive Stimulationswirkung - sichergestellt.Because of the concave shape of the material surrounded by the coils a high field intensity in their environment - and thus an intense stimulation effect - ensured.

Indem die Ummantelung aus dicht benachbarten Wendeln bevorzugt in Form von Lagen auf einem Körper von im wesentlichen kreisringförmige Gestalt aufgebracht wird, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, eine sogenannte Hohlsonde zu schaffen. Bevorzugt ist der Kreisring nicht in sich geschlossen, sondern endet in einem oder zwei unbewickelten Befestigungsstiel(en), die in die Zuleitungswendel hineingeführt sind, wo sie durch eine die Zuleitungswendel umgebende Quetschhülse in einfacher Weise sicher zu befestigen sind.By the sheathing consisting of closely spaced coils, preferably in Form of layers applied to a body of substantially circular shape there is the advantageous possibility of creating a so-called hollow probe. The circular ring is preferably not closed in itself, but ends in an or two unwound fastening shaft (s) that lead into the supply helix are where they are in a simpler way through a compression sleeve surrounding the supply helix Way to be securely fastened.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrisch wirksamen Sondenkopfes ist auch für Sonden anderer Geometrie an- wendbar, wobei letztere in erster Linie durch den zum Befestigen der Elektrode im Herzen gewählten Befestigungsmechanismus bestimmt wird. So läßt sich bevorzugt der Träger für die die Oberfläche vergrößernden Wendeln in Form einer korkenzieherartigen Wendel ausbilden, welche durch Einschrauben im Herzgewebe befestigbar ist, wobei sich bei Abstumpfung des Endes durch verdickung oder Zurückführung entgegengesetzt zur inführungs- bzw. Befestigungsrichtung das Einschrauben in das Trabekelwerk des Herzens verletzungsfrei bewerkstelligen läßt.The embodiment according to the invention of the electrically effective probe head is also suitable for probes with other geometries. reversible, the latter primarily through the attachment mechanism chosen to attach the lead to the heart is determined. Thus, the carrier can preferably be used for the surface enlarging Form coils in the form of a corkscrew-like coil, which by screwing can be fixed in the heart tissue, with the end being blunted by thickening or return opposite to the insertion or fastening direction Screwing into the trabecular structure of the heart can be accomplished without injury.

Die erfindungsgemäße Elektrode weist den Vorteil auf, daß der in Bezug auf das Körpergewebe elektrisch wirksame, aus einem besonderen körperverträglichen Material - vorzugsweise einer Platin-Iridium Legierung - gefertigte Bereich nur wenig Material erfordert und daher kostengünstig herstellbar ist.The electrode according to the invention has the advantage that the in relation on the body tissue electrically effective, from a special body-compatible Material - preferably a platinum-iridium alloy - manufactured area only requires little material and is therefore inexpensive to manufacture.

Zur Vergrößerung des Verhältnisses zwischen bei Synchronisation wirksamer Oberfläche und effektiver Stimulationsfläche trägt bei im wesentlichen parallel zur Frontfläche der Sonde verlaufenden Wendelachsen bei, wenn ein in Bezug auf die Einführungsrichtung der Elektrode rückwärtig gelegener Bereich des Trägers bzw. der die Ummantelung bildenden Wendeln mit einem elektrisch isolierenden Überzug oder einer entsprechenden Abdeckung versehen ist. Eine andere diesbezügliche Maßnahme besteht darin, daß die Oberfläche des die Ummantelung bildenden Draht- oder Fasermaterials durch räumliche Strukturierung vergrößert ist.To increase the ratio between more effective in synchronization The surface and the effective stimulation surface are essentially parallel helical axes extending to the front surface of the probe, if a relative to the Insertion direction of the electrode rearward located area of the carrier or of the coils forming the sheath with an electrically insulating coating or a corresponding cover is provided. Another related measure is that the surface of the wire or fiber material forming the sheath is enlarged by spatial structuring.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Zwei bevorzugte Ausfüh- rungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch den Sensingbereich bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode, Fig. 2 den vollständigen Kopf einer ersten Ausführungsvariante im Querschnitt sowie Fig. 3 eine andere Ausführungsvariante eines vollständigen Elektrodenkopfes.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims marked. Two preferred designs forms of the invention are shown in the figures and are described in more detail below. Show it: 1 shows a cross section through the sensing area in one embodiment of the electrode according to the invention, FIG. 2 shows the complete head of a first embodiment variant in cross section as well as FIG. 3 shows another variant embodiment of a complete one Electrode head.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Teil eines Sondenelements im Querschnitt ist ein Draht 1 als Trägerelement von einer aus zwei Schichten 2 und 3 bestehenden Ummantelung aus einem Material geringen Querschnitts umwickelt. Während der Trägerdraht einen Querschnitt von 0,3 bis 0,4 mm aufweist, bestehen die Wendeln aus einem möglichst feinen Material, das mindestens in seinem Oberflächenbereich ebenfalls elektrisch leitend ist. Geeignet ist beispielsweise ein entsprechend fein gezogener Draht. Der Trägerdraht stellt dabei die mechanische Festigkeit sicher, während die (lose aufliegenden) Wendeln die beabsichtigte Oberflächenvergrößerung bewirken, die in Fig. 1 klar zu erkennen ist.In the part of a probe element shown in FIG. 1 in cross section is a wire 1 as a carrier element of one consisting of two layers 2 and 3 Wrapped sheath made of a material with a small cross-section. During the support wire has a cross section of 0.3 to 0.4 mm, the coils consist of one as possible fine material that is also electrical at least in its surface area is conductive. For example, a correspondingly finely drawn wire is suitable. The carrier wire ensures the mechanical strength, while the (loose overlying) coils cause the intended surface enlargement, which in Fig. 1 can be clearly seen.

Bei anderen - nicht dargestellten Ausführungsformen - läßt sich eine entsprechende Wirkung durch Umflechten des Trägerdrahtes erzielen, der zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche ebenfalls aus mehreren Wicklungen oder einem Drahtgeflecht bestehen kann. Draht und Wendeln sind aus einer körperverträglichen Legierung, wie Elgiloy oder dergleichen hergestellt. Für die Wendeln selbst wird bevorzugt eine Platin-Iridium Legierung verwendet.In other - not shown embodiments - can be a achieve a corresponding effect by braiding the carrier wire, which is used to further Enlargement of the surface also from several windings or a wire mesh can exist. The wire and coils are off a body compatible Alloy such as Elgiloy or the like. For the coils themselves preferably a platinum-iridium alloy is used.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführung eines vollständigen Elektrodenkopfes bildet das in Figur 1 dargestellte Sondenelement einen Ring, der nahezu kreisringförmig geschlossen ist. Ein Ende 4 des Trägerdrahtes 1 ist bis in die Zuleitungswendel 5 hineingeführt, die in diesem Bereich von einer Quetschhülse 6 umgeben ist, mit deren Hilfe das Sondenelement auf unkomplizierte Weise sowohl elektrisch als auch mechanisch mit der Zuleitungswendel 5 verbunden ist. Das Sondenelement erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Frontfläche der Elektrode, so daß diese die Form einer Hohlsonde aufweist. Der gesamte Elektrodenkopf mit Ausnahme des elektrisch wirksamen Sondenteils und die Zuleitungswendel sind mit einem Mantel 7 aus Silikongummi umgeben. Zur Verkleinerung des bei der Stimulation infolge der elektrischen Feldverteilung wirksamen Bereiches ist die untere Hälfte des Sondenringes in eine ringförmige Lagerung 8 aus Teflon eingebettet.In the embodiment of a complete electrode head shown in FIG the probe element shown in Figure 1 forms a ring that is almost circular closed is. One end 4 of the carrier wire 1 extends into the feed helix 5, which is surrounded in this area by a crimp sleeve 6, with whose help the probe element in an uncomplicated way both electrically and is mechanically connected to the supply coil 5. The probe element extends is essentially parallel to the front surface of the electrode so that it has the shape having a hollow probe. The entire electrode head with the exception of the electrical one The effective probe part and the supply helix are covered with a sheath 7 made of silicone rubber surround. To reduce the size of the stimulation due to the electric field distribution effective area is the lower half of the probe ring in an annular bearing 8 embedded from Teflon.

Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante eines Elektrodenkopfes befindet sich das Sondenelement am Ende eines wendelförmigen Teils 9, das korkenzieherförmig ausgebildet ist und entsprechend dem Trägerdraht 1 bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Quetschhülse 6' im Innern der Zuleitungswendel 5' befestigt ist. (Die bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 entsprechend verwendeten Teile sind mit identischen Bezugszeichen versehen, denen ein ~~~ hinzugefügt wurde.) Die Enden 10 und 11 des t#nde1Sörmigen Elementes 9 sind ebenfalls in die Zuleitungswendel 5' selbst zurückgeführt.In the embodiment variant of an electrode head shown in FIG the probe element is at the end of a helical part 9, which is corkscrew-shaped is formed and corresponding to the carrier wire 1 in that shown in FIG Embodiment by means of a crimp sleeve 6 'in the interior of the supply helix 5 'is attached. (Those used accordingly in the embodiment according to FIG Parts are identified with identical reference numbers with a ~~~ added.) the Ends 10 and 11 of the t # nde1S-shaped element 9 are also in the supply helix 5 'returned itself.

Während die in Fig 2 dargestellte Ausführungsform der erm findungsgemäßen Elektrode bei der implantation durch die Vene in den Ventrikel Vorgeschoben wird und das die Sonde tragende Ende dort ohne susätzliche Fixierungsmaßnahmen verbleibt, i st die Ausführungsform gemäß figur 3 fixierbar. Wenn die Sonde Ihre vorgesehene Position erreicht hat, wird die Zuleitung vom herzfernen Ende her gedreht, so daß der ~i#rkenzieher--örmige Teil In das Trabekelwerk eingreift und sich im #7e##au# der weiteren Drehbswegung sicher verhakt. Da der mit der Wendel 2 39 umgebene Enda bereich des Teils 9 eine Rundung bildet, wird - im 6egensatz zu spitz endenden Ausführungen - eine perforation der Herzwand verhindert Sowohl der wendelförmige Teil 9 als auch das geradlinig zurückgeführte Ende 10 sind in ihrem außerhalb des Kontaktbereichs mit der Zuleitungswendel 5' befindlichen Bereichen von einer Isolierung 12, die ebenfalls aus Sillkongummi besteht, umgeben. Diese Isolierung bewirkt, daß die elektrische Wirkung der Sonde in Bezug auf das Herzgewebe allein durch ihren Endbereich bestimmt wird und der wendelförmige Teil ausschließlich der Befestigung dient.While the embodiment shown in Fig. 2 of the erm according to the invention During implantation, the electrode is advanced through the vein into the ventricle and the end carrying the probe remains there without additional fixation measures, The embodiment according to FIG. 3 can be fixed. If the probe is your intended Has reached position, the supply line is rotated from the end remote from the heart, so that the ~ i # rkenzieher - shaped part engages in the trabecular structure and in the # 7e ## au # the further turning movement securely hooked. Since the enda surrounded by the helix 2 39 area of the part 9 forms a rounding, is - in contrast to pointed ending versions - A perforation of the heart wall prevents both the helical part 9 and the rectilinearly returned end 10 are in their outside of the contact area with the supply coil 5 'located areas of an insulation 12, which also made of silicone rubber, surrounded. This insulation causes the electrical The effect of the probe on the heart tissue is determined solely by its end region and the helical part is used exclusively for attachment.

Der das Sondenelement bildende ringförmige Endbereich der Elektrode erfüllt demnach eine zweifache Funktion: einerseits ist es für die Stimulations- und Sensingwirkung durch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen physikalischen Leitungsmechanismen optimal ausgestaltet und weist dabei andererseits eine Form auf, die für den Fixierungsvorgang günstig ist.The annular end region of the electrode which forms the probe element therefore fulfills a twofold function: on the one hand, it is for the stimulation and sensing effect by taking into account the different physical Line mechanisms optimally designed and on the other hand has a shape on, which is favorable for the fixation process.

Die erfindungsgemäße Elektrode läßt sich dabei auch vorteilhaft herstellen, da die Wendeln im Sondenbereich in einfacher Weise durch Umwickeln mit Techniken, wie sie beispielsweise vom Spulenwickeln her bekannt sind, aufgebracht werden können.The electrode according to the invention can also be manufactured advantageously, since the coils in the probe area can be easily wrapped with techniques, as they are known, for example, from coil winding, can be applied.

Claims

Electrode for a pacemaker claims electrode for a Pacemaker, which has a common connection for its stimulation output and has an input amplifier, d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that a convex outer which establishes the electrical connection to the heart Surface area the end near the heart one by wrapping or Braiding produced sheathing from each other essentially closely adjacent, has coils (2, 3) consisting of a material of small cross-section, which are electrically conductive at least on their surface.

2. Electrode according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the diameter of the turns (2, 3) is essentially between 0.07 and 0.1 mm.

3. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h it is not indicated that the coils (2, 3) have one on their surface exhibit enlarging spatial structuring.

4. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h it is not noted that the sheathing has several layers of coils (2, 3) includes.

5. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h it is not noted that the coils (2, 3) are made of a platinum-iridium alloy exist.

6. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h it is not indicated that the Axial direction of the coils (2, 3) runs essentially parallel to the front surface of the electrode.

7. Electrode according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the surface area is at least one sector of an annular body of revolution includes.

8. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h it is noted that the surface area is at least part of the Forms surface of a fastening element (9) for the electrode in the heart.

9. Electrode according to claim 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the fastening element is designed as a corkscrew-like helix (9) is.

10. Electrode according to claim 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the free end of the corkscrew-like coil (9) is in the form of a thickening rounded or returned opposite to the insertion or fastening direction is.

11. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c n g e k e n n n z e i n e t that the Sheathing on a wire (1, 1 ') is applied as a carrier which extends through the coils (2, 3).

12. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n e i c h n e t that the diameter of the carrier wire (1, 1 ') in is essentially between 0.3 and 0.4 mm.

13. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n n e i c h n e t that the carrier wire (1, 1 ') in the supply coil (5, 5 ') of the electrode ends and fixed there by means of a crimp sleeve (6, 6') is.

14. Electrode according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e k e n n n n e i n e t that a back in relation to the front surface Area of the sheathing and / or the carrier wire (1, 1 ') with an electrically insulating cover (8) or a corresponding coating (12) is provided.