DE4037043A1

DE4037043A1 - Bimetallic energy converter implantable in living tissue - uses HF EM field to enable reversible compression of internal vessels, e.g. blood or lymph vessels

Info

Publication number: DE4037043A1
Application number: DE19904037043
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Med Hanack; Ulf Dipl Ing Krueger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1992-05-21

Abstract

The implantable bimetallic energy converter can be used for reversible compression of blood or lymph vessels after the implantation operation, without causing additional disturbance to the surface of the living body. The energy converter is based on a bimetallic structure. It is placed in a high frequency electromagnetic field which is generated outside the living body. USE/ADVANTAGE - For reversible compression of internal vessels to stop flow of liq. in them, e.g. of blood vessels. Closure device is inserted during short operation and no further invasion of tissue is then required.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Implantation im lebenden Körper, die durch eine neuartige Energieübertragung befähigt ist, Arbeit zu verrichten. Durch Einwirkung hochfrequenter elektromagnetischer Felder von außen auf ein oder mehrere Metallkörper, im besonderen Bimetallkörper, erfolgt die Energieumwandlung direkt im Implantat. Spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung ist die zeitlich definierte, reversible Kompression von Blut- oder Lymphgefäßen oder anderen Kanälen (z. B. Harn-, Samen- oder Eileitern, Gefäßprothesen und anderen Implantaten) mit dem Ziel, den Flüssigkeitsstrom zu unterbrechen. Nach der Implantation erfolgt die Zufuhr der für die Kompression nötigen Energie ohne weitere Hautläsion, wodurch insbesondere die Anwendung über lange Zeiträume unterstützt wird.The invention describes a device for implantation in the living body by a novel Energy transfer is capable of doing work. By exposure to high-frequency electromagnetic fields from the outside onto one or more metal bodies, in particular Bimetallic body, the energy conversion takes place directly in the Implant. Special field of application of the invention is the time-defined, reversible compression of blood or lymphatic vessels or other channels (e.g. urinary, seminal or fallopian tubes, vascular prostheses and other implants) with the aim of interrupting the liquid flow. To the implantation is followed by the compression necessary energy without further skin lesion, whereby especially supports the application over long periods of time becomes.

Für die Unterbrechung von Flüssigkeitsströmen in Gefäßen lebender Organismen sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ein im Gefäßlumen liegender Ballon gebläht oder gefüllt wird. Der Ballon wurde mittels eines Katheters an den gewünschten Ort vorgeschoben. Der Katheder bleibt nach der Plazierung von außen zugänglich, so daß der Gefäßverschluß reversibel ist [z. B. deutsche Offenlegungsschriften 20 57 181, 26 37 119]. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum reversiblen Verschluß wird ein mechanisch zu betätigendes Ventil in das entsprechende Gefäß eingebaut [deutsche Offenlegungsschrift 23 42 773]. Die Betätigung des Ventils erfolgt unter Verletzung der Haut von außen. Für einen Okklusionsmechanismus nach BENGMARK [Tumor calcification following repeated hepatic de-arterialization in patients: a preliminary communication Br. J. Surg. 1988, 75 : 525-26] zur intermittierenden Gefäßkompression der Arteria hepatica mit dem Ziel, durch zeitweise, gesteuerte Ischämie das Wachstum von Lebertumoren zu stoppen, wird ein Flüssigkeitsvorratsbehälter (Port) direkt unter die Hautoberfläche gelegt. Durch tägliches Füllen dieses Ports mit einer definierten Menge physiologischer Kochsalzlösung (Punktion) wird eine um die Leberarterie geschlungene und über einen Schlauch mit dem Port verbundene Kompressionsmanschette gespannt und dadurch die arterielle Blutzufuhr zur Leber unterbrochen. Durch die anschließende transcutane Entleerung des Ports ist eine zeitlich begrenzte Ischämie erreichbar.For the interruption of liquid flows in vessels Devices of living organisms are known in which a balloon in the vessel lumen is inflated or filled becomes. The balloon was attached to the desired place. The catheter stays after Placement accessible from the outside, so that the vascular occlusion is reversible [e.g. B. German publications 20 57 181, 26 37 119]. Another known one Device for reversible closure is a mechanical The valve to be operated is installed in the corresponding vessel [German Offenlegungsschrift 23 42 773]. The actuation The valve is injured from the outside. For an occlusion mechanism according to BENGMARK [Tumor calcification following repeated hepatic de-arterialization in patients: a preliminary communication Br. J. Surg. 1988, 75: 525-26] for intermittent vascular compression the hepatic artery with the aim of passing through at times, controlled ischemia the growth of Stopping liver tumors becomes a fluid reservoir (Port) directly under the skin surface placed. By filling this port with a daily defined amount of physiological saline (Puncture) becomes a looped around the hepatic artery and compression sleeve connected to the port by a tube tense and thereby the arterial blood supply interrupted to the liver. By the subsequent Transcutaneous emptying of the port is temporary limited ischemia attainable.

Bei der künstlichen, implantierbaren Insulinpumpe ist zur Energieversorgung ein Verfahren bekannt, bei dem ein komprimiertes flüssiges Gas als Antriebsmittel dient. Das verdampfende Gas treibt einen Kolben, der an ein Insulinreservoir gekoppelt ist. Nach Entleerung des Reservoirs wird durch eine transcutane Injektion das Insulin aufgefüllt und dadurch das Antriebsgas wieder gespannt [XI. Symposium Künstliche Organe und Biomaterialien 1990, Rostock, Abstracts, Abel, P.].The artificial, implantable insulin pump is for Energy supply a process known in which a compressed liquid gas serves as the driving means. The vaporizing gas drives a plunger on to Insulin reservoir is coupled. After emptying the Reservoirs are made by transcutaneous injection Insulin filled up and thereby the driving gas again excited [XI. Artificial Organs Symposium Biomaterials 1990, Rostock, Abstracts, Abel, P.].

Für die Betätigung des Gefäßverschlusses sind Verfahren bekannt, die nach Implantation ohne weitere Hautverletzung innerhalb des Körpers wirken. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 35 04 958 (A1) werden als Treibmittel verschiedene Substanzen (z. B. Weinhefe-Zucker-Gemisch und Wasser, Kaliumchlorat und Glucose) vorgeschlagen, die nach Öffnung einer Trennwand zwischen beiden Komponenten exotherm, unter Freisetzung eines Gases reagieren und den notwendigen Druck zum Gefäßverschluß aufbauen. Eine andere bekannte Vorrichtung zum Verschließen von Körperkanälen bei Menschen bzw. Tieren [deutsche Offenlegungsschrift 28 03 685] benutzt ein Hydrogel, welches bei Berührung mit Körperflüssigkeit quillt und den Verschluß garantiert.There are procedures for operating the vascular occlusion known after implantation without further skin injury work within the body. In the German Publication DE 35 04 958 (A1) are used as blowing agents various substances (e.g. wine yeast-sugar mixture and Water, potassium chlorate and glucose) suggested after Opening a partition between the two components exothermic, with the release of a gas and react Build up the necessary pressure to seal the vessel. Another known device for closing body channels Humans or animals [German publication 28 03 685] uses a hydrogel, which at Touch with body fluid swells and the closure guaranteed.

Diese bekannten Verfahren sind nicht definiert reversibel. These known methods are not reversible in a defined manner.

disadvantage

Wiederholte Punktionen und Injektionen ziehen in einem nicht zu unterschätzenden Prozentsatz (Diabetes und Tumorleiden bedeuten Abwehrschwäche!) Lokalinfektion nach sich. Auch ein aufwendiges und auf längere Sicht möglicherweise allergisierendes Desinfektionsritual kann daran nichts ändern, zumal bei Portpunktionen im Gegensatz zum insulinpflichtigen Diabetiker in zeitlich engen Abständen eine recht kleine Fläche alteriert wird. Punktionsbedingte Schmerzen werden subjektiv unterschiedlich stark wahrgenommen.Repeated punctures and injections are all in one percentage not to be underestimated (diabetes and Tumor diseases mean defensive defenses!) Local infection after yourself. Also an elaborate and in the long run possibly allergic disinfection ritual do not change anything, especially when it comes to port punctuation to insulin-dependent diabetics in tight time Intervals a fairly small area is altered. Puncture-related pain becomes subjective perceived differently.

Die Nachteile der aufgeführten bekannten technischen Lösungen liegen zum einen in der ständig notwendigen Punktion der Haut (bzw. ein ständig vorhandener, durch die Haut geführter Katheter) mit den daraus resultierenden Komplikationen oder aber in einer fehlenden definierten Reversibilität des Verschlusses.The disadvantages of the known technical listed On the one hand, solutions lie in the constantly necessary Puncture of the skin (or a constantly present, through the Skin-guided catheter) with the resulting Complications or in a missing defined Reversibility of the closure.

Gerade wenn über längere Applikationszeiträume (<1 Jahr) ein zeitlich definierter Verschluß von Gefäßen oder anderen Kanälen im Organismus erreicht werden soll, scheiden Energiezuführungsformen wie Batterie oder Federkraft (auch mittels rekomprimierbarer Gase, siehe Insulinpumpe) aus. Da auch das Problem der Umwandlung körpereigener Energien (metabolisch oder thermisch) nicht gelöst ist, ist eine Energieübertragung durch die unverletzte Haut die Methode der Wahl.Especially if over longer application periods (<1 year) a time-defined closure of vessels or others Channels in the organism should be separated Forms of energy supply such as battery or spring force (also using recompressible gases, see insulin pump). There also the problem of the conversion of the body's own energies (metabolically or thermally) is not resolved Energy transfer through the undamaged skin the method of choice.

Detected problem

Schaffung eines Energietransfersystems, welches reversibel, zeitlich steuerbar und ungefährlich im Umgang ist und nach Implantationsoperation ohne weitere Störung der Integrität der Hautoberfläche (ohne Punktionen) jahrelang wartungsfrei arbeitet. Die Energiezufuhr von außen muß so dimensioniert sein, daß die Nebenwirkungen auf ein Minimum reduziert werden. Creation of an energy transfer system that is reversible, is time-controllable and safe to use and after Implantation surgery without further disturbance of integrity the skin surface (without punctures) for years works maintenance-free. The energy supply from the outside must be like this be dimensioned so that the side effects to a minimum be reduced.

solution

Durch Implantation einer Vorrichtung auf der Basis von Bimetallstrukturen in den Organismus kann mittels Energieübertragung durch hochfrequente elektromagnetische Felder mechanische Arbeit verrichtet werden, indem die Wärmeentwicklung im Metall eine Ausbiegung des Bimetalls bewirkt, die im Ausführungsbeispiel zur intermittierenden Gefäßkompression genutzt wird.By implanting a device based on Bimetallic structures in the organism can be by means of Energy transmission through high frequency electromagnetic Mechanical work can be done by the fields Development of heat in the metal a bend of the bimetal causes the intermittent in the embodiment Vascular compression is used.

advantages

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei Therapieformen, die einen zeitlich definierten, reversiblen Gefäß- oder Kanalverschluß erfordern, der Verschlußmechanismus in einem kurzen operativen Eingriff implantiert wird und anschließend keine weitere Verletzung der Haut notwendig ist. Der Verschluß kann beliebig oft und zu definierten Zeitpunkten vorgenommen werden, wobei der Organismus für die Dauer des Verschlusses der Einwirkung eines bestimmten hochfrequenten elektromagnetischen Feldes ausgesetzt sein muß. Ebenso ist es möglich, durch entsprechende Ausführung des Bimetallenergiewandlers die Wirkung umzukehren, d. h. das Gefäß (der Kanal) ist im Ruhezustand verschlossen und nur unter Einwirkung des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes geöffnet (z. B. Steuerung der Harninkontinenz).The advantages achieved with the invention exist in particular that in the case of forms of therapy that some temporally defined, reversible vascular or Channel lock require the lock mechanism in one short surgical intervention is implanted and then no further skin injury is necessary is. The closure can be defined as often as required At times, the organism is made for the duration of the closure of exposure to a particular be exposed to high-frequency electromagnetic fields got to. Likewise, it is possible through appropriate execution reverse the effect of the bimetallic energy converter, d. H. the vessel (the channel) is closed at rest and only under the influence of the high-frequency electromagnetic Field opened (e.g. control of urinary incontinence).

Embodiment

Der erfindungsgemäße implantierbare Bimetallenergiewandler wird in einem Ausführungsbeispiel für einen Okklusionsmechanismus von Gefäßen eingesetzt und ist in der Zeichnung 1 dargestellt. Das Bimetall muß bei Erwärmung im hochfrequenten elektromagnetischen Feld sowohl eine Ausbiegung erzeugen, um das Gefäß sicher zu okkludieren, als auch eine Gegenkraft (den Druck im Gefäß) überwinden. Da ausgehend von den tatsächlichen anatomischen und physiologischen Verhältnissen diese beiden Forderungen durch einen einzelnen üblichen Bimetallstreifen mit akzeptablen Größenverhältnissen nicht erfüllt werden können, wird eine paketförmige Anordnung von mehreren Bimetallstreifen (6) benutzt, in welcher sich die Kräfte und Ausbiegungen überlagern. Innerhalb eines starren, fast geschlossenen Ringes (1), der über das zu komprimierende Gefäß geschoben wird befindet sich der Kompressionsballon (2), der über einen flexiblen Schlauch (3) mit einem komprimierbaren Polyurethankissen (4) verbunden ist. Das gesamte System (2, 3, 4) ist mit Flüssigkeit (physiologischer Kochsalzlösung) gefüllt. Auf das Polyurethankissen wirkt ein Stempel (5), der mit dem obersten Bimetallstreifen verbunden ist. Sämtliche Bimetallstreifen sind paarweise und bezüglich ihrer Bimetallkomponenten gegensätzlich angeordnet. Dabei sind drei Führungsstifte (7) vorgesehen, der mittlere ist fest mit dem Stempel und die äußeren mit der Grundplatte des nichtmetallischen Gehäuses (8) verbunden.The implantable bimetal energy converter according to the invention is used in one embodiment for an occlusion mechanism of vessels and is shown in the drawing 1. When heated in the high-frequency electromagnetic field, the bimetal must both generate a deflection in order to safely occlude the vessel and overcome a counterforce (the pressure in the vessel). Since, based on the actual anatomical and physiological conditions, these two requirements cannot be met by a single conventional bimetal strip with acceptable size ratios, a packet-shaped arrangement of several bimetal strips ( 6 ) is used in which the forces and deflections overlap. The compression balloon ( 2 ), which is connected to a compressible polyurethane cushion ( 4 ) by a flexible hose ( 3 ), is located within a rigid, almost closed ring ( 1 ) which is pushed over the vessel to be compressed. The entire system ( 2, 3, 4 ) is filled with liquid (physiological saline). A stamp ( 5 ) acts on the polyurethane cushion and is connected to the top bimetal strip. All bimetallic strips are arranged in pairs and opposite in terms of their bimetallic components. Three guide pins ( 7 ) are provided, the middle one is firmly connected to the stamp and the outer one to the base plate of the non-metallic housing ( 8 ).

Hochfrequente elektromagnetische Schwingungen, die im Ausführungsbeispiel durch ein gebräuchliches Kurzwellen-Therapiegerät erzeugt werden, bewirken in einem implantierten Metallkörper (Bimetallstruktur) eine wesentlich stärkere Erwärmung als im Umgebungsgewebe. Der Energiewandler wird thermisch isoliert (9), um eine optimale Energieausnutzung zu erreichen und um die Wärmeabgabe an das umgebende Gewebe auf ein Minimum zu reduzieren. Ein weiteres Kennzeichen des Ausführungsbeispiel ist die Ummantelung mit gewebeverträglichem Material (10).High-frequency electromagnetic vibrations, which are generated in the exemplary embodiment by a conventional short-wave therapy device, bring about much greater heating in an implanted metal body (bimetallic structure) than in the surrounding tissue. The energy converter is thermally insulated ( 9 ) in order to achieve optimal energy utilization and to reduce the heat transfer to the surrounding tissue to a minimum. Another characteristic of the exemplary embodiment is the covering with tissue-compatible material ( 10 ).

Die indirekte Kraft-Weg-Übertragung durch die gewählte Ankopplung mittels Flüssigkeitssäule läßt eine subcutane und damit reizverminderte Implantation des Bimetallenergiewandlers zu. Gleichzeitig werden hierdurch niedrige und damit nebenwirkungsarme Leistungsdosen des Kurzwellen-Gerätes ermöglicht, da die therapeutisch notwendige Erwärmung der Bimetallstruktur rapide mit wachsendem Elektrodenabstand abnimmt. Die von der Bimetallstruktur erzeugten Kraft- und Ausbiegungswerte werden unter Ausnutzung der hydrostatischen Grundgesetze über die Flüssigkeitssäule in einem durch die Ankopplungsquerschnitte bestimmten Verhältnis übertragen und können dadurch weiter variiert werden.The indirect force-path transmission by the selected one Coupling using a liquid column leaves a subcutaneous and thus less stimulated implantation of the Bimetallic energy converter too. At the same time this will low and therefore low side-effects power doses of Shortwave device allows because the therapeutic necessary heating of the bimetallic structure rapidly increasing electrode distance decreases. The one from the Bimetal structure generated force and deflection values are exploiting the basic hydrostatic laws over the liquid column in one through the Coupling cross-sections transfer certain ratio and can be varied further.

Claims

Bimetallic energy converter which can be implanted in living organisms and is suitable for compressing blood or lymphatic vessels or other channels in a time-defined manner, reversibly and as often as desired and after implantation surgery without additional disturbance to the integrity of the body surface of the living being, characterized in that

1. the energy converter is based on a bimetal structure,
2. the energy converter is in a high-frequency electromagnetic field that is generated outside of the living being.