DE1955517A1 - Implantable Elektrodenanordnung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-INO. QERHARD SCHWAN

8 MÜNCHEN 8 · QOERZER STRASSE 15 £i flkt IQRQ

ifiedtronic, Inc₀ 3055 Old Highway Eight Minneapolis, Ιϊΐίηπο 55418/U₀St₀A

Implantable Elektrodenanordnung

Die Erfindung betrifft eine zur Implantation in den Körper bestimmte Elektrodenanordnung mit mindestens einer an eine Stromquelle anschlieöbaren Zuleitung und mindestens einer mit der Zuleitung verbundenen Elektrode, wobei die Zuleitung und ein Teil der Elektrode in einer elektrischen Isolierung gekapselt sind, die gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inert ist_o

Implantable elektromedizinisch^ Geräte sind in der einschlägigen Technik seit einiger Zeit bekannte Dabei erwies sich der Aufbau der Elektroden-, die die elektrischen Signale von einem implantablen Gerät zu einem gewünschten Teil des Körpers gelan gen lassen, als besonders wichtig und kritisch» Zwei Elektrodenausbildungen, die besonders für den Anschluß an Nerven geeignet sind, sind in den USA-Patentschriften 3 405 715 und 3 421 511 beschrieben«

Aus den genannten Patentschriften ergibt sich, daß der for die implantable Elektrode im Einzelfall gewählte Aufbau zahlreiche Vorteile und Nechteile mit sich bringen kann» Beispielsweise

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FMMfPRlCHI* 0»Π/4·ί01· · ICAItL: I LlCTIIC PATI NT MONCHIM

sollte die Elektrode derart ausgebildet sein, daß eine Verletzung des Teiles des Körpers, mit dem die Elektrode verbunden werden muß, vermieden uiird«, Ein bestimmter Elektrodenauf bau kann insofern vorteilhaft sein, als er für eine größere Stromdichte bis zu einer größeren Tiefe in dem zu stimulierenden Teil des Körpers sorgt« Ein Schutzelsktrodsnaufbau kann gewählt werden, um zu verhindern daö ein Übermaßigar Strsustrom Teile des Körpers stimuli^*t, die benachbart dem Tail liegen» der angeregt ifierdsn soll₀ Die^ sind nur einige dar Probleme, die sich hinsichtlich des Aufbaus und der Ausbildung von implantablsn Elektroden stellen.,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Elektrodenanordnung zu schaffen, die insbesondere eins atraumatische Verbindung mit Nerven oder anderen Teilen des KSrpsrs von unterschiedlicher Größe erlaubt und gleichwohl für alnen dauerhaften Anschluß an den betreffenden Tail dss Körpers sorgte Fer-= ner soll eine erhöhte Stromdichte in dam Tail des Körpers erhalten werden, mit dem die Elektrodenanordnung verbunden isto

Ausgehend von einer Elektrodenanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe arfindungsgamäS dadurch gelöst,, daß die Elektrode flexibel und um den das elektrische Signal aufnehmenden Körperteil herumbiegbar ist» Die Flexibilität der Elektrodm erlaubt et, die Elektrode beispielsasaise um einen Teil eines zu stimulierenden Nerve hsrurazuaicköln, Auf dlsss Weise «ird eine größere Oberflüchenkontektzon« zwischen Elektrode

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und Nerv erhalten und kann die Verbindung ohne Schwierigkeiten so abgestimmt werden, daß eine Verletzung vermieden wird« Die Elektrodenanordnung nach der Erfindung kann als Schutzelektrodengruppe aufgebaut «erden« In einem solchen falle ist vorzugsweise die Oberfläche der abzuschirmenden Elektrode gleich der Summe der Oberflächen der Schutzelektroden« Dies führt zu einer verbesserten Stromdichte,

Weitere merkmale, Vorteile und Anisendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von AusfUhrungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen« Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Zweielektrodenanordnung nach der Erfindung,

Figur 2 eine zweite perspektivische Ansicht der Anordnung nach Figur 1 in der Lage, die sie vorzugsweise vor der Herstellung des Anschlusses einnimmt,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer drei Elektroden aufweisenden Schutzelektrodenanordnung nach der Erfindung,

Figur 4 eine weitere perspektivische Ansicht der Anordnung nach Figur 3, die diese vorzugsweise vor der Herstellung des Anschlusses einnimmt,

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Figur 5 eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung

nach der Verbindung mit einem Teil des Körpers veranschaulicht,

Figur 6 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform einer Schutzelektrodenanordnung _s

Figur 7 eine Äquipotentialliniendarstellung der Anordnung nach Figur 1,

Figur 8

eins Äquipotentialliniendarstellung einer bekannten !elektrodenanordnung,

Figur 9

eine Äquipotentialliniendarstellung der Anordnung nach Figur 3,

Figur 10 eine Äquipotentialliniendarstellung, bei der die

mittlere oder abgeschirmte Elektrode nicht die doppelte Oberfläche der Schutzelsktroden besitzt,

Figur 11 Bine Äquipotentialliniendarstellung einer bekannten, drei Elektroden aufweisenden Schutzelektrodenanord¹-nung,

Figur 12 eine Äquipotentialliniendarstellung der Anordnung nach Figur 6,

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Figur 13 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten

Ausführungsform einer zu/ei Elektroden aufweisenden Schutzelektrodenanordnung, und

Figur 14 eine weitere perspektivische Ansicht der Anordnung nach Figur 13 in der Stellung, die sie vorzugsweise vor der Herstellung de3 Anschlusses einnimmt»

In den Figuren 1 und 2 sind zwei elektrische Leiter 10 und 11 veranschaulicht, die an eine elektrische Signalquelle abschließbar sindo Eine Elektrode 12 ist mit dem Leiter 10 verbunden, während eine weitere Elektrode 13 mit dem Leiter 11 verbunden ist. Die Elektroden 12 und 13 sind bei der bevorzugten Ausführungsform dBr Figur 1 im wesentlichen rechteckige, flache flexible Ifletallstücke,, Falls erwünscht, können die flexiblen Elektroden 12 und 13 derart ausgebildet sein, daß sie eine einmal eingestellte Lage beibehaltene Die Leiter 10 und 11 sind in eine Umhüllung 14 aus einer Substanz eingebettet, die gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inert ist. Die Elektroden 12 und 13 sind in die Umhüllung 14 teilweise eingebettet, wobei diejenigen Flächen frei bleiben, die mit einem Teil des Körpers in Kontakt gebracht werden sollen« Zwei Ansätze 15 und 16 stehen von der Umhüllung 14 in der in Figur dargestellten U/eise ab; die Aufgabe dieser Ansätze ist weiter unten erläutert.

Figur 2 zeigt die Ausführungsform der Figur 1 in der Form, die

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sich für Nervenelektroden als besonders vorteilhaft In Figur 2 sind die Elektroden 12 und 13 sowie der zugehörige Teil der Umhüllung 14 derart gebogen, daß die Elektroden leicht um einen Nerv herumgshakt werden können, worauf die Elektroden 12 und 13 weiter zusammengebogen werden« Um die Form gemäß Figur 2 zu erreichen, wird die Umhüllung 14 vorzugsweise teilweise ausgehärtet, während die Anordnung in der in Figur 2 veranschaulichten Lage gehalten wird»

Gemäß Figur 5 wird die Anordnung nach den Figuren 1 und 2 dadurch an einem Teil des Körpers befestigt, der vorliegend beispielshalber als ein Nerv 20 dargestellt ist, daß die Elektroden 12 und 13 um den Nerv 20 herumgebogen werden» Wenn die Elektroden 12 und 13 angebracht sind, haben sich die Ansätze 15 und 16 getroffen; sie werden dann vorzugsweise mittels einer Naht 21 miteinander verbunden, worauf die nicht benötigten Teile der Ansätze 15 und 16 abgeschnitten werden,,

In den Figuren 3 und 4 sind wiederum Leiter 10 und 11 veranschaulicht, die in eine mit abstehenden Ansätzen 15 und 16 versehene Umhüllung 14 eingebettet sind» Zwei Elektroden 22 und sind in diesem Falle mit dem Leiter 10 verbunden, während eins einzelne Elektrode 23 an den Leiter 11 angeschlossen ist. Die Elektroden 22, 23 und 24 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander, wobei die Elektroden 22 und 24 als Abschirmung für die Elektrode 23 dienen«, Die grundsätzlichen Vorteile einer Schutzelektrodenanordnung sind in der USA-Patsntschrift 3 405 715 erläutert» Figur 4 zeigt eine Ausbildung dieser zaai-

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ten bevorzugten Ausführungsform, die ähnlich derjenigen nach Figur 2 ist und die in der gleichen U/eise erhalten sowie für dieselben Zwecke vorgesehen wird, wie dies in Verbindung mit Figur 2 beschrieben ist« Die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 wird in der gleichen Weisβ wie die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 mit einem Teil des Körpers, beispielsweise dem Nerv 20 nach Figur 5, verbunden.

Wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, hat die Elektrode 23 eine größere Breite als die Elektroden 22 und 24» Vorzugsweise sind die Elektroden 22 und 24 im wesentlichen gleich breit und hat die Elektrode 23 eine Breite, die näherungsweise den doppelten liiert der Breite der Elektroden 22 oder 24 hat. Dadurch wird innerhalb des Teiles des Körpers, dem das elektrische Signal zugeführt werden soll, beispielsweise dem Nerv 20 nach Figur 5, eine größere Stromdichte erhaltene Dieser Effekt ist weiter unten näher erläutert.

Figur 6 zeigt eine Abwandlung der Schutzelektrodenanordnung_o Bei dieser Ausführungsform sind die Leiter 10 und 11 wiederum mit je einer von zwei parallel verlaufenden Elektroden 12 und 13 verbundene Eine U—förmige Elektrode 18 ist mindestens teil-WBise derart in die Umhüllung 14 eingebettet, daß die Elektroden 12 und 13 in das offene Ende des U-förmigen Elektrodenteiles 18 hineinreichen und parallel zu dem sowie im wesentlichen in der gleichen Ebene wie das Elektrodenteil 18 liegen.,

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Die Figuren 7 bis 12 zeigen Äquipotentialliniendarstellungen der Anordnung nach dar Erfindung sowie verschiedener bekannter Elektrodenausbildungen« In den Figuren 7 bis 12 sind dabei die Elektroden in der Stellung im Schnitt dargestellt, die sie einnehmen, wenn sie an einen Teil des Körpers, beispielsweise den Nerv 20 nach Figur 5, angeschlossen sind»

In Figur 7 liegen die beiden Elektroden 12 und 13 der Zweielektrodenanordnung nach Figur 1 auf gegenüberliegenden Seiten des Teiles des Körpers, an dem sie angebracht si ctd. Figur 8 bildet eine Äquipotentialliniendarstallung einer bekannten .Z'tue !elektrodenanordnung.» «ie sie beispielsweise aus der IfSA-Patentschrift 3 421 511 bekannt ist« Die Elektroden sind dabei mit 12^f und 13 * bezeichnet j sie befinden sich nur auf der einen Seite des Teiles des Körpers, an dem sie angebracht sind» Aus den Squ-ipotentialliniendarstellungen der Figuren 7 und 8 folgt, daQ in Figur 7 die Äquipotentiallinien in dem zentralen Teil zu/Ischen den Elektroden 12 ,und 13 eine größere Dichte besitzen und weniger stark gekrümmt sind. Demgegenüber zeigt die Darstellung nach Figur B sehr wenige Äquipotentiallinien in dem Bereich zwischen den Elektroden 1.2 · und 13"; außerhalb der ElektEQd'enanordnung verlaufen mehr Äquipotentiallinien als bei der [!Darstellung gemäß Figur 7« Berücksichtigt man, daß der Strom senkrecht zu den Äquipotentiallinien fließt, ergibt sich aus den Figuren, daß die Konzentration des Stromes in dem Nerv, beispielsweise dem Nerv 20, bei Anwendung der Elektrodenanordnung nach der Erfindung gemäß Figur 7 wesentlich verbessert ist_t

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Die Figuren 9, 10 und 11 sind Äquipotentialliniendarstellungen für verschiedene Dreielektrodenanordnungen_o Figur 9 zeigt ein Äquipotentialliniendiagramm für die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4« Figur 10 stellt ein Äquipotentialliniendiagramm für eine Anordnung ähnlich den Figuren 3 und 4 dar, bei der jedoch die abgeschirmte Elektrode 23^! keine größere Breite als die Schutzelektroden 22' und 24' hat„ Figur 11 ist eine Äquipotentialliniendarstellung für eine bekannte Schutzelektrodenanordnung, u/ie sie beispielsweise aus der USA-Patentschrift 3 405 715 bekannt isto

In Figur 11 sind die drei Elektroden mit 22", 23" und 24" bezeichnet. Es ist zu erkennen, daß die abgeschirmte Elektrode 23" von dem größeren Teil der Äquipotentiallinien umgeben uiird, daß jedoch nur sehr wenige Äquipotentiallinien durch den Teil des Körpers hindurchreichen, mit dem die Elektrode verbunden isto Ferner läßt die Form der die Elektrode 23" umgebenden Äquipotentiallinien erkennen, daß diese ÄquipptentjLallinien _: nur in geringem Maße zu einem Stromfluß in der. Längsrichtjung_; . des zu stimulierenden Körperteiles beitragen» . ,.

Die Äquipotentialliniendarstellung der Figur 10 zfJLgt eine: \/er*- besserung hinsichtlich der Anzahl der Äquipatentiallinian, die in dem Diagramm senkrecht durch den zu stimulierenden Teil des Körpers hindurchverlaufen_o Diasar Vorteil wird erzielt, tueii . .-...-die Elektroden 22', 23' und 24' auf gegenüberliegenden Sejten.-. des Körperteiles liegen, mit dem sie verbunden sind- Figur 9

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läßt jedoch eine'ms it größere Anzahl von Äquipoten.tiallinlen , erkennen, deren gegenseitiger Abstand verhältnismäßig gleichförmig ist und die in lotrechter Richtung durch den anzuregenden Körperteil hindurchverlaufen_o Dieses stark verbesserte. ,Er^--, gebnis ist darauf zurückzuführen, daß die; abgeschirmte, E-i-e^-r;.-. . trode 23 ungefähr die doppelte Oberfläche wie eine der beiden Schutzelek.troden 22 und 24 besitzt«, Aus einem .Vergleich der Äquipotentialliniendarstellung nach; Figur 11 für eine..bekannte Elektrodenanordnung mit den Diagrammen nach den Figuren 10 und 9 folgt, daß der mit den flexiblen Elekt:roden nach der Erfindung zu erreichende Aufbau eine gegenüber- den bekannten ;Anordnungen wesentlich verbesserte Stromdichte und- Stromverteilung in dem zu stimulierenden Teil des Körpers erlaubt» Es ergibt sich ferner, daß die Anordnung gemäß Figur. 3 eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, «etl sie zu dem günstigsten Äqui-? potentialliniendiagramm gemäß Figur 9führte :

Figur 12 zeigt eine Äquipotentialliniendarstellung für die Elektrodenanordnung nach Figur 6, bei der es siGh um eine ab-" gewandelte Ausführungsform der Schutzelektrodenanordnung handelt«* Es erweist sieh wiederum, daß' die Äquipotentiallinieh- ^: verteilung, die dadurch erreicht wird, daß Elektroden 12, 13 und 18 auf "beiden Seiten des zcr stimtilierenden Teiles dBS Körpers liegen, wesentlich günstiger als die Äquipotentialiinien— VBrteilung der bekannten Schutzeiektrbdenanordnüng gemäß Figur 11 istV ";■"= ■'--"■■.■ '^: -■■■■■■-■ -■■- ■'■■■■■ ■ "- · - - .■■■:■: ". Λ . ■ ■ : ':,„; -..-.

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In den Figuren 13 und 14 ist eine weitere Abwandlung der Elektrodenanordnung dargestellt, die als Schutzelektrodenanordnung mit zwei Elektroden ausgebildet ist= In Figur 13 sind zwei Leiter 50 und 51 dargestellte Der Leiter 50 besitzt ein verlängertes Teil 52, das als Elektrode entsprechend der Elektrode 12 nach Figur 1 wirkt, mit der Ausnahme, daß das verlängerte Teil 52, wie aus den Figuren 13 und 14 hervorgeht, im wesentlichen U-förmig gebogen ist» Der Leiter 51 besitzt ein verlängertes Teil 53, das als Elektrode 13 gemäß Figur 1 wirkt, mit der Ausnahme, daß die Elektrode 53 in das von der Elektrode 52 gebildete U hineinragt. Die Leiter 50 und 51 sind in die Umhüllung 14 eingebettet, die mit Ansätzen 15 und 16 versehen ist. Die verlängerten, die Elektroden 52 und 53 bildenden Teile sind teilweise in die Umhüllung 14 eingebettet; diejenigen Flächen, die mit dem Teil des Körpers in Verbindung gebracht werden sollen, liegen freie Figur 14 zeigt die Anordnung nach Figur 13 in der Lage, die sie vorzugsweise vor der Herstellung des Anschlusses aus den in Verbindung mit der Anordnung nach Figur 2 erläuterten Gründen einnimmt,. Für diese Form wird in der ebenfalls dort erläuterten Weise gesorgt,

UJie ebenfalls aus den Figuren 13 und 14 hervorgeht, sind die in hohem maße flexiblen Leiter 50 und 51, die in die Elektroden 52 und 53 auslaufen, anders aufgebaut als die gewandelten Leiter 10 und 11 nach Figur 1» 3eder Leiter 50 und 51 besteht aus mehreren,einander nicht überlappenden, wendelförmig gewickelten elektrischen Adern. Die Adern sind um einen elektrisch

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isolierenden Kern herumgewickelt„ 3ede Ader weist einen einzelnen elektrischen Leiterstreifen auf, der seinerseits um einen eigenen elektrisch isolierenden Kern uiendelförmig herum= gewickelt ist_o Leiter dieser Art bringen für implantable Anordnungen besondere Vorteile mit sich₀ Insbesondere bietet ein derartiger Leiter bei einer implantableη Elektrode eine größere Flexibilität und Dauerhaftigkeit als Leiter hti«.an"tet Art.,

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SAD

Claims (1)

1. Ansprüche

   1.jZur Implantation in den Körper bestimmte Elektrodenanordnung mit mindestens einer' an eine Stromquelle anschließbaren Zuleitung und mindestens einer mit der Zuleitung verbundenen Elektrode, uiobei die Zuleitung und ein Teil der Elektrode in einer elektrischen Isolierung gekapselt sind, die gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12,13,22, 23,24,52,53) flexibel und um den das elektrische Signal aufnehmenden Körperteil herumbiegbar ist,

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (14) mit in entgegengesetzte Richtungen weisen-» den Ansätzen (15,16) versehen ist, die, beim Herumbiegen dar Elektrode (12,13,22,23,24,52,53) um den Körperteil derart zusammenbringbar sind, daß die Elektrode mit dem Körperteil in Kontakt gehalten iuird₀

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Elektrode (12,13,22,23,24) aus einem im wesentlichen rechteckigen, flachen Streifen flexiblen. Metalles besteht«,

   4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Metall lagehaltig. ist.

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   5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Zuleitungen (10,11) und ziuei jeweils mit einer anderen der Zuleitungen verbundene flexible Elek=. troden (12,13). ·

   6« Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden flexiblen Elektroden (12,13) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen»

   7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiger elektrischer Leiter (18) mindestens teilweise in der Isolierung (14) gekapselt und derart angeordnet ist, daß die beiden parallelen Elektroden (12,13) parallel zu und im wesentlichen in der Ebene des U-förmigen Leiters verlaufen und durch das offene Ende in den von dem U-förraigen Leiter umgrenzten Raum hineinragen,,

   Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch zwei Zuleitungen (10,11), zwei mit einer dieser Zuleitungen verbundene flexible Elektroden (22,24) und eine dritte mit der anderen Zuleitung verbundene flexible Elektrode (23), wobei die beiden mit der einen Zuleitung verbundenen flexiblen Elektroden in Stromabschirmstellung mit Bezug auf di dritte flexible Elektrode angeordnet sind„

   Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der dritten flexiblen Elektrode (23) ungefähr

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   gleich der Summe der Oberflächen der beiden anderen flexiblen Elektroden (22,24) ist.

   1Oo Anordnung nach Ansprüchen 3 und 9, dadurch gekennzeichnet,
   daß die beiden mit der einen Zuleitung verbundenen flexiblen Elektroden (22,24) gleiche Breite haben und die dritte
   flexible Elektrode (23) ungefähr doppelt so breit u»ie eine
   der beiden anderen flexiblen Elektroden ist«

   11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei flexiblen Elektroden (22,23,24) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die dritte flexible Elektrode (23) zwischen den beiden anderen
   flexiblen Elektroden (22,24) angeordnet ist.

   12o Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Zuleitung (50,51) mehrere Adern aufweist, die
   einander nicht überlappend wendelförmig um einen elektrisch isolierenden Kern herumgewickelt sind, und daß jede Ader
   aus einem einzelnen Leiterstreifen besteht, der seinerseits um jeuteils einen eigenen elektrisch isolierenden Kern wendelförmig herumgewickelt ist.

   13o Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Elektrode als verlängertes Teil (52,53) der Zuleitung (50,51) ausgebildet ist„

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   14o Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei flexible Elektroden (52,53) vorhanden sind, von denen die eine (52) U-förmig ist und die andere (53) parallel zu und im wesentlichen in der Ebene der einen Elektrode verläuft und durch das offene Ende in den von der einen Elektrode umgrenzten Raum hineinragte

   15o Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren Elektroden, die derart an die Stromquelle.anschließbar sind, daß mindestens eine Elektrode gegenüber mindestens einer anderen Elektrode entgegengesetzte Polarität hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12,13; 22,23,24; 52,53) derart für die Verbindung mit einem Körperteil ausgebildet sind, daß mindestens Teile von Elektroden entgegengesetzter Polarität auf einander gegenüberliegenden Seiten des Körperteils liegen,,

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