DE4037043A1

DE4037043A1 - In lebewesen implantierbarer bimetallenergiewandler

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

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.

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.

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.].

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.

Diese bekannten Verfahren sind nicht definiert reversibel.

Nachteile

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.

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.

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.

Erkanntes 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.

Lösung

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.

Vorteile

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).

Ausführungsbeispiel

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.

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).

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.

Claims

In Lebewesen implantierbarer Bimetallenergiewandler, der geeignet ist, Blut- oder Lymphgefäße oder andere Kanäle zeitlich definiert, reversibel und beliebig oft sowie nach Implantationsoperation ohne zusätzliche Störung der Integrität der Körperoberfläche des Lebewesens zu komprimieren, dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. dem Energiewandler eine Bimetallstruktur zu Grunde liegt,
- 2. sich der Energiewandler in einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld befindet, welches außerhalb des Lebewesens erzeugt wird.