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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf implantierbare
medizinische Geräte,
sowie im besonderen auf ein Verfahren bzw. eine Methode und eine
Vorrichtung bzw. Apparatur zum Einfangen und/oder Filtern elektromagnetischer
Erscheinungen, die aus elektromagnetischen Feldern resultieren,
die an medizinischen Zuleitungen beobachtet werden.
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Die
Technologieexplosion in der Industrie implantierbarer medizinischer
Geräte
hat zu vielen neuen und innovativen Geräten und Methoden für die Analyse
und Verbesserung der Gesundheit der Patienten geführt. Die
Gruppe implantierbarer medizinischer Geräte umfasst mittlerweile u.a.
Schrittmacher, Kardioverter, Defibrillatoren, Neuralstimulatoren
und medikamentenverabreichende Geräte. Der neueste Stand der Technik
von medizinischen Geräten
ist weitaus höher
entwickelt und komplexer als frühere Geräte und in
der Lage, erheblich komplexere Aufgaben auszuführen. Der therapeutische Nutzen
solcher Geräte
ist durchaus erwiesen.
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Es
gibt viele Anwendungen von implantierbaren medizinischen Geräten, die
zur Erfassung von wichtigen physiologischen Daten des menschlichen Körpers dienen.
Viele implantierbare medizinische Geräte werden für die Herzüberwachung und -therapie benutzt.
Häufig
beinhalten diese Geräte
Sensoren, die in Blutgefäße und/oder
Kammern des Herzens eingesetzt werden. Oft werden diese Geräte funktional
an implantierbare Überwachungs-
und Therapiegeräte
angebunden. Zum Beispiel schließen solche
Herzsysteme implantierbare Herzmonitore und Behandlungsgeräte wie Herzschrittmacher,
Kardioverter, Defibrillatoren, Herzpumpen, Kardiomyostimulatoren,
Ischämie-Behandlungsgeräte, medikamentenverabreichende
Geräte
und andere Herzbehandlungsgeräte
ein. Die meisten dieser Herzsysteme enthalten Messelektroden und
Aufnahmeverstärker
für Erfassung
und/oder Antrieb von Sense Event Signalen vom intrakardialen oder
Fern-Elektrogram (EGM).
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Im
Allgemeinen wird eine Anzahl physiologischer Daten wie ventrikulärer Druck,
Sauerstoffversorgung des Blutes des Patienten, EGM Daten, Atemmuster
eines Patienten und Ähnliches
gesammelt und durch Datenerfassungsgeräte, die in einem menschlichen
Körper
implantiert sind, gespeichert. Die Daten können dann genutzt werden, um
den physischen Zustand eines Patienten zu analysieren. Oft können die
von den implantierbaren medizinischen Geräten gesammelten Daten Anzeichen
für bestimmte
Leiden im Körper
eines Patienten liefern. Solche Bedingungen beeinflussen möglicherweise auch
die Art und Weise, in der eine medizinische Therapie (z.B. Herztherapie)
von dem implantierbaren medizinisches Gerät geleistet bzw. abgegeben wird.
Wenn ein bestimmtes Leiden nicht richtig erfasst oder falsch diagnostiziert
wird, kann dies zu falschen Reaktionen des implantierbaren medizinischen
Gerätes
führen.
Falsche Reaktionen des implantierbaren medizinischen Gerätes können wiederum
dem Patienten schaden. Im Allgemeinen werden physiologische Daten
von einer Zuleitung erfasst, die ein Signal bezüglich der physiologischen Daten
an das medizinische implantierbare Gerät weiterleitet. Beim Vorhandensein
eines elektromagnetischen Feldes kann das Signal auf der Zuleitung
bzw. Leitung beschädigt
werden, wodurch Fehler erzeugt werden.
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Häufig kann
die Therapie als Reaktion auf gewisse physiologische Daten und/oder
Daten, die auf andere physische Ereignisse (z.B. ungewöhnliche
Atemmuster) hinweisen, die beim Patienten entdeckt werden, eingesetzt
werden. Zum Beispiel können
bestimmte Aktivitäten
des Patienten zu erhöhten physiologischen
Anzeichen im Körper
des Patienten führen.
Oft kann ein implantierbares medizinisches Gerät dahingehend programmiert
werden, physiologische Änderungen
zu bemerken und dementsprechend zu reagieren. Zum Beispiel kann
ein implantierbares medizinisches Gerät mit einer oder mehreren Herztherapien
auf eine besondere im Körper
des Patienten entdeckte Bedingung reagieren. Das implantierbare
medizinische Gerät
kann ebenfalls einen normalen Therapieverlauf als Reaktion auf ungewöhnliche,
im Körper
eines Patienten entdeckte Leiden, modifizieren. Deshalb ist die
verbesserte Genauigkeit des Signals von der Zuleitung wünschenswert
für die
ordnungsgemäße Funktion
des implantierbaren medizinischen Gerätes.
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Wenn
ein implantierbares medizinisches Gerät in den Körper eines Patienten eingesetzt
worden ist, betritt es einen Bereich, in dem der Patient einer beträchtlichen
Menge von Radiofrequenzsignalen (RF) ausgesetzt ist. Die Länge der
Zuleitung fungiert während
der Belastung mit Radiofrequenzsignalen im Allgemeinen als eine
Art Antenne, wie beispielsweise ein MagnetresonanzFigursverfahren
(MSI) und RF Signale von Funk-Diathermieverfahren. Aufgrund des
antenneartigen Verhaltens der Zuleitung kann sich die Spitze der
Zuleitung wie eine Quelle für den
gekoppelten (z.B. induzierten) Stromfluss des RF-Signals verhalten.
Weiterhin können
gekoppelte (induzierte) Stromflüsse
des RF-Signals an anderen Teilen der Zuleitung auftreten, wie dem
in den Verbindungsstecker des implantierbaren medizinischen Gerätes eingesetzten
Teil.
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Bei
MRI-Signalen (z.B. während
des MRI-Scan-Verfahrens) kann eine merkliche Strömung an der Zuleitung erzeugt
werden, so dass die Spitze der Zuleitung ein beträchtliches
Stromgefälle enthält. Aufgrund
der Gesetze der Energieerhaltung wird ein großer Anteil des Stroms wegen
des vom Widerstand der Zuleitung verursachten Energieverlustes in
Wärme umgewandelt.
Deshalb kann an der Spitze der Zuleitung eine erhebliche Menge an
Wärme erzeugt
werden, welche beim Patienten zu ernsthaften Verletzungen führen kann.
Es können
Verbrennungen an dem der Spitze der Zuleitung ausgesetzten Gewebe
auftreten. Weiterhin kann eine große Menge gekoppelten Stroms
in der Zuleitung zum Versagen bzw. Ausfall des implantierbaren medizinischen
Gerätes
führen,
was wiederum zu einem Verletzungsrisiko oder zum Tode des Patienten
führt.
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Änderungen
in den Signalen, die durch die Zuleitung fließen (z.B. sensorische Signale
von der Zuleitung zum implantierbaren medizinischen Gerät und/oder
vom Gerät
gesendete Therapiesignale) können
zu einer Betriebsstörung
des implantierbaren medizinischen Gerätes führen. In so einem Fall kann eine
falsche Abgabe einer Therapie erfolgen, die beim Patienten Herzrhythmusstörungen und
andere physiologischen Schäden
hervorrufen kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Auswirkungen eines
oder mehrerer der oben genannten Probleme zu bewältigen oder wenigstens zu reduzieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In
einem Aspekt von der vorliegenden Erfindung wird ein Apparat dafür zur Verfügung gestellt, gekoppelten
Strom zu reduzieren, der aus einem elektromagnetischen Feld in einer
medizinischen elektrischen Zuleitung resultiert. Die medizinische elektrische
Zuleitung umfasst den langgestreckten bzw. verlängerten Korpus bzw. Körper mit
einem proximalen Endteil bzw. Endabschnitt, einem Mittelteil bzw.
-abschnitt und einem distalen Endteil bzw. -abschnitt, wobei wenigstens
eine Spule um wenigstens eines der folgenden, dem proximalen Endteil,
Mittelteil und dem distalen Endteil, gewunden ist, und die Spule
dazu dient, Radiofrequenzsignale (RF) zu filtern.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet ein System, um
den gekoppelten Strom, der von einem elektromagnetischen Feld in
einer medizinischen elektrischen Zuleitung resultiert, zu reduzieren.
Das System der vorliegenden Erfindung umfasst ein implantierbares
medizinisches Gerät
und eine funktional an das implantierbare medizinische Gerät angebundene
Zuleitung. Die medizinische elektrische Zuleitung umfasst ein proximales
Endteil, einen Mittelteil und wenigstens eine Spule, die um wenigstens
eines der folgenden, dem proximalen Endteil, dem Mittelteil und
dem distalen Endteil, gewunden bzw. gewickelt ist. Die Spule liefert
eine induktive Impedanz parallel zu einer kapazitiven Impedanz zur
Reduzierung gekoppelten Stroms, der sich beim Vorhandensein eines
elektromagnetischen Feldes ergibt.
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In
noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Verfügung
gestellt, um den gekoppelten Strom aus dem elektromagnetischen Feld
in einer medizinisch elektrischen Zuleitung zu reduzieren. Das Verfahren
beinhaltet die Bereitstellung mindestens einer gewundenen bzw. gewickelten
Spule, die um mindestens eine der folgenden Bereiche, ein proximales
bzw. in der Nähe befindliches
Endteil, Mittelteil und distales Endteil der medizinischen elektrischen
Zuleitung gewickelt ist, so dass die Spule parallel zu einer kapazitiven
Impedanz eine induktive Impedanz bereitstellt, um den gekoppelten
Strom zu reduzieren.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindungen können
unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit
den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen gleiche
Bezugszeichen gleichen bzw. gleichartige Elemente identifizieren.
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1 ist
ein vereinfachtes Diagramm einer Umsetzung eines implantierbaren
medizinischen Gerätes
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 stellt
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines implantierbaren medizinischen
Systems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
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3 ist
eine stilisierte Ausführungsform
einer Zuleitung, die in einem implantierbaren medizinischen System
verwendet wird, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine stilisierte Ausführungsform des
distalen Endes der Zuleitung, die in dem implantierbaren medizinischen
System verwendet wird, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt
eine stilisierte Ausführungsform einer
Spule, die auf der Zuleitung eines implantierbaren medizinischen
Systems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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6 ist eine stilisierte Ansicht eines Querschnittes
der Spule, die auf der Zuleitung des implantierbaren medizinischen
Systems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, verwendet wird; und
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7a–7i erläutern äquivalente
elektrische Schaltplandarstellungen der verschiedenen Einsatzmöglichkeiten
der Spule(n), die auf der Zuleitung des implantierbaren medizinischen
Systems, gemäß wenigstens
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, Verwendung finden.
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Während die
Erfindung modifizierbar ist und alternative Formen leicht umsetzbar
sind, wurden hier bestimmte Ausführungsformen
beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden hier detailliert beschrieben.
Es sollte jedoch verstanden sein, dass die Beschreibung bestimmter
Ausführungsformen hierin
nicht beabsichtigen, die Erfindung auf die bestimmten offengelegten Ausführungsformen
zu beschränken,
sondern dass im Gegenteil die Erfindung alle Varianten, Entsprechungen
und Alternativen abdeckt, die innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung
fallen, wie in den beigefügten
Ansprüchen definiert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Anschauliche
Ausführungsformen
der Erfindung werden im weiteren beschrieben. Im Interesse der Klarheit
werden nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung in dieser
Patentschrift beschrieben. Es wird natürlich gewürdigt werden, dass bei der
Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführungsform
zahlreiche durchführungsrelevante Entscheidungen
getroffen werden müssen,
um bestimmte Ziele der Entwickler zu erreichen, wie beispielsweise
die Einhaltung system- und geschäftsbezogener
Beschränkungen,
die von einer Umsetzung zur anderen variieren. Überdies wird gewürdigt werden,
dass eine derartige Entwicklungsanstrengung komplex und zeitraubend
sein kann, aber dennoch ein routinemäßiges Unterfangen für diejenigen
mit normalen fachlichen Fähigkeiten,
die von dieser Offenlegung profitieren.
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Es
gibt viele unterschiedliche Verfahren, die Bedienung implantierbarer
medizinischer Geräte (z.B.
Schrittmacher, Herz-Defibrillatoren und ähnliche) betreffend. Die Bedienung
eines implantierbaren medizinischen Gerätes beinhaltet das Erfassen, Speichern
und Analysieren physiologischer Daten bezüglich des Patienten und/oder
das Therapieren (z.B. Herztherapie) an einem Körperteil des Patienten. Oft
werden diese Aufgaben von einem implantierbaren medizinischen System
ausgeführt,
welches ein implantierbares medizinisches Gerät einschließt. Basierend auf der Analyse
des implantierbaren medizinischen Systems können eine oder mehrere Therapien
auf einen bestimmten Teil des Körpers
eines Patienten abgestimmt werden. Ein Beispiel einer derartigen
Therapie ist die Herztherapie, die am Herzen des Patienten ausgeführt wird.
Die Auswertung physiologischer Daten und/oder der Daten, die auf
ungewöhnliche
Aktivitäten
im Körper
des Patienten bezogen sind, ist wichtig bei der Bestimmung der Vorgehensweise
(z.B. Therapiemuster usw.) des implantierbaren medizinischen Gerätes.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sorgen für das Reduzieren des gekoppelten (z.B.
induzierten) Stromes in der Zuleitung, der von RF-Signalen in der
Nähe der
Zuleitung erzeugt wird. Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bieten eine Einlegung der Spule in der
Nähe bzw.
proximal zur Spitze der Zuleitung, um diese im Wesentlichen zu isolieren
und dadurch die Möglichkeit
der Erzeugung unerwünschter
Mengen des gekoppelten oder von RF-Signalen auf der Zuleitung herbeigeführten Stromes
zu reduzieren. Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung bieten eine Einlegung der Spule in der Nähe bzw.
proximal zur Spitze der Zuleitung, wobei in effektiver Weise eine
Induktionsspule in Reihe mit dem Widerstand der Zuleitung geschaltet
wird. Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bieten einen Schaltkreis, dessen effektive
Resonanz bei Radiofrequenzsignalen in der Form auftritt, dass ein
offener Schaltkreis für
radiofrequenz-gekoppelte Strömungssignale
geschaffen wird, die auf der Zuleitung vorhanden sind. Die Spule sorgt
mit anderen Worten bei den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung für
einen offenen Schaltkreis oder hohe Impedanz bei Hoch-Frequenzsignalen,
aber zur gleichen Zeit für
einen normalen Signalweg für
Nieder-Frequenzsignale, wie beispielsweise Pacing-Signale oder Datenerfassungssignale.
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Betrachten
wir nun 1, die eine Ausführungsform
der Umsetzung eines implantierbaren medizinischen Gerätes in einem
menschlichen Körper
illustriert. Ein Sensor-/Therapiegerät 210 (z.B.
an Zuleitungen 114 befestigte Geräte) wird am Herz 116 des
menschlichen Körpers 105 angebracht,
um physiologische Daten zu erfassen und zu verarbeiten. Ein implantierbares
medizinisches Gerät 220 sammelt
und verarbeitet eine Anzahl der Daten, die im menschlichen Körper 105 erfasst
werden. In einer seiner Ausführungsformen
kann das implantierbare medizinisches Gerät 220 ein Schrittmacher
oder Defibrillator sein. Die vom implantierbaren medizinischen Gerät 220 erfassten
Daten können
von einem externen System überwacht
werden, wie beispielsweise Zugangsgerät 240, welches einen
Programmierkopf 122 enthält, der aus der Entfernung
mit dem implantierbaren medizinischen Gerät 220 kommuniziert.
Der Programmierkopf 122 wird gemäß den Programmiersystemen für medizinische
Geräte
verwendet, die Fachleuten bekannt sind und Nutzen aus der vorliegenden
Offenlegung ziehen, um eine wechselseitige bzw. Zwei-Wege-Kommunikation
zwischen Schrittmacher 220 und Zugangsgerät 240 zu
erleichtern.
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In
einer Ausführungsform
kann eine Vielzahl von Zugangsgeräten 240 eingesetzt
werden, um eine Anzahl der vom implantierbaren medizinischen Geräten 220 verarbeiteten
Daten gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu erfassen. Der Schrittmacher 220 ist
in einem hermetisch versiegelten, biologisch inerten äußeren Kanister
oder Gehäuse 113 untergebracht,
welcher selbst leitfähig sein
kann, um so als Elektrode im Pacing-/Messschaltkreis des Schrittmachers 220 zu
dienen. Eine oder mehrere Schrittmachersensoren/-zuleitungen, gemeinschaftlich identifiziert
durch Bezugszeichen 114 in 1, werden
elektrisch mit dem Schrittmacher 220 gekoppelt und reichen über die
Vene 118 bis in das Patientenherz 116. Im Allgemeinen
sind nahe dem distalen Ende der Zuleitung 114 eine oder mehrere
leitfähige
Elektroden (Sensor-/Therapiegerät 210)
zum Empfang von elektrischen Herzsignalen oder zur Abgabe elektrischer
Pacing-Stimulation an Herz 116 angeordnet. Die Zuleitungen 114 können mit
ihrem distalen Ende entweder im Vorhof bzw. Atrium oder im Ventrikel
des Herzens 116 implantiert werden. In einer alternativen
Ausführungsform
können
die Sensoren 210 oder die mit den Sensoren 210 verbundenen
Zuleitungen 114 in einem Blutgefäß auf dem Herzen 116 durch
Vene 118 platziert werden.
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Wenden
wir uns nun 2 zu, in der ein System 200 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dargestellt wird. Das System 200 enthält ein Sensor-/Therapiegerät 210,
ein implantierbares medizinisches Gerät 220, und ein Zugangsgerät 240.
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bieten eine Vielzahl physiologischer
und nicht-physiologischer Daten vom Sensor-/Therapiegerät 210 zum
implantierbaren medizinischen Gerät 220, wo diese verarbeitet
und im implantierbaren medizinischen Gerät 220 gespeichert
werden. Das Sensor-/Therapiegerät 210 kann
eine Vielzahl von Sensoren umfassen, die fähig sind, physiologische und nicht-physiologische
Daten zu erfassen. Basierend auf den Daten von Sensor(en) 210 und
anderen Faktoren kann das implantierbare medizinische Gerät 220 einen
Teil des Körpers
des Patienten mittels Sensor-/Therapiegerät 210 therapieren
bzw. mit einer Therapie versorgen. Das Zugangsgerät 240,
das mit Gerät 220 über eine
Schnittstelle 230 kommunizieren kann (z.B. eine interne
Schnittstelle zu Gerät 220), kann
zum Umprogrammieren und/oder Modifizieren der Bedienung des zu implantierenden
medizinischen Gerätes
benutzt werden. In einer Ausführungsform
wird eine Zuleitung 114 (im weiteren beschrieben) an das
implantierbare medizinische Gerät 220 gekoppelt,
um Sensor(en) 210 und/oder die Therapieelektroden unterzubringen.
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Wenden
wir uns nun 3 zu, in der eine medizinische
elektrische Zuleitung 300, welche an das implantierbare
medizinische Gerät 220 gekoppelt
sein kann, dargestellt ist. Die Zuleitung 300 kann an ein
implantierbares medizinisches Gerät 220 bei ungefähr einem
proximalen Endteil 320 auf der Zuleitung 300 angeschlossen
sein. Die Zuleitung umfasst auch einen Mittelteil 315 und
einen distalen Endteil 310, an dessen Ende eine Spitze 330 ausgebildet
ist. Wie in 3 dargestellt, kann das an Strom
gekoppelte Radiofrequenzsignal (RF) an der Zuleitung einen Stromfluss 340 in
der Zuleitung 300 verursachen. An der Spitze 330 wird
aufgrund der vorhandenen RF Signale an Zuleitung 300 effektiv
eine RF Signal-Quelle geschaffen.
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Bei
Vorhandensein signifikanter elektromagnetischer Felder, wie die
Felder während
eines MRI Verfahrens, kann eine wesentliche Menge an RF-gekoppelter
Signalenergie (z.B. Strom und/oder Spannung) rund um die Spitze 330 der
Zuleitung 300 vorhanden sein. Deshalb kann eine große Menge
des Stroms 340 an der Spitze 330 vorhanden sein,
die aufgrund der Widerstandsfähigkeit
der Zuleitung 300 eine Energieübertragung verursacht. Im Allgemeinen wird
die Energieübertragung
aufgrund des Widerstandes an der Zuleitungsspitze 330 zur
Gewebeverbindung in Form von Wärme übertragen.
Dies bewirkt, dass die Spitze 330 der Zuleitung 300 erwärmt wird.
Die Wärme
von der Spitze 330 der Zuleitung 300 kann dann
auf das Gewebe rund um die Spitze 330 übertragen werden und somit
Schaden im Körper
des Patienten verursachen. Die elektrische Energie 340 tritt
im allgemeinen bei hohen RF-Frequenzen auf, wie etwa die MRI-Frequenzen
von 64 MHz und/oder 128 MHZ, oder wie etwa die Funk-Diathermiefrequenzen
von 27 MHz.
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Würde die
elektrische Energie 340 wirksam verhindert bzw. blockiert,
könnte
die an der Spitze 330 erzeugte Wärme wesentlich reduziert werden.
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Wenden
wir uns nun der 4 zu, in der eine Spule 410 an
Zuleitung 300 nahe der Spitze 330 der Zuleitung 300 befestigt
ist. In einer Ausführungsform kann
eine Vielzahl bzw. Anzahl von Spulen 410 auf anderen Teilen
auf der Zuleitung 300 platziert werden, sowie auf dem benachbarten
bzw. proximalen Endteil 320 und/oder in dem Mittelteil/Abschnitt 315 auf
der Zuleitung 300. Die Platzierung der Spule 410 auf
dem distalen Endteil 310 der Zuleitung 300 kann beträchtliche
Mengen hochfrequenter elektrischer Energie 340 daran hindern,
durch die gesamte Länge der
Zuleitung 300 zu fließen.
Tatsächlich
agiert die Spule 410 wie ein elektromagnetischer Filter und/oder
Falle, der/die fähig
ist, die elektrische RF-Signalenergie 340 zu fangen/filtern,
wie beispielsweise elektrische Energie, die gekoppelt ist durch
das Vorhandensein eines MRI-Signals.
Induktive und kapazitive Effekte durch den Einsatz von Spule 410 (im
weiteren detailliert beschrieben) reduzieren den Fluss hochfrequenten
Stroms 340 durch die Spitze 330 der Zuleitung 300.
Deshalb wird durch Interaktion des hochfrequenten Stroms 340 mit
dem Widerstand der Zuleitungsspitze 330 erzeugte Wärme als
ein Ergebnis der Implementierung der Spule 410 reduziert. Ähnlich bieten
auf andere Teile der Zuleitung gesetzte Spulen 410 auch
den Vorteil, Hochfrequenzströmungen 340 in
der Spitze der Zuleitung 330 zu reduzieren.
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Wenden
wir uns nun 5 zu, die eine vergrößerte Ansicht
des distalen Endes 310 der Zuleitung 300 und der
Spule 410 zeigt. Die Spule 410 ist um die Zuleitung 300 nahe
der Spitze 330 gewickelt. Die Spule 410 bietet
die Funktion einer Induktionsspule, deren induktive Eigenschaft
bei höheren
Signalfrequenzen wie 64 und/der 128 MHz liegt. Als Beispiel kann
der äußere Durchmesser
der Spule der Spule 410 ungefähr 50 bis 60 Tausendstel von
einem Zoll sein. Die Länge
der Spule 410 kann ungefähr ein- bis drei Zehntel von
einem Zoll sein. Es sollte verstanden werden, dass andere Maße angesetzt werden
können,
um die von den Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung abgeleiteten Ergebnisse zu erreichen. Die
Anzahl der Windungen der Spule 410 kann variiert werden,
um sich auf die durch die Spule 410 geschaffenen kapazitiven
und induktiven Wirkungen auszuwirken. Deshalb können die Windungen der Spule
angepasst werden, um kapazitive und induktive Eigenschafen für eine Vielzahl
von Frequenzen aus elektromagnetischen Feldern zu liefern. Diese
kapazitiven und induktiven Eigenschaften können ein paralleles Induktor-Kondensatorschaltungsnetzwerk
bilden, das resonant sein kann.
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In
einer Ausführungsform
besteht die Spule 410 aus einem isolierten Draht. Wenden
wir uns nun den 6a und 6b zu,
die einen Querschnitt eines Teiles der Spule 410 bzw. eine
dreidimensionale Ansicht von einem Teil der Spule 410 zeigen.
In einer Ausführungsform
beinhaltet der in der Spule enthaltene Draht leitfähige Materialien
wie Kupfer, Gold, Silber, MP35N, Platin und dergleichen. Es sollte
bedacht werden, dass unterschiedliche leitfähige Materialien 610 gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Des weiteren besteht
ein isolierender Überzug 640,
der den Draht 610 isoliert, aus einem dielektrischem Material 610,
wie beispielsweise einem Emailüberzug. Der
Draht wird um einen dielektrischen (nicht-leitfähigen) Kern 630 gewickelt
und wird von einer dielektrischen äußeren Schale 640 eingekapselt.
Der Kern selbst kann ebenfalls einen isolierenden Überzug haben.
Durch die Isolierung der Spule 410 wird der Teil der Zuleitung 300,
der von der Spule 410 abgedeckt wird, daher nicht elektrisch
in seine Umgebung geführt,
und funktioniert daher nicht als eine Anode oder eine elektrische
Rückleitung
des Stroms in den Körper
des Patienten. Allerdings sorgt das leitfähige Material 610 der
Spule 410 für
elektrische Fähigkeiten innerhalb
der elektrischen Leitung der Zuleitung 300. Mit anderen
Worten fügt
das leitfähige
Material 610 der Spule 410 dem elektrischen Pfad
der Zuleitung 300 kapazitive und/oder leitende Merkmale
in einer seriellen Weise hinzu.
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Wenden
wir uns nun den 7A–7I zu, in
denen äquivalente
elektrische Schaltungen illustriert werden, die durch verschiedene
Einsatzmöglichkeiten
der Spule 410 auf der Zuleitung 300 resultieren.
In einer Ausführungsform
stellt die Spule 410 eine gleichwertige bzw. äquivalente
Induktanz in Reihe mit dem elektrischen Strömungspfad der Zuleitung 300 bereit,
wie in 7A illustriert. Die Spule 410 bietet
einen Induktor L 710 in Reihe mit einem äquivalenten
Widerstand R 720 (welcher in einer Ausführungsform der entsprechende
Widerstand von Spule 410 ist) im elektrischen Pfad der
Zuleitung, die an der Ringspitze 330 endet. Weiterhin umfasst
der Schaltkreis in 7A ebenfalls einen äquivalenten Widerstand
(Rdraht 721) zum Zuleitungsdraht
selbst. Die Induktionsspule L 710 wird wirksam in Gegenwart
eines RF Signals, wie beispielsweise ein MRI-Signal von 64 MHz und/oder
128 MHz. Es sollte bedacht werden, dass die Frequenz, bei der die
Induktionsspule L 710 wirksam wird, durch eine veränderte Windung
der Spule 410 modifiziert werden und dennoch innerhalb
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bleiben kann.
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Bei
niedrigen Frequenzen, wie ein Signal, welches ein Pacing-Signal
an die Spitze der Zuleitung leitet, ist die Induktionsspule L 710 ein äquivalenter
elektrischer Kurzschluss in Zuleitung 300. Sobald RF-Signal-Frequenzsignale die
Zuleitung 300 umgeben, stellt die Induktionsspule L 710 Induktivität in unterschiedlichen
Maßen
bereit, abhängig
von den Windungen und/oder der Größe des leitfähigen Materials 610 des
Drahtes, der Spule 410 zugeordnet ist. In einer Ausführungsform
hat die Induktionsspule L 710 ungefähr 4,7 mikro Henry, welches
tatsächlich beim
Vorhandensein eines MRI Signalfeldes aktiv ist. Dieser elektrische
Effekt ist ebenfalls bei vorhandenen Radiofrequenzsignalen präsent. Die
4,7 mikro Henry bzw. μH
Induktionsspule kann den sofortigen Aufbau von Hochfrequenzströmen, gekoppelt
an erhebliche elektromagnetische Felder, wie beispielsweise aber
nicht ausschließlich
von MRI-Verfahren verursachte Felder, reduzieren.
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Die
Spule 410 ist so gewickelt und ausgebildet, dass die von
der Spule geschaffene Induktanz bei bzw. mit Radiofrequenzsignalen
wie 64 MHz und 128 MHz-Signalen resonant sein kann. In einer alternativen
Ausführungsform
kann die Spule 410 eine im wesentlichen große Induktanz
ohne Resonanz liefern. Deshalb ist bei RF-Signalfrequenzen eine große Impedanz
an der Zuleitung 300 vorhanden, und somit erschwerend für RF-gekoppelte
Ströme
in der Zuleitung 300. Tatsächlich wird ein Schaltkreis
mit hoher Impedanz an der Induktionsspule L 710 (für hochfrequente
elektrische Energie) bei Vorhandensein eines hochfrequenten Signals
hergestellt. Die hohe Impedanz in der Nähe der Spitze 330 der
Zuleitung 300, die durch Spule 410 bei hohen Frequenzen
geliefert wird, macht fast die gesamte Länge der Zuleitung unempfänglich für den Anreiz
der Signale von RF-Signalen. Gleichzeitig erlaubt die Spule 410 den
Durchgang niederfrequenter Signale, die von dem implantierten medizinischen
Gerät 220 genutzt
werden. Die induktive Reaktanz von Induktionsspule L 710,
isoliert in erheblichem Maße
die Hochfrequenz(Radiofrequenz)-gekoppelten Signale der Zuleitung 300 von der
Zuleitungsspitze 300.
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Wenden
wir uns nun 7b zu, in der eine alternative
Ausführungsform
des äquivalenten
von Spule 410 an der Spitze 330 der Zuleitung 300 gelieferten
bzw. bereitgestellten Schaltkreises illustriert wird. Die Spule
kann derart um Zuleitung 300 gewickelt sein, dass ebenso
eine Kapazität
C 730 geschaffen wird. Die Kapazität C 730 existiert
parallel über
die Induktionsspule L 710. Die Kapazität C 730 ist parallel
zur Induktionsspule L 710 und dem Widerstand R 720,
welcher in Reihe mit dem Äquivalent von
Spule 410 und Rdraht 721 ist.
Die Kapazität
C 730 wird im Allgemeinen durch die störende bzw. parasitäre Kapazität verursacht,
die sich an jeder Windung der Spule 410 bildet. Im Allgemeinen
ist die Kapazität C 730 bei
Vorhandensein von hochfrequenten Signalen auf der Spitze 330 der
Zuleitung 300 effektiv bzw. wirksam. Die Kapazität C 730 beeinträchtigt die
niederfrequenten Signale auf der Zuleitung 300 im Allgemeinen
nicht, wie beispielsweise die vom implantierbaren medizinischen
Gerät 220 gesendeten
Schrittmacher- bzw. Pacing-Signale und/oder physiologischen Sensorsignale,
die zum Gerät 220 fließen bzw. transportiert
werden.
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Die
Kapazität
C 730 stellt eine äquivalente Kapazität einer
Kombination der Anzahl parasitärer Kapazitäten auf
den Wicklungen bzw. Windungen von Spule 410 dar. Die Kombination
der Parallel-Konfiguration der Induktionsspule L 710 und
des Kondensators C 730 liefert einen Parallel-Schaltkreis
mit einer höheren
Impedanz als der Induktor L 710 für sich genommen. Deshalb liefert
der von Spule 410 geschaffene Schaltkreis einen breiteren
Frequenzbereich, in dem eine signifikant hohe Impedanz bei Hochfrequenzen
in der Nähe
von Spitze 330 der Zuleitung 300 geschaffen wird.
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In
einer Ausführungsform
liefern die Induktionsspule L 710 und der Kondensator C 730 eine selbst-resonante
Schaltung, welche verschiedene RF-Signale besonders mit 27 MHz,
64 MHz und/oder 128 MHz reagiert. Die Resonanz verursacht hohe Impedanz
an den RF-Signalen, so dass durch RF-Signale gekoppelte elektrische
Energie signifikant isoliert wird. Die Isolierung der hochfrequenten
elektrischen Energie bietet den Nutzen der Reduzierung der Hitze
an der Spitze 330 der Zuleitung 300. Durch veränderte Durchmesser
des leitenden Materials (Drahtes) 610 in der Spule 410 und/oder Ändern der Anzahl
von Windungen von der Spule 410 kann die selbst-resonante
Schaltung so entworfen werden, dass sie bei einer Vielfalt von hochfrequenten
Signalen aus einem vordefinierten Bereich reagiert. Dieses Prinzip
kann verwendet werden, um Ausführungsformen
der gegenwärtigen
Erfindung so anzupassen, dass sie auf veränderte Frequenz-Implementierungen
von MRI-Verfahren reagieren.
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Wie
in 7C an niedrigen Frequenzen gezeigt, fließt der niederfrequente
Strom (Inied_freq) 740 durch die
Zuleitung 300 durch den Widerstand Rdraht 721 zum Widerstand
R 720 (z.B. etwa 3 Ohm in einer Ausführungsform), welcher der äquivalente
Widerstand des Zuleitungsdrahtes bzw. der Spule ist. In einer Ausführungsform
kann der Ersatzwiderstand vom Zuleitungsdraht Rdraht 721 ein
kleiner Widerstand von kleinem Wert wie einem 35 Ohm Widerstand sein.
Deshalb können
niederfrequente Signale wie Geschwindigkeitssignale und/oder Therapieliefersignale
durch die Zuleitung 300 und durch die Spitze 330 zum
Gewebe fließen,
das die Spitze 330 umgibt. Mit anderen Worten, die Spule 410 beeinträchtigt nicht
den normalen Ablauf der Therapie und/oder Erfassung physiologischer
Daten, die vom implantierbaren medizinischen Gerät 220 ausgeführt werden. Jedoch
liefern der Induktor L 710 und/oder die Kapazität C 730 bei
hohen Frequenzen hohe Impedanz (siehe 7C und 7D).
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Bei
hohen Frequenzen ist die an RF-Signale gekoppelte elektrische Energie,
die an der Spitze der Zuleitung 330 vorhanden ist, nahezu
Null aufgrund der Resonanz-Natur der Impedanz, die von der Induktionsspule
L 710 und der Kapazität
C 730 geliefert wird. Bei hohen Frequenzen ist eine hohe
Impedanz vorhanden als Resultat der Spule 410 und reduziert den
Wert der von RF-Signalen (Ihoch_freq) an
der Spitze der Zuleitung 330 gekoppelten elektrischen Energie beträchtlich.
Die Implementierung einer oder mehrerer Spulen kann einen in 7E veranschaulichten mehrstufigen
Schaltkreis erstellen. 7E zeigt zwei parallele Sätze von
Induktoren und Kondensatoren. Die parallele Kombination der Induktionsspule
L1 726 (in Reihe mit R 720),
beide parallel zu Kondensator C1 727 ist
in Reihe (durch einen zweiten Drahtwiderstandswert Rdraht2 721a)
mit der parallelen Induktorkombination L2 728 (in
Reihe mit einem zweiten äquivalenten
Widerstandswert R2 720a), beide
parallel mit Kondensator C2 729 und
sorgen für
die hohe Impedanzwirkung bei hohen Frequenzen, illustriert in 7D.
Die Kondensatoren C1 727 und C2 729 können zusammengefasste Element(e)
oder Störkapazitäten umfassen.
In einer Ausführungsform
kann jeder Satz paralleler Kondensator/Induktoren-Sätze aus 7E auf
andere Frequenzsignale reagieren und somit den hohen Impedanznutzen
aus 7D bei einer Vielzahl Frequenzen liefern.
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Die
Implementierung der Spulen 410, wie in Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, können konfiguriert werden, um
den in 7F dargestellten äquivalenten
Schaltkreis bzw. Stromkreis zu produzieren. 7F zeigt
eine parallele Verbindung von Kondensator C3 733 und
Induktionsspule L3 732 in Reihe
mit Induktionsspule L4 732, sämtlich parallel
zu Kondensator C4 734, die eine multi-frequente
Reaktion liefern, um ein Hindernis von hoher Impedanz für die angekoppelte
hochfrequente elektrische Energie zu bieten. In einer Ausführungsform
kann die Induktionsspule L3 731 ein magnetisch
gekoppeltes Spulenpaar sein, und die Kondensatoren C3 733 und
C4 734 können aus zusammengefassten
Elementen bestehen.
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Eine
Anzahl von Spulen 410 kann auf der Zuleitung 300 eingesetzt
werden, um Schutz vor gekoppelter hochfrequenter elektrischer Energie,
verursacht von einer Anzahl von Signalen verschiedener Frequenzen,
zu gewährleisten.
Zum Beispiel können zwei
Spulen 410, eine lockerer als die andere gewickelt, auf
einer Zuleitung 300 eingesetzt werden. Dies würde einen äquivalenten
Stromkreis produzieren, der zwei verschiedene Induktionsspulen umfasst,
wie in 7G gezeigt. 7G bietet
eine Induktionsspule L5 741, die
einen anderen Wert hat, mit einer seriellen Induktionsspule L6 742 ist, die aus einer Spule 410 resultiert,
die fester gewickelt ist als die Spule 410, welche die
Induktionsspule L5 741 produziert
hat. Deshalb können
die jeweiligen Induktionsspulen L5 741 und
L6 742 Hindernisse von hoher Impedanz
für verschiedene
angekoppelte elektrische Energien bieten, die sich aus zwei verschiedenen
Signalen mit veränderlichen
Frequenzen ergeben. Die mit jeder Spule 410 verbundene äquivalente
Störkapazität unterscheidet
sich ebenfalls.
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7H zeigt
Umsetzungsmöglichkeiten
von Spulen 410 auf der Zuleitung 300, die verbunden
ist mit einem implantierbaren medizinischen Gerät. Die Führung 300 ist an ein/en
Anschlussmodul/block 750 angeschlossen, welcher/s in das
implantierbare medizinische Gerät 200 integriert
ist. Der Anschlussblock 750 umfasst einen Kondensator C5 752, der in einer Ausführungsform
als Durchschleifkondensator agiert. In einer Ausführungsform
werden drei Spulen 410 auf der Zuleitung 300 implementiert,
um drei Induktionsspulen, L7 754,
L8 754 und L9 755,
zu produzieren. Die Induktionsspule L7 753 befindet
sich im Anschlussblock 750 und interagiert mit C5 752, um einen Tiefpassfilter zu
produzieren, der hochfrequente Signale beträchtlich blockiert und den Fluss
von niederfrequenten Signalen an das Gerät 220 ermöglicht. Die
Induktionsspule L8 754 wirkt als
Filter, um die Resonanzlänge
der Zuleitung 300 aufzubrechen. Die Induktionsspule L9 755 bietet Schutz vor der Einleitung hochfrequenter
elektrischer Energie an der Spitze der Zuleitung 300, wie
oben beschrieben.
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Das
Konzept der Implementierung von Spule 410, wie in den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, kann erweitert werden, indem
eine Spule um einen Kondensator wie in 7I gewickelt
wird. Wie in 7I dargestellt, ist eine Spule 410 um
einen Kondensator 762 gewickelt, welcher auf der Zuleitung
implementiert sein kann. Dieses bietet die Möglichkeit, einen äquivalenten
Schaltkreis zu generieren, der präziser auf besondere hochfrequente
Signale reagiert. Die um den Kondensator 762 gewickelte
Spule 410 erstellt eine parallele Kombination eines Kondensators
C6 764, und eine Induktionsspule
L10 763, die verwendet werden kann,
um ein Hindernis von hoher Impedanz für angekoppelte hochfrequente
elektrische Energie mit erhöhter
Genauigkeit zu liefern. Der Kondensator C6 764 und eine
Induktionsspule L10 763 können in
einer Vielzahl von Abschnitten der Zuleitung 300 einschließlich dem
proximalen bzw. nahen Endteil 320, dem Mittelteil 315 und/oder
dem distalen Endteil 310 der Zuleitung 300 eingebaut
werden.
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Die
auf den 7A–7I gezeigten äquivalenten
Schaltkreise bzw. Stromkreise reduzieren die hochfrequente elektrische
elektrische Energie an der Zuleitungsspitze 330 durch die
Belastung mit Radiofrequenzsignalen, wie MRI-Signalen, Diathermiesignalen
und einer Vielfalt anderer Hochfrequenzsignale oder Outputs, erheblich.
Die in den 7A–7I erläuterten
Ausführungsformen
können individuell
oder in jeder Kombination verwendet werden, um die Hoch-Impedanz
Reaktion zu produzieren, die für
die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vonnöten
ist.
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Die
obige detaillierte Beschreibung ist ein erläuterndes Beispiel einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung von der Implementierung des oben beschriebenen implantierbaren
medizinischen Gerätes 220.
Es sollte bedacht werden, dass andere Implementierungen und/oder
Ausführungsformen
innerhalb der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Die
Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich bei einer Vielzahl
von Systemen bezüglich
elektrischer Schaltkreise einsetzen, inklusive Schaltungen, die
auf gespeicherte Ladung zurückgreifen.
Die besonderen Ausführungsformen die
oben offengelegt wurden, sind nur illustrativer Natur, da die Erfindung
auf verschiedene aber gleichwertige Arten abgeändert werden kann, die Fachleuten,
die von diesen Ausführungen
profitieren, ersichtlich sind. Weiterhin sind keine Einschränkungen
an den Details der hier gezeigten Bauweise oder Gestaltung beabsichtigt,
außer
den in den unten beschriebenen Ansprüchen. Es ist daher offensichtlich,
dass die besonderen, oben offengelegten Ausführungsformen abgeändert oder
modifiziert werden können
und alle derartigen Variationen innerhalb des Umfanges der Erfindung
berücksichtigt
werden. Dementsprechend wird der hier geforderte Schutz in den folgenden
Ansprüchen
dargelegt.