DE60208527T2

DE60208527T2 - Gehirnelektrode

Info

Publication number: DE60208527T2
Application number: DE60208527T
Authority: DE
Inventors: Steven Streatfield Gill
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: ATE314873T1; WO2002068042A1; GB0104982D0; US8442653B2; EP1602393A1; US20050015130A1; DE60208527D1; EP1363698B1; US20110131808A1; EP1363698A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode, insbesondere eine DBS-Elektrode (deep brain stimulating – Tiefenhirn-Stimulation) oder eine Tiefenhirn-Läsionier-Elektrode. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der Elektrode der vorliegenden Erfindung.
Stimulations- und Läsionierelektroden werden in einer Vielfalt chirurgischer Prozeduren eingesetzt, insbesondere werden DBS-Elektroden in einer Vielfalt neurochirurgischer Prozeduren eingesetzt.
Ein Chirurg, der einen bestimmten Teil von Nervengewebe stimulieren oder läsionieren möchte, kann mit dem Ende einer Elektrode auf eine Zielstelle zielen, so daß ein gewünschter elektrischer Strom geliefert werden kann. Zahlreiche Verfahren sind bekannt, um mit der Elektrode auf die gewünschte Stelle zu zielen, einschließlich stereotaktischer Verfahren.
Im allgemeinen werden Tiefenhirn-Stimulationselektroden hergestellt, indem eine Spule aus einem oder mehreren isolierten Drähten mit nicht isolierten Enden in einer Stütze ausgebildet wird, leitende Elektrodenbereiche an die nicht isolierten Enden der Drähte geschweißt werden und eine Hülle aus nicht leitendem Material über den nicht leitenden Teilen der Elektrode angeordnet wird. Es ist klar, daß ein solches Verfahren zum Herstellen einer Elektrode arbeitsaufwendig und deshalb teuer ist. Da zahlreiche Teile bei der Konstruktion der Elektrode verwendet werden, ist es zudem möglich, daß der Gesamtdurchmesser der Elektrode entlang ihrer Länge variiert. Insbesondere können die Elektrodenbereiche, die an die Elektrode geschweißt sind, insbesondere an Schweißpunkte, gegenüber dem Rest der Oberfläche der Elektrode vorstehen, was zu Schwierigkeiten beim Einführen der Elektrode führt. Ein weiteres Problem mit auf diese Weise konstruierten Elektroden besteht darin, daß die Elektrode eine ausreichende Größe aufweisen muß, damit leitende Elektrodenbereiche an die nicht isolierten Enden der Drähte geschweißt werden können.
Es besteht deshalb ein Bedarf in der Technik an einer Elektrode, die effizienter und mit größerer Genauigkeit konstruiert werden kann.
Es wird zunehmend üblicher für Patienten mit Gehirnfunktionsstörungen, einschließlich Störungen der Bewegung, hartnäckigen Schmerzen, Epilepsie oder bestimmten psychiatrischen Störungen, daß sie mit Tiefenhirn-Stimulation behandelt werden. DBS-Elektroden werden chronisch in die feinen Stellen in dem Gehirn implantiert, wo elektrische Stimulation ein anormales Neuronenfeuern bei diesen Patienten unterbricht, um ihre Symptome zu mildern. Gehirnstellen für die Behandlung von funktionalen Störungen liegen in der Regel tief und haben ein kleines Volumen. Beispielsweise liegt das optimale Ziel zur Behandlung der Parkinson-Krankheit in dem Nucleus subthalamicus (STN) und ist eine Kugel von 3 bis 4 mm Durchmesser oder hat Eigestalt mit 3 bis 4 mm Durchmesser und 4 bis 5 mm Länge. Andere Ziele wie etwa der Globus pallidus (der verwendet wird zum Behandeln von hyperkinetischen oder hypokinetischen Störungen) oder Ziele im Thalamus (verwendet zum Behandeln von Tremor) sind üblicherweise nicht größer als 1 bis 2 mm.
Gegenwärtige DBS-Elektroden, beispielsweise jene, die von Medtronic Inc, Minneapolis, Minnesota, USA, geliefert werden, weisen Abmessungen auf, um solche Volumina zu berücksichtigen. Beispielsweise weisen solche Elektroden einen Durchmesser von etwa 1,27 mm auf und besitzen 4 Ringelektroden mit dem gleichen Durchmesser, die an ihrem distalen Ende positioniert sind. Jede Ringelektrode weist eine Länge von 1,5 mm mit einem Abstand von 1,5 oder 0,5 mm auf. Bei Gebrauch wird die DBS-Elektrode über ein Kabel mit einem batteriegetriebenen Impulsgenerator verbunden und das Gerät subkutan implantiert, wobei im allgemeinen der Impulsgenerator unter dem Schlüsselbein positioniert ist. Die Frequenz, die Amplitude und die Impulsbreite des den Elektrodenkontakten zugeführten stimulierenden Stroms können unter Verwendung externer Induktion programmiert werden.
Ein Problem bei der Verwendung solcher Elektroden besteht in der Schwierigkeit, die Elektrode präzise innerhalb des gewünschten Ziels zu plazieren. Die Genauigkeit der Plazierung ist der Schlüssel zu der Effektivität der Behandlung. Bei einem kleinen Ziel wie etwa dem STN führt eine Fehlplazierung der Elektrode um nicht mehr als 1 mm nicht. nur zu einer suboptimalen symptomatischen Kontrolle, sondern kann auch unerwünschte Nebeneffekte wie etwa Schwäche, geänderte Empfindung, verschlechterte Sprache oder Doppelsehen induzieren (siehe 4).
Das etablierte Verfahren, eine Elektrode in einem funktionellen Gehirnziel zu plazieren, besteht darin, zuerst den Bereich der anormalen Gehirnfunktion zu lokalisieren. Bewerkstelligt wird dies durch Fixieren eines stereotaktischen Referenzrahmens am Kopf des Patienten, der auf Diagnosebildern gesehen werden kann und an dem Messungen vorgenommen werden können. Der stereotaktische Rahmen wirkt dann als Plattform, von der aus die Elektrode unter Verwendung einer Stereoführung, die eingestellt ist, um Koordinaten zu messen, zu dem Ziel geführt wird.
Es ist jedoch oftmals schwierig oder unmöglich, funktionelle neurochirurgische Ziele auf Diagnosebildern zu visualisieren, und so muß möglicherweise auf ihre tatsächliche Position unter Bezugnahme auf sichtbare Landmarken in dem Gehirn und unter Verwendung eines Standardatlasses des Gehirns geschlossen werden, um den Prozeß zu unterstützen. Aufgrund anatomischer Schwankungen zwischen einem Individuum und dem Atlas und sogar zwischen verschiedenen Seiten des gleichen Gehirns bei einem Individuum können solche Unterschiede zu einem Fehler bei der Ziellokalisierung führen. Fehler bei der Ziellokalisierung können sich auch ergeben aus einer Patientenbewegung während der Bilderfassung oder einer geometrischen Verzerrung von Bildern, die dem Bildgebungsverfahren zu eigen sein kann. Solche Fehler werden möglicherweise bei der Chirurgie durch eine Gehirnverschiebung vor der Operation verstärkt. Dies kann von der Änderung der Kopfposition während der Bilderfassung gegenüber der Position auf dem Operationstisch herrühren, von einem Austreten von zerebrospinalem Fluid, wenn ein Bohrloch hergestellt wird, mit nachfolgendem Einsinken des Gehirns und/oder vom Durchgang der Elektrode durch die Gehirnsubstanz. Chirurgen versuchen, diese Fehler zu korrigieren, indem sie an den Patienten, die einer funktionellen Neurochirurgie unterzogen werden und während der Prozeduren wach gehalten werden, peroperative elektrophysiologische Untersuchungen durchführen. Diese Untersuchungen beinhalten die Mikroelektrodenaufzeichnung des Neuronenfeuerns in dem geplanten Zielbereich und/oder Stimulation des Zielbereichs unter Verwendung einer Testelektrode. Eine Reihe von Durchgängen wird durch den Zielbereich mit Mikroelektroden durchgeführt und Probeaufzeichnungen werden genommen. Das Ziel wird durch sein charakteristisches Muster des Feuerns definiert. Wegen der geleeartigen Konsistenz des Gehirns und der Tiefe der funktionellen Ziele darin benötigt man etwa 2 mm Platz zwischen verschiedenen Mikroelektrodendurchgängen, um zu verhindern, daß die Elektrode eine zuvor hergestellte Bahn hinuntergelassen wird. Für ein kleines Ziel wie etwa dem STN ist es somit möglich, daß die Aufzeichnungen von zwei Mikroelektrodendurchgängen im Abstand von 2 mm eine Stelle innerhalb der Zielstruktur registrieren, wobei sich aber herausstellt, daß sich keine von ihnen optimal zentral innerhalb des Ziels befindet. Wenn eine Teststimulationselektrode knapp an der optimalen Zielposition vorbeigeschickt wird, d.h. ±1 Millimeter, dann führt ein zweiter Durchgang, um diesen Fehler zu korrigieren, fast unvermeidlich dazu, daß die Elektrode sich die gleiche Bahn hinunterbewegt.
Wenn eine Elektrode präzise in der Mitte eines Ziels mit einem Durchmesser von 3 mm plaziert wird, dann beträgt die Entfernung von der Elektrodenoberfläche zum Rand des Ziels üblicherweise weniger als 1 mm. Wenn sich der Strom über das hinaus ausbreitet, dann kann es zu Nebenwirkungen kommen. Aus diesen Gründen gibt es angesichts der kleinen Wahrscheinlichkeit, daß eine Elektrode in der Mitte eines Ziels plaziert wird und daß ein Plazierungsfehler von ±1 Millimeter zu einer suboptimalen Behandlung mit Nebenwirkungen führen kann, die nicht ohne weiteres durch Neupositionieren korrigiert werden können, einen Bedarf an einer Elektrode, die mindestens einige dieser Probleme überwindet.
Aus US-A-5,843,148 ist eine Hochauflösungsgehirnstimulationsleitung bekannt, bei der die Elektrode Ringsegmente umfaßt, die diagonal entlang dem Umfang der Leitung angeordnet sind. Dementsprechend kann theoretisch durch Schicken eines Stimulationsstroms zwischen Elektrodenkontaktbereichen (d.h. Ringsegment) eine außeraxiale Stimulation erreicht werden. Eine außeraxiale Stimulation bezieht sich auf die Erzeugung eines elektrischen Felds, das zu einer Seite der Elektrode versetzt ist. Durch Drehen der Leitung können zudem verschiedene Gewebevolumina um den Leitungsumfang herum stimuliert werden. Das Hauptproblem bei dieser Einrichtung besteht darin, daß die diagonale Geometrie der Ringsegmente zu einem komplexen elektrischen Feld führt, das um den Abschnitt des Durchmessers der Elektrode herum spiralförmig ist und notwendigerweise entlang der Achse der Elektrode länglich ist. Die vorgeschlagene Konfiguration würde deshalb kein außeraxiales elektrisches Feld bilden, das sich zum Behandeln eines gewünschten Ziels eignet. Zudem ermöglicht es diese Einrichtung dem Fachmann nicht, das stimulierte Gewebevolumen sowohl in der axialen Ebene als auch der horizontalen Ebene unabhängig einzustellen. Bei Drehen der Elektrode variiert stattdessen das stimulierte Gewebevolumen sowohl in der horizontalen als auch der axialen Ebene, was eine Interpretation des Verhaltens des Patienten extrem schwierig macht. Die komplexe Geometrie der vorgeschlagenen Elektrode würde außerdem schwierig zu konstruieren sein und für einen mechanischen Ausfall anfällig sein.
EP 0580928 A beschreibt einen Elektrodenkatheter, der Drähte innerhalb einer Hülle führt. Jeder Draht tritt aus der Hülle aus und ist durch zwei Ringe, wobei der äußere elektrisch leitend ist, koaxial an die Hülle gecrimpt.
Es besteht somit ein Bedarf an einer Elektrode, die mindestens einige der mit den Elektroden aus dem Stand der Technik assoziierten Probleme überwindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrode wie in Anspruch 1 bereitgestellt.
Der Ausdruck "Elektrode" bezieht sich auf jede elektrisch leitende Leitung, um die Erzeugung eines elektrischen Felds an einer gewünschten Stelle zu ermöglichen. Die Elektrode ist bevorzugt eine DBS- oder Tiefenhirn-Läsionierelektrode. Solche Elektroden sind dem Fachmann wohlbekannt. Der eine oder die mehreren isolierten Drähte sind so angeordnet, daß ein elektrischer Strom von dem proximalen Ende der Elektrode zu dem distalen Ende der Elektrode geschickt werden kann. Bevorzugt ist ein separater leitender Elektrodenbereich für das Ende jedes einzelnen oder mehrerer isolierter Drähte an dem distalen Ende der Elektrode ausgebildet. Durch Herstellen einer elektrischen Verbindung zu dem entsprechenden Ende des Drahts am proximalen Ende wird der leitende Elektrodenbereich elektrisch geladen. Bevorzugt liegen leitende Elektrodenbereiche an einem oder beiden Enden der Elektrode vor.
Der Ausdruck "isoliert", wie er hier verwendet wird, bedeutet elektrisch isoliert. Die in der Elektrode der vorliegenden Erfindung verwendeten isolierten Drähte können beliebige isolierte Drähte sein. Bevorzugt sind die isolierten Drähte aus Gold, einer Goldlegierung oder einer Platin-Iridium-Legierung hergestellt.
Es wird weiter bevorzugt, daß der Kern der Elektrode mehrere der isolierten Drähte umfaßt. Es wird besonders bevorzugt, daß der Kern 3 oder 4 isolierte Drähte umfaßt.
Die isolierende Hülle kann aus jedem nicht leitenden Material hergestellt sein, bevorzugt einem Kunststoffmaterial. Insbesondere wird bevorzugt, daß die isolierende Hülle aus Polyurethan besteht.
Der Zweck der Elektrode der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektrisches Feld an einer gewünschten Zielstelle zu erzeugen. Die Elektrode weist ein proximales Ende auf, das bei Gebrauch mit einer Elektrizitätsquelle verbunden ist. Das proximale Ende ist bevorzugt mit der Elektrizitätsquelle über den einen oder die mehreren leitenden Elektrodenbereiche an dem proximalen Ende der Elektrode verbunden. Bevorzugt ist jeder leitende Elektrodenbereich an dem proximalen Ende mit einem leitenden Elektrodenbereich an dem distalen Ende der Elektrode über einen isolierten Draht verbunden. Leitende Elektrodenbereiche an dem distalen Ende sind bei Gebrauch an der Zielstelle positioniert und ein elektrisches Feld wird erzeugt. Je nach den am proximalen Ende hergestellten elektrischen Verbindungen wird das elektrische Feld durch am distalen Ende vorliegende entsprechende leitende Elektrodenbereiche erzeugt. Dementsprechend ist es möglich, ein elektrisches Feld mit verschiedenen leitenden Elektrodenbereichen zu erzeugen, und weiterhin ist es möglich, entweder ein unipolares oder ein bipolares elektrisches Feld zu erzeugen. Das Abändern der Verbindungen einer Elektrode zu einer elektrischen Quelle ist dem Fachmann wohlbekannt. Insbesondere erörtert das Handbuch für die DBS-Leitungen 3389 und 3387 von Medtronic deutlich das Ändern elektrischer Verbindungen an dem proximalen Ende einer Elektrode, um das am distalen Ende der Elektrode erzeugte elektrische Feld zu ändern.
Die Elektrode der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt einen Durchmesser von unter 2 mm auf, besonders bevorzugt unter 1,5 mm Durchmesser, ganz besonders bevorzugt 1,27 mm Durchmesser. Die Elektrode kann eine beliebige Länge aufweisen und ist bevorzugt zwischen etwa 10 cm und 30 cm lang. Die Länge der Elektrode variiert je nach der Entfernung des gewünschten Ziels von einer zugänglichen Oberfläche des Patienten.
Die an der Elektrode ausgebildeten leitenden Elektrodenbereiche können eine beliebige gewünschte Form aufweisen. Bevorzugt sind die leitenden Elektrodenbereiche als ringförmige Ringe um die Elektroden herum ausgebildet. Zum Erzeugen eines gerichteten elektrischen Felds können Bereiche wie etwa Quadrate oder Rechtecke auf einem Teil des Umfangs der Elektrode ausgebildet sein. Bevorzugt erstreckt sich jeder leitende Elektrodenbereich über weniger als die Hälfte, besonders bevorzugt weniger als ein Viertel und ganz besonders bevorzugt zwischen einem Achtel und einem Sechzehntel des Umfangs der Elektrode durch Einschränken der Größe des leitenden Elektrodenbereichs. Durch Einschränken des Bereichs des leitenden Elektrodenbereichs kann ein gerichtetes elektrisches Feld erzeugt werden, wie unten ausführlicher erörtert wird.
Bevorzugt ist der leitende Elektrodenbereich so an der Elektrode positioniert, daß seine Längsachse parallel oder senkrecht zur Längsachse der Elektrode verläuft. Indem sichergestellt wird, daß der leitende Elektrodenbereich so orientiert ist, ist es für den Chirurgen leichter, die Effekte des Bewegens der Elektrode zu bestimmen.
Bevorzugt sind die leitenden Elektrodenbereiche von rechteckiger Gestalt und die Längsachse des Rechtecks verläuft parallel zur Längsachse der Elektrode. Es wird weiter bevorzugt, daß die Rechtecke etwa 1,5 bis 3 mm lang und etwa 0,2 bis 0,5 mm breit sind. Falls an der Elektrode mehr als ein leitender Elektrodenbereich vorliegt, sind die leitenden Elektrodenbereiche bevorzugt in einer Linie parallel zur Längsachse der Elektrode angeordnet (siehe 5). Alternativ wird bevorzugt, daß jeder leitende Elektrodenbereich entlang der Länge der Elektrode versetzt ist (siehe 6A). Indem sichergestellt wird, daß die leitenden Elektrodenbereiche versetzt sind, gestattet dies wieder dem Chirurgen größere Flexibilität, das elektrische Feld an verschiedenen Positionen entlang der Länge der Elektrode zu erzeugen, an der die leitenden Elektrodenbereiche positioniert sind.
Das elektrisch leitende Material kann ein beliebiges Material sein, das sich zum Ausbilden eines leitenden Elektrodenbereichs eignet, einschließlich Metalle, Polymere usw. Bevorzugt ist das elektrisch leitende Material Gold oder Platin.
Der eine oder die mehreren leitenden Elektrodenbereiche werden ausgebildet durch Abscheiden elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche der Hülle. Es gibt zahlreiche, dem Fachmann wohlbekannte Verfahren zum Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche verschiedener Materialien. Bevorzugt wird das elektrisch leitende Material durch Strahldruck, Ätzen, Photolithographie, Plasmaabscheidung, Aufdampfung, Elektroplattieren oder eine beliebige andere geeignete Technik abgeschieden.
Strahldrucktechniken sind dem Fachmann wohlbekannt. Beispielsweise wird in US-A-5,455,998 ein Tintenstrahlkopf zum Abscheiden einer leitenden Tinte auf einer gewünschten Oberfläche offenbart. Aus US-A-5,114,744 ist ein Verfahren zum Auftragen eines leitenden Materials auf ein Substrat unter Verwendung eines Tintenstrahls bekannt. Zudem ist aus WO 99/43031 ein Verfahren zum Abscheiden durch Tintenstrahldruck einer Elektrodenschicht auf eine Einrichtung bekannt.
Dem Fachmann sind auch Ätzverfahren für das Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials wohlbekannt. Insbesondere werden solche Verfahren beschrieben in Plasma Etching in Microtechnology, Universiteit Twente, Fluitman und Elwenspoek, ISBN: 103650810x. Siehe auch Jansen et al., Journal of Micromechanics and Microengineering, 14-28, 1996.
Auch Photolithographietechniken sind dem Fachmann wohlbekannt und werden in Geiger et al., VLSI, Design Techniques for Analogue and Digital Circuits, Kapitel 2, 1990, beschrieben.
WO 90/33625 beschreibt einen Prozeß zum Abscheiden einer leitenden Schicht auf einem Substrat, das das Abscheiden von Tinte auf dem Substrat mit Hilfe lithographischen Drucks umfaßt, um eine Keimschicht auszubilden, und dann Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht.
Es gibt zahlreiche Abscheidungstechniken einschließlich Aufdampfen, Sputtern und Dampfabscheidung. Alle diese Verfahren werden in VLSI Design Techniques for Analogue and Digital Circuits (oben) beschrieben.
Elektroplattierungstechniken sind dem Fachmann wohlbekannt und sind zum Abscheiden von elektrisch leitendem Material an einer gewünschten Stelle auf zahlreichen Materialien verwendet worden.
Ein weiteres Verfahren, über das elektrisch leitendes Material abgeschieden werden kann, ist über den Einsatz von leitender Sprühfarbe. Leitende Sprühfarbe kann in Kombination mit einem Tintenstrahldruckkopf verwendet werden. Zudem haben Firmen wie etwa Precision Painting, Anaheim, CA, USA, elektrisch leitende Beschichtungen wie etwa Kupfer und Nickel auf eine Vielzahl von Objekten aufgebracht. Dementsprechend können solche Verfahren verwendet werden, um ein gewünschtes Substrat mit einem elektrisch leitenden Material zu versehen.
Durch Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche der Hülle kann die Elektrode leicht und preiswert hergestellt werden, da es nicht länger notwendig ist, die elektrisch leitenden Teile an die nicht isolierten Enden der Drähte zu schweißen.
Die Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ist robust, da sie keine geschweißten Kontakte umfaßt. Durch Abscheiden des elektrisch leitenden Materials unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren können zudem die leitenden Elektrodenbereiche präzise und mit so gut wie jeder Größe und Form hergestellt werden. Weiterhin kann das elektrisch leitende Material als eine dünne Beschichtung abgeschieden werden, wodurch sichergestellt wird, daß der Durchmesser der Elektrode nicht signifikant zunimmt und deshalb nicht das Einführen der Elektrode beeinflußt. Die Elektroden können auch sehr klein ausgeführt werden (Durchmesser unter 1 mm), da es nicht notwendig ist, leitende Elektrodenbereiche an die Elektrode punktzuschweißen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ein flexibles distales Ende aufweisen, wodurch das distale Ende gebogen werden kann, wobei beispielsweise ein J-Draht verwendet wird, so daß sie in eine gewünschte Position bewegt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Konstruieren einer Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend:
Beschichten eines Kerns mit einem oder mehreren isolierten Drähten mit einer elektrisch isolierenden Hülle, wobei die nicht isolierten Enden der einen oder mehreren Drähte nicht von der Hülle beschichtet sind; und
Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche der Hülle zum Ausbilden einer oder mehrerer Elektrodenbereiche, die in elektrischem Kontakt mit mindestens einem der nicht isolierenden Enden des einen oder der mehreren isolierten Drähte stehen.
Bevorzugt wird der Kern ausgebildet durch Wickeln des einen oder der mehreren isolierten Drähte um ein Stützglied. Bevorzugt ist das Stützglied ein Wolframdraht. Das Stützglied wird entfernt, nachdem die Elektrode ausgebildet worden ist.
Das elektrisch leitende Material kann über ein beliebiges Verfahren abgeschieden werden, einschließlich Strahldruck, Ätzen, Photolithographie, Plasmaabscheidung, Aufdampfung und Elektroplattieren.
Das vorliegende Verfahren ist ein einfaches und effizientes Verfahren zur Herstellung von Elektroden und gestattet größere Flexibilität bei der Herstellung des leitenden Elektrodenbereichs auf der Elektrode.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann automatisiert werden, um die Kosten der Herstellung der Elektrode weiter zu reduzieren.
Der Ausdruck "Richtelektrode" bezieht sich auf eine Elektrode, die ein elektrisches Feld erzeugt, das um den Umfang der Elektrode herum nicht gleichförmig ausgebildet ist. Stattdessen ist das elektrische Feld zu einer Seite der Elektrode versetzt. Indem man ein zu einer Seite der Elektrode versetztes elektrisches Feld hat, ist es möglich, die Position des elektrischen Felds zu ändern, indem die Elektrode gedreht wird. Dies hat den Vorteil, daß, wenn die Elektrode in einer suboptimalen Position plaziert wird, die Elektrode gedreht und dadurch die Position, wo das elektrische Feld erzeugt wird, relativ zum Zielgewebe verändert werden kann, was zu erhöhter Flexibilität des Systems führt und die Herstellung eines elektrischen Felds an einer optimalen Position relativ zu dem gewünschten Gewebe ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Konstruieren einer Richtelektrode bereit, das folgendes umfaßt:
Beschichten eines Kerns von einem oder mehreren isolierten Drähten mit nicht isolierten Enden mit einer elektrisch isolierenden Hülle, wobei die nicht isolierten Enden des einen oder der mehreren Drähte nicht durch die Hülle beschichtet sind; und
Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche der Hülle zum Ausbilden des einen oder der mehreren Elektrodenbereiche, die in elektrischem Kontakt mit einem nicht isolierenden Ende des einen oder der mehreren Drähte stehen.
Bevorzugt wird elektrisch leitendes Material abgeschieden durch Strahldruck, Ätzen, Photolithographie, Plasmaabscheidung, Aufdampfung oder Elektroplattieren gemäß dem Verfahren, das bezüglich der Elektrode gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.
Bei Gebrauch wird die Elektrode üblicherweise über einen Stützdraht eingeführt, damit man die Steifigkeit erhält, die benötigt wird, um die Elektrode in das Gehirn eines Patienten einzuführen. Alternativ und vorausgesetzt, daß in das Ende der Elektrode kein Pfropfen eingeführt ist, kann die Elektrode über einen Führungsdraht eingeführt und über den Führungsdraht zu der gewünschten Position hinabgeschickt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen Kern einer Elektrode mit vier isolierten Drähten, die auf eine Wolframdrahtstütze gewickelt sind,
2 eine Formhälfte zum Herstellen einer isolierenden Hülle um einen Kern herum,
3(A) eine Elektrode mit vorstehenden nicht isolierten Drahtenden, (B) eine Elektrode mit leitenden Elektrodenbereichen an einem Ende, (C) eine Elektrode mit leitenden Elektrodenbereichen an beiden Enden, (D) einen Querschnitt durch das Ende einer Elektrode mit einem in das Ende der Elektrode eingeführten Stöpsel,
4 eine schematische Ansicht einer gewünschten Zielstelle und optimale und suboptimale Positionen einer Elektrode,
5 das distale Ende einer Richtelektrode mit vier in einer Linie angeordneten leitenden Elektrodenbereichen,
6(A) das distale Ende einer Richtelektrode mit vier leitenden Elektrodenbereichen in einer versetzten Anordnung, (B) eine Schnittansicht der Elektrode entlang der Linie x-x.
BEISPIELE
Beispiel 1
Konstruieren einer Elektrode
Eine Elektrode (1) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende wird konstruiert, indem vier isolierte Drähte (Durchmesser 0,10 mm) aus einer Platin-Iridium-Legierung auf einen Wolframdraht (5) gewickelt werden, um die in 1 gezeigte Struktur auszubilden. Somit verlaufen die Enden jedes Platin-Iridium-Drahts radial von dem Wolframdraht weg und sind entlang der Länge des Wolframdrahts beabstandet. Diese Struktur bildet den Kern (3) der Elektrode (1). Der Kern (3) wird dann in eine Form (7) eingesetzt und eine Polyurethanhülle (9) wird um den Kern (3) herum gegossen. Der Wolframdraht (5) wird unter Zugspannung in der Form (7) gehalten. Die Enden (4) der isolierten Drähte stehen von der um den Kern (3) herum ausgebildeten Hülle (9) vor und werden dann bündig zu der Oberfläche der Hülle (9) geschnitten. Durch Schneiden der Enden (4) der Drähte, so daß sie bündig zu der Oberfläche der Hülle (9) sind, wird der metallische Kern der Drähte auf der Oberfläche der Hülle freigelegt (siehe 3A).
Leitende Elektrodenbereiche (11) werden dann an der Hülle (9) und in Kontakt mit der metallischen Oberfläche jedes der geschnittenen Drähte ausgebildet. Das verwendete elektrisch leitende Material ist Platin. Das Platin wird als ein Ring um die Elektrode (1) auf der Hülle (9) der Elektrode (1) herum abgeschieden, um einen leitenden Elektrodenbereich (11) als Ring um die Elektrode (1) herum auszubilden. Die 3B und C zeigen deutlich die Ausbildung der leitenden Elektrodenbereiche (11) an dem proximalen und distalen Ende der Elektrode (1).
Bei diesem Beispiel wird das Platin abgeschieden, indem Tinte durch lithographisches Drucken auf der Hülle (9) abgeschieden wird, wodurch eine Keimschicht gebildet wird, und Platin durch stromlose Abscheidung abgeschieden wird (siehe WO 00/33262).
Nachdem die leitenden Elektrodenbereiche (11) auf der Hülle (9) ausgebildet sind, wird der Wolframdraht (5) entfernt und ein Pfropfen (15) wird in das distale Ende der Elektrode (1) eingeführt (siehe 3D).
Bei dem Einführen der Elektrode in das Gehirn eines Patienten wird ein Wolframdraht in die Elektrode eingeführt, um der Elektrode ausreichend Steifigkeit zur Einführung zu geben.
Bei Verwendung ist das proximate Ende der Elektrode (1) mit einem Impulsgenerator verbunden. Die Elektrode (1) kann dann dazu verwendet werden, je nach den mit dem Generator hergestellten elektrischen Kontakten ein unipolares elektrisches Feld oder ein bipolares elektrisches Feld (4) am distalen Ende der Elektrode (1) zu erzeugen.
Die resultierende Elektrode (1) kann in einer Vielfalt von chirurgischen Prozeduren verwendet werden, insbesondere in einer Vielfalt von neurochirurgischen Prozeduren.
Beispiel 2
Verfahren zum Konstruieren einer DBS-Richtelektrode
Eine Elektrode (1) wird entsprechend dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren mit der Ausnahme konstruiert, daß das Platinmaterial, das abgeschieden wird, um die leitenden Elektrodenbereiche (11) am distalen Ende der Elektrode auszubilden, in vier diskreten Rechtecken auf einer Seite der Elektrode (1) abgeschieden wird (siehe 5). Jeder leitende Elektrodenbereich (11) ist etwa 1,5 mm lang und 0,5 mm breit. Die Breite stellt 45° des Umfangs der Elektrode dar, da der Elektrodendurchmesser 1,27 mm beträgt. Ein Spalt von 0,5 mm ist zwischen jeweils zwei leitenden Elektrodenbereichen (11) ausgebildet. Das proximale Ende der Elektrode (1) weist leitende Elektrodenbereiche (11) auf, die gemäß dem in Beispiel 1 offenbarten Verfahren als Ringe ausgebildet sind. Die Elektrode (1) umfaßt außerdem eine Linie (13), die entlang der Länge der Elektrode (1) verläuft, die auf die leitenden Elektrodenbereiche (11) ausgerichtet ist und als ein Indikator für die Orientierung der leitenden Elektrodenbereiche (11) dient.
Beispiel 3
Verfahren zum Konstruieren einer DBS-Richtelektrode mit versetzten leitenden Elektrodenbereichen
Bei einem weiteren Beispiel werden die leitenden Elektrodenbereiche (11) am distalen Ende der Elektrode (1) in einer versetzten Anordnung ausgebildet (siehe 6A). Die leitenden Elektrodenbereiche (11) sind etwa 3 mm lang und 0,5 mm breit, und jeder leitende Elektrodenbereich (11) ist mit 0,2 mm von seinem Nachbar getrennt.
Verwendung der Richtelektrode
Eine gemäß Beispiel 2 oder Beispiel 3 hergestellte DBS-Richtelektrode (1) wird so in das Gehirn eines Patienten eingeführt, daß sich das distale Ende der Elektrode (1) bei dem gewünschten Ziel befindet. Das Ziel wird stimuliert, um eine präzise Lokalisierung zu bestätigen, und die Elektrode (1) wird gedreht, um sicherzustellen, daß die optimale Position der leitenden Elektrodenbereiche (11) erhalten ist. Die angedeutete Linie (13) auf der Elektrode (1) unterstützt diese Orientierung. Die DBS-Elektrode (1) ist nun am Schädel des Patienten fixiert und mit einem Generator verbunden, der subkutan in dem Patienten implantiert ist. Im allgemeinen wird die Elektrode von Beispiel 2 dazu verwendet, einen bipolaren elektrischen Strom zu erzeugen, und die Elektrode von Beispiel 3 wird dazu verwendet, einen unipolaren elektrischen Strom zu erzeugen.
Wenn sich die Position der Elektrode (1) nach der Operation als suboptimal herausstellt, dann ist es möglich, die alternativen leitenden Elektrodenbereiche (11) auszuprobieren, um zu sehen, ob die Position durch Verwendung einer der alternativen leitenden Elektrodenbereiche (11) optimiert werden kann.
Die Richtelektrode (1) ermöglicht dem Chirurgen, die Position zu ändern, wo ein elektrischer Strom erzeugt wird, indem einfach die Elektrode (1) gedreht wird, indem andere an dem distalen Ende der Elektrode (1) ausgebildete leitende Elektrodenbereiche (11) verwendet werden.

Claims

Elektrode (1), die folgendes umfaßt: (a) einen Kern (3), der einen oder mehrere isolierte Drähte mit nicht isolierten Enden umfaßt; (b) eine isolierende Hülle (9) um den Kern herum, wobei die nicht isolierten Enden des einen oder der mehreren Drähte freiliegen; und (c) einen oder mehrere Elektrodenbereiche (11), wobei die einen oder mehreren Elektrodenbereiche in elektrischem Kontakt mit mindestens einem der nicht isolierten Enden stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenbereiche ausgebildet werden durch Abscheiden von elektrisch leitendem Material auf der Oberfläche der Hülle.
Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Kern mehrere isolierte Drähte mit nicht isolierten Enden umfaßt.
Elektrode nach Anspruch 2, wobei jedes Ende jedes isolierten Drahts in elektrischem Kontakt mit einem separaten Elektrodenbereich steht.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitende Material durch Strahldruck, Ätzen, Photolithographie, Plasmaabscheidung, Aufdampfung und Elektroplattieren abgeschieden wird.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitende Material Gold oder Platin ist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode eine DBS- (deep brain stimulating – Tiefenhirn- Stimulation) oder Tiefenhirn-Läsionierungs-Elektrode ist.
Verfahren zum Konstruieren einer Elektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: (a) Beschichten des Kerns (3) von einem oder mehreren isolierten Drähten mit der elektrisch isolierenden Hülle (9), wobei die nicht isolierten Enden des einen oder der mehreren Drähte nicht durch die Hülle beschichtet sind; und (b) Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche der Hülle zum Ausbilden einer oder mehrerer Elektrodenbereiche (11), die in elektrischem Kontakt mit mindestens einem der nicht isolierenden Enden stehen.
Verfahren zum Konstruieren einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: (a) Bereitstellen eines Kerns mit einem oder mehreren isolierten Drähten mit nicht isolierten Enden, wobei der Kern mit einer isolierenden Hülle beschichtet ist, wobei die nicht isolierten Enden freiliegen; und (b) Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche der Hülle zum Ausbilden einer oder mehrerer Elektrodenbereiche, die in elektrischem Kontakt mit mindestens einem der nicht isolierenden Enden stehen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der eine oder die mehreren isolierten Drähte um ein Stützglied gewickelt sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Stützglied ein Wolframdraht (5) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das elektrisch leitende Material durch Strahldruck, Ätzen, Photolithographie, Plasmaabscheidung, Aufdampfung und Elektroplattieren abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Elektrode eine Richtelektrode ist.