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

Abstract

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

Description

Translated fromGerman

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

Für die Unterbrechung von Flüssigkeitsströmen in Gefäßen lebender Organismen sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ein im Gefäßlumen liegender Ballon gebläht oder gefüllt wird. Der Ballon wurde mittels eines Katheters an den gewünschten Ort vorgeschoben. Der Katheder bleibt nach der Plazierung von außen zugänglich, so daß der Gefäßverschluß reversibel ist [z. B. deutsche Offenlegungsschriften 20 57 181, 26 37 119]. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum reversiblen Verschluß wird ein mechanisch zu betätigendes Ventil in das entsprechende Gefäß eingebaut [deutsche Offenlegungsschrift 23 42 773]. Die Betätigung des Ventils erfolgt unter Verletzung der Haut von außen. Für einen Okklusionsmechanismus nach BENGMARK [Tumor calcification following repeated hepatic de-arterialization in patients: a preliminary communication Br. J. Surg. 1988, 75 : 525-26] zur intermittierenden Gefäßkompression der Arteria hepatica mit dem Ziel, durch zeitweise, gesteuerte Ischämie das Wachstum von Lebertumoren zu stoppen, wird ein Flüssigkeitsvorratsbehälter (Port) direkt unter die Hautoberfläche gelegt. Durch tägliches Füllen dieses Ports mit einer definierten Menge physiologischer Kochsalzlösung (Punktion) wird eine um die Leberarterie geschlungene und über einen Schlauch mit dem Port verbundene Kompressionsmanschette gespannt und dadurch die arterielle Blutzufuhr zur Leber unterbrochen. Durch die anschließende transcutane Entleerung des Ports ist eine zeitlich begrenzte Ischämie erreichbar.For the interruption of liquid flows in vesselsDevices of living organisms are known in whicha balloon in the vessel lumen is inflated or filledbecomes. The balloon was attached to thedesired place. The catheter stays afterPlacement accessible from the outside, so that the vascular occlusionis reversible [e.g. B. German publications20 57 181, 26 37 119]. Another known oneDevice for reversible closure is a mechanicalThe valve to be operated is installed in the corresponding vessel[German Offenlegungsschrift 23 42 773]. The actuationThe valve is injured from the outside.For an occlusion mechanism according to BENGMARK [Tumorcalcification following repeated hepatic de-arterializationin patients: a preliminary communicationBr. J. Surg. 1988, 75: 525-26] for intermittent vascular compressionthe hepatic artery with the aim of passing through at times, controlled ischemia the growth ofStopping liver tumors becomes a fluid reservoir(Port) directly under the skin surfaceplaced. By filling this port with a dailydefined amount of physiological saline(Puncture) becomes a looped around the hepatic artery andcompression sleeve connected to the port by a tubetense and thereby the arterial blood supplyinterrupted to the liver. By the subsequentTranscutaneous emptying of the port is temporarylimited ischemia attainable.

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

Für die Betätigung des Gefäßverschlusses sind Verfahren bekannt, die nach Implantation ohne weitere Hautverletzung innerhalb des Körpers wirken. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 35 04 958 (A1) werden als Treibmittel verschiedene Substanzen (z. B. Weinhefe-Zucker-Gemisch und Wasser, Kaliumchlorat und Glucose) vorgeschlagen, die nach Öffnung einer Trennwand zwischen beiden Komponenten exotherm, unter Freisetzung eines Gases reagieren und den notwendigen Druck zum Gefäßverschluß aufbauen. Eine andere bekannte Vorrichtung zum Verschließen von Körperkanälen bei Menschen bzw. Tieren [deutsche Offenlegungsschrift 28 03 685] benutzt ein Hydrogel, welches bei Berührung mit Körperflüssigkeit quillt und den Verschluß garantiert.There are procedures for operating the vascular occlusionknown after implantation without further skin injurywork within the body. In the GermanPublication DE 35 04 958 (A1) are used as blowing agentsvarious substances (e.g. wine yeast-sugar mixture andWater, potassium chlorate and glucose) suggested afterOpening a partition between the two componentsexothermic, with the release of a gas and reactBuild up the necessary pressure to seal the vessel. Anotherknown device for closing body channelsHumans or animals [German publication28 03 685] uses a hydrogel, which atTouch with body fluid swells and the closureguaranteed.

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

Nachteiledisadvantage

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

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

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

Erkanntes ProblemDetected problem

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

Lösungsolution

Durch Implantation einer Vorrichtung auf der Basis von Bimetallstrukturen in den Organismus kann mittels Energieübertragung durch hochfrequente elektromagnetische Felder mechanische Arbeit verrichtet werden, indem die Wärmeentwicklung im Metall eine Ausbiegung des Bimetalls bewirkt, die im Ausführungsbeispiel zur intermittierenden Gefäßkompression genutzt wird.By implanting a device based onBimetallic structures in the organism can be by means ofEnergy transmission through high frequency electromagneticMechanical work can be done by the fieldsDevelopment of heat in the metal a bend of the bimetalcauses the intermittent in the embodimentVascular compression is used.

Vorteileadvantages

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

AusführungsbeispielEmbodiment

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

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

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

Claims (1)

Translated fromGerman

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.

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

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