Elektrodenanordnung und Messvorrichtung zur Messung der elektrischen Aktivität in einem elektrisch aktiven Gewebe

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung sowie eine Messvorrichtung zur Messung des Aktionsstroms und/oder des Aktionspotenzials eines elektrisch aktiven Gewebes, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine bipolare Stapediusmuskel-Elektrodenanordnung zur Messung des bei einer Kontraktion des Stapediusmuskels erzeugten Aktionspotentials.

Das menschliche Ohr lässt sich in die Bereiche Außenohr (Ohrmuschel), Mittelohr und Innenohr unterteilen. Das Mittelohr besteht aus dem Trommelfell und den Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel. Das Trommelfell wird über das Außenohr einlaufenden Schallwellen in Schwingung versetzt. Diese Schwingungen können nun über Hammer, Amboss und Steigbügel an das ovale Fenster des Innenohrs übertragen werden, wodurch wiederum in der Flüssigkeit der Gehörschnecke Schallschwingungen erzeugt werden. Durch die Bewegung der Flüssigkeit werden in die Gehörschnecke ragende Haarzellen gebogen und lösen dabei Nervenimpulse aus. Im Mittelohr findet eine mechanische Impedanzwandlung statt, die eine optimale übertragung des Schallsignals vom Außenohr zum Innenohr ermöglicht.

Darüber hinaus befinden sich im Mittelohr der Trommelfellspannmuskel und der so genannte Stapediusmuskel. Der Trommelfellspannmuskel ist am Hammer angelenkt, wobei der Stapediusmuskel über eine Sehne mit dem Steigbügel verbunden ist. Im Falle eines zu hohen Schalldrucks, welcher das Innenohr schädigen könnte, kontrahieren beide Muskeln reflexartig, so dass die mechanische Ankopplung des Trommelfells an das Innenohr (und somit auch

die Kraftübertragung) verringert wird. Hierdurch ist ein Schutz des Innenohrs vor zu hohen Schalldrücken möglich. Die in Folge hoher Schalldrücke ausgelöste Anspannung des Stapediusmuskels wird auch als Stapediusreflex bezeichnet. Aus der Diagnose des Stapediusreflexes lassen sich medizinisch relevante Informationen über die Funktionsfähigkeit des Ohres gewinnen. Weiterhin ist die Messung des Stapediusreflexes zur Einstellung bzw. Kalibrierung so genannter Cochlearimplantate nützlich, da aus dem gemessenen Stapediusreflex auf die von einem Patienten wahrgenommene Schallenergie geschlossen werden kann.

Es ist bekannt, zur Messung des Stapediusreflexes Elektroden einzusetzen, die mit dem Stapediusmuskel in Kontakt gebracht werden und die bei einer Kontraktion des Stapediusmuskels erzeugten Aktionsströme bzw. Aktionspotentiale an eine Messvorrichtung weiterleiten. Dabei ist eine zuverlässige, minimal-invasive Kontaktierung des Stapediusmuskels schwierig, da der Stapediusmuskel innerhalb einer in einem Knochen vorhandenen Mulde angeordnet ist und lediglich die mit dem Steigbügel verbundene Sehne des Stapediusmuskels sowie dessen oberer Teil vom Inneren des Mittelohrs aus zugänglich sind.

Aus US 6,208,882 sind unterschiedliche Stapediusmuskelektroden bekannt. Diese erreichen jedoch nur eine unzureichende Kontaktierung des Stapediusmuskelgewebes (insbesondere bei Muskelkontraktion) und sind weiterhin stark traumatisierend.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und preiswert herstellbare Elektrode zur Messung von Aktionsströmen und/oder Aktionspotenzialen in elektrisch aktiven Geweben (vorzugsweise dem Stapediusmuskelgewebe) anzugeben, die einerseits eine sichere, jedoch reversible Fixierung der Elektrode im Muskelgewebe gewährleistet und andererseits das Muskelgewebe möglichst wenig traumatisiert.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß ist die Elektrodenanordnung mindestens zweiteilig ausgebildet und weist eine erste Elektrode und ein Fixierungselement auf, wobei die erste Elektrode mit einer ersten, länglichen elektrischen Leitung verbunden ist, und wobei die erste Elektrode weiterhin aus einem langgestreckten Grundkörper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende besteht, wobei die erste elektrische Leitung mit dem Grundkörper im Bereich dessen zweiten Endes verbunden ist, und wobei Mittel zur Fixierung des Fixierungselements an der ersten Elektrode vorgesehen sind. Die Idee der Erfindung besteht darin, die Fixierung der (ersten) Elektrode im (Stapedius-) Muskelgewebe durch ein separat einzubringendes Fixierungselement zu bewirken, wobei das Fixierungselement den Grundkörper der (ersten) Elektrode vorzugsweise durch dessen Mantelfläche durchdringt und ihn damit (beispielsweise auf der Sehne des Stapediusmuskels) fixiert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind der Grundkörper der (ersten) Elektrode und das Fixierungselement derart ausgebildet, dass das

Fixierungselement nahezu senkrecht (bevorzugt mit einem Winkel zwischen 45 und 90° zur Längsachse des Grundkörpers) in den Grundkörper der (ersten)

Elektrode einrastbar, einsteckbar oder einschraubbar ist. Dabei soll die

Verbindung zwischen Fixierungselement und Grundkörper reversibel, also wieder lösbar sein. Der Vorteil der Erfindung gegenüber herkömmlichen

Elektroden besteht darin, dass die (erste) Elektrode aufgrund der seitlichen

Fixierung über keine weiteren (traumatisierenden) Haltemechanismen verfügen muss und daher sehr leichtgängig und somit für das Gewebe minimal-invasiv ausgebildet sein kann.

Es ist ferner bevorzugt, dass eine bipolare Messung des Aktionspotentials des Gewebes (Stapediusmuskelgewebe) erfolgt, wobei das Fixierungselement als (vorzugsweise langgestreckte) zweite Elektrode ausgebildet ist. Dadurch kann das Aktionspotential mit hoher örtlicher Auslösung bestimmt werden, nämlich zwischen zwei Messpunkten der beiden Elektroden. Diese beiden Elektroden sind dazu vorzugsweise gegeneinander (in dem Bereich, in dem sie sich direkt berühren) isoliert. Vorzugsweise besteht wenigstens eine der beiden Elektroden aus einem leitenden Kern und weist eine isolierende Ummantelung auf, wobei der leitende Kern jeweils im Bereich des gewünschten Messpunktes freigelegt ist. Diese freigelegten Bereiche befinden sich außerhalb des Gebietes, in dem sich die beiden Elektroden zur Fixierung direkt kontaktieren.

Vorzugsweise ist der Grundkörper im Wesentlichen halbhohlzylinderförmig (oder halbzylinderförmig) ausgebildet. Unter einem im Wesentlichen halbhohlzylinderförmigen Grundkörper wird, ein (nicht nur an den Kopfenden, sondern auch) entlang seiner Längsachse offener, hohlzylinderförmiger Grundkörper verstanden, wobei die Mantelfläche im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet ist, und wobei der Mittelpunktswinkel des Kreisbogens zwischen 120° und 240°, bevorzugter zwischen 165° und 195° und besonders bevorzugt 180° beträgt. Der zum Kreisbogen zugehörige Radius beträgt vorzugsweise zwischen 0.25 und 1.5 mm. Die Wandstärke der Mantelfläche beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 500 μm.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Grundkörper aus einem elektrisch leitfähigen starren Material ausgebildet ist (bevorzugte Biegesteifigkeit 200-600 N mm ² , noch bevorzugter 400-500 N mm ² und besonders bevorzugt 450 N mm ² ). In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der elektrisch leitfähige Grundkörper durch eine Isolierung (mit Ausnahme des freigelegten Bereichs - vorzugsweise im Bereich des spitz zulaufenden ersten Endes) ummantelt.

Vorzugsweise weist der Grundkörper auf seiner Mantelfläche oder auf seiner äußeren Oberfläche eine elektrisch isolierte Durchgangsöffnung auf. Der Querschnitt der Durchgangsöffnung korrespondiert mit dem Querschnitt der zweiten Elektrode derart, dass die zweite Elektrode in die Durchgangsöffnung einführbar, einrastbar, einsteckbar oder einschraubbar ist. Durch die korrespondierenden Abmessungen von Durchgangsöffnung der ersten Elektrode und dem Querschnitt der zweiten Elektrode wird es erfindungsgemäß ermöglicht, dass die erste Elektrode durch einführen, einrasten, einstecken oder einschrauben der zweiten Elektrode in die Durchgangsöffnung temporär oder dauerhaft und sicher fixiert werden kann. Insbesondere lässt sich die Fixierung durch rückwärtiges Herausziehen der zweiten Elektrode in einfacher Weise lösen, so dass beide Elektroden nach der Messung des Aktionspotentials/- stroms einfach herausgezogen werden können. Da erfindungsgemäß keine weiteren Fixierungselemente an den Elektroden vorgesehen sind, kann eine Messung des Gewebe(Muskel)-Reflexes minimal-invasiv erfolgen.

Vorzugsweise beträgt die laterale Ausdehnung der Durchgangsöffnung zwischen 101 % und 110% der lateralen Ausdehnung der zweiten Elektrode. Dadurch wird ein ausreichendes Spiel zum Einführen/Herausziehen der zweiten Elektrode gewährleistet, jedoch eine sichere Fixierung der Elektroden sichergestellt. Vorzugsweise weist die Durchgangsöffnung eine elektrische Isolationsschicht auf ihrer Innenfläche auf, damit ein Kurzschluss im Kontaktbereich der Elektroden ausgeschlossen ist. Vorzugsweise besteht die Isolationsschicht aus einer Isolationskeramik oder aus Saphir und weist eine Dicke zwischen 10 und 30 μm auf. Alternativ ist es auch möglich, dass die zweite Elektrode eine elektrische Isolierung in dem Bereich aufweist, in dem sie die Durchgangsöffnung des Grundkörpers kontaktiert. Diese elektrische Isolierung besteht vorzugsweise aus Silikon oder Polyuhrethan.

Vorzugsweise weist die zweite Elektrode einen Durchmesser von 0.2 mm bis 2 mm auf. Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Länge von 0,8 mm bis 1 ,4 mm auf. Vorzugsweise weist die zweite Elektrode eine Länge von 1.5 mm bis 3.0 mm auf. Die bevorzugten Dimensionen sind insbesondere geeignet, dass die erste Elektrode gewebeschonend innerhalb des zwischen Sehne/Stapediusmuskel und Knochen befindlichen Kanals geführt werden kann. Insbesondere kann der halbhohlzylinderförmige Grundkörper der ersten Elektrode die Sehne des Stapediusmuskels (halb) umschließen und dadurch (wie auf einer Führung) sicher zum Muskel vorgeschoben werden. Die zweite, zur Fixierung dienende Elektrode wird vorzugsweise senkrecht dazu in das Gewebe (Sehne) eingeführt.

Der Grundkörper weist im Bereich seines ersten Endes vorzugsweise einen Anschliff auf, der einen Winkel zwischen 30° und 60° zur Längsachse des Grundkörpers besitzt. Damit wird eine gewebeschonende Einführung der ersten Elektrode ermöglicht.

Sofern das Fixierungselement aus einem elektrisch isolierenden Material besteht (also keine zweite Elektrode vorhanden ist) kann die erste Elektrode als monopolare Elektrode ausgebildet sein. Dann ist die erste elektrische Leitung vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig mit einem Spannungsmessgerät oder einem Strommessgerät verbunden. Vorzugsweise ist das Spannungsmessgerät dann zur Messung des an der ersten Elektrode anliegenden elektrischen Potentials in Bezug zu einem Referenzpotential oder Nullpotential ausgelegt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode als bipolare Messanordnung ausgebildet sind. Dann sind sowohl die erste elektrische Leitung als auch die zweite Elektrode mit einem Spannungsmessgerät/Strommessgerät verbunden und das Spannungsmessgerät ist zur Messung des zwischen erster Elektrode

und zweiter Elektrode anliegenden elektrischen Potentials ausgelegt. Vorzugsweise ist das Spannungsmessgerät zur Messung des zwischen erster Elektrode und zweiter Elektrode anliegenden elektrischen Potentials im Bereich von +100 mV bis -100 mV (bevorzugt +40 mV bis -90 mV) ausgelegt.

Neben der ersten Elektrode kann auch die zweite Elektrode mit einer zweiten elektrischen (Zu-)Leitung verbunden sein, wobei die Zuleitungen mit dem (Spannungs- oder Strom-)Messgerät verbunden sind. Die Elektroden müssen eine gewisse Eigensteifigkeit im distalen Bereich besitzen, um mit bekannten OP-lnstrumenten gehalten und geführt zu werden. Die Zuleitungen sind vorzugsweise biegeschlaff ausgeführt.

Die erste Elektrode kann vollständig elektrisch leitfähig sein, solange die Zuführung gegenüber dem umliegenden Gewebe elektrisch isoliert ist. Natürlich muss für den bipolaren Fall auch eine Isolation gegenüber der zweiten Elektrode vorliegen. Dazu kann die zweite Elektrode teilweise isoliert sein oder die Durchgangsöffnung (Bohrung) der ersten Elektrode.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung des Aktionsstroms und/oder des Aktionspotentials eines menschlichen, elektrisch aktiven Gewebes offenbart, bei dem eine erste (mit den o.g. Merkmalen versehene) Elektrode aus einer ersten Richtung in das aktive Gewebes und ein Fixierungselement (vorzugsweise eine zweite, mit den o.g. Merkmalen versehene Elektrode) separat aus einer zweiten Richtung in das aktive Gewebes eingeführt, wobei das Fixierungselement (vorzugsweise die zweite Elektrode) in die erste Elektrode eingesteckt, eingerastet oder eingeschraubt wird. Vorzugsweise wird das Fixierungselement (vorzugsweise die zweite Elektrode) unter einem Winkel von 70°- 90° zur Längsachse der ersten Elektrode eingesteckt, eingerastet oder eingeschraubt.

Im Falle der Messung des Aktionspotentials des Stapediusmuskels wird zunächst die erste Elektrode direkt in das Muskelgewebe eingeführt. Im Falle des Stapediusmuskels erfolgt dies entlang der Sehne des Muskels, der damit als Führung dient. Die zweite Elektrode dient der Fixierung und wird demnach separat und senkrecht zur Längsachse der ersten Elektrode und der Sehne eingeführt. Der Muskel ist im OP-Gebiet zugänglich. Um die Durchgangsöffnung zu treffen, kann die Sehne als Orientierung dienen. Als zweite Variante kann die Fixierung nicht im Muskel, sondern außerhalb auf der Sehne erfolgen. In diesem Fall ist die Durchgangsöffnung sichtbar und leicht zu treffen. Die zweite Elektrode kann trotzdem als Bezugselektrode für eine bipolare Potenzialableitung verwendet werden. Sollten für die Applikation weitere Gewebe penethert werden, ist das für die Funktion unerheblich. Alle Elektroden und Zuleitungen sind vorzugsweise gegenüber anderen Geweben oder Körperflüssigkeiten elektrisch isoliert.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die erste Elektrode einer erfindungsgemäßen zweiteiligen Elektrodenanordnung in schematischer, geschnittener Darstellung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung in schematischer, geschnittener Darstellung, bei der die zweite Elektrode zur Fixierung in die erste Elektrode eingesteckt ist,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung gemäß Fig. 2 in schematischer Schnittdarstellung senkrecht zur Längsachse der ersten Elektrode,

Fig. 4a die an einer Stapediusmuskelsehne befestigte, erfindungsgemäße Elektrodenanordnung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4b die an einer Stapediusmuskelsehne befestigte, erfindungsgemäße Elektrodenanordnung in geschnittener Darstellung,

Fig. 5 die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung gemäß Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in schematischer Darstellung, wobei die erste in den Stapediusmuskel und die zweite Elektrode in die Sehne eingeführt werden (vor und nach der Fixierung/Messung), und

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in schematischer Darstellung, wobei erste und zweite Elektrode im Stapediusmuskel fixiert sind (während der Messung).

Fig. 1 zeigt eine (erste) Elektrode 2 der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in schematischer, geschnittener Darstellung. Die erste

Elektrode 2 besteht erfindungsgemäß aus einem langgestreckten Grundkörper

6, der in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante halbhohlzylinderförmig (entlang seiner Längsachse offener Hohlzylinder mit einem Mittelpunktswinkel von circa 180°) aus einem leitenden Material ausgebildet ist. Ferner ist es vorgesehen, dass eine elektrische Zuleitung 4 im

Bereich des zweiten Endes 8 mit dem Grundkörper 6 verbunden ist. Die elektrische Zuleitung 4 ist vorzugsweise elektrisch isoliert. Im Bereich des ersten Endes 7 weist der hohlzylinderförmige Grundkörper 6 vorzugsweise einen Anschliff im Winkelbereich von 30° bis 60° auf. Aufgrund seiner länglichen Form ist eine Durchführung des Grundkörpers 6 lediglich entlang seiner Längsachse durch ein Gewebe 1 möglich. Um eine sichere Fixierung des

Grundkörpers 6 in einem elektrisch aktiven Gewebe 1 zu gewährleisten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Grundkörper 6 mittels eines separaten, in Bezug auf die Längsachse des Grundkörpers 6 abgewinkelt einzuführenden (angeordneten) Fixierungselements 3 zu fixieren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante (Fig. 2 bis 7) wird die Fixierung durch eine zweite Elektrode 3 realisiert, welche in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante in eine Durchgangsöffnung 9 des Grundkörpers 6 eingesteckt wird. Dadurch kann eine bipolare Messanordnung geschaffen werden, wobei die erste Elektrode 2 über die elektrische Zuleitung 4 und die zweite Elektrode 3 über die elektrische Zuleitung 5 jeweils mit einem Spannungsmessgerät 12 (Fig. 6 und 7) verbunden sind. Aufgrund der vorhandenen Beweglichkeit des Grundkörpers 6 entlang seiner Längsachse innerhalb des Muskelgewebes 1 wird eine sichere Fixierung mittels der zweiten Elektrode 3 durch Einstecken dieser in die Durchgangsöffnung 9 unter einem zur Längsachse des Grundkörpers 6 endlichen Winkels (vorzugsweise 60°-90°) erreicht, da die eingesteckte zweite Elektrode 3 die Bewegung des Grundkörpers 6 entlang seiner Längsachse blockiert. Besonders bevorzugt ist es, die zweite Elektrode 3 senkrecht in die Durchgangsöffnung 9 des Grundkörpers 6 einzustecken. Alternativ ist es auch möglich, zwischen den Elektroden 2, 3 eine Schraub- oder Rastverbindung herzustellen. Zur Messung des Aktionspotentials innerhalb des Gewebes ist es notwendig, dass die Elektroden 2, 3 in demjenigen Bereich, in dem sie sich direkt kontaktieren, voneinander elektrisch isoliert sind. So ist es beispielsweise möglich, dass der Grundkörper 6 elektrisch leitend ausgebildet und lediglich im Bereich 13 seiner Durchgangsöffnung 9 elektrisch isoliert ist. Befindet sich nur die Spitze (erstes Ende 7) des Grundkörpers 6 im Muskelgewebe 1 (Fig. 4b und 7), so ist es jedoch vorteilhaft, auch den restlichen Grundkörper 6 (außer im Bereich des ersten Endes 7) zu isolieren. Die elektrische Zuleitung 4 (und/oder die elektrische Zuleitung 5) muss ebenfalls gegenüber umliegendem Gewebe stets elektrisch isoliert sein. Alternativ zur Isolierung des Grundkörpers 6 im Bereich der Durchgangsöffnung 9 ist es möglich, die Elektrode 3 in dem Bereich, in dem

sie in die Durchgangsöffnung 9 eingesteckt wird, zu isolieren. Die zweite Elektrode 3 bzw. deren elektrische Zuführung 5 sowie die erste Elektrode 2 bzw. deren elektrische Zuführung 4 (Fig. 4a) müssen jedenfalls in einem zum Messgerät 12 verlaufenden Bereich elektrisch isoliert sein, um eine punktuelle Messung des Aktionspotentials im Stapediusmuskel 1 - Fig. 7 - realisieren zu können.

Fig. 6 und 7 zeigen eine mögliche Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung zur Messung des Aktionspotentials des Stapedius- muskels 1. Dazu ist es vorgesehen, den Grundkörper 6 der ersten Elektrode 2 mittels entsprechender OP-lnstrumente entlang der Sehne 10, welche den Stapediusmuskel 1 mit dem Steigbügel 11 verbindet, in den Stapediusmuskel 1 zu bewegen (siehe 6 und 7 und auch Fig. 4a). Dabei kann der Elektrodengrundkörper 6 in den (zwischen der Sehne 10 und dem den Stapediusmuskel 1 umgebenden Knochen 14 vorhandenen) Kanal geschoben werden (Fig. 7). Die zweite Elektrode 3 wird erfindungsgemäß separat und (nahezu) senkrecht zur Vorschubrichtung des Elektrodengrundkörpers 6 in den Stapediusmuskel 1 (alternativ durch die Durchgangsöffnung 9 in die Sehne 10) geschoben. Beide Elektroden 2, 3 werden so weit eingeschoben, bis das erste Ende 7 des Grundkörpers 6 den Stapediusmuskel 1 mindestens partiell kontaktiert und bis die zweite Elektrode 3 in die Durchgangsöffnung 9 des Elektrodengrundkörpers 6 eingreift (Fig. 7) und dadurch eine Bewegung des Elektroden körpers 6 entlang seiner Längsachse blockiert. Nun ist eine sichere Bestimmung des Aktionspotentials über das angeschlossene Messgerät 12 möglich. Jedoch muss die erste Elektrode 2 nicht vollständig in den Stapediusmuskel 1 eingeschoben werden; alternativ ist es auch möglich, den Elektrodengrundkörper 6 lediglich partiell in den Stapediusmuskel 1 einzuführen (Fig. 4a und 7). In diesem Fall soll der Elektrodengrundkörper 6 elektrisch isoliert (außer im Bereich des vorderen Endes 7) sein. Nun kann die zweite Elektrode 3 außerhalb des Stapediusmuskels 1 (im Bereich der Sehne 10) in die Durchgangsöffnung 9 eingeschoben werden und den Elektrodengrund-

körper 6 zur Messung des Aktionspotentials fixieren. Vorzugsweise ist der innere Bereich 13 der Durchgangsöffnung 9 mit einer Isolierung versehen, damit ein Kurzschluss zwischen erster Elektrode 2 und zweiter Elektrode 3 vermieden werden kann (Fig. 4b).

Bezugszeichenliste

1 elektrisch aktives Gewebe/Muskel

2 erste Elektrode

3 Fixierungselement/zweite Elektrode

4 erste elektrische Leitung 6 Grundkörper 7 erstes Ende des Grundkörpers

8 zweites Ende des Grundkörpers

9 Durchgangsöffnung

10 Sehne

11 Steigbügel-Knöchel 12 Spannungsmessgerät/ Strommessgerät

13 Isolierung

14 Knochen