WO2002058549A1 - Endoluminal expandable implant with integrated sensor system - Google Patents

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WO2002058549A1
WO2002058549A1 PCT/DE2002/000234 DE0200234W WO02058549A1 WO 2002058549 A1 WO2002058549 A1 WO 2002058549A1 DE 0200234 W DE0200234 W DE 0200234W WO 02058549 A1 WO02058549 A1 WO 02058549A1
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WO
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film
electrodes
implant
electronics
semiconductor chip
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/000234
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hagen Thielecke
Andrea Robitzki
Alexandra REININGER-MACK
Thomas Stieglitz
Oliver Scholz
Karl Konstantin Haase
Tim SÜSELBECK
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6867Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
    • A61B5/6876Blood vessel
    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/02007Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
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    • A61B5/6862Stents

Definitions

  • the present invention relates to an endoluminal expandable implant, in particular a stent, made of a cylindrical, radially expandable implant body, which is at least largely enclosed on its inner or outer circumference by a flexible film, in which sensor elements and a thinned semiconductor chip with integrated
  • the implant can in particular be designed as a stent, the integrated sensor technology of which provides data for risk stratification, for therapy control and, if appropriate, for controlling a controlled release of active substance in the body.
  • PTCA percutaneous transluminal coronary balloon angoplasty
  • an expandable balloon is inserted into the vessel and inflated there for a certain period of time so that it expands the vessel at this point.
  • An essential limitation of the PTCA is the occurrence of a relapse stenosis within a period of 3-6 months after the intervention. The occurrence of a relapse stenosis is essentially due to the following factors. Very early after balloon dilatation, the elastic bevels in the vessel wall perform a return movement that reduces the vessel lumen that was initially reached.
  • the mechanism of balloon dilation also leads to severe damage to the endotelial cell layer, which results in unmasking of the subendothelial localized vascular wall structures.
  • Thrombocytic adhesion, thrombocytic aggregation, further platelet activation and thrombus formation are consequences of this vascular wall injury.
  • Activated platelets lead to the activation of proliferation-active cell systems through the release of growth factors, but on the other hand they can also result in early complications of PTCA, the thrombotic vascular occlusion, by promoting thrombus formation.
  • the compression and dissection of the stenosing plaque caused by the expansion of the balloon leads to a proliferation of smooth muscle cells in the media. These smooth muscle cells migrate from the media into the intima and cause a further, so-called late lumen loss, several weeks after the initial balloon expansion.
  • vascular prostheses are implanted either after prior balloon expansion of the vessel or directly via a balloon dilatation catheter.
  • the stent consists of a cylindrical, radially expandable implant body which supports the expanded vessel lumen after the implantation and, if appropriate, subsequent radial expansion.
  • the reduction in the incidence of restenosis after stent placement is essentially explained by an additional lumen gain.
  • the implanted stent Parallel to this endothelial lining of the vessel lumen, the implanted stent induces a proliferation stimulus on the vessel wall and leads to a lumen reduction in this area, which in some of the treated patients can lead to focal or diffuse, the entire stent length regarding in-stent stenosis. Due to non-invasive parameters, it is currently not possible to carry out a secure risk stratification that allows individual predictability for the development of restenosis after stent implantation.
  • stents with integrated sensors are currently known, which are designed to measure flow parameters.
  • the measured values acquired via the sensors are transmitted wirelessly to a receiver outside the vessel in which the stent is implanted or outside the body.
  • No. 6,053,873 shows such a stent with integrated electronics and sensors for flow measurement.
  • An elastic coil is placed around the stent, which serves as an antenna for data transmission and for energy consumption for the operation of the electronics.
  • the publication shows an embodiment of a stent in which the impedance of the blood flowing through the stent lumen is detected and for determining the Flow rate is used.
  • a plurality of axially spaced-apart electrode pairs, each of electrodes lying opposite one another, are arranged together with the electronics in a thin flexible film which is attached to the stent.
  • the stent of US Pat. No. 6,053,873 cannot be used for safe risk stratification, since knowledge of the proliferation parameters is necessary for this. These cannot be reliably determined from the measured flow parameters.
  • US 5,967,986 also describes a stent with integrated electronics and sensors for measuring various physical or biological parameters, in particular for flow measurement.
  • two electrodes run approximately helically along the length of the stent at a constant distance, via which tissue growth in the stent can be detected.
  • the sensors or electrodes as well as the associated electronics are arranged on a thin flexible film, which for the most part encloses the stent on its inner surface.
  • the invention has for its object an endoluminal expandable implant with integrated sensor technology, in particular a stent, which enables safe risk stratification after implantation.
  • the present endoluminal expandable implant hereinafter also referred to as a stent according to the preferred embodiment, consists in a known manner of a cylindrical, radially expandable implant body.
  • the structure of such an implant body is known to the person skilled in the art.
  • the implant body is at least largely enclosed on its inner or outer circumference by a thin and flexible first film.
  • Sensor elements, a thinned semiconductor chip with integrated electronics and conductor tracks for connecting the integrated electronics to the sensor elements are arranged in the film.
  • the film is attached to the implant body in a suitable manner.
  • the first film with the integrated sensor elements and the semiconductor chip is designed to be stretchable, so that it can follow a radial expansion of the implant at any time.
  • the sensor elements are formed by a multiplicity of first electrodes arranged in an array-like manner distributed over the film surface.
  • the integrated electronics is for
  • conductor tracks which produce an electrical connection transversely to the longitudinal axis or axial direction of the implant body on the first film, are optionally formed from an expandable material and / or run in a meandering shape. If the electrodes and the at least one semiconductor chip are arranged in such a way that no electrical connections transverse to the longitudinal axis of the implant body on the first film are required, the latter measure is of course not necessary.
  • this implant which is preferably designed as a stent
  • a plurality of electrodes preferably at least 6 electrodes, are thus arranged on the first film in such a way that they are coated with the tissue or plaque material that surrounds the inner or outer wall of the stent , have electrical contact.
  • the electrodes are electrically connected to the electronics of the semiconductor chip, which drives the electrodes to record the spatially resolved impedance spectra.
  • the electronics are preferably for evaluation and / or transmission of the detected ones
  • the impedance spectra are arranged at different locations of the stent between them.
  • Electrodes added. From the impedance spectra of a pair of electrodes, the parameters of the tissue or plaque material can be determined, which are between the ⁇ co 4-> TJ g ⁇ ⁇ ß co N ß ⁇ ) ⁇ ⁇ -H ⁇ ⁇ o 4-> ⁇ rd 4-) 3 ß 4J ß -ä 1 J ⁇ s 4-1 rH o rd ⁇ l T ß ß ⁇ -rl ß. i3 1 ⁇ rH
  • the stent can be implanted in a conventional manner and expanded within the vessel without endangering the electronic components and the measurement properties.
  • a second thin film is provided, which optionally bears against the first film via a thin intermediate layer.
  • the second film is designed to be elastic and stretchable.
  • the second film carries a capacitor array and conductor tracks for connecting the capacitors of the capacitor array to one another and connects the capacitor array via an electrical contact to the first film for energy supply with the electronics of the semiconductor chip.
  • the conductor tracks on the second film which establish an electrical connection transversely, in particular perpendicularly, to the longitudinal axis of the implant body, are formed from an expandable material and / or run in a meandering shape.
  • This second film with the capacitor array provides an energy store which stores the energy which may be transmitted wirelessly from an external energy source or which is obtained by internal energy conversion and, if required, makes it available to the electronics of the semiconductor chip.
  • the second film like the first film, is designed to be electrically insulating and carries a multiplicity of microcapacitors which are connected to one another by the conductor tracks.
  • the dimensions of the implant with the two foils differ only insignificantly from a conventional implant without due to the small thickness of the foils integrated sensors.
  • Such a capacitor array, the capacitors of which are distributed over the full inner or outer surface of the stent enables a high storage capacity without noticeably reducing the lumen of the stent.
  • this energy storage enables reliable operation of the integrated electronics. Due to the stretchable configuration of the second film and the stretchability of the conductor tracks due to the special material or meandering course, the stent can be expanded in the usual way after the implantation.
  • the electrical components arranged in the second film i.e. the capacitor array and the conductor tracks can, for the same purpose, also be integrated directly in the first film and can be electrically insulated from the other components of the first film. In such an embodiment, no separate second film is required, but only a layer-like structure of the first film.
  • the substrate film (first film) of the electrode array consists of a piezoelectric material.
  • Second electrodes for example as a correspondingly structured electrode layer, are arranged on both sides of this film. These electrodes are separated from the first electrodes thereon, the sensor elements, by an insulation layer.
  • This configuration enables a continuous power supply and thus continuous monitoring to be implemented independently of external energy sources. Due to pressure changes inside the stent, for example as a result of the pulse beat, the piezoelectric film is stretched, so that a change in the voltage between the second electrodes of the two film sides results. The converted energy is stored in the capacitor array after an AC / DC conversion or is used directly to supply energy to the semiconductor electronics.
  • the energy is also managed by the electronics integrated in the semiconductor chip.
  • the second electrodes which extend perpendicular to the longitudinal axis of the implant body, ie in the direction of expansion, are in turn either designed to be stretchable and / or run in a meandering manner in this direction.
  • the first electrodes are preferably arranged on the first film in such a way that they are equidistant after the intended expansion of the stent. This enables a simplified evaluation of the measurement data with regard to the spatial distribution of the tissue parameters.
  • the person skilled in the art knows the relationships for deriving these parameters from the spectral impedance measurements. The result of this is that biological tissues have characteristic electrical and dielectric properties that can be determined using impedance spectroscopy.
  • a semiconductor chip with an approximately rectangular shape is preferably applied or integrated into the first film, which has a greater longitudinal than transverse dimension.
  • the semiconductor chip is oriented on the film in such a way that its longitudinal axis runs approximately parallel to the longitudinal axis of the implant body. This will create a Stress on the semiconductor chip is minimized by stretching the film transversely to the axial direction. If necessary, the stretchability of this film in the region of the semiconductor chip can also be reduced.
  • all electrodes lie on the film in each case on straight lines running parallel to the longitudinal axis of the implant body, a separate semiconductor chip with integrated electronics for controlling the electrodes on the respective line being provided for each of the lines.
  • a separate semiconductor chip with integrated electronics for controlling the electrodes on the respective line being provided for each of the lines.
  • All conductor tracks run parallel to the longitudinal axis of the implant, so that the electrical components are not stressed by an expansion of the film due to the expansion of the implant.
  • the electronics are preferably designed to evaluate and / or transmit measurement data to an external unit.
  • a transmitting and receiving coil is wound helically or double helically around the implant body and connected to the electronics.
  • the electronics can furthermore have outputs for controlling a microsystem, optionally arranged on the implant body, for releasing the active substance.
  • a microsystem for drug release is disclosed in the parallel German patent application 100 63 612.8, the design features of which are preferably also implemented in the present implant.
  • the electronics include Here is a program that controls the release of the active ingredient depending on the measured parameters.
  • the microsystem of 100 63 612.8 which is arranged above an active substance reservoir which is preferably integrated in the implant, consists of a thin carrier substrate which consists of a material impermeable to the active substance and has one or more through openings for the active substance.
  • a plurality of electrodes are arranged in the area of the through openings and are controlled via electronics integrated in the carrier substrate or directly via the electronics in the present first film.
  • the through openings are designed as microgaps and / or microchannels, each with electrodes arranged on both sides, and covered on one side of the carrier substrate by a layer of an electroporous material.
  • a second stent body is arranged coaxially around the first stent body, the first and optionally second film lying between the two stent bodies.
  • the inner stent body is expanded in such a way that it is pressed against the outer stent body, so that the entire system is under mechanical tension.
  • the first and optionally the second film are preferably perforated.
  • these foils can be provided with a layer that is under tensile stress, so that the foils are always on the surface due to the tensile stress of the implant body. It goes without saying that the direction of the tensile stress must be selected appropriately for this, depending on whether the film is applied to the inner or the outer circumference of the stent body.
  • widened sensor elements can also be arranged on the first film and connected to the electronics in order to be able to detect further biological or physical parameters if necessary.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a
  • Fig. 2 is a schematic representation of a flexible, stretchable film with an electrode array and integrated
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a flexible and stretchable film with a stretchable capacitor array
  • Fig. 4 is a block diagram of the integrated
  • FIG. 5 is a schematic representation of a
  • FIG. 6a shows an example of a piezoelectric film for energy conversion in a top view
  • FIG. 6b shows a schematic sectional illustration of a sensor structure with a piezoelectric film according to FIG. 6a as substrate material
  • Fig. 7 shows an example of an arrangement of the
  • Electrodes, conductor tracks and IC's on a stretchable film Electrodes, conductor tracks and IC's on a stretchable film
  • FIG. 8 shows an example of a stent with an applied sensor system that is under internal stress before and after radial stent expansion.
  • FIG. 1 schematically shows an illustration of a possible embodiment of a stent with integrated sensors for continuously recording the spatial distribution of tissue and plaque parameters after implantation of the stent.
  • the stent has a radially expandable cylindrical stent body 1, on the outer surface of which, in this example, a stretchable, flexible thin film 2 is applied, which carries an electrode array, an integrated circuit and conductor tracks.
  • a second flexible and stretchable film 3 is applied, which is a microcapacitor array with conductor tracks for the corresponding connection of the individual capacitors wearing.
  • the individual electrodes 4 of the electrode array of the film 2 which come into contact with tissue growing into the stent, can be seen very well in the figure.
  • the stent itself is constructed in the usual way and consists, for example, of a wire mesh.
  • the two foils 2 and 3 enclose the stent body 1 almost completely in this example.
  • the attachment to the stent body and the connection between the foils can be carried out using adhesives known to the person skilled in the art.
  • the two films applied expand in the same way as the stent, without damaging the electrical components which are integrated in or on the films.
  • a flexible, elastic electrode array i. H. the first film 2 with the electrode array of the electrodes 4, 2 metal layers for the electrodes 4 and conductor tracks 5 are deposited and structured on an elastomer film.
  • An ultra-thin flexible silicon chip 6 is produced using semiconductor technology and is connected to the elastomer film 2 by a known connection technology for flexible chips on flexible substrates.
  • the chip 6 is designed as a narrow rectangle and is preferably applied to the electrode substrate 2 such that the edges of the narrow sides of the rectangle lie in the direction in which the electrode substrate 2 is stretched when the stent body 1 expands.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an example of an electrode array applied to a film 2 with associated conductor tracks 5 and the semiconductor chip 6.
  • the film 2 is an elastic and electrically non-conductive elastomer film which can be stretched at least in one direction (indicated by the arrows).
  • the exposed electrodes 4 of the electrode array can be seen on the film and are connected via conductor tracks 5 to the semiconductor chip 6, which controls the electrodes.
  • the extensibility of the film 2 in the region in which the chip 6 is located can be reduced. This can vary depending
  • Elastomer material can be achieved, for example, by local light or heat treatment (e.g. using a laser).
  • the electrodes 4 are arranged so that they are equidistant after stent expansion. Furthermore, the conductor tracks 5, in areas in which they extend in the direction of expansion of the film 2, are meandering. This meandering course of the conductor tracks 5 enables the film 2 to be stretched in the specified direction without the conductor tracks 5 being damaged or interrupted thereby. The meandering course thus enables an elastic electrical connection of the electrodes 4 to the Semiconductor chip 6. Connections 7 for a system for drug release and connections 8 for supplying energy to semiconductor chip 6 can also be seen in the figure.
  • the semiconductor chip 6 has electronics or an integrated circuit (IC) which controls the electrodes 4 of the electrode array for impedance spectroscopic measurement. The control takes place in such a way that a spatially resolved measurement of the impedance is achieved as a function of the wavelength.
  • IC integrated circuit
  • the number of electrodes in this and the other examples can also be increased further, in order, for. B. to achieve a certain spatial resolution or to cover a larger area.
  • FIG. 4 An example of a block diagram of the integrated circuit is shown in FIG. 4.
  • the multiplexers each connect two adjacent electrodes 4 of a longitudinal axis with impedance analyzers, which determine impedance spectra for the electrode pairs.
  • the impedance spectra are either written into a memory located on chip 6 via a control circuit or sent telemetrically to a receiving unit outside the vessel.
  • An analysis circuit can be used to determine events from the impedance spectra in which control signals are sent to a system for the controlled release of active substance.
  • the circuit receives the energy inductively from an external energy source and / or from energy converters, which are located on the stent.
  • the energy is buffered in a capacitor array. Energy is taken from the capacitor array to operate the circuit.
  • the energy management is carried out by a power management module that is integrated in the semiconductor chip 6.
  • FIG. 3 shows an example of a film 3 with an array of metallized film capacitors 9.
  • the film 3 again consists of an elastomer substrate on which the film capacitors 9 are produced by combined deposition and structuring of metal and polymer layers.
  • Concepts for the deposition of materials for the production of monolithic film capacitors are described, for example, in Rzad et al. .
  • the individual film capacitors 9 are connected or connected to one another via conductor tracks 10 made of an elastic, electrically conductive material, preferably a polymer material.
  • the connections 11 of the capacitor array are connected to the connections for the energy storage on the film 2 with the electrode array.
  • the foils 2, 3 for the electrode and capacitor array are then placed together around the stent body 1.
  • a thin wire is wound around the stent with the sensor system in the form of a double helix, whereby a transmitting and receiving coil is formed. The ends of the coil are connected to the corresponding inputs on the semiconductor chip 6.
  • a separate integrated circuit (6a-6d) is used for the electrodes 4, which are located on a line or axis parallel to the longitudinal axis of the stent body 1, for control and data acquisition.
  • This arrangement makes it possible to dispense with stretchable conductor tracks within the electrode structure or to reduce the number thereof.
  • the ICs (6a - 6d) of each axis are connected, for example, to a common transmitting and receiving coil and communicate with an external unit.
  • Figure 7 shows one
  • FIG. 8 finally shows schematically an example of a stent in which the sensor system 18, consisting of the film 2 with the electrode array and optionally a further film with the capacitor array, is provided with a layer which is under tensile stress. This layer is deposited on the film 2 during the manufacture of the electrode array.
  • the film itself takes on a cuff shape.
  • the cuff is widened or compressed and placed around a stent body 1 or pushed into a stent body 1.
  • a cuff 18 (sensor system) pushed over the stent body 1 can be seen in the example in FIG. 8a.
  • the sensor system is stuck on the stent body due to its inherent tension.
  • the applied layer must of course cause an external tension.
  • the cuff expands, as can be seen in partial illustration b of FIG. 8. Due to the inherent tension, however, the cuff still lies securely on the stent body.
  • the electrodes are arranged in this sensor system so that they have the desired position in the expanded state.
  • detectors for tissue or plaque characterization can of course also be arranged on the film or films. It is also possible to arrange additional sensors for other biological or physical parameters. In this case, the electronics of the Semiconductor chips can be adapted accordingly to the measurement tasks.
  • both the capacitor array and the electrode array can be arranged on a common film, which can additionally consist of a piezoelectric material with corresponding electrodes for reducing the voltage.
  • the piezoelectric film, a film for the electrode array and a film for the capacitor array can also be used separately.
  • the arrangement of the electrodes of the electrode array is not restricted to specific patterns or distances. Rather, they depend on the desired spatial resolution.
  • the interconnection of the individual electrodes for recording the impedance spectra can be carried out in different ways, as is known to the person skilled in the art. Both two-pole, three-pole and four-pole arrangements are suitable for such a task.
  • Stent body first stretchable film second stretchable film first electrodes first conductor tracks semiconductor chip connections for a system for drug release connections for a system for energy supply film capacitor second conductor tracks connection surface second stent body piezoelectric film second electrodes connection surface rear connection surface front side passivation layer sensor system

Abstract

The invention relates to an endoluminal expandable implant with integrated sensor system, especially a stent. The stent base (1) is at least substantially enclosed on its inner or outer diameter by a flexible and extensible film (2). In said film (2), a plurality of electrodes (4), a thinned semiconductor chip (6) with integrated electronics and conductor tracks (5) for linking the integrated electronics (6) with the electrodes (4) are arranged in the form of an array. The integrated electronics (6) is adapted to control the electrodes for registering impedance spectra in order to obtain spatially resolved impedance spectra across the surface of the film (2). Conductor tracks (5) that establish an electrical link at an angle to the longitudinal axis of the implant body (1) on the film (2) are produced from a flexible material and/or have a meandering structure. The inventive implant can be conventionally implanted and expanded and supplies proliferation parameters for the purpose of a reliable risk stratification.

Description

Endoluminales expandierbares Implantat mit integrierter Sensorik Endoluminal expandable implant with integrated sensors
Technisches AnwendungsgebietTechnical application area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein endo- luminales expandierbares Implantat, insbesondere einen Stent, aus einem zylinderförmigen, radial expandierbaren Implantatkörper, der an seinem Innen- oder Außenumfang von einer flexiblen Folie zumindest zum größten Teil umschlossen ist, in der Sensorelemente und ein gedünnter Halbleiterchip mit integrierterThe present invention relates to an endoluminal expandable implant, in particular a stent, made of a cylindrical, radially expandable implant body, which is at least largely enclosed on its inner or outer circumference by a flexible film, in which sensor elements and a thinned semiconductor chip with integrated
Elektronik sowie Leiterbahnen zur Verbindung der integrierten Elektronik mit den Sensorelementen angeordnet sind. Das Implantat kann insbesondere als Stent ausgebildet sein, dessen integrierte Sensorik Daten zur Risikostratifizierung, zur Therapiekontrolle sowie gegebenenfalls zur Steuerung einer kontrollierten Wirkstofffreisetzung im Körper liefert.Electronics and conductor tracks for connecting the integrated electronics with the sensor elements are arranged. The implant can in particular be designed as a stent, the integrated sensor technology of which provides data for risk stratification, for therapy control and, if appropriate, for controlling a controlled release of active substance in the body.
Stand der Technik Zur Behandlung von Stenosen bei Patienten mit einer koronaren Herzkrankheit wird die perkutane transluminale koronare Ballonangloplastie (PTCA) angewendet . Bei dieser Technik wird ein expandierbarer Ballon in das Gefäß eingeführt und dort für einen bestimmten Zeitraum aufgeblasen, so dass er das Gefäß an dieser Stelle aufweitet. Eine wesentliche Limitation der PTCA liegt im Auftreten einer Rezidivstenose in einem Zeitraum von 3-6 Monaten nach der Intervention. Das Auftreten einer Rezidivstenose ist im Wesentlichen durch die folgenden Faktoren bedingt. Schon sehr früh nach der Ballondilatation führen die in der Gefäßwand vorliegenden elastischen Fasen eine Rückstellbewegung durch, die das initial erreichte Gefäßlumen reduzieren. Durch den Mechanismus der Ballondilatation kommt es auch zu einer schweren Schädigung der endot elialen Zellschicht, was eine Demaskierung der subendothelial lokalisierten Gefäßwandstrukturen bewirkt. Thrombozytäre Adhäsion, thrombozytäre Aggregation, weitere Thrombozyten- aktivierung und Thrombusbildung sind Folgeerscheinungen dieser Gefäßwandverletzung. Aktivierte Thrombozyten führen durch eine Freisetzung von Wachstumsfaktoren zu einer Aktivierung proliferationsaktiver Zellsysteme, können andererseits aber auch durch die Förderung einer Thrombusbildung in einer Frühkomplikation der PTCA, dem thrombotischen Gefäßverschluss, resultieren.PRIOR ART For the treatment of stenoses in patients with coronary artery disease, percutaneous transluminal coronary balloon angoplasty (PTCA) is used. In this technique, an expandable balloon is inserted into the vessel and inflated there for a certain period of time so that it expands the vessel at this point. An essential limitation of the PTCA is the occurrence of a relapse stenosis within a period of 3-6 months after the intervention. The occurrence of a relapse stenosis is essentially due to the following factors. Very early after balloon dilatation, the elastic bevels in the vessel wall perform a return movement that reduces the vessel lumen that was initially reached. The mechanism of balloon dilation also leads to severe damage to the endotelial cell layer, which results in unmasking of the subendothelial localized vascular wall structures. Thrombocytic adhesion, thrombocytic aggregation, further platelet activation and thrombus formation are consequences of this vascular wall injury. Activated platelets lead to the activation of proliferation-active cell systems through the release of growth factors, but on the other hand they can also result in early complications of PTCA, the thrombotic vascular occlusion, by promoting thrombus formation.
Die durch die Aufdehnung des Ballons bedingte Kompression und Dissektion des stenosierenden Plaques führt zu einer Proliferation glatter Muskelzellen in der Media. Diese glatten Muskelzellen migrieren von der Media in die Intima und bewirken mehrere Wochen nach initialer Ballonaufdehnung einen weiteren, sogenannten späten Lumenverlust.The compression and dissection of the stenosing plaque caused by the expansion of the balloon leads to a proliferation of smooth muscle cells in the media. These smooth muscle cells migrate from the media into the intima and cause a further, so-called late lumen loss, several weeks after the initial balloon expansion.
Zur Herabsetzung der unerwünschten Rückstell- bewegung der Gefäßwand werden Gefäßprothesen (Stents) entweder nach vorheriger Ballonaufdehnung des Gefäßes oder direkt über einen Ballondilatationskatheter implantiert. Der Stent besteht aus einem zylinder- förmigen, radial expandierbaren Implantationskörper, der nach der Implantation und gegebenenfalls anschließenden radialen Expansion das aufgeweitete Gefäßlumen stützt. Die Reduktion der Inzidenz einer Restenose nach Stentimplantation wird im Wesentlichen durch einen zusätzlichen Lumengewinn erklärt. Nach der Stentimplantation kommt es zu einer erneuten Endo- thelialisation des dilatierten und gestenteten Gefäßsegments, die in Abhängigkeit von der Stentlänge nach ca. vier Wochen abgeschlossen ist. Parallel zu dieser Endothelauskleidung des Gefäßlumens induziert der implantierte Stent einen Proliferationsreiz auf die Gefäßwand und führt in diesem Bereich zu einer Lumenreduktion, was bei einem Teil der behandelten Patienten zu einer fokalen oder diffusen, die ganze Stentlänge betreffend In-Stent Stenose führen kann. Aufgrund nicht invasiver Parameter ist es zur Zeit nicht möglich, eine sichere Risikostratifizierung vorzunehmen, die eine individuelle Voraussagbarkeit für die Entwicklung einer Restenose nach Stentimplantation zulässt .In order to reduce the undesired restoring movement of the vessel wall, vascular prostheses (stents) are implanted either after prior balloon expansion of the vessel or directly via a balloon dilatation catheter. The stent consists of a cylindrical, radially expandable implant body which supports the expanded vessel lumen after the implantation and, if appropriate, subsequent radial expansion. The reduction in the incidence of restenosis after stent placement is essentially explained by an additional lumen gain. After the stent implantation, there is renewed endothelialization of the dilated and stented vascular segment, which, depending on the length of the stent, is completed after about four weeks. Parallel to this endothelial lining of the vessel lumen, the implanted stent induces a proliferation stimulus on the vessel wall and leads to a lumen reduction in this area, which in some of the treated patients can lead to focal or diffuse, the entire stent length regarding in-stent stenosis. Due to non-invasive parameters, it is currently not possible to carry out a secure risk stratification that allows individual predictability for the development of restenosis after stent implantation.
Aus dem Stand der Technik sind derzeit lediglich Stents mit integrierter Sensorik bekannt, die zur Messung von Durchflussparametern ausgebildet sind. Die über die Sensorik erfassten Messwerte werden drahtlos zu einem Empfänger außerhalb des Gefäßes, in dem der Stent implantiert ist, oder außerhalb des Körpers übertragen.From the prior art, only stents with integrated sensors are currently known, which are designed to measure flow parameters. The measured values acquired via the sensors are transmitted wirelessly to a receiver outside the vessel in which the stent is implanted or outside the body.
So zeigt die US 6,053,873 einen derartigen Stent mit integrierter Elektronik und Sensoren zur Durchflussmessung. Um den Stent ist eine elastische Spule gelegt, die als Antenne zur Datenübertragung und zur Energieaufnahme für den Betrieb der Elektronik dient. Die Druckschrift zeigt eine Ausführungsform eines Stents, bei der die Impedanz des durch das Stentlumen fliessenden Blutes erfasst und zur Bestimmung des Durchflusses herangezogen wird. Für diese Impedanz- messung sind mehrere axial beabstandet angeordnete Elektrodenpaare aus jeweils gegenüber liegenden Elektroden zusammen mit der Elektronik in einem dünnen flexiblen Film angeordnet, der am Stent befestigt ist. Der Stent der US 6,053,873 lässt sich jedoch nicht für die sichere Risikostratifizierung einsetzen, da hierfür die Kenntnis der Proliferationsparameter notwendig ist. Diese lassen sich aus den gemessenen Durchflussparametern nicht zuverlässig bestimmen.No. 6,053,873 shows such a stent with integrated electronics and sensors for flow measurement. An elastic coil is placed around the stent, which serves as an antenna for data transmission and for energy consumption for the operation of the electronics. The publication shows an embodiment of a stent in which the impedance of the blood flowing through the stent lumen is detected and for determining the Flow rate is used. For this impedance measurement, a plurality of axially spaced-apart electrode pairs, each of electrodes lying opposite one another, are arranged together with the electronics in a thin flexible film which is attached to the stent. However, the stent of US Pat. No. 6,053,873 cannot be used for safe risk stratification, since knowledge of the proliferation parameters is necessary for this. These cannot be reliably determined from the measured flow parameters.
Die US 5,967,986 beschreibt ebenfalls einen Stent mit integrierter Elektronik sowie Sensoren zur Messung verschiedener physikalischer oder biologischer Parameter, insbesondere zur Durchflussmessung. In einer Ausgestaltung verlaufen über die Länge des Stents anähernd helixförmig zwei Elektroden in konstantem Abstand, über die Gewebewachstum im Stent erfasst werden kann. Die Sensoren bzw. Elektroden sowie die zugehörige Elektronik sind auf einem dünnen flexiblen Film angeordnet, der den Stent an seiner Innenfläche zum größten Teil umschließt.US 5,967,986 also describes a stent with integrated electronics and sensors for measuring various physical or biological parameters, in particular for flow measurement. In one embodiment, two electrodes run approximately helically along the length of the stent at a constant distance, via which tissue growth in the stent can be detected. The sensors or electrodes as well as the associated electronics are arranged on a thin flexible film, which for the most part encloses the stent on its inner surface.
Auch mit dem Stent dieser Druckschrift können keine zuverlässigen Proliferationsparameter nach der Implantation gewonnen werden, die für eine sichereEven with the stent of this publication, no reliable proliferation parameters can be obtained after the implantation, which are necessary for a safe
Risikostratifizierung ausreichen. Weiterhin besteht bei diesem wie auch bei dem Stent der vorgenannten Druckschrift das Problem, dass eine Expansion des Stents nach der Implantation zu einer Beschädigung der integrierten Sensorik führen kann.Sufficient risk stratification. Furthermore, with this as well as with the stent of the aforementioned publication, there is the problem that expansion of the stent after implantation can damage the integrated sensor system.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein endoluminales expandierbares Implantat mit integrierter Sensorik, insbesondere einen Stent, anzugeben, das eine sichere Risikostratifizierung nach der Implantation ermöglicht.Based on this prior art, the invention has for its object an endoluminal expandable implant with integrated sensor technology, in particular a stent, which enables safe risk stratification after implantation.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Implantat gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Implantats sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved with the implant according to claim 1. Advantageous embodiments of the implant are the subject of the subclaims.
Das vorliegende endoluminale expandierbare Implantat, im Folgenden gemäß der bevorzugten Ausführungsform auch als Stent bezeichnet, besteht in bekannter Weise aus einem zylinderförmigen, radial expandierbaren Implantatkörper. Der Aufbau eines derartigen Implantatkörpers ist dem Fachmann bekannt. Der Implantatkörper ist an seinem Innen- oder Außenumfang von einer dünnen und flexiblen ersten Folie zumindest zum größten Teil umschlossen. In der Folie sind Sensorelemente, ein gedünnter Halbleiterchip mit integrierter Elektronik sowie Leiterbahnen zur Verbindung der integrierten Elektronik mit den Sensorelementen angeordnet. Die Folie ist in geeigneter Weise am Implantatkörper befestigt. Beim vorliegenden Implantat ist die erste Folie mit den integrierten Sensorelementen und dem Halbleiterchip dehnbar ausgestaltet, so dass sie einer radialen Expansion des Implantats jederzeit folgen kann. Die Sensorelemente werden durch eine Vielzahl von über die Folienfläche arrayförmig verteilt angeordneten ersten Elektroden gebildet. Die integrierte Elektronik ist zurThe present endoluminal expandable implant, hereinafter also referred to as a stent according to the preferred embodiment, consists in a known manner of a cylindrical, radially expandable implant body. The structure of such an implant body is known to the person skilled in the art. The implant body is at least largely enclosed on its inner or outer circumference by a thin and flexible first film. Sensor elements, a thinned semiconductor chip with integrated electronics and conductor tracks for connecting the integrated electronics to the sensor elements are arranged in the film. The film is attached to the implant body in a suitable manner. In the present implant, the first film with the integrated sensor elements and the semiconductor chip is designed to be stretchable, so that it can follow a radial expansion of the implant at any time. The sensor elements are formed by a multiplicity of first electrodes arranged in an array-like manner distributed over the film surface. The integrated electronics is for
Ansteuerung der ersten Elektroden für die Aufnahme von Impedanzspektren zwischen den bzw. jeweils einzelnen der ersten Elektroden ausgebildet, um über die Fläche der ersten Folie - und somit den Innen- oder Außenumfang des Implantats - räumlich aufgelöste Impedanzspektren zu erhalten. Weiterhin sind gegebenenfalls Leiterbahnen, die eine elektrische Verbindung quer zur Längsachse bzw. axialen Richtung des Implantatkörpers auf der ersten Folie herstellen, aus einem dehnbaren Material gebildet und/oder verlaufen mäanderförmig. Sind die Elektroden sowie der zumindest eine Halbleiterchip derart angeordnet, dass keine elektrischen Verbindungen quer zur Längsachse des Implantatkörpers auf der ersten Folie erforderlich sind, so ist die letztgenannte Maßnahme selbstverständlich nicht erforderlich.Control of the first electrodes for the recording of impedance spectra between the or each of the first electrodes designed to cover the area the first film - and thus the inner or outer circumference of the implant - to obtain spatially resolved impedance spectra. Furthermore, conductor tracks, which produce an electrical connection transversely to the longitudinal axis or axial direction of the implant body on the first film, are optionally formed from an expandable material and / or run in a meandering shape. If the electrodes and the at least one semiconductor chip are arranged in such a way that no electrical connections transverse to the longitudinal axis of the implant body on the first film are required, the latter measure is of course not necessary.
Bei diesem Implantat, das vorzugsweise als Stent ausgebildet ist, werden somit eine Vielzahl von Elektroden, vorzugsweise zumindest 6 Elektroden, derart auf der ersten Folie angeordnet, dass sie mit dem Gewebe- oder Plaquematerial, das die Innen- oder Außen- wand des Stents umgibt, elektrischen Kontakt haben. Die Elektroden sind elektrisch mit der Elektronik des Halbleiterchips verbunden, die die Elektroden zur Erfassung der räumlich aufgelösten Impedanzspektren ansteuert. Zusätzlich ist die Elektronik vorzugsweise zur Auswertung und/oder Übertragung der erfasstenIn the case of this implant, which is preferably designed as a stent, a plurality of electrodes, preferably at least 6 electrodes, are thus arranged on the first film in such a way that they are coated with the tissue or plaque material that surrounds the inner or outer wall of the stent , have electrical contact. The electrodes are electrically connected to the electronics of the semiconductor chip, which drives the electrodes to record the spatially resolved impedance spectra. In addition, the electronics are preferably for evaluation and / or transmission of the detected ones
Messdaten an einen externen Empfänger ausgebildet. Um die räumliche Verteilung der Gewebe- und Plaque- parameter im bzw. um den Stent zu bestimmen, werden jeweils die Impedanzspektren an unterschiedlichen Stellen des Stents zwischen dort angeordnetenMeasurement data trained to an external receiver. In order to determine the spatial distribution of the tissue and plaque parameters in or around the stent, the impedance spectra are arranged at different locations of the stent between them
Elektroden aufgenommen. Aus den Impedanzspektren eines Elektrodenpaares lassen sich die Parameter des Gewebes bzw. Plaquematerials ermitteln, das sich zwischen den ω co 4-> TJ g Φ φ ß co N ß Ö) ω Φ -H Φ Φ o 4-> φ rd 4-) 3 ß 4J ß -ä 1 J Φ s 4-1 rH o rd Öl T ß ß φ -rl ß . i3 1 φ rHElectrodes added. From the impedance spectra of a pair of electrodes, the parameters of the tissue or plaque material can be determined, which are between the ω co 4-> TJ g Φ φ ß co N ß Ö) ω Φ -H Φ Φ o 4-> φ rd 4-) 3 ß 4J ß -ä 1 J Φ s 4-1 rH o rd Öl T ß ß φ -rl ß. i3 1 φ rH
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bereitstellen. Der Stent lässt sich in herkömmlicher Weise implantieren und innerhalb des Gefäßes expandieren, ohne die elektronischen Komponenten sowie die Messeigenschaften hierdurch zu gefährden.provide. The stent can be implanted in a conventional manner and expanded within the vessel without endangering the electronic components and the measurement properties.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Implantats ist eine zweite dünne Folie vorgesehen, die gegebenenfalls über eine dünne Zwischenschicht an der ersten Folie anliegt. Die zweite Folie ist ebenso wie die erste Folie elastisch und dehnbar ausgestaltet. Die zweite Folie trägt ein Kondensatorarray sowie Leiterbahnen zur Verbindung der Kondensatoren des Kondensatorarrays untereinander und verbindet das Kondensatorarray über eine elektrische Kontaktierung zur ersten Folie zur Energieversorgung mit der Elektronik des Halbleiterchips. Die Leiterbahnen auf der zweiten Folie, die eine elektrische Verbindung quer, insbeosndere senkrecht, zur Längsachse des Implantatkörpers herstellen, sind aus einem dehn- baren Material gebildet und/oder verlaufen mäander- förmig. Durch diese zweite Folie mit dem Kondensatorarray wird ein Energiespeicher zur Verfügung gestellt, der die gegebenenfalls drahtlos von einer externen Energiequelle übertragene oder durch interne Energie- Wandlung gewonnene Energie speichert und bei Bedarf der Elektronik des Halbleiterchips zur Verfügung stellt. Die zweite Folie ist hierzu wie die erste Folie elektrisch isolierend ausgebildet und trägt eine Vielzahl von Mikrokondensatoren, die durch die Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Das Implantat mit den beiden Folien unterscheidet sich in seinen Abmessungen aufgrund der geringen Dicke der Folien nur unwesentlich von einem herkömmlichen Implantat ohne integrierte Sensorik. Durch ein derartiges Kondensatorarray, dessen Kondensatoren über die volle Innen- bzw. Außenfläche des Stents verteilt sind, wird eine hohe Speicherkapazität ermöglicht, ohne das Lumen des Stents merklich zu verringern. Andererseits ermöglicht dieser Energiespeicher einen zuverlässigen Betrieb der integrierten Elektronik. Durch die dehnbare Ausgestaltung der zweiten Folie sowie die Dehnbarkeit der Leiterbahnen aufgrund des besonderen Materials oder mäanderförmigen Verlaufs lässt sich der Stent in üblicher Weise nach der Implantation expandieren.In a preferred embodiment of the present implant, a second thin film is provided, which optionally bears against the first film via a thin intermediate layer. Like the first film, the second film is designed to be elastic and stretchable. The second film carries a capacitor array and conductor tracks for connecting the capacitors of the capacitor array to one another and connects the capacitor array via an electrical contact to the first film for energy supply with the electronics of the semiconductor chip. The conductor tracks on the second film, which establish an electrical connection transversely, in particular perpendicularly, to the longitudinal axis of the implant body, are formed from an expandable material and / or run in a meandering shape. This second film with the capacitor array provides an energy store which stores the energy which may be transmitted wirelessly from an external energy source or which is obtained by internal energy conversion and, if required, makes it available to the electronics of the semiconductor chip. For this purpose, the second film, like the first film, is designed to be electrically insulating and carries a multiplicity of microcapacitors which are connected to one another by the conductor tracks. The dimensions of the implant with the two foils differ only insignificantly from a conventional implant without due to the small thickness of the foils integrated sensors. Such a capacitor array, the capacitors of which are distributed over the full inner or outer surface of the stent, enables a high storage capacity without noticeably reducing the lumen of the stent. On the other hand, this energy storage enables reliable operation of the integrated electronics. Due to the stretchable configuration of the second film and the stretchability of the conductor tracks due to the special material or meandering course, the stent can be expanded in the usual way after the implantation.
Die in der zweiten Folie angeordneten elektrischen Komponenten, d.h. das Kondensatorarray sowie die Leiterbahnen, können zum gleichen Zweck auch direkt in der ersten Folie integriert und gegenüber den anderen Komponenten der ersten Folie entsprechend elektrisch isoliert sein. In einer derartigen Ausgestaltung ist keine separate zweite Folie, sondern lediglich ein schichtartiger Aufbau der ersten Folie erforderlich.The electrical components arranged in the second film, i.e. the capacitor array and the conductor tracks can, for the same purpose, also be integrated directly in the first film and can be electrically insulated from the other components of the first film. In such an embodiment, no separate second film is required, but only a layer-like structure of the first film.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Substratfolie (erste Folie) des Elektroden- arrays aus einem piezoelektrischen Material. Beidseitig dieser Folie sind zweite Elektroden, beispielsweise als entsprechend strukturierte Elektrodenschicht, angeordnet . Diese Elektroden werden durch eine Isolationsschicht von den darauf befindlichen ersten Elektroden, den Sensorelementen, getrennt. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine kontinuierliche Stromversorgung und somit ein kontinuierliches Monitoring unabhängig von externen Energiequellen realisieren. Durch Druckänderungen im Inneren des Stents, beispiels- weise durch den Pulsschlag, wird die piezoelektrische Folie gedehnt, so dass eine Änderung der Spannung zwischen den zweiten Elektroden der beiden Folienseiten resultiert. Die gewandelte Energie wird nach einer AC/DC-Wandlung im Kondensatorarray gespeichert oder dient direkt der Energieversorgung der Halbleiterelektronik. Die Energieverwaltung erfolgt in diesem Falle ebenfalls durch die im Halbleiterchip integrierte Elektronik. Die zweiten Elektroden, die sich senkrecht zur Längsachse des Implantatkörpers, d. h. in Dehnungsrichtung, erstrecken, sind wiederum entweder dehnbar ausgestaltet und/oder verlaufen in dieser Richtung mäanderförmig.In a further advantageous embodiment, the substrate film (first film) of the electrode array consists of a piezoelectric material. Second electrodes, for example as a correspondingly structured electrode layer, are arranged on both sides of this film. These electrodes are separated from the first electrodes thereon, the sensor elements, by an insulation layer. This configuration enables a continuous power supply and thus continuous monitoring to be implemented independently of external energy sources. Due to pressure changes inside the stent, for example as a result of the pulse beat, the piezoelectric film is stretched, so that a change in the voltage between the second electrodes of the two film sides results. The converted energy is stored in the capacitor array after an AC / DC conversion or is used directly to supply energy to the semiconductor electronics. In this case, the energy is also managed by the electronics integrated in the semiconductor chip. The second electrodes, which extend perpendicular to the longitudinal axis of the implant body, ie in the direction of expansion, are in turn either designed to be stretchable and / or run in a meandering manner in this direction.
Vorzugsweise sind die ersten Elektroden derart auf der ersten Folie angeordnet, dass sie nach der bestimmungsgemäßen Expansion des Stents äquidistant sind. Dies ermöglicht eine vereinfachte Auswertung der Messdaten hinsichtlich der räumlichen Verteilung der Gewebeparameter. Dem Fachmann sind die Zusammenhänge zur Ableitung dieser Parameter aus den spektralen Impedanzmessungen bekannt. Diese resultieren daher, dass biologische Gewebe charakteristische elektrische und dielektrische Eigenschaften aufweisen, die über die ImpedanzSpektroskopie bestimmt werden können.The first electrodes are preferably arranged on the first film in such a way that they are equidistant after the intended expansion of the stent. This enables a simplified evaluation of the measurement data with regard to the spatial distribution of the tissue parameters. The person skilled in the art knows the relationships for deriving these parameters from the spectral impedance measurements. The result of this is that biological tissues have characteristic electrical and dielectric properties that can be determined using impedance spectroscopy.
Vorzugsweise wird ein Halbleiterchip mit einer annähernd rechteckigen Form auf die erste Folie aufgebracht bzw. in diese integriert, der eine größere Längs- als Querausdehnung aufweist. Der Halbleiterchip wird derart auf der Folie orientiert, dass seine Längsachse annähernd parallel zur Längsachse des Implantatkörpers verläuft. Hierdurch wird eine Beanspruchung des Halbleiterchips durch die Dehnung der Folie quer zur axialen Richtung minimiert. Gegebenenfalls kann die Dehnbarkeit dieser Folie im Bereich des Halbleiterchips zusätzlich verringert sein.A semiconductor chip with an approximately rectangular shape is preferably applied or integrated into the first film, which has a greater longitudinal than transverse dimension. The semiconductor chip is oriented on the film in such a way that its longitudinal axis runs approximately parallel to the longitudinal axis of the implant body. This will create a Stress on the semiconductor chip is minimized by stretching the film transversely to the axial direction. If necessary, the stretchability of this film in the region of the semiconductor chip can also be reduced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegen sämtliche Elektroden jeweils auf parallel zur Längsachse des Implantatkörpers verlaufenden geraden Linien auf der Folie, wobei für jede der Linien ein eigener Halbleiterchip mit integrierter Elektronik zur Ansteuerung der Elektroden auf der jeweiligen Linie vorgesehen ist. In diesem Falle ist keine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen elektrischen Komponenten auf der Folie in Dehnungsrichtung, d. h. quer zur Längsachse des Implantats erforderlich. Sämtliche Leiterbahnen verlaufen parallel zur Längsachse des Implantats, so dass die elektrischen Komponenten durch eine Dehnung der Folie aufgrund der Expansion des Implantats nicht beansprucht werden.In a further advantageous embodiment, all electrodes lie on the film in each case on straight lines running parallel to the longitudinal axis of the implant body, a separate semiconductor chip with integrated electronics for controlling the electrodes on the respective line being provided for each of the lines. In this case there is no electrical connection between the individual electrical components on the film in the direction of expansion, i. H. required transversely to the longitudinal axis of the implant. All conductor tracks run parallel to the longitudinal axis of the implant, so that the electrical components are not stressed by an expansion of the film due to the expansion of the implant.
Die Elektronik ist vorzugsweise zur Auswertung und/oder Übertragung von Messdaten an eine externe Einheit ausgebildet. Hierzu ist eine Sende- und Empfangsspule helix- oder doppelhelixförmig um den Implantatkörper gewickelt und mit der Elektronik verbunden. Die Elektronik kann weiterhin Ausgänge zur Steuerung eines gegebenenfalls am Implantatkörper angeordneten Mikrosystems zur Wirkstofffreisetzung aufweisen. Ein derartiges Mikrosystem zur Wirkstoff- freisetzung ist in der parallelen deutschen Patentanmeldung 100 63 612.8 offenbart, deren Ausgestaltungsmerkmale vorzugsweise auch bei dem vorliegenden Implantat verwirklicht sind. Die Elektronik beinhaltet hierbei ein Programm, das die Wirkstofffreisetzung in Abhängigkeit von den gemessenen Parametern steuert. Das Mikrosystem der 100 63 612.8, das über einem vorzugsweise im Implantat integrierten Wirkstoff- reservoir angeordnet wird, besteht aus einem dünnen Trägersubstrat, das aus einem für den Wirkstoff undurchlässigen Material besteht und eine oder mehrere Durchgangsöffnungen für den Wirkstoff aufweist. Im Bereich der Durchgangsöffnungen sind mehrere Elektroden angeordnet, die über eine in das Trägersubstrat integrierte Elektronik oder direkt über die Elektronik in der vorliegenden ersten Folie angesteuert werden. Die Durchgangsöffnungen sind als Mikrospalte und/oder Mikrokanäle mit jeweils beidseitig angeordneten Elektroden ausgebildet und auf einer Seite des Trägersubstrates von einer Schicht aus einem elektroporösen Material überdeckt.The electronics are preferably designed to evaluate and / or transmit measurement data to an external unit. For this purpose, a transmitting and receiving coil is wound helically or double helically around the implant body and connected to the electronics. The electronics can furthermore have outputs for controlling a microsystem, optionally arranged on the implant body, for releasing the active substance. Such a microsystem for drug release is disclosed in the parallel German patent application 100 63 612.8, the design features of which are preferably also implemented in the present implant. The electronics include Here is a program that controls the release of the active ingredient depending on the measured parameters. The microsystem of 100 63 612.8, which is arranged above an active substance reservoir which is preferably integrated in the implant, consists of a thin carrier substrate which consists of a material impermeable to the active substance and has one or more through openings for the active substance. A plurality of electrodes are arranged in the area of the through openings and are controlled via electronics integrated in the carrier substrate or directly via the electronics in the present first film. The through openings are designed as microgaps and / or microchannels, each with electrodes arranged on both sides, and covered on one side of the carrier substrate by a layer of an electroporous material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vor- liegenden Implantats ist ein zweiter Stentkörper koaxial um den ersten Stentkörper angeordnet, wobei die erste und gegebenenfalls zweite Folie zwischen den beiden Stentkörpern liegen. Der innere Stentkörper ist hierbei derart expandiert, dass er gegen den äußeren Stentkörper gepresst wird, so dass das gesamte System unter mechanischer Spannung steht.According to a further embodiment of the present implant, a second stent body is arranged coaxially around the first stent body, the first and optionally second film lying between the two stent bodies. The inner stent body is expanded in such a way that it is pressed against the outer stent body, so that the entire system is under mechanical tension.
Um das Eindringen von Gewebe in den Stent zu ermöglichen, sind die erste und gegebenenfalls zweite Folie vorzugsweise perforiert ausgeführt. Weiterhin können diese Folien mit einer Schicht versehen sein, die unter Zugspannung steht, so dass sich die Folien jederzeit aufgrund der Zugspannung an die Oberfläche des Implantatkörpers anlegen. Es versteht sich von selbst, dass die Richtung der Zugspannung hierfür geeignet gewählt sein muss, je nachdem, ob die Folie am Innen- oder am Außenumfang des Stentkörpers angelegt wird. Selbstverständlich können auch weitete Sensorelemente auf der ersten Folie angeordnet und mit der Elektronik verbunden sein, um gegebenenfalls weitere biologische oder physikalische Parameter erfassen zu können.In order to allow tissue to penetrate into the stent, the first and optionally the second film are preferably perforated. Furthermore, these foils can be provided with a layer that is under tensile stress, so that the foils are always on the surface due to the tensile stress of the implant body. It goes without saying that the direction of the tensile stress must be selected appropriately for this, depending on whether the film is applied to the inner or the outer circumference of the stent body. Of course, widened sensor elements can also be arranged on the first film and connected to the electronics in order to be able to detect further biological or physical parameters if necessary.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Das vorliegende Implantat wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals erläutert. Hierbei zeigen:The present implant is explained again below using exemplary embodiments in conjunction with the drawings without restricting the general inventive concept. Here show:
Fig. 1 schematisch eine Darstellung einesFig. 1 shows a schematic representation of a
Stents mit integrierter Sensorik zur Erfassung der räumlichen Verteilung von Gewebe- und Plaqueparametern gemäß einerStents with integrated sensors for recording the spatial distribution of tissue and plaque parameters according to one
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer flexiblen, dehnbaren Folie mit einem Elektrodenarray und integriertemFig. 2 is a schematic representation of a flexible, stretchable film with an electrode array and integrated
Schaltkreis (nicht maßstabsgetreu) ;Circuit (not to scale);
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer flexiblen und dehnbaren Folie mit einem dehnbaren Kondensatorarray; Fig. 4 ein Blockschaltbild des integrierten3 shows a schematic illustration of a flexible and stretchable film with a stretchable capacitor array; Fig. 4 is a block diagram of the integrated
Schaltkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 eine schematische Darstellung einesCircuitry according to an embodiment of the present invention; Fig. 5 is a schematic representation of a
Stents gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Stents according to another embodiment of the present invention;
Fig. 6a ein Beispiel für eine piezoelektrische Folie zur Energiewandlung in Draufsicht;6a shows an example of a piezoelectric film for energy conversion in a top view;
Fig. 6b eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorstruktur mit einer piezoelektrischen Folie gemäß der Figur 6a als Substratmaterial; Fig. 7 ein Beispiel für eine Anordnung der6b shows a schematic sectional illustration of a sensor structure with a piezoelectric film according to FIG. 6a as substrate material; Fig. 7 shows an example of an arrangement of the
Elektroden, Leiterbahnen und IC 's auf einer dehnbaren Folie; undElectrodes, conductor tracks and IC's on a stretchable film; and
Fig. 8 ein Beispiel für einen Stent mit aufgebrachtem Sensorsystem, das unter Eigenspannung steht, vor und nach radialer Stentexpansion.8 shows an example of a stent with an applied sensor system that is under internal stress before and after radial stent expansion.
Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt schematisch eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Stents mit integrierter Sensorik zur kontinuierlichen Erfassung der räumlichen Verteilung von Gewebe- und Plaqueparametern nach einer Implantation des Stents. Der Stent weist einen radial expandierbaren zylinderförmigen Stentkörper 1 auf, an dessen Außenfläche in diesem Beispiel eine dehnbare, flexible dünne Folie 2 anliegt, die ein Elektroden- array, einen integrierten Schaltkreis und Leiterbahnen trägt. Auf dieser ersten Folie 2 ist eine zweite flexible und dehnbare Folie 3 aufgebracht, die ein Mikrokondensatorarray mit Leiterbahnen zur entsprechenden Verschaltung der einzelnen Kondensatoren trägt. In der Figur sind sehr gut die einzelnen Elektroden 4 des Elektrodenarrays der Folie 2 zu erkennen, die mit in den Stent hineinwachsendem Gewebe in Kontakt kommen. Der Stent selbst ist in üblicher Weise aufgebaut und besteht beispielsweise aus einem Drahtgeflecht. Die beiden Folien 2 und 3 umschließen den Stentkörper 1 in diesem Beispiel beinahe vollständig. Die Befestigung am Stentkörper sowie die Verbindung zwischen den Folien kann über dem Fachmann bekannte Klebemittel erfolgen.WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION FIG. 1 schematically shows an illustration of a possible embodiment of a stent with integrated sensors for continuously recording the spatial distribution of tissue and plaque parameters after implantation of the stent. The stent has a radially expandable cylindrical stent body 1, on the outer surface of which, in this example, a stretchable, flexible thin film 2 is applied, which carries an electrode array, an integrated circuit and conductor tracks. On this first film 2, a second flexible and stretchable film 3 is applied, which is a microcapacitor array with conductor tracks for the corresponding connection of the individual capacitors wearing. The individual electrodes 4 of the electrode array of the film 2, which come into contact with tissue growing into the stent, can be seen very well in the figure. The stent itself is constructed in the usual way and consists, for example, of a wire mesh. The two foils 2 and 3 enclose the stent body 1 almost completely in this example. The attachment to the stent body and the connection between the foils can be carried out using adhesives known to the person skilled in the art.
Bei einer radialen Expansion des in der Figur 1 dargestellten Stents dehnen sich die beiden aufgebrachten Folien in gleicher Weise wie der Stent, ohne die elektrischen Komponenten, die in bzw. auf den Folien integriert sind, zu beschädigen.In the case of a radial expansion of the stent shown in FIG. 1, the two films applied expand in the same way as the stent, without damaging the electrical components which are integrated in or on the films.
Zur Herstellung eines flexiblen, elastischen Elektrodenarrays, d. h. der ersten Folie 2 mit dem Elektrodenarray der Elektroden 4, werden auf einer Elastomerfolie 2 Metallschichten für die Elektroden 4 und Leiterbahnen 5 abgeschieden und strukturiert. Ein ultradünner flexibler Siliziumchip 6 wird in Halbleitertechnologie hergestellt und durch eine bekannte Verbindungstechnik für flexible Chips auf flexible Substrate mit der Elastomerfolie 2 verbunden. Der Chip 6 ist als schmales Rechteck ausgeführt und wird vorzugsweise so auf das Elektrodensubstrat 2 aufgebracht, dass die Kanten der schmalen Seiten des Rechtecks in der Richtung liegen, in die das Elektroden- substrat 2 bei Expansion des Stentkörpers 1 gedehnt wird.To produce a flexible, elastic electrode array, i. H. the first film 2 with the electrode array of the electrodes 4, 2 metal layers for the electrodes 4 and conductor tracks 5 are deposited and structured on an elastomer film. An ultra-thin flexible silicon chip 6 is produced using semiconductor technology and is connected to the elastomer film 2 by a known connection technology for flexible chips on flexible substrates. The chip 6 is designed as a narrow rectangle and is preferably applied to the electrode substrate 2 such that the edges of the narrow sides of the rectangle lie in the direction in which the electrode substrate 2 is stretched when the stent body 1 expands.
Techniken zum Verbinden eines gedünnten Halbleiterchips mit einer Folie sind beispielsweise aus Aschbrenner et al . , Concepts for Ultra Thin Packaging Technologies, Proceedings . 4th International Conference on Adhesive Joining and Coating Technology in Electronics Manufacturing, 2000, Seiten 16 - 19, bekannt .Techniques for connecting a thinned semiconductor chip to a film are, for example, from Aschbrenner et al. , Concepts for Ultra Thin Packaging Technologies, Proceedings. 4 th International Conference on Adhesive Joining and Coating Technology in Electronics Manufacturing, 2000, pages 16 - 19.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein auf einer Folie 2 aufgebrachtes Elektrodenarray mit zugehörigen Leiterbahnen 5 und dem Halbleiterchip 6. Die Folie 2 ist eine zumindest in einer Richtung (durch die Pfeile angedeutet) dehnbare, elastische und elektrisch nicht leitende Elastomerfolie. Auf der Folie sind die freigelegten Elektroden 4 des Elektrodenarrays zu erkennen, die über Leiterbahnen 5 mit dem Halbleiterchip 6 verbunden sind, der die Ansteuerung der Elektroden übernimmt. Um die Kräfte auf die elektrischen Verbindungen zwischen dem Elektrodenarray und dem Halbleiterchip 6 während und nach der Stentexpansion zu minimieren, kann die Dehnbarkeit der Folie 2 in dem Bereich, in dem sich der Chip 6 befindet, herabgesetzt werden. Dies kann je nachFIG. 2 shows a schematic representation of an example of an electrode array applied to a film 2 with associated conductor tracks 5 and the semiconductor chip 6. The film 2 is an elastic and electrically non-conductive elastomer film which can be stretched at least in one direction (indicated by the arrows). The exposed electrodes 4 of the electrode array can be seen on the film and are connected via conductor tracks 5 to the semiconductor chip 6, which controls the electrodes. In order to minimize the forces on the electrical connections between the electrode array and the semiconductor chip 6 during and after the stent expansion, the extensibility of the film 2 in the region in which the chip 6 is located can be reduced. This can vary depending
Elastomermaterial beispielsweise durch lokale Lichtoder Wärmebehandlung (z.B. mittels Laser) erreicht werden.Elastomer material can be achieved, for example, by local light or heat treatment (e.g. using a laser).
Die Elektroden 4 sind so angeordnet, dass sie nach Stentexpansion äquidistant sind. Weiterhin sind die Leiterbahnen 5, in Bereichen, in denen sie sich in Dehnungsrichtung der Folie 2 erstrecken, mäanderförmig ausgeführt. Dieser mäanderförmige Verlauf der Leiterbahnen 5 ermöglicht das Dehnen der Folie 2 in der angegebenen Richtung, ohne dass die Leiterbahnen 5 hierdurch beschädigt oder unterbrochen werden. Der mäanderförmige Verlauf ermöglicht somit eine elastische elektrische Verbindung der Elektroden 4 mit dem Halbleiterchip 6. In der Figur sind weiterhin Anschlüsse 7 für ein System zur Wirkstofffreisetzung sowie Anschlüsse 8 zur Energieversorgung des Halbleiterchips 6 zu erkennen. Der Halbleiterchip 6 weist eine Elektronik bzw. einen integrierten Schaltkreis (IC) auf, der die Elektroden 4 des Elektrodenarrays zur impedanzspektroskopischen Messung ansteuert. Die Ansteuerung erfolgt hierbei derart, dass eine räumlich aufgelöste Messung der Impedanz in Abhängig- keit von der Wellenlänge erzielt wird.The electrodes 4 are arranged so that they are equidistant after stent expansion. Furthermore, the conductor tracks 5, in areas in which they extend in the direction of expansion of the film 2, are meandering. This meandering course of the conductor tracks 5 enables the film 2 to be stretched in the specified direction without the conductor tracks 5 being damaged or interrupted thereby. The meandering course thus enables an elastic electrical connection of the electrodes 4 to the Semiconductor chip 6. Connections 7 for a system for drug release and connections 8 for supplying energy to semiconductor chip 6 can also be seen in the figure. The semiconductor chip 6 has electronics or an integrated circuit (IC) which controls the electrodes 4 of the electrode array for impedance spectroscopic measurement. The control takes place in such a way that a spatially resolved measurement of the impedance is achieved as a function of the wavelength.
Selbstverständlich läßt sich die Anzahl der Elektroden bei diesem und den anderen Beispielen auch weiter erhöhen, um z. B. eine bestimmte räumliche Auflösung zu erreichen oder einen größeren Bereich abzudecken.Of course, the number of electrodes in this and the other examples can also be increased further, in order, for. B. to achieve a certain spatial resolution or to cover a larger area.
Ein Beispiel für ein Blockschaltbild des integrierten Schaltkreises ist in Figur 4 dargestellt. Die Elektroden 4, die sich auf einer Linie (hier als Längsachse l..m bezeichnet) parallel zur Längsachse des Stentkörpers befinden sind jeweils mit einemAn example of a block diagram of the integrated circuit is shown in FIG. 4. The electrodes 4, which are on a line (here referred to as the longitudinal axis l..m) parallel to the longitudinal axis of the stent body, are each with a
Multiplexer verbunden. Die Multiplexer verbinden jeweils zwei benachbarte Elektroden 4 einer Längsachse mit Impedanzanalysatoren, die Impedanzspektren für die Elektrodenpaare ermitteln. Die Impedanzspektren werden über eine Steuerschaltung entweder in einen Speicher, der sich auf dem Chip 6 befindet, geschrieben oder telemetrisch an eine Empfangseinheit außerhalb des Gefäßes gesendet. Durch eine Analyseschaltung können aus den Impedanzspektren Ereignisse ermittelt werden, bei denen Steuersignale an ein System zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung gegeben werden. Dem Schaltkreis wird die Energie induktiv von einer externen Energiequelle und/oder von Energiewandlern, die sich am Stent befinden, zugeführt. Die Energie wird in einem Kondensatorarray zwischengespeichert. Für den Betrieb des Schaltkreises wird dem Kondensatorarray Energie entnommen. Die Energieverwaltung übernimmt hierbei ein Powermanagementmodul, das im Halbleiterchip 6 integriert ist.Multiplexer connected. The multiplexers each connect two adjacent electrodes 4 of a longitudinal axis with impedance analyzers, which determine impedance spectra for the electrode pairs. The impedance spectra are either written into a memory located on chip 6 via a control circuit or sent telemetrically to a receiving unit outside the vessel. An analysis circuit can be used to determine events from the impedance spectra in which control signals are sent to a system for the controlled release of active substance. The circuit receives the energy inductively from an external energy source and / or from energy converters, which are located on the stent. The energy is buffered in a capacitor array. Energy is taken from the capacitor array to operate the circuit. The energy management is carried out by a power management module that is integrated in the semiconductor chip 6.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für eine Folie 3 mit einem Array aus metallisierten Filmkondensatoren 9. Die Folie 3 besteht wiederum aus einem Elastomersubstrat, auf dem die Filmkondensatoren 9 durch kombiniertes Abscheiden und Strukturieren von Metall- und Polymerschichten erzeugt werden. Konzepte zur Abscheidung von Materialien zur Herstellung monolithischer Film- kondensatoren werden beispielsweise in Rzad et al . ,FIG. 3 shows an example of a film 3 with an array of metallized film capacitors 9. The film 3 again consists of an elastomer substrate on which the film capacitors 9 are produced by combined deposition and structuring of metal and polymer layers. Concepts for the deposition of materials for the production of monolithic film capacitors are described, for example, in Rzad et al. .
Advanced Materials for High Energy Density Capacitors, IEEE 35h International Power Sources Symposium, 1992, beschrieben.Advanced Materials for High Energy Density Capacitors, IEEE 35 h International Power Sources Symposium, 1992.
Die einzelnen Filmkondensatoren 9 sind in diesem Beispiel über Leiterbahnen 10 aus einem elastischen, elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Polymermaterial, miteinander verbunden bzw. verschaltet. Die Anschlüsse 11 des Kondensatorarrays werden mit den Anschlüssen für die Energiespeicherung auf der Folie 2 mit dem Elektrodenarray verbunden. Danach werden die Folien 2, 3 für Elektroden- und Kondensatorarray gemeinsam um den Stentkörper 1 gelegt . Um den Stent mit dem Sensorsystem wird doppelhelix- förmig ein dünner Draht gewickelt, wodurch eine Sende- und Empfangsspule gebildet wird. Die Enden der Spule werden mit den entsprechenden Eingängen am Halbleiterchip 6 verbunden. g TJ m ß ß ß r-i o ß TJ Φ rH ^F Φ φ Φ ^ ß rd . SHIn this example, the individual film capacitors 9 are connected or connected to one another via conductor tracks 10 made of an elastic, electrically conductive material, preferably a polymer material. The connections 11 of the capacitor array are connected to the connections for the energy storage on the film 2 with the electrode array. The foils 2, 3 for the electrode and capacitor array are then placed together around the stent body 1. A thin wire is wound around the stent with the sensor system in the form of a double helix, whereby a transmitting and receiving coil is formed. The ends of the coil are connected to the corresponding inputs on the semiconductor chip 6. g TJ m ß ß ß ri o ß TJ Φ rH ^ F Φ φ Φ ^ ß rd. SH
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Kompression dieser Folie 13 am Stent wird über den piezoelektrischen Effekt eine Spannung an den Elektroden 14 erzeugt, mit der der Halbleiterchip 6 betrieben und/oder das Kondensatorarray aufgeladen werden können. Durch diesen integrierten piezoelektrischen Energiewandler kann die Sensorik über längere Zeit unabhängig von äußeren Energiequellen betrieben werden.Compression of this film 13 on the stent generates a voltage across the electrodes 14 via the piezoelectric effect, with which the semiconductor chip 6 can be operated and / or the capacitor array can be charged. With this integrated piezoelectric energy converter, the sensors can be operated for a long time independently of external energy sources.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird jeweils für die Elektroden 4, die sich auf einer Linie bzw. Achse parallel zur Längsachse des Stentkörpers 1 befinden, zur Ansteuerung und Datenerfassung ein separater integrierter Schaltkreis (6a - 6d) verwendet. Durch diese Anordnung kann auf dehnbare Leiterbahnen innerhalb der Elektrodenstruktur verzichtet oder deren Anzahl reduziert werden. Die IC 's (6a - 6d) jeder Achse sind beispielsweise mit einer gemeinsamen Sende- und Empfangsspule verbunden und kommunizieren mit einer externen Einheit. Figur 7 zeigt hierbei eineIn a further exemplary embodiment, a separate integrated circuit (6a-6d) is used for the electrodes 4, which are located on a line or axis parallel to the longitudinal axis of the stent body 1, for control and data acquisition. This arrangement makes it possible to dispense with stretchable conductor tracks within the electrode structure or to reduce the number thereof. The ICs (6a - 6d) of each axis are connected, for example, to a common transmitting and receiving coil and communicate with an external unit. Figure 7 shows one
Ausführungsform, bei der keine getrennten Folien für das Elektrodenarray und das Kondensatorarray vorgesehen sind. Die Elektroden des Elektrodenarrays sind vielmehr auf der gleichen Folie 2 angeordnet wie das Konden- satorarray. Selbstverständlich sind die Leiterbahnen 10 des Kondensatorarrays gegenüber den Elektroden 4 und Leiterbahnen 5 des Elektrodenarrays durch eine entsprechende Zwischenschicht isoliert. Die Dehnung der Folie bei einer Expansion des Stents erfolgt in diesem Beispiel senkrecht zum Verlauf der in der Figur dargestellten Leiterbahnen 5. Figur 8 zeigt schließlich schematisch ein Beispiel eines Stents, bei dem das Sensorsystem 18, bestehend aus der Folie 2 mit dem Elektrodenarray sowie gegebenenfalls einer weiteren Folie mit dem Konden- satorarray, mit einer Schicht versehen ist, die unter Zugspannung steht. Diese Schicht wird bei der Herstellung des Elektrodenarrays auf der Folie 2 abgeschieden. Durch diese Zugspannung nimmt die Folie selbst eine Manschettenform an. Die Manschette wird aufgeweitet oder zusa-mmengedrückt und um einen Stentkörper 1 gelegt bzw. in einen Stentkörper 1 eingeschoben. Im Beispiel der Figur 8a ist eine über den Stentkörper 1 geschobene Manschette 18 (Sensorsystem) zu erkennen. Das Sensorsystem sitzt aufgrund seiner Eigenspannung auf dem Stentkörper fest. Beim Anbringen der Manschette am Innenumfang des Stentkörpers muss selbstverständlich die aufgebrachte Schicht eine Spannung nach außen bewirken. Bei radialer Expansion des Stents weitet sich die Manschette auf, wie dies in Teilabbildung b der Figur 8 zu erkennen ist. Aufgrund der Eigenspannung liegt die Manschette jedoch weiterhin sicher am Stentkörper an. Die Elektroden sind in diesem Sensorsystem so angeordnet, dass sie im aufgeweiteten Zustand die gewünschte Position haben.Embodiment in which no separate foils are provided for the electrode array and the capacitor array. Rather, the electrodes of the electrode array are arranged on the same film 2 as the capacitor array. Of course, the conductor tracks 10 of the capacitor array are insulated from the electrodes 4 and conductor tracks 5 of the electrode array by a corresponding intermediate layer. In this example, the film is stretched when the stent expands perpendicular to the course of the conductor tracks 5 shown in the figure. FIG. 8 finally shows schematically an example of a stent in which the sensor system 18, consisting of the film 2 with the electrode array and optionally a further film with the capacitor array, is provided with a layer which is under tensile stress. This layer is deposited on the film 2 during the manufacture of the electrode array. As a result of this tension, the film itself takes on a cuff shape. The cuff is widened or compressed and placed around a stent body 1 or pushed into a stent body 1. A cuff 18 (sensor system) pushed over the stent body 1 can be seen in the example in FIG. 8a. The sensor system is stuck on the stent body due to its inherent tension. When the cuff is attached to the inner circumference of the stent body, the applied layer must of course cause an external tension. With radial expansion of the stent, the cuff expands, as can be seen in partial illustration b of FIG. 8. Due to the inherent tension, however, the cuff still lies securely on the stent body. The electrodes are arranged in this sensor system so that they have the desired position in the expanded state.
Selbstverständlich können neben Elektroden auch andere Detektoren zur Gewebe- oder Plaque- charakterisierung auf der oder den Folien angeordnet werden. Ebenso ist die Anordnung zusätzlicher Sensoren für andere biologische oder physikalische Parameter möglich. In diesem Fall muss die Elektronik des Halbleiterchips entsprechend an die Messaufgaben angepasst sein.In addition to electrodes, other detectors for tissue or plaque characterization can of course also be arranged on the film or films. It is also possible to arrange additional sensors for other biological or physical parameters. In this case, the electronics of the Semiconductor chips can be adapted accordingly to the measurement tasks.
Auch wenn in den vorangehenden Ausführungsbei- spielen jeweils einzelne Aspekte der möglichen Ausgestaltungen des Elektrodenarrays sowie des Konden- satorarrays und der zugrundeliegenden Substratfolien angeführt sind, ist dem Fachmann verständlich, dass diese einzelnen Ausgestaltungen beliebig miteinander kombinierbar sind. So können beispielsweise sowohl Kondensatorarray und Elektrodenarray auf einer gemeinsamen Folie angeordnet sein, die zusätzlich aus einem piezoelektrischen Material mit entsprechenden Elektroden zur Abnahme der Spannung bestehen kann. Ebenso lassen sich die piezoelektrische Folie, eine Folie für das Elektrodenarray sowie eine Folie für das Kondensatorarray getrennt voneinander einsetzen. Die Anordnung der Elektroden des Elektrodenarrays ist nicht auf bestimmte Muster oder Abstände beschränkt. Diese hängen vielmehr von der gewünschten räumlichen Auflösung ab. Weiterhin kann die Verschaltung der einzelnen Elektroden zur Aufnahme der Impedanzspektren auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, wie dies dem Fachmann bekannt ist. So eignen sich sowohl Zweipol-, Dreipol- als auch Vierpolanordnungen für eine derartige Aufgabe. Even if individual aspects of the possible configurations of the electrode array and of the capacitor array and the underlying substrate foils are given in the preceding exemplary embodiments, the person skilled in the art will understand that these individual configurations can be combined with one another as desired. For example, both the capacitor array and the electrode array can be arranged on a common film, which can additionally consist of a piezoelectric material with corresponding electrodes for reducing the voltage. The piezoelectric film, a film for the electrode array and a film for the capacitor array can also be used separately. The arrangement of the electrodes of the electrode array is not restricted to specific patterns or distances. Rather, they depend on the desired spatial resolution. Furthermore, the interconnection of the individual electrodes for recording the impedance spectra can be carried out in different ways, as is known to the person skilled in the art. Both two-pole, three-pole and four-pole arrangements are suitable for such a task.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
Stentkörper erste dehnbare Folie zweite dehnbare Folie erste Elektroden erste Leiterbahnen Halbleiterchip Anschlüsse für ein System zur Wirkstofffreisetzung Anschlüsse für ein System zur Energieversorgung Filmkondensator zweite Leiterbahnen Anschlussfläche zweiter Stentkörper piezoelektrische Folie zweite Elektroden Anschlussfläche Rückseite Anschlussfläche Vorderseite Passivierungsschicht Sensorsystem Stent body first stretchable film second stretchable film first electrodes first conductor tracks semiconductor chip connections for a system for drug release connections for a system for energy supply film capacitor second conductor tracks connection surface second stent body piezoelectric film second electrodes connection surface rear connection surface front side passivation layer sensor system

Claims

Patentansprüche claims
1. Endoluminales expandierbares Implantat, insbesondere Stent, aus einem zylinderförmigen, radial expandierbaren Implantatkörper (1) , das an seinem Innen- oder Aussenumfang von einer dünnen und flexiblen ersten Folie (2) zumindest zum größten Teil umschlossen ist, in der Sensorelemente (4) und ein gedünnter Halbleiterchip (6) mit integrierter Elektronik sowie Leiterbahnen (5) zur Verbindung der integrierten Elektronik mit den Sensorelementen (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Folie (2) dehnbar ausgestaltet ist, die Sensorelemente aus einer Vielzahl von über die Fläche der Folie verteilt angeordneten ersten Elektroden (4) gebildet sind und die integrierte Elektronik zur Ansteuerung der ersten Elektroden (4) für die Aufnahme von räumlich aufgelösten Impedanzspektren ausgebildet ist, wobei gegebenenfalls Leiterbahnen (5) , die eine elektrische Verbindung quer zur Längsachse des Implantatkörpers (1) auf der ersten Folie (2) herstellen, aus einem dehnbaren Material bestehen und/oder mäanderförmig verlaufen.1. Endoluminal expandable implant, in particular a stent, made of a cylindrical, radially expandable implant body (1), which is at least largely enclosed on its inner or outer circumference by a thin and flexible first film (2), in the sensor elements (4) and a thinned semiconductor chip (6) with integrated electronics and conductor tracks (5) for connecting the integrated electronics to the sensor elements (4), characterized in that the first film (2) is designed to be stretchable, the sensor elements made of a plurality of the surface of the film is distributed and the first electrodes (4) are formed and the integrated electronics for controlling the first electrodes (4) are designed to record spatially resolved impedance spectra, with conductor tracks (5), if necessary, which make an electrical connection transverse to the longitudinal axis of the Manufacture the implant body (1) on the first film (2) from a stretchable aren material exist and / or meandering.
2. Implantat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Folie (3), die elastisch und dehnbar ausgestaltet ist, gegebenfalls über eine Zwischenschicht an der ersten Folie (2) anliegt, wobei die zweite Folie (3) ein Kondensatorarray und Leiterbahnen (10) zur Verbindung der Kondensatoren (9) des Kondensatorarrays untereinander trägt und über eine elektrische Kontaktierung zur ersten Folie (2) das2. Implant according to claim 1, characterized in that a second film (3), which is designed to be elastic and stretchable, optionally bears against the first film (2) via an intermediate layer, wherein the second film (3) carries a capacitor array and conductor tracks (10) for connecting the capacitors (9) of the capacitor array to one another and the electrical contact to the first film (2)
Kondensatorarray zur Energieversorgung mit der Elektronik des Halbleiterchips (6) verbindet, wobei die Leiterbahnen (10) auf der zweiten Folie (3), die eine elektrische Verbindung quer zur Längsachse des Implantatkörpers (1) herstellen, aus einem dehnbaren Material bestehen und/oder mäanderförmig verlaufen.Capacitor array for power supply with the electronics of the semiconductor chip (6) connects, the conductor tracks (10) on the second film (3), which establish an electrical connection transverse to the longitudinal axis of the implant body (1), consist of an expandable material and / or meandering run.
3. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Folie (2) ein Kondensatorarray und Leiterbahnen (10) zur Verbindung der Kondensatoren (9) des Kondensatorarrays untereinander trägt, wobei das Kondensatorarray zur Energieversorgung mit der Elektronik des Halbleiterchips (6) verbunden ist und die Leiterbahnen (10) , die eine elektrische Verbindung senkrecht zur Längsachse des Implantatkörpers (1) herstellen, aus einem dehnbaren Material bestehen und/oder mäanderförmig verlaufen.3. Implant according to claim 1, characterized in that the first film (2) carries a capacitor array and conductor tracks (10) for connecting the capacitors (9) of the capacitor array to one another, the capacitor array being connected to the electronics of the semiconductor chip (6) for energy supply and the conductor tracks (10), which produce an electrical connection perpendicular to the longitudinal axis of the implant body (1), consist of an expandable material and / or run in a meandering shape.
4. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Folie (2) aus einem piezo- elektrischen Material (13) mit beidseitig angeordneten zweiten Elektroden (14) besteht, die von einer Isolationsschicht (17) gegen die ersten Elektroden (4) isoliert sind, wobei elektrische Spannungen, die durch Dehnung oder Kompression der ersten Folie (2) aufgrund des piezoelektrischen Effektes zwischen den zweiten Elektroden (14) anliegen, über elektrische Verbindungen zum Aufladen des Kondensatorarrays und/oder zur4. Implant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first film (2) consists of a piezoelectric material (13) with bilaterally arranged second electrodes (14) by an insulation layer (17) against the first Electrodes (4) are insulated, being electrical Voltages which are present due to the expansion or compression of the first film (2) due to the piezoelectric effect between the second electrodes (14), via electrical connections for charging the capacitor array and / or
Energieversorgung des Halbleiterchips (6) genutzt werden und zweite Elektroden (14), die sich quer zur Längsachse des Implantatkörpers (1) auf der ersten Folie (2) erstrecken, aus einem dehnbaren Material bestehen und/oder mäanderförmig verlaufen.Power supply of the semiconductor chip (6) and second electrodes (14), which extend transversely to the longitudinal axis of the implant body (1) on the first film (2), consist of an expandable material and / or run in a meandering shape.
5. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektroden (4) derart auf der ersten Folie (2) angeordnet sind, dass sie nach der bestimmungsgemäßen Expansion des Implantatkörpers (1) äquidistant sind.5. Implant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first electrodes (4) are arranged on the first film (2) such that they are equidistant after the intended expansion of the implant body (1).
6. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (6) eine annähernd rechteckige Grundrissform mit größerer Längs- als Querachse aufweist, wobei die Längsachse des Halbleiterchips (6) annähernd parallel zur6. Implant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the semiconductor chip (6) has an approximately rectangular plan shape with a larger longitudinal than transverse axis, the longitudinal axis of the semiconductor chip (6) approximately parallel to
Längsachse des Implantatkörpers (1) verläuft.Longitudinal axis of the implant body (1) runs.
7. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnbarkeit der ersten Folie (2) im7. Implant according to one of claims 1 to 6, characterized in that the extensibility of the first film (2) in
Bereich des Halbleiterchips (6) verringert ist. Area of the semiconductor chip (6) is reduced.
8. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektroden (4) auf mehreren parallel zueinander und zur Längsachse des Implantatkörpers (1) verlaufenden Linien angeordnet sind, wobei für jede der Linien ein separater Halbleiterchip mit integrierter Elektronik zur Ansteuerung der Elektroden (4) auf der jeweiligen Linie vorgesehen ist und die Leiterbahnen (5) zwischen den Elektroden (4) und den Halbleiterchips nur parallel zu den Linien verlaufen.8. Implant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first electrodes (4) are arranged on a plurality of lines running parallel to one another and to the longitudinal axis of the implant body (1), a separate semiconductor chip with integrated electronics for each of the lines Control of the electrodes (4) is provided on the respective line and the conductor tracks (5) between the electrodes (4) and the semiconductor chips only run parallel to the lines.
9. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik zur Auswertung und/oder Übertragung von Messdaten an eine externe Einheit ausgebildet ist.9. Implant according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electronics are designed to evaluate and / or transmit measurement data to an external unit.
10. Implantat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik zumindest einen Impedanzanalysator, einen Multiplexer, einen Speicher, eine Sende- und Empfangseinheit sowie ein Powermanagementmodul umfasst.10. Implant according to claim 9, characterized in that the electronics comprise at least one impedance analyzer, a multiplexer, a memory, a transmitting and receiving unit and a power management module.
11. Implantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik je einen Multiplexer für jeweils ein feste Anzahl an Elektroden (4) aus der Vielzahl der Elektroden der ersten Folie (2) aufweist . 11. Implant according to claim 10, characterized in that the electronics each have a multiplexer for a fixed number of electrodes (4) from the plurality of electrodes of the first film (2).
12. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sende- und Empfangsspule helix- oder doppelhelixförmig um den Implantatkörper (1) gewickelt und mit der Elektronik verbunden ist.12. Implant according to one of claims 1 to 11, characterized in that a transmitting and receiving coil is helically or double helically wound around the implant body (1) and connected to the electronics.
13. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik Ausgänge zur Steuerung einer am Implantatkörper (1) angeordneten Einheit zur Wirkstofffreisetzung aufweist.13. Implant according to one of claims 1 to 12, characterized in that the electronics have outputs for controlling a unit for drug release arranged on the implant body (1).
14. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer zylinderförmiger und radial expandierbarer Implantatkörper (12) koaxial über dem ersten Implantatkörper (1) angeordnet ist, wobei die erste (2) und gegebenenfalls zweite Folie (3) zwischen dem ersten (1) und dem weiteren Implantatkörper (12) liegen und der erste14. Implant according to one of claims 1 to 13, characterized in that a further cylindrical and radially expandable implant body (12) is arranged coaxially above the first implant body (1), the first (2) and optionally second film (3) between the first (1) and the further implant body (12) lie and the first
Implantatkörper (1) durch Expansion gegen den weiteren Implantatkörper (12) mechanisch verspannt ist.Implant body (1) is mechanically clamped by expansion against the further implant body (12).
15. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite Folie (3) perforiert sind.15. Implant according to one of claims 1 to 14, characterized in that the first (2) and / or second film (3) are perforated.
16. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Folie (2) mit einer Schicht versehen ist, die unter Zugspannung steht, so dass sich die Folie (2) jederzeit aufgrund der Zugspannung an die Oberfläche des Implantatkörpers16. Implant according to one of claims 1 to 15, characterized in that the first film (2) is provided with a layer which is under tensile stress, so that the film (2) will contact the surface of the implant body at any time due to the tensile stress
(1) anlegt.(1) creates.
17. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Sensorelemente auf der ersten Folie17. Implant according to one of claims 1 to 16, characterized in that further sensor elements on the first film
(2) angeordnet und mit der Elektronik des Halbleiterchips (6) verbunden sind. (2) are arranged and connected to the electronics of the semiconductor chip (6).
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