Mechanismen der Störbeeinflussung von Herzschrittmachern mit unipolaren und bipolaren Elektroden in niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern

Die Zunahme der Implantationen von Herzschrittmachern hat im letzten Jahrzehnt deutlich zugenommen und aktuell werden pro Jahr ca. 70.000 implantiert. In nahezu allen Fällen wird zur Therapie der langsamen Herzrhythmusstörungen ein Demandschrittmacher mit bipolaren Elektroden eingesetzt. Dieser stimuliert das menschliche Herz nur bei Bedarf. Aus medizinischer Sicht wird dadurch die Eigenaktivität des Herzens erhalten und aus technischer Sicht die Batterielebensdauer verlängert. Hieraus ergibt sich jedoch auch ein Nachteil bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Obwohl sich der Einsatz dieser bipolaren Elektroden etabliert hat, wurde bisher nur die höhere Störsicherheit gegenüber externen elektrischen und magnetischen Feldern angegeben. Bisherige Studien konnten nur nachweisen, dass bei gleicher Exposition die bipolare Elektrode störsicherer ist als die unipolare Elektrode. In dieser Arbeit wurden die Koppelmechanismen für elektrische und magnetische Felder bei unipolaren und bipolaren Herzschrittmacher- Elektroden- Systemen untersucht und die Einflussfaktoren bestimmt. Weiterhin wurde ein Verfahren entwickelt mit dem eine Korrektur der Inhomogenität des elektrischen Feldes des Versuchsstandes durchgeführt werden kann. Dies war nötig, da Versuchsstände zur Erzeugung homogener elektrischer Feldstärken mit ausreichend Sicherheitsabstand zur Hochspannungselektrode enorme geometrische Abmessungen haben, aber die analytischen Lösungen ein homogenes Feld voraussetzen. Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass nur elektrische Feldstärken unter Hochspannungsfreileitungen Werte annehmen können, die eine Beeinflussung hervorrufen können. Die gemessenen und analytischen Ergebnisse stimmen nach der Korrektur sehr gut überein und der Sicherheitsfaktor im elektrischen 50-Hz Feld ist dem Abstand proportional. Die Störbeeinflussung von Herzschrittmachern im niederfrequenten magnetischen Feld erstrecken sich, aufgrund verschiedenster Feldquellen, über einen Frequenzbereich von 10 Hz…100 kHz. Es konnte festgestellt werden, dass für den Bereich der höchsten Wahrnehmungsempfindlichkeit des Herzschrittmachers auch der größte Sicherheitsfaktor der bipolaren Elektrode existiert. Aufgrund der Gleichtakt-Gegentakt- Konversion überschreitet die bipolare Störspannung die unipolare Störspannung schon bei einigen Kilohertz. Bisher wurde vermutet dass die bipolare Störspannung in den Verlauf der unipolaren Störspannung bei einer Frequenz von ca. 100 kHz übergeht. Die numerischen Simulationen ergaben einen nahezu konstanten Sicherheitsfaktor über diesen Frequenzbereich, da die Einflussparameter welche zur Gleichtakt-Gegentakt-Konversion führen, in den Menschmodellen nicht modelliert werden konnten. Jedoch konnte mit den Simulationen der Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit der umgebenden Gewebearten nachgewiesen. Die Messergebnisse konnten den Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit bestätigen. Weiterhin konnten durch die Messungen die Parameter welche zur Gleichtakt- Gegentakt-Konversion führen bestimmt werden. Ein entwickeltes Ersatzschaltbild aus diskreten Elementen der Einflussparameter zeigte ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen. Mit den Störschwellentests an realen Herzschrittmachern mit unipolarer und bipolarer Elektrode konnten die bisherigen Ergebnisse verifiziert werden. Die Vielzahl von Untersuchungen konnte zeigen, dass die bipolaren Elektroden eine deutlich höhere Störsicherheit aufweisen und somit Störbeeinflussungen von Herzschrittmachern bei angepasster Wahrnehmung ausgeschlossen werden können.