Störempfindlichkeit von implantierten Herzschrittmachern gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern

Abstract

Herzschrittmacher (HSM) werden seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt, um Herzrhythmusstörungen zu behandeln. Das Implantat wird mit einer oder mehreren Elektroden mit dem Herzen verbunden und ist sowohl in der Lage, das Elektrokardiogramm (EKG) des Herzens zu überwachen, als auch bei Bedarf das Herz mit Spannungsimpulsen zum Schlagen anzuregen.--- Für den fehlerfreien Betrieb ist es notwendig, dass der HSM jederzeit das EKG korrekt auswerten kann.--- Ein externes Störsignal, beispielsweise verursacht durch eine Radaranlage, kann in den menschlichen Körper eindringen und in die HSM-Elektrode einkoppeln. Hierdurch wird eine Störspannung am HSM-Eingang verursacht, die das EKG überdecken kann. Der HSM ist nun nicht mehr in der Lage, auf die aktuelle Situation des Herzens zu reagieren. Erkennt das Implantat die Störung als solche, wird es in den definierten Störbetrieb umschalten und das Herz festfrequent anregen. Bei einer gleichzeitigen Eigenaktivität des Herzens besteht die Gefahr, dass ein Stimulationspuls während der vulnerablen Phase des Herzens abgegeben wird, was ein lebensbedrohliches Kammerflimmern zur Folge hätte.--- In Kapitel 3 dieser Arbeit wird der Zusammenhang zwischen der Feldstärke des auf den Körper treffenden elektromagnetischen Feldes und der Störspannung am HSM-Eingang für den Frequenzbereich 1-12 GHz hergestellt. Hierfür werden Feldsimulationen durchgeführt, bei denen der menschliche Körper sowohl als dielektrisches Schichtmodell als auch als detailliertes Körpermodell nachgebildet wird.--- In Kapitel 4 wird die Eingangsschaltung des HSM durch ein nichtlineares Verstärkermodell nachgebildet. Mit Hilfe dieses Modells ist es möglich zu berechnen, ab welcher Amplitude ein gegebenes Störsignal die Funktion des HSM beeinträchtigt.--- Die vorgestellten Modelle wurden mit den Ergebnissen aus anderen Arbeiten, Messungen im Labor und numerischen Simulationen validiert und weisen eine sehr hohe Genauigkeit auf.--- Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse ist es nun erstmals möglich, den Sicherheitsabstand, den ein HSM-Patient zu einer Sendeanlage einhalten muss, rechnerisch zu bestimmen.---