Diskussion der Simulationsergebnisse

In diesem Kapitel wurde die Beeinflussung der bipolaren Spannung in verschiedenen Expositionsszenarien mittels numerischer Simulationen untersucht, deren wichtigsten Ergebnisse im Folgenden zusammengefasst werden.

7.11.1 Magnetisches Feld

• Die Expositionsszenarien wie die Variation des Gewebes im Bereich der Elek-trodenspitze oder die Verwendung unterschiedlicher Körpermodelle, die zu ei-ner Veränderung der induzierten elektrischen Feldverteilung im Bereich der Elektrodenspitze führen, haben einen großen Einfluss auf die bipolare Span-nung. In Bezug auf die Gewebevariation im Bereich der Elektrodenspitze er-höht sich die bipolare Spannung gegenüber der Standardkonfiguration um ei-nen Faktor 2, wenn die Elektrodenspitze komplett von Herzmuskelgewebe umgeben ist. Bei der Standardkonfiguration liegt ein Teil der Spitze der dista-len Elektrode in Herzmuskelgewebe, während die proximale Ringelektrode von Blut umgeben ist. Die elektrische Leitfähigkeit des Herzmuskelgewebes ist ca. um den Faktor 10 kleiner als die von Blut.

• Als Sicherheitsfaktor bezeichnet man das Verhältnis aus unipolarer zu bipola-rer Spannung. Zu einer worst-case-Abschätzung des Sicherheitsfaktors ge-langt man, wenn man die Länge der unipolaren Elektrode ins Verhältnis zum Elektrodenabstand der bipolaren Elektrode setzt [19]. Bei einem Elektroden-abstand von 46 mm und einer Länge der distalen Elektrode von 650 mm ergibt sich für die simulierten Werte ein Sicherheitsfaktor bei der linkspektoralen Im-plantationsweise von ca. 40 und bei der rechtspektoralen ImIm-plantationsweise von ca. 50. Diese Werte hängen vom Ort der Elektrodenspitze im Herzen und von der Orientierung der Elektrodenspitze zur Stromdichteverteilung im Herz-gewebe ab. Die in [19] vorgestellte Abschätzung liefert für die linkspektorale Implantation einen Wert von 14.

• Im Vergleich zum inhomogenen Körpermodell wird bei Modellen mit homoge-ner elektrischer Leitfähigkeit eine bipolare Spannung ermittelt, die um einen Faktor 2 bis 3 größer ist. Eine inhomogene Verteilung des Gewebes führt zu einer veränderten Verteilung der induzierten Stromdichte im Bereich des Her-zens, so dass ein Einfluss auf die bipolare Spannung unmittelbar einsichtig ist.

Da verschiedene homogene elektrische Leitfähigkeiten zu keiner Beeinflus-sung der bipolaren Spannung führten, lässt sich schlussfolgern, dass es sich - wie im theoretischen Teil der Arbeit erläutert - bei der beeinflussenden Größe um das induzierte elektrische Feld an der Elektrodenspitze handelt (und nicht um die elektrische Stromdichte).

• Die Simulationen zeigen, dass im Allgemeinen mit wachsendem Elektroden-abstand die bipolare Spannung zunimmt.

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• Eine Erdung des inhomogenen Körpermodells zeigt keinen nennenswerten Einfluss.

• Die Verwendung von Rumpfmodellen ist zulässig, wenn die Schnittebenen weit genug vom Herzschrittmacher entfernt liegen. Der Abstand der Schnittflä-chen des Körpermodells zur Spitze der bipolaren Elektrodenanordnung sollte größer als 30 cm sein.

• Gegenüber dem inhomogenen Körpermodell wird im vereinfachten Körpermo-dell (FlachphantommoKörpermo-dell) eine 3 bis 5mal größere bipolare Spannung indu-ziert. Einen sehr großen Einfluss auf die bipolare Spannung hat die Lage der Elektrodenspitze innerhalb des Flachphantoms. Die Einkopplung ist am größ-ten, wenn die Elektrodenspitze im Maximum des induzierten elektrischen Fel-des parallel ausgerichtet ist. Dies ist dann der Fall, wenn sich die Elektroden-spitze nahe am Rand des Phantoms befindet und parallel zu diesem ausge-richtet ist. Flachphantome liefern daher nur eine worst-case-Schätzung der bi-polaren Spannung.

• Im Vergleich zu einer Exposition mit einem homogenen frontalen Magnetfeld werden durch Exposition mit seitlichen oder senkrechten Magnetfeldern klei-nere Werte der unipolaren und bipolaren Spannung hervorgerufen. Grund hierfür sind kleinere Projektionsflächen, die von den magnetischen Feldlinien durchsetzt werden.

• Im Gegensatz zur unipolaren (distalen) Spannung zeigt die bipolare Spannung auf Grund der frequenzabhängigen Leitfähigkeiten des Körpergewebes bei Frequenzen oberhalb von 100 kHz ein vom linearen Verlauf abweichendes Frequenzverhalten.

7.11.2 Senkrechtes elektrisches Feld

• Für eine Exposition mit einem senkrechten elektrischen Feld zeigen die Simu-lationen eine Abhängigkeit der bipolaren Spannung von der elektrischen Feld-stärke im Bereich der Elektrodenspitze. Für einen Elektrodenabstand von 46 mm und einer Expositionsfrequenz von f = 50 Hz ergibt sich für beide Im-plantationstechniken ein Wert von ca. 5 für das Verhältnis der unipolaren zur bipolaren Spannung.

• Die Gewebevariationen im Bereich der Elektrodenspitze zeigen eine um 30%

höhere bipolare Spannung im Vergleich zur Standardkonfiguration, wenn die Elektrodenspitze komplett von Herzmuskelgewebe umgeben ist. Bei der Stan-dardkonfiguration liegt ein Teil der Spitze der distalen Elektrode in Herzmus-kelgewebe, während die proximale Ringelektrode von Blut umgeben ist. Der Grund für die erhöhte bipolare Spannung ist die um einen Faktor 10 kleinere elektrische Leitfähigkeit des Herzmuskelgewebes im Vergleich zum Blut im Herzen.

• Gegenüber einer inhomogenen Gewebeverteilung im Körpermodell ergeben sich für homogene Verteilungen kleinere Werte der bipolaren Spannung, die mit steigender Leitfähigkeit sinken. Im Vergleich zum inhomogenen Köpermo-dell ergibt sich für eine homogene Gewebeverteilung mit der Leitfähigkeit

σ = 0,233 S/m ein um 80% geringerer Wert der bipolaren Spannung. Es zeigt sich der gleiche funktionale Zusammenhang zwischen dem elektrischen Feld innerhalb des homogenen Körpermodells und der elektrischen Leitfähigkeit wie bei einer leitfähigen dielektrischen Kugel.

• Erwartungsgemäß nimmt die bipolare Spannung allgemein mit größer wer-dendem Elektrodenabstand zu.

• Einen großen Einfluss auf die bipolare Spannung haben Erdungsverhältnisse.

Gegenüber dem nicht geerdeten inhomogenen Körpermodell zeigt sich beim geerdeten Modell eine um 80% höhere bipolare Spannung.

• Mit der Frequenz steigt auch die Leitfähigkeit der meisten Gewebe, so dass die unipolaren und bipolaren Spannungen vom linearen Verlauf nach unten hin abweichen.

• Neben der Exposition mit einem homogenen Feld lässt sich auch eine ebene Welle als Feldanregung zur Bestimmung unipolarer und bipolarer Spannungen verwenden.

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