Elektrochemische Aspekte der Elektrostimulation - ein Beitrag zur Senkung des Energiebedarfs

Journal/Book: Herz/Kreislauf 25 (1993) 9 S.269-279. 1993;

Abstract: Zentralinstitut für Biomedizinische Technik (Direktor: Prof. Dr. M. Schaldach) der Universität Erlangen-Nürnberg Zusammenfassung Das Volumen implantierbarer Elektrostimulatoren wird zu etwa 60 % durch die Batterie ausgefüllt deren Kapazität maßgeblich die Betriebsdauer des gesamten Geräts bestimmt. Damit muß unausweichlich ein Kompromiß zwischen der Größe des Implantats und dessen Betriebsdauer gefunden werden. Neben der Verringerung des internen Strombedarfs zur Versorgung der Meß- und Steuerelektronik ist die Reduzierung der Stimulationsenergie der einzige Weg beide Parameter zugleich zu verbessern. Dazu wurde bisher von empirisch gefundenen Gesetzmäßigkeiten ausgegangen die jedoch keine zufriedenstellende Beschreibung des Systems ermöglichen. Aus diesem Grund wird im folgenden am Beispiel eines Herzschrittmachers ein Modell der funktionellen Elektrostimulation erstellt das ausschließlich auf konkreten physikalisch meßbaren Größen beruht und keinerlei Empirie verwendet. Die gegenseitige elektrische Beeinflussung von Stimulator Elektrode und Gewebe wird anhand vereinfachter Ersatzschaltbilder verdeutlicht wodurch sich das Verhalten des Gesamtsystems mathematisch erfassen läßt. Auf diese Weise gelingt es die Chronaxie-Rheobase-Beziehung zu erklären sowie den Einfluß der Elektrodenfläche und der Oberflächenmodifikation (poliert gesintert beschichtet) und die Unterschiede zwischen uni- und bipolaren Elektroden richtig wiederzugeben. Ferner zeigt sich daß eine weitere Senkung des für die Stimulation erforderlichen Energiebedarfs durch eine Vergrößerung der elektrochemisch aktiven Oberfläche und eine Verringerung der geometrischen Fläche erzielt werden kann was durch die klinischen Ergebnisse der neuen fraktal beschichteten "Low energy"-Elektroden bestätigt wird und damit den Weg für eine weitere Elektrodenverbesserung vorgibt.

Keyword(s): funktionelle Elektrostimulation Stimulationselektrode fraktale Oberflächenstruktur Low energy -Elektroden

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