Störbeeinflussung von implantierbaren Schrittmachern und Defibrillatoren

Summary

The topic “interference of implantable pacemakers” has found general interest with the introduction of the mobile phones in the 1990s that still persists. To judge the interference situation, it is important to know the physics of interference, as this knowledge allows a rational assessment. Some misjudgments are based upon false ideas of the interference mechanism which leads to false actions or false advice. What can today’s pacemakers afford with respect to interference and how could users contribute to a better protection?

An excitation wave within the heart produces a potential across an electrode touching the endocardial wall that initially increases slowly until it reaches its maximum. It, then, rapidly decreases to a minimum followed by another slow increase. This structure, called “intrinsic deflection” typically differs from all technical interference signals. It is explained in detail which frequency band is necessary to reproduce the heart signal undistorted and which filter choice has to be made to attenuate noisy signals more than the wanted signals. In addition, it is declared, how interference signals are coupled into the pacemaker circuit by unipolar and bipolar leads in magnetic and electric fields and which effects they can have.

By investigating heart signals it was found that there are remarkable discrepancies between modern small area leads and signal processing within the implant. Heart signals are more damped than 50 Hz-interference signals. There is worldwide no pacemaker or ICD capable of differentiating between a wanted or unwanted signal by analyzing the structure. Each signal reaching the input of an implant, with an intensity above the threshold, is regarded as a heart signal.

Physicians could disarm the rare, but existing interference situations with unipolar leads in that the sensing threshold is not programmed to such low values as it is usual today. If physicians would ask for interference resistivity of their pacemakers intended to implant, this would motivate manufacturers to search for improvements. This information should be part of the instruction manual.

Zusammenfassung

Mit der Einführung des Mobilfunks hat das Thema „Störbeeinflussung von Herzschrittmachern“ in den neunziger Jahren eine Aktualität gewonnen, die es bis heute nicht verloren hat. Für die Einschätzung von Störsituationen ist es wichtig, die Physik des Störens zu kennen, da nur so eine rationale Beurteilung möglich ist. Manche Fehleinschätzung beruht auf falschen Vorstellungen der Störmechanismen, auf Grund dessen dann entweder falsch gehandelt oder beraten wird. Was leisten heutige Schrittmacher bezüglich möglicher Störungen und wie könnten die Nutzer zum besseren Schutz beitragen?

Eine Erregungswelle im Herzen, die eine die Herzwand berührende Elektrode passiert, bewirkt ein erst langsam ansteigendes Potential, das dann von einem Maximum steil abfallend zu einem Minimum führt, um sich von dort langsam wieder der Null-Linie zu nähern. Diese Struktur, sie wird auch „intrinsische Deflektion“ genannt, unterscheidet das Herzsignal von allen technisch Störsignalen. Es wird abgeleitet, welcher Frequenzbereich benötigt wird, um das Herzsignal unverfälscht darzustellen, welche Filterwahl zu treffen ist, um Störsignale mehr zu dämpfen als das Nutzsignal. Ferner wir dargelegt, wie über unipolare und bipolare Elektroden Störsignale im magnetischen und elektrischen Feld eingekoppelt werden und welche Wirkungen sie entfalten.

Die Untersuchung der Herzsignale ergibt, dass es Diskrepanzen zwischen den Signalen kleinflächiger Elektroden und der Signalverarbeitung in heutigen Schrittmachern gibt. Herzsignale werden im Gegensatz zu 50-Hz-Signalen zu stark bedämpft. Es gibt keinen Schrittmacher oder ICD, der morphologisch zwischen Nutz- und Störsignal unterscheiden kann. Jedes Signal, das den Eingang des Implantats überschwellig erreicht, wird wie ein Herzsignal gewertet.

Mediziner könnten die seltenen, jedoch existierenden Störsituation bei unipolaren Schrittmachern dadurch entschärfen, dass sie Wahrnehmungsschwellen nicht so niedrig einstellen, wie es heute üblich ist. Wenn sie sich nach der Störfestigkeit ihrer Schrittmacher erkundigen würden, wäre dies eine Motivation für die Firmen, sich durch Verbesserungen hervorzutun. Diese Information sollte Bestandteil des Datenblattes sein.