Forschungsgemeinschaft Funk e.V.

Edition Wissenschaft

Ausgabe Nr. 5 März 1996
Störfestigkeit von Herzschrittmachern im Frequenzbereich 30 kHz bis 2,5 GHz
Von H.-J. Meckelburg, K. Jahre, K. Matkey

Diese Studie beschäftigt sich mit der Störfestigkeit von Herzschrittmachern im Frequenzbereich 30 kHz bis 2,5 GHz.

Ein Herzschrittmacher besteht grundsätzlich aus elektronischen Schaltkreisen zur Stimulation und Analyse sowie einer Batterie mit einer Lebensdauer von mehreren Jahren. Über eine Elektrode, die mit dem Herzen verbunden ist, werden elektrische Impulse zur Stimulation zum Herzen geleitet um die fehlende Eigenstimulation zu ersetzen. Die Eigenstimulation des Herzens wird über die Elektrode des Herzschrittmachers analysiert.

Die im Körper verlegte Elektrode des Herzschrittmachers wirkt gegenüber elektromagnetischen Feldern als Antenne. Störspannungen und hohe Stromdichten an der Elektrodenspitze können eine Gefahr für den Patienten bedeuten.

Herzschrittmacher sind von ihrer Funktion her besonders empfindlich für pulsförmige Signale, speziell im Frequenzbereich der Herzfrequenz. Die auftretenden Störungen können die Schrittmacher auf zwei grundlegend unterschiedliche Arten beeinflussen:

  1. der sog. "definierte Störbetrieb": Der Herzschrittmacher ist nicht in der Lage, die natürlichen Herzsignale aus den eingekoppelten Störsignalen zu detektieren. Er ist aber sehr wohl in der Lage, die Störsignale als solche zu erkennen und simuliert deshalb kontinuierlich mit fester Frequenz.
  2. der sog. "undefinierte Störbetrieb": Die Stimulation des Herzschrittmachers kann ausbleiben oder unkontrolliert und unvorhersagbar erfolgen, d.h. in dieser Betriebsart kann eine Gefährdung für den Herzschrittmacherträger nicht ausgeschlossen werden.

Der Störbetrieb stellt eine Abweichung vom Normalbetrieb dar, bei dem der Herzschrittmacher seine Funktionen ohne irgendwelche Probleme wahrnimmt.

Es gibt derzeit keine gültige Norm, in der die Anforderungen an die Störfestigkeit von Herzschrittmachem definiert sind. In der europäischen Norm EN 50 061 A1 sind zwar Anforderungen harmonisiert, sie sind aber in Fachkreisen sehr umstritten und von der Europäischen Union bisher auch nicht zur Erfüllung der grundlegenden Anforderungen herangezogen worden. Auflerdem sind die Anforderungen oberhalb 30 MHz nicht definiert.

Versuchsaufbau und Methodik

Ziel dieser Studie war es, aus den Ergebnissen über die Störfestigkeit von Herzschrittmachern auf mögliche Gefährdungen für die Träger von Herzschrittmachern schließen zu können. Für den Frequenzbereich oberhalb 30 MHz mußten neue Versuchsmethoden und Anforderungen festgelegt werden. In diesem Zusammenhang wurden die Modulationstypen und Übertragungsgrößen, die für die relevante Frequenz typisch sind, zugrunde gelegt- Dies trifft sowohl auf Radio- und Femsehübertragung als auch auf die neuen digitalen Funkübertragungssysteme zu (GSM 900 / DCS 1800).

Bei der Durchführung der Studie waren folgende Schritte notwendig:

  • Entwicklung eines Meß- und Auswertungsverfahrens:
    Es wurde ein Modell gebildet, um die Finkopplung des hochfrequenten Feldes in das System des Herzschrittmachers aufzuzeigen. So konnte ein sinnvolles Auswertungsverfahren gefunden werden. Repräsentative Störsignale wurden ausgewählt und weitere Versuchseinschränkungen definiert
  • Bestimmung der Implantationshäufigkeit der Herzschrittmachertypen:
    560 unterschiedliche Typen von Herzschrittmachern, die in der Jahresstatistik des HSM-Zentralregisters eingetragen sind, wurden zunächst untersucht. Da in der Registerkartei häufig verschiedene Typenbezeichnungen für denselben Typ angegeben wurden, verblieben schließlich 95 unterschiedliche Typen für die Untersuchung. Damit sind mehr als 80% der Patienten erfaßt.
  • Beschaffung der Herzschrittmacher:
    Die Modelle wurden entweder gekauft oder von den Herstellern zu Verfügung gestellt.
  • Messung der Störfestigkeit:
    Die Messungen erfolgten nach drei Versuchsmethoden in verschiedenen Frequenzbereichen (30 kHz bis 100 MHz, 100 bis 850 MHz und 850 Mhz bis 2,5 GHz).
  • Bewertung der Störfestigkeit:
    Grafische Darstellung, bei welchem Störpegel wieviel Prozent der implantierten Herzschrittmachertypen beeinflußt werden.
  • Gewichtung mit Häufigkeit der Implantation:
    Die Störfestigkeitswerte der einzelnen Herzschrittmachertypen wurden mit dem Faktor ihrer Implantationshäufigkeit gewichtet. Damit konnte der Prozentsatz an Patienten ermittelt werden, die von den Hochfrequenzfeldern beeinflußt wurden.

Ergebnisse und Bewertung

Vergleicht man die Ergebnisse, so zeigt sich, daß die störfesten Herzschrittmacher nicht öfter implantiert sind als die weniger störfesten. Das heißt. daß die Störfestigkeit bisher kein Auswahlkriterium für die Implantation war.

Der Grund dafür mag in den fehlenden Anforderungen bezüglich Störfestigkeit liegen: diese wird immer noch dem Zufall überlassen. Im Frequenzbereich bis zu 50 MHz hat sich die Störfestigkeit der Schrittmacher verbessert, wie ein Vergleich mit einer Studie des RWTUV von 1989 zeigt.

Ein hoher Prozentsatz der Herzschrittmachertypen verhält sich in Störfeldern völlig unproblematisch. Es gibt einige Typen, bei denen es in jedem Frequenzbereich zu Beeinflussungen kommt.

Für Fernsehsender wurde nachgewiesen, daß sie im 100-MHz-Bereich unproblematisch sind. Dies gilt nafürlich nur, wenn die Sendeanlagen die Grenzwerte für den Personenschutz einhalten.

Im Mobilfunkbereich (C- und D-Netz) können einige wenige Typen beeinflußt werden. Im C-Netz (450 MHz) ist dies nur beim Wählvorgang möglich. Im D-Netz (900 MHz) tritt eine Beeinflussung im sog. DTX-Mode auf. Dabei muß eine Sprachverbindung aufgebaut sein und der Mobilfunkgerätebenutzer darf dabei nur zuhören. Beide Probleme können durch Verhaltensregeln (Wamhinweise) kurzfristig beherrscht werden.

Im E-Netz ist nicht mit Beeinflussungen zu rechnen, da die maximale Sendeleistung nur 1W beträgt und die eingekoppelte Störspannung mit zunehmender Frequenz abnimmt.

Zusammenfassung

Alle in diesen Versuchen identifizierten Probleme sind technisch beherrschbar. Derzeit sind 200.000 Herzschrittmacher implantiert die nicht ohne weiteres ausgetauscht werden können. Deshalb sind Verhaltensregeln (Wamhinweise) kurzfristig die einzig wirksame Schutzmaßnahme. Die Warnhinweise sollten einerseits von den Herstellern der Herzschrittmacher verbreitet werden und andererseits von den Herstellern der verursachenden Funkgeräte.

Eine allgemeine Empfehlung:

Der Herzschrittmacher-Patient sollte das Mobilfunkgerät nicht eingeschaltet in einer Brusttasche tragen. Zur Bedienung sollte das Gerät in einem Abstand von mehr als 20 cm vom Körper (Schrittmacher) gehalten werden. Beim Telefonieren mit dem Gerät am Ohr besteht keine Gefahr.

Die Ergebnisse dieser Studie (Meßverfahren und Grenzwerte) sind für die Normung der Schrittmacher geeignet.

In dieser Studie wurden keine bipolaren Schrittmacher untersucht, da die Störeinkopplung dieser Geräte aufgrund ihrer unterschiedlichen Elektronik geringer ist, d.h. diese Typen besitzen eine größere Störfestigkeit. Messungen würden keine neuen Erkenntnisse bringen.

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