Simulation nichtlinearer Effekte von Keramikkondensatoren auf die induktive Energieversorgung implantierbarer Mikrostimulatoren

Abstract:
In den letzten Jahren hat das Interesse an batterie- und drahtlosen Mikrostimulatoren zugenommen. Diese Mikrostimula-toren bestehen aus einer geringen Anzahl an Bauteilen, wodurch ein hoher Miniaturisierungsgrad erreicht werden kann. Bekannte Probleme batteriebetriebener, hochintegrierter Neurostimulatoren hinsichtlich Drahtbruch, Elektrodenwanderung und Batterieentladung können dadurch vermieden werden. Um die Patientensicherheit zu gewährleiten, muss der Stimulationsstrom in einem sicheren Bereich gehalten werden. Zudem ist ein einstellbarer Stimulationsstrom notwendig, um eine erfolgreiche Therapie zu ermöglichen. In diesem Beitrag werden die nichtlinearen Effekte von Keramikkondensatoren auf die Energieübertragung induktiv gekoppelter, implantierbarer Mikrostimulatoren simuliert. Aus einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer nichtlinearer Kondensatoren resultiert eine spezifische Nichtlinearität. Die Berechnungen zeigen, dass diese spezifische Nichtlinearität in Abhängigkeit der Elektrodenimpedanz zu einer Begrenzung des Stimulationsstroms über einen bestimmten Bereich der induktiv übertragenen Energie führt. Durch eine zu hohe Nichtlinearität wird diese Begrenzung bei höheren Leistungen allerdings aufgehoben, wodurch ein starker Anstieg des Stimulationsstroms hervorgerufen wird. Weitere Untersuchungen sind geplant, um die auftretenden Effekte für die Realisierung einer eingebetteten Closed-Loop Regelung des Stimulationsstroms nutzbar zu machen.