Computernumerische Simulation der Elektrodynamik mithilfe der Gitter-Boltzmann-Methode und Anwendung auf die Stimulation durch ein Cochlea-Implantat [article]

Andreas Hauser, Universitäts- Und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt, Martin-Luther Universität, Jesko L. Verhey
2021
Die vorliegende Arbeit stellt computernumerische Simulationen der CI-Stimulation vor. Diese Simulationen wurden im Zeitbereich durchgeführt, um die Wirkung zeitlich veränderlicher elektrischer Stimulationen auf das biologische Gewebe zu untersuchen. Um den Schwierigkeiten bei Simulationen unter Verwendung der FDTD (Verletzung der Energieerhaltung bzw. des Poynting-Theorems, Vermeidung der artifiziellen Gitterimpedanz) zu entgegnen, wurde eine alternative Methode für die Langzeitsimulationen der
more » ... Elektrodynamik entwickelt. Diese Methode basiert auf dem GB-Modell und unterscheidet sich wesentlich von jenen Methoden, die auf fini-ten Differenzen oder Integralen basieren. Mit ihr werden die Maxwell-Gleichungen für den Grenzfall des Vakuums simuliert. Die Wechselwirkung der elektromagneti-schen Felder mit Medien wurde durch eine Erweiterung der Methode realisiert. Es stellt sich dabei heraus, dass, unter der Bedingung vergleichbarer Simulationsgenau-igkeit, die GBM deutlich schneller und effizienter in Bezug auf die Rechenressourcen arbeitet als die FDTD. Dabei erfüllt die GBM die Energieerhaltung und ist von der Gitterimpedanz unbeeinflusst. Mit dieser Methode wurde die Simulation der CI-Stimulation auf Grafikkarten durchgeführt. Daten für die Medienparamter wurden der Literatur entnommen und an ein mehrkomponentiges Debyesches Relaxationsmodell angepasst. Das Cochlea-Modell für die Simulation ist aus den räumlich dominanten Strukturen gebildet. Strukturen ähnlicher Eigenschaften wurden zusammengefasst. Bei der Suche nach der Größe zur Beschreibung der Qualität des Perzepts, wurde der Betrag der Gewe-bepolarisation gewählt. Mithilfe dieses Betrags der Polarisation des Nervengewebes ist die Abhängigkeit der Qualität des Perzepts von der Dauer der Phase oder der Interphasenlücke zu verstehen. Von besonderem Interesse für diese Arbeit ist die unterschiedliche Qualität des Perzepts bei Verwendung von triphasischen und biphasischen Pulsen. Es konnte gezeigt werden, dass für ein vergleichbares Perzept, triphasische Pulse nicht nur [...]
doi:10.25673/37095 fatcat:aniefz7k2ffr5i2fqyubh5grby