Mål: Den växande kliniska acceptansen av neurostimuleringsteknik har belyst behovet av att exakt förutsäga neural aktivering som en funktion av stimuleringsparametrar och elektroddesign. I denna studie utvärderar vi effekterna av vävnaden och elektroden kapacitans på volymen av vävnaden aktiverad (VTA) under djup hjärnstimulering (DBS). Metoder: Vi använder en Fourier finita element metod (Fourier FEM) för att beräkna den potentiella fördelningen i vävnadsmediet som en funktion av tid och rum samtidigt för en rad stimulans vågformer. De extracellulära spänningarna appliceras sedan på detaljerade flerfackskabelmodeller av myelinerade axoner för att bestämma neural aktivering. Neurala aktiveringsvolymer beräknas som en funktion av stimuleringsparametrarna och omfattningen av kapacitiva komponenter i elektrod-vävnadsgränssnittet. Resultat: Införande av antingen elektrod- eller vävnadskapacitet minskar VTA jämfört med elektrostatiska simuleringar på ett sätt som är beroende av kapacitansstorleken och stimuleringsparametrarna (amplitud- och pulsbredd). Elektrostatiska simuleringar med typiska DBS-parameterinställningar (K3 V eller K3 mA, 90 ms, 130 Hz) överskattar VTA med w20% för spännings- eller strömstyrd stimulering. Dessutom minskar styrkevaraktighetstidskonstanterna och stämmer bättre överens med de kliniska mätningarna när de uttryckligen redovisar effekterna av spänningsstyrd stimulering. Slutsatser: Försök att kvantifiera VTA från kliniska neurostimuleringsanordningar bör redogöra för effekterna av elektrod- och vävnadskapacitet. Betydelse: DBS har snabbt utvecklats som en effektiv behandling för rörelsestörningar; dock är lite känt om VTA under terapeutisk stimulering. Dessutom har påverkan av vävnad och elektrod kapacitans i stor utsträckning ignorerats i tidigare modeller av neural stimulering. Resultaten och metoderna i denna studie utgör grunden för den kvantitativa analysen av VTA under klinisk neurostimulering.
För att ta hänsyn till den elektriska förökningsdynamiken föreslogs en Fourier Finite Element Method (Fourier FEM) i REF.