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Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Überwachen und Optimieren einer zeitlichen Triggerstabilität einer extrakorporalen Kreislaufunterstützung sowie Steuer- und Regeleinheiten zur extrakorporalen Kreislaufunterstützung, umfassend eine solche Vorrichtung und entsprechende Verfahren. Entsprechend wird eine Vorrichtung (10) zum Überwachen einer zeitlichen Triggerstabilität einer extrakorporalen Kreislaufunterstützung vorgeschlagen, welche dazu eingerichtet ist, einen ersten Datensatz (14) einer Messung eines EKG-Signals eines unterstützten Patienten über einen vorgegebenen Zeitraum zu empfangen. Die Vorrichtung (10) umfasst eine Auswerteeinheit (16), welche dazu eingerichtet ist, mehrere R-Trigger (26) aus dem ersten Datensatz (14) zu bestimmen oder zu identifizieren, wobei die Auswerteeinheit (16) weiterhin dazu eingerichtet ist, einen zweiten Datensatz (20) mit ausgewerteten EKG-Signalen und mehreren R-Triggern (28) zu empfangen oder bereitzustellen und den zweiten Datensatz (20) selektiv auf dem ersten Datensatz (14) abzubilden. Die Vorrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, ein Signal (22) auszugeben, welches kennzeichnend für einen zeitlichen Abstand sukzessiver R-Trigger (26) aus dem ersten Datensatz (14) und darauf abgebildeten sukzessiven R-Trigger (28) aus dem zweiten Datensatz (20) ist.
Background: Transesophageal left atrial (LA) pacing and transesophageal LA ECG recording are semi-invasive techniques for diagnostic and therapy of supraventricular rhythm disturbance. Cardiac resynchronization therapy (CRT) with right atrial (RA) sensed biventricular pacing is an established therapy for heart failure patients with reduced left ventricular (LV) ejection fraction, sinus rhythm and interventricular electrical desynchronization.
Purpose: The aim of the study was to evaluate electromagnetic and voltage pacing fields of the combination of RA pacing, LA pacing and biventricular pacing in patients with long interatrial and interventricular electrical desynchronization.
Methods: The modelling and electromagnetic simulations of transesophageal LA pacing in combination with RA pacing and biventricular pacing would be staged and analyzed with the CST (Computer Simulation Technology) software. Different electrodes were modelled in order to simulate different types of bipolar pacing in the 3D-CAD Offenburg heart rhythm model: The bipolar Solid S (Biotronik) electrode where modelled for RA pacing and right ventricular (RV) pacing, Attain 4194 (Medtronic) for LV pacing and TO8 (Osypka) multipolar esophageal electrode with hemispheric electrodes for LA pacing.
Results: The pacemaker amplitudes for the electromagnetic pacing simulations were performed with 3 V for RA pacing, 1.5 V for RV pacing, 50 V for LA pacing and 3V for LV pacing with pacing impulse duration of 0.5 ms for RA, RV and LV pacing and 10 ms for LA pacing. The atrioventricular pacing delay after RA pacing was 140 ms. The different pacing modes AAI, VVI, DDD, DDD0V and DDD0D were evaluated for the analysis of the electric pacing field propagation of pacemaker, CRT and LA pacing. The pacing results were compared at minimum (LOW) and maximum (HIGH) parameter settings. While the LOW setting produced fewer tetrahedral and more inaccurate results, the HIGH setting produced many tetrahedral and therefore more accurate results.
Conclusions: The simulation of the combination of transesophageal LA pacing with RA sensed biventricular pacing is possible with the Offenburg heart rhythm model. The new temporary 4-chamber pacing method may be additional useful method in CRT non-responders with long interatrial electrical delay.
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuer- und Regeleinheiten für eine extrakorporale Kreislaufunterstützung sowie Systeme, umfassend eine solche Steuer- und Regeleinheit und entsprechende Verfahren. Entsprechend wird eine Steuer- und Regeleinheit Steuer- und Regeleinheit (10) für eine extrakorporale Kreislaufunterstützung vorgeschlagen, welche dazu eingerichtet ist eine Messung eines EKG-Signals (12) eines unterstützten Patienten über einen vorgegebenen Zeitraum zu empfangen, wobei das EKG-Signal (12) für jeden Zeitpunkt innerhalb eines Herzzyklus mehrere Datenpunkte umfasst. Die Steuer- und Regeleinheit (10) umfasst eine Auswerteeinheit (100), welche dazu eingerichtet ist, die Datenpunkte für mindestens einen Zeitpunkt räumlich und/oder zeitlich auszuwerten und aus den ausgewerteten Datenpunkten mindestens eine Amplitudenänderung (14) innerhalb des Herzzyklus zu bestimmen. Die Steuer- und Regeleinheit (10) ist weiterhin dazu eingerichtet, ein Steuer- und/oder Regelsignal (16) für die extrakorporale Kreislaufunterstützung an einem vorgegebenen Zeitpunkt nach der mindestens einen Amplitudenänderung (14) auszugeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuer- und Regeleinheiten für eine extrakorporale Kreislaufunterstützung sowie Systeme, umfassend eine solche Steuer- und Regeleinheit und entsprechende Verfahren. Entsprechend wird eine Steuer- und Regeleinheit (10) für eine extrakorporale Kreislaufunterstützung vorgeschlagen, welche dazu eingerichtet ist eine Messung eines EKG-Signals (12) eines unterstützten Patienten über einen vorgegebenen Zeitraum zu empfangen und für die extrakorporale Kreislaufunterstützung bereitzustellen, wobei das EKG-Signal (12) für jeden Zeitpunkt innerhalb eines Herzzyklus eine Signalhöhe aus mindestens einer EKG-Ableitung (14A, 14B) umfasst. Die Steuer- und Regeleinheit (10) umfasst eine Auswerteeinheit (16), welche dazu eingerichtet ist, eine Signaldifferenz (18) einer Signalhöhe eines aktuellen Zeitpunkts (12A) und einer Signalhöhe des vorhergehenden Zeitpunkts (12B) zu bestimmen und die Signaldifferenz (18) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (20) zu vergleichen. Die Steuer- und Regeleinheit (10) ist weiterhin dazu eingerichtet, das EKG-Signal (22) beim Überschreiten des Schwellenwerts (20) für den aktuellen Zeitpunkt und eine vorgegebene Anzahl von nachfolgenden Zeitpunkten (28) mit einer vorgegebenen Signalhöhe (30) bereitzustellen.
Spectral analysis of signal averaging electrocardiography in atrial and ventricular tachyarrhythmias
(2017)
Background: Targeting complex fractionated atrial electrograms detected by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique.
Methods: Signal averaging electrocardiography (ECG) allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm uses automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intracardiac ECG signals with novel LabVIEW software (National Instruments, Austin, Texas, USA). For spectral analysis we used fast fourier transformation in combination with spectro-temporal mapping and wavelet transformation for evaluation of detailed information about the frequency and intensity of high frequency atrial and ventricular signals.
Results: Spectral-temporal mapping and wavelet transformation of the signal averaged ECG allowed the evaluation of high frequency fractionated atrial signals in patients with atrial fibrillation and high frequency ventricular signals in patients with ventricular tachycardia. The analysis in the time domain evaluated fractionated atrial signals at the end of the signal averaged P-wave and fractionated ventricular signals at the end of the QRS complex. The analysis in the frequency domain evaluated high frequency fractionated atrial signals during the P-wave and high frequency fractionated ventricular signals during QRS complex. The combination of analysis in the time and frequency domain allowed the evaluation of fractionated signals during atrial and ventricular conduction.
Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial electrograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac arrhythmogenic signals in atrial fibrillation ablation.
The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is important for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex.
The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of BV stimulation and HF ablation in atrial fibrillation (AF).
The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software CST. Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modelled. A selection were integrated into the heart rhythm model (Schalk, Offenburg) for the electrical field simulation. The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
The BV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode with a pulse width of 0.5 ms each. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV and 185.97 mV at a distance of 1 mm from the RA electrode tip. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal ablation electrode. The temperature at the catheter tip was 103.87 °C after 5 s ablation time and 37.61 °C at a distance of 2 mm inside the myocardium. After 15 s, the temperature was 118.42 °C and 42.13 °C.
Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF and could be used to optimize the CRT and AF ablation.
Background: The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is important for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex. The 3D modeling allows the simulation of CRT and high frequency (HF) ablation.
Purpose: The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of atrial and BV stimulation and high frequency (HF) ablation in atrial fibrillation (AF).
Methods: The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software CST (CST Darmstadt). Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, one epicardial LV electrode, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modeled. Selected electrodes were integrated into the Offenburg heart rhythm model for the electrical field simulation. The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
Results: The right atrial stimulation was performed with an amplitude of 1.5 V with a pulse width of 0.5. The far-field potentials generated by the atrial stimulation were perceived by the right and left ventricular electrode. The far-field potential at a distance of 1 mm from the right ventricular electrode tip was 36.1 mV. The far-field potential at a distance of 1 mm from the left ventricular electrode tip was measured with 37.1 mV. The RV and LV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode with a pulse width of 0.5 ms each. The far-field potentials generated by the BV stimulations could be perceived by the RA electrode. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz and 10 W at 500 kHz at the distal 8 mm ablation electrode.
Conclusions: Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF. The 3D simulation of the electrical field and temperature profile may be used to optimize the CRT and AF ablation.
Die transösophageale Neurostimulation ist eine neue Therapieform und könnte unter anderem zur Schmerzlinderung während einer transösophagealen Linksherzstimulation angewendet werden. Sie ist in die Kategorie der Rückenmarksstimulation (SCS) einzuordnen, die die meist verwendete Technik der Neurostimulation ist. Die derzeit auf dem Markt vorhandenen Ösophaguskatheter werden bei einer elektrophysiologischen Untersuchung mit Ablation und transösophagealer Echokardiographie zur Temperaturüberwachung eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war, das vorhandene Offenburger Herzrhythmusmodell, um die Wirbelsäule zu erweitern, einen neuen Ösophagus-Elektroden- Katheter für die transösophageale elektrische Stimulation des Rückenmarks zu modellieren und mittels 3D-Computer-Simulationen auf Ihre Wirksamkeit zu untersuchen.
Die Katheterablation mit Hochfrequenzstrom (HF) ist der Goldstandard für die Therapie vieler kardi-aler Tachyarrhythmien. Bei der HF-Ablation entstehen Temperaturen zwischen 50 °C und 70 °C, wo-durch bestimmte Strukturen im Herzgewebe gezielt zerstört werden können. Ziel der Studie ist, die HF-Ablation und deren Wärmeausbreitung in Bezug auf die zugeführte Leistung mit unterschiedli-chem Elektrodenmaterial und Elektrodengröße bei supraventrikülären Tachykardien zu simulieren.
Patients with focal ventricular tachycardia are at risk of hemodynamic failure and if no treatment is provided the mortality rate can exceed 30%. Therefore, medical professionals must be adequately trained in the management of these conditions. To achieve the best treatment, the origin of the abnormality should be known, as well as the course of the disease. This study provides an opportunity to visualize various focal ventricular tachycardias using the Offenburg heart rhythm model. Modeling and simulation of focal ventricular tachycardias in the Offenburg heart rhythm model was performed using CST (Computer Simulation Technology) software from Dessault Systèms. A bundle of nerve tissue in different regions in the left and right ventricle was defined as the focus in the already existing heart rhythm model. This ultimately served as the origin of the focal excitation sites. For the simulations, the heart rhythm model was divided into a mesh consisting of 5354516 tetrahedra, which is required to calculate the electric field lines. The simulations in the Offenburg heart rhythm model were able to successfully represent the progression of focal ventricular tachycardia in the heart using measured electrical field lines. The simulation results were realized as an animated sequence of images running in real time at a frame rate of 20 frames per second. By changing the frame rate, these simulations can additionally be produced at different speeds. The Offenburg heart rhythm model allows visualization of focal ventricular arrhythmias using computer simulations.