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Ösophaguselektrodensonde und Vorrichtung zur kardiologischen Behandlung und/oder Diagnose (DE102017010318B3) (2019)
Heinke, Matthias ; Schalk, Marco
Die Erfindung betrifft eine Ösophaguselektrodensonde bzw. einen Ösophaguskatheter 10 zur Bioimpedanzmessung und/oder zur Neurostimulation, eine Vorrichtung 100 zur transösophagealen kardiologischen Behandlung und/oder kardiologischen Diagnose und ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Ablationseinrichtung zum Durchführen einer Herzablation. Die Ösophaguselektrodensonde 10 umfasst eine Bioimpedanzmesseinrichtung zur Messung der Bioimpedanz von zumindest einem Teil des die Ösophaguselektrodensonde 10 umgebenden Gewebes. Die Bioimpedanzmesseinrichtung umfasst mindestens eine erste Elektrode 12A und mindestens eine zweite Elektrode 12B, wobei die mindestens eine erste Elektrode 12A auf einer dem Herzen zugewandten Seite 14 der Ösophaguselektrodensonde 10 angeordnet ist, und die mindestens eine zweite Elektrode 12B auf einer vom Herzen abgewandten Seite 16 der Ösophaguselektrodensonde 10 angeordnet ist.Die Vorrichtung 100 umfasst die Ösophaguselektrodensonde 10 und eine Steuer- und/oder Auswerteinrichtung 30. Die Steuer- und/oder Auswerteinrichtung 30 ist eingerichtet, ein erstes Bioimpedanzmesssignal von der mindestens einen ersten Elektrode 12A und ein zweites Bioimpedanzmesssignal von der mindestens einen zweiten Elektrode 12B zu empfangen und zu vergleichen, und ein Kontrollsignal auf Basis des Vergleichs zu generieren. Das Kontrollsignal kann ein Signal zum Steuern oder Regeln einer Ablationseinrichtung zum Durchführen einer Herzablation sein.
Electrical Right and Left Cardiac Atrioventricular and Left Atrial Delay in Cardiac Resynchronization Therapy Responder and Non-responder with Sinus Rhythm (2018)
Dannberg, Gudrun ; Heinke, Tobias ; Kühnert, Helmut ; Heinke, Matthias
Cardiac resynchronization therapy (CRT) with hemodynamic optimized biventricular pacing is an established therapy for heart failure patients with sinus rhythm, reduced left ventricular ejection fraction and wide QRS complex. The aim of the study was to evaluate electrical right and left cardiac atrioventricular delay and left atrial delay in CRT responder and non-responder with sinus rhythm. Methods: Heart failure patients with New York Heart Association class 3.0 ± 0.3, sinus rhythm and 27.7 ± 6.1% left ventricular ejection fraction were measured by surface ECG and transesophageal bipolar left atrial and left ventricular ECG before implantation of CRT devices. Electrical right cardiac atrioventricular delay was measured between onset of P wave and onset of QRS complex in the surface ECG, left cardiac atrioventricular delay between onset of left atrial signal and onset of left ventricular signal in the transesophageal ECG and left atrial delay between onset and offset of left atrial signal in the transesophageal ECG. Results: Electrical atrioventricular and left atrial delay were 196.9 ± 38.7 ms right and 194.5 ± 44.9 ms left cardiac atrioventricular delay, and 47.7 ± 13.9 ms left atrial delay. There were positive correlation between right and left cardiac atrioventricular delay (r = 0.803 P < 0.001) and negative correlation between left atrial delay and left ventricular ejection fraction (r = −0.694 P = 0.026) with 67% CRT responder. Conclusions: Transesophageal electrical left cardiac atrioventricular delay and left atrial delay may be useful preoperative atrial desynchronization parameters to improve CRT optimization.
Heart rhythm model for the simulation of electric fields in trans esophageal atrial pacing and cardiac resynchronization therapy (2018)
Göküs, Kerem ; Heinke, Matthias ; Hörth, Johannes
Abstract: Electric field of biventricular (BV) pacing, left ventricular (LV) electrode position and electrical interventricular desynchronization are important parameters for successful cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with heart failure, sinus rhythm and reduced LV ejection fraction. The aim of the study was to evaluate electric pacing field of transesophageal left atrial (LA) pacing and BV pacing with 3D heart rhythm simulation. Bipolar right atrial (RA), right ventricular (RV), LV electrodes and multipolar hemispherical esophageal LA electrodes were modeled with CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Electric pacing field were simulated with bipolar RA and RV pacing with Solid S (Biotronik) electrode, bipolar LV pacing with Attain 4194 (Medtronic) electrode and bipolar LA pacing with TO8 (Osypka) esophageal electrode. 3D heart rhythm model with esophagus allowed electric pacing field simulation of 4-chamber pacing with bipolar intracardiac RA, RV, LV pacing and bipolar transesophageal LA pacing. The pacing amplitudes were 3V RA pacing amplitude, 50V LA pacing amplitude, 1.5V RV pacing amplitude and 3V LV pacing amplitude with 0.5ms pacing pulse duration. The atrioventricular delay between RA pacing and BV pacing was 140ms atrioventricular pacing delay and simultaneous RV and LV pacing. Electric pacing fields were simulated during the different pacing modes AAI, VVI, DDD and DDD0V. The intracardiac far-field pacing potentials were evaluated with intracardiac electrodes and a distance of 1mm from the electrodes with RA electrode 1.104V, RV electrode 0.703V and LV electrode 1.32V. The transesophageal far-field pacing potential was evaluated with transesophageal electrode and a distance of 10mm from the elelctrode with LA electrode 6.076V. Heart rhythm model simulation with esophagus allows evaluation of electric pacing fields in AAI, VVI, DDD, DDD0V and DDD0D pacing modes. Electric pacing field of RA, RV and LV pacing in combination with LA pacing may additional useful pacing mode in CRT non-responders.
Cryoballoon model and simulation of catheter ablation for pulmonary vein isolation in atrial fibrillation (2018)
Müssig, Robin ; Heinke, Matthias ; Hörth, Johannes
Pulmonary vein isolation (PVI) is a common therapy in atrial fibrillation (AF). The cryoballoon was invented to isolate the pulmonary vein in one step and in a shorter time than a point-by-point radiofrequency (RF) ablation. The aim of the study was to model two cryoballoon catheters, one RF catheter and to integrate them into a heart rhythm model for the static and dynamic simulation of PVI by cryoablation and RF ablation in AF. The modeling and simulation were carried out using the electromagnetic and thermal simulation software CST (CST, Darmstadt). Two cryoballons and one RF ablation catheter were modeled based on the technical manuals of the manufacturers Medtronic and Osypka. The PVI especially the isolation of the left inferior pulmonary vein using a cryoballoon catheter was performed with a -50 °C heatsource and an exponential signal. The temperature at the balloon surface was -50 °C after 20 s ablation time, -24 °C from the balloon 0,5 mm in the myocardium, at a distance of 1 mm -3 °C, at 2 mm 18 °C and at a distance of 3mm 29 °C. PVI with RF energy was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal 8 mm ablation electrode. The temperature at the tip electrode was 110 °C after 15 s ablation time, 75 °C from the balloon at 0,5 mm in the myocardium, at a distance of 1 mm 58 °C, at 2 mm 45 °C and at a distance of 3 mm 38 °C. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of the temperature allow the simulation of PVI in AF by cryo ablation and RF ablation. The 3D simulation of the temperature profile may be used to optimize RF and cryo ablation.
Electrode Model and Simulation of Catheter Ablation of Supraventricular Tachycardia (2018)
Ehret, Karl ; Heinke, Matthias ; Hörth, Johannes
The high frequency (HF) catheter ablation is the gold standard for the therapy of many cardiac tachyarrhythmias, such as atrioventricular node re-entry tachycardia (AVNRT), atrioventricular re-entry tachycardia (AVRT) or atrial flutter (AFL). The aim of the study was to simulate the HF ablation of AVNRT, AVRT, AFL and its heat propagation in reference to the supplied power with different electrode material and electrode size. The modeling and simulation were performed with the thermal and electromagnetic simulation software CST® (Computer Simulation Technology, Darmstadt). The modeling and simulation were carried out using ablation catheters with 4 mm tip electrode and 8 mm tip electrode with different electrode materials. Both electrode types were made of platinum and gold respectively. For the measurement of the heat propagation in the heart tissue, the catheters were integrated in the Offenburg heart rhythm model. The HF ablation procedures were performed with the 4 mm platinum tip electrode, with an application duration of 45 seconds and a power output of 40 watts. The HF ablation of the atrioventricular node slow pathway produced a maximum temperature of 66.33 °C. The Kent bundle HF ablation in the left atrium achieved a maximum temperature of 67.14 °C. The HF ablation of the right atrial isthmus resulted 65.96 °C. The 8 mm distal platinum tip electrode and a power output of 60 watts reached 72.85 °C. The 8 mm distal gold tip electrode and a power output of 60 watt reached 64.66 °C, due to the improved thermal conductivity of gold. Virtual heart and ablation electrode models allow the static and dynamic simulation of HF ablation with different electrode material and electrode size. The 3D simulation of the temperature profile may be used to optimize the AVNRT, AVRT and AFL HF ablation.
Pacing electrode modeling and simulation of cardiac contractility modulation (2018)
Roller, Tom ; Heinke, Matthias ; Hörth, Johannes
Cardiac contractility modulation (CCM) is a device- based therapy for the treatment of systolic left ventricular chronic heart failure. Unlike other device - based therapies for heart failure, CCM delivers non - excitatory pacing signals to the myocardium. This leads to an extension of the action potential and to an improved contractility of the heart. The modeling and simulation was done with the electromagnetic simulation software CST. Three CCM electrodes were inserted into the Offenburg heart rhythm model an d subsequently simulated the electric field propagation in CCM therapy. In addition, simulations of CCM have been performed with electrodes from other device -based therapies, such as cardiac resynchronization therapy (CRT) and implantable cardioverter. /. defi brillator (ICD) therapy. At the same distance to the simulation electrode, the electric field is slightly stronger in CCM therapy than in CCM therapy with additionally implanted CRT or ICD electrodes. In addition, there is a change in the electric field pr opagation at the electrodes of the CRT and the shock electrode of the ICD. By simulating several different therapy procedures on the heart, it is possible to check how they affect their behavior during normal operation. CCM heart rhythm model simulation al lows the evaluation the individual electrical pacing and sensing field during CCM.
Herzrhythmusmodell zur Simulation elektrischer und thermischer Felder bei kardialer Resynchronisationstherapie und Hochfrequenz-Ablation (2018)
Heinke, Matthias ; Krämer, Martin
Hintergrund: Richtung und Stärke des elektrischen Feldes (E-Feld) der biventrikulären (BV) Stimulation und elektrische interventrikuläre Desynchronisation sind bei Patienten mit Herzinsuffizienz und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Das 3D Herzrhythmusmodell (HRM) ermöglicht die Simulation von CRT und Hochfrequenz (HF) Ablation. Das Ziel der Studie besteht in der Integration von Schrittmacher- und Ablationselektroden in das HRM zur E-Feld Simulation der BV Stimulation und thermischen Feld (T-Feld) Simulation der HF Ablation von Vorhofflimmern (AF). Methoden: Es wurden fünf multipolare linksventrikuläre (LV) Elektroden, eine epikardiale LV Elektrode, vier bipolare rechtsatriale (RA) Elektroden, zwei rechtsventrikuläre (RV) Elektroden und ein HF Ablationskatheter mit CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) modelliert und das HRM (Schalk et al: Clin Res Cardiol 106, Suppl 1, April 2017, P1812) um den Koronarvenensinus (CS) erweitert (HRM-CS). E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner BV Stimulation und bei RA Stimulation mit RV und LV Ableitung erfolgten mit den Elektroden Select Secure 3830, Capsure VDD-2 5038 und Attain OTW 4194 im HRM+CS (Fig.). F-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT wurden mit integriertem Ablationskatheter AlCath G FullCircle (Biotronik) simuliert. Ergebnisse: HRM-CS ermöglichte 3D E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner bipolarer BV Stimulation und bei bipolarer RA Stimulation mit bipolarer RV und LV Ableitung. RV und LV Stimulation erfolgten zeitgleich bei einer Amplitude von 3 V an der LV Elektrode und 1 V an der RV Elektrode mit einer Impulsbreite von jeweils 0,5 ms. Die von der BV Stimulationen erzeugten Fernpotentiale konnten von der RA Elektrode wahrgenommen werden. Das Fernpotential an der RA Elektrodenspitze betrug 32,86 mV und in 1 mm Abstand von der RA Elektrodenspitze ergab sich ein Fernpotential von 185,97 mV. HRM-CS ermöglichte 3D T-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT. Das T-Feld bei HF Ablation des AV-Knotens wurde mit einer anliegenden Leistung von 5 W bei 420 kHz an der distalen 8 mm Ablationselektrode simuliert. Die Temperatur an der Katheterspitze betrug nach 5 s Ablationsdauer 88,66 °C, in 1 mm Abstand von der Katheterspitze im Myokard 42,17 °C und in 2 mm Abstand 37,49 °C. Schlussfolgerungen: HRM-CS und Elektrodenmodelle ermöglichen die 3D Simulationen von E-Feldern bei vorhofsynchroner BV Stimulation, RA Stimulation mit RV und LV Wahrnehmung und von T-Feldern bei HF Ablation. E-Feld Simulationen von RA, RV und LV Stimulation und Sensing können möglicherweise zur Vorhersage von CRT Respondern genutzt werden.
Spectral Analysis of Signal Averaging Electrocardiography in Atrial and Ventricular Tachycardia Arrhythmias (2018)
Heinke, Matthias ; Tumampos, Jonas
Targeting complex fractionated atrial electrocardiograms detected by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies and catheter ablation of atrial fibrillation and ventricular tachycardia. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique. Methods: Signal averaging electrocardigraphy allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm use automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intra-cardiac ECG signals with novel LabVIEW software. Results: 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. We evaluated atrial flutter in the time domain with two-to-one atrioventricular conduction, 212.0 ± 4.1 ms atrial cycle length, 426.0 ± 8.2 ms ventricular cycle length, 58.2 ± 1.8 ms P-wave duration, 119.6 ± 6.4 ms PQ duration, 103.0 ± 2.4 ms QRS duration and 296.4 ± 6.8 ms QT duration. 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. Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can be utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial and ventricular electrocardiograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac bradycardia and tachycardia signals in atrial fibrillation and ventricular tachycardia ablation.
Ösophaguselektrodensonde und Vorrichtung zur kardiologischen Behandlung und/oder Diagnose (PCT/EP2018/080382) (2018)
Heinke, Matthias ; Schalk, Marco
Elektrisches interventrikuläres und linksventrikuläres Delay bei rechtsventrikulärer Stimulation vor Aufrüstung auf biventrikuläre Stimulation (2017)
Heinke, Matthias ; Kühnert, Helmut ; Dannberg, Gudrun
Hintergrund: Das elektrische interventrikuläre Delay (IVD) ist bei Patienten (P) mit Herzinsuffizienz (HF), reduzierter linksventrikulärer (LV) Funktion und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Die transösophageale LV Elektrokardiographie (EKG) ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und linksventrikulären Delays (LVD). Das Ziel der Studie besteht in der Untersuchung des transösophagealen elektrischen IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer bei rechtsventrikulärer (RV) Stimulation vor Aufrüstung auf eine biventrikuläre (BV) Stimulation. Methoden: Bei 11 HF P (Alter 69,0 ± 7,9 Jahre; 10 Männer und 1 Frau) mit DDD Schrittmacher (n=10), DDD Defibrillator (n=1) und RV Stimulation, New York Heart Association (NYHA) Klasse 3,0 ± 0,2, LV Ejektionsfraktion 24,5 ± 4,9 % und QRS-Dauer 228,2 ± 44,8 ms wurden das elektrische IVD als Intervall zwischen Beginn des QRS-Komplexes im Oberflächen EKG und Beginn des LV Signals im transösophagealen LV EKG und das elektrische LVD als Intervall zwischen Beginn und Ende des LV Signals im transösophagealen LV EKG präoperativ vor Aufrüstung auf CRT Defibrillator (n=8) und CRT Schrittmacher (n=3) bestimmt. Der Anstieg des arteriellen Pulse Pressure (PP) wurde zwischen RV Stimulation und transösophagealer LV Stimulation mit unterschiedlichem AV-Delay (n=5) vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation getestet. Ergebnisse: Bei RV Stimulation betrugen IVD 86,54 ± 32,80 ms, LVD 94,45 ± 23,80 ms, QRS-IVD-Verhältnis 2,63 ± 0,81 mit negativer Korrelation zwischen IVD und QRS-IVD-Verhältnis (r=-0,668 P=0,0248) (Fig.) und QRS-LVD-Verhältnis 2,33 ± 0,73. Vorhofsynchrone ventrikuläre Stimulation führte zu 63,6 ± 27,7 mmHg PP bei RV Stimulation und 80,6 ± 38,5 mmHg PP bei LV Stimulation und der PP erhöhte sich bei LV Stimulation mit optimalem AV Delay um 17 ± 11,2 mmHg gegenüber RV Stimulation (P<0,001). Nach Aufrüstung von RV Stimulation auf BV Stimulation verbesserten sich die NYHA Klasse von 3,1 ± 0,2 auf 2,2 ± 0,3 während 30,4 ± 29,6 Monaten CRT. Schlussfolgerungen: Das transösophageale LV EKG ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und LVD bei RV Stimulation zur Evaluierung der interventrikulären und linksventrikulären elektrischen Desynchronisation. IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer können möglicherweise zur Vorhersage einer CRT Response vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation genutzt werden.
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