Theres, Heinz Peter: KARDIALES MONITORING MIT HILFE IMPLANTIERBARER SYSTEME
KARDIALES MONITORING MIT HILFE IMPLANTIERBARER SYSTEME
Habilitationsschrift

zur Erlangung der Lehrbefähigung für das Fach
Innere Medizin

vorgelegt dem Fakultätsrat der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von Herrn Dr. med. Heinz Peter Theres ,
geboren am 23.07.1961 in Bitburg

Präsident: Prof. Dr. rer. nat. J. Mlynek

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h.c. R. Felix

Habilitation eingereicht: 31.01.2001

Datum der Habilitation: 29.05.2001

Gutachter:
H. Schüller
D. Pfeiffer

Zusammenfassung

Mikroprozessorgesteuerte Implantate haben sich in zahlreichen Bereichen der Medizin etabliert. Physiologische, korpereigene Parameter werden erfasst, abgespeichert und konnen durch Telemetriesysteme weitergeleitet werden. Zusatzlich stehen Therapieoptionen zur Verfugung. Dazu zahlen Neurostimulatoren, welche im Bereich der Schmerztherapie und des fortgeschrittenen Morbus Parkinson erfolgreich angewendet werden ebenso wie Systeme zur Medikamentenapplikation. Beispielhaft hat sich die Entwicklung aktiver Implantate jedoch im Bereich der Herzschrittmacher- und Defibrillatortherapie vollzogen. Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit der Erforschung physiologischer kardialer Parameter und ihrer Erfassung mit Hilfe von implantierbaren Sensoren. Dabei werden grundlegende technische Aspekte, die spezielle Sensorik zur Erfassung verschiedener Parameter und die Signalverarbeitung dargestellt. Es werden die bereits heute vielfaltigen Moglichkeiten implantierbarer kardialer Monitoringsysteme diskutiert. Neue Moglichkeiten wie das Monitoring ischamischer Ereignisse werden eroffnet.

Schlagwörter:
Sensoren, Kardiales Monitoring, Koronare Herzerkrankung, Frequenzadaptive Herzschrittmacher

Abstract

Mikroprocessor controlled implantable systems are standard in many medical specialities. Physiological parameters can be recorded, stored and transfered via telemetry systems. In addition different therapeutic options are available: neurostimulation to treat patients with refractory pain and morbus parkinson, drug pumps for infusion of insulin etc.. Cardiac pacemakers and implantable cardioverter defibrillators were the driving force in the development of implantable sensors. We investigated different physiological cardiac parameters via implantable sensors. In this paper we discuss basic technical aspects, sensors, signal conditioning and signal analysis. The spectrum of available implantable sensors is shown. New options like the monitoring of transient myocardial ischemia are presented.

Keywords:
Sensors, cardiac monitoring, coronary artery disease, rate adaptive pacing


Seiten: [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteKARDIALES MONITORING MIT HILFE IMPLANTIERBARER SYSTEME
1 Einleitung
2 Technische Aspekte
2.1Heinz M, Theres H. (Anmelder: Alt E). Energy Saving Cardiac Pacemaker. USA Patent 4,979,507. 1990.
2.2Theres H. (Anmelder: Alt E). Electrical Connecting Means for Establishing Mechanical and Electrical Connection Between an Implantable Medical Device and a Lead System. USA Patent 4,971,057. 1990.
3 Zentralvenöse Bluttemperatur
3.1Alt E, Hirgstetter C, Heinz M, Theres H. Measurement of right ventricular blood temperature during exercise as a means of rate control in physiological pacemakers. Pacing Clin Electrophysiol 1986; 9(6):970-977.
3.2Alt E, Theres H, Völker R, Hirgstetter C, Heinz M. Temperature-Controlled Rate Responsive Pacing with the Aid of an Optimized Algorithm. J Electrophysiol 1987; 1:481-489.
3.3Alt E, Heinz M, Hirgstetter C, Theres H, Theiss W. Der Einfluss der Atmung auf Schwankungen der zentralvenösen Bluttemperatur. Z Kardiol 1987; 76(10):643-647.
3.4Theres H, Alt E, Völker R, Heinz M, Hirgstetter C. Frequenzadaptive Schrittmacherstimulation: Erste klinische Erprobung eines neuen temperaturgesteuerten Herzschrittmachers als externem System. Münch med Wschr 1987; 129(46):847-850.
4 Körperaktivität und Körperlage
4.1Alt E, Matula M, Theres H, Heinz M. Grundlage aktivitätsgesteuerter frequenzvariabler Herzschrittmacher: Analyse von belastungs- und umweltbedingten mechanischen Einflüssen am menschlichen Körper. Z Kardiol 1989; 78(9):587-597.
4.2Theres H, Philippon F, Melzer C, Combs W, Prest-Berg K. The influence of sensor orientation on activity-based rate responsive pacing. Sensor Orientation Study Group. Pacing Clin Electrophysiol 1998; 21(11):2095-2099.
4.3Alt E, Matula M, Thilo R, Theres H, Heinz M, Blömer H. A new mechanical sensor for detecting body activity and posture, suitable for rate responsive pacing. Pacing Clin Electrophysiol 1988; 11(11):1875-1881.
4.4Alt E, Theres H, Heinz M, Matula M, Thilo R, Blömer H. A new rate-modulated pacemaker system optimized by combination of two sensors. Pacing Clin Electrophysiol 1988; 11(8):1119-1129.
5 Atmung
5.1Heinz M, Alt E, Theres H, Oelker J, Blömer H. Die Erfassung respiratorischer Funktionsgrößen zur Steuerung frequenzadaptiver Herzschrittmacher durch Änderungen der intrathorakalen Impedanz. Herzschr Elektrophys 1990; 1:27-34.
5.2Heinz M, Theres H. (Anmelder: Alt E). Rate Varying Pacemaker Apparatus and Method for Deriving a Preferred one of Different Patient Activity Control Signals. USA Patent 5,170,785. 1992.
6 Atriale Wahrnehmungsfunktion
6.1Sun W, Combs W, Panken E, Fotuhi P, Stangl K, Baumann G, Theres H. Automatic and efficient R wave discrimination in the right atrium using a two-state hidden Markov model. J Cardiovasc Electrophysiol 1999; 10(3):343-350.
6.2Theres H, Sun W, Combs W, Panken E, Mead H, Baumann G, Stangl K. P wave and far-field R wave detection in pacemaker patient atrial electrograms. Pacing Clin Electrophysiol 2000; 23(4):434-440.
7 EKG - Wahrnehmung am Herzschrittmacher- und Defibrillatorgehäuse
7.1Theres H, Combs W, Fotuhi P, Condie C, Bondke HJ, Stangl K, Baumann G. Electrogram signals recorded from acute and chronic pacemaker implantation sites in pacemaker patients. Pacing Clin Electrophysiol 1998; 21(1):11-17.
7.2Mazur A, Wang L, Anderson ME, Yee R, Theres H, Pearson A, Olson W, Wathen M. Functional similarity between electrograms recorded from an implantable cardioverter-defibrillator emulator and the surface electrocardiogram. PACE in press
8 Ischämiedetektion
8.1Theres H, Romberg D, Leuthold T, Borges AC, Stangl K, Baumann G. Autonomic effects of dipyridamole stress testing on frequency distribution of RR and QT interval variability. Pacing Clin Electrophysiol 1998; 21(11):2401-2406.
8.2Tierexperimentelle und humane Untersuchungen zur myokardialen Ischämiediagnostik mit implantierbaren Herzschrittmachern und Defibrillatoren
8.2.1Einleitung
8.2.2Methoden
8.2.3Ergebnisse
8.2.4Diskussion
8.3Theres H, Binkau J, Fotuhi P, Flieger R, Schneider T, Wernecke KD, Baumann G. Long-Term Treatment with Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitors, Beta-Blockers or a Combination of Angiotensin-Converting Enzyme inhibitors and Beta-Blockers in Low-Risk Patients after Acute Myocardial Infarction: The ABC Study. Heart Drug 2001; 1(1):20-25.
9 Diskussion
Bibliographie Literatur
Anhang A Zusammenfassung
Danksagung
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1:
Tabelle 2: Patientendaten und Medikation

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Herzschrittmachernachbildung (SEA = Subcutaneous Electrode Array) mit vier Ableitelektroden (A, B, C, D) am Gehäuse. Dargestellt sind ebenfalls die verwendeten Ableitvektoren (SEA I, II, III).
Abbildung 2: Dargestellt ist die Herzschrittmachernachbildung (SEA=Subcutaneous Electrode Array) mit 4 integrierten Ableitelektroden. Die resultierenden Ableitvektoren werden im folgenden mit SEA I-III bezeichnet.
Abbildung 3: Schemazeichnung der Signalkonditionierung und Signalerfassung während der Humanuntersuchungen
Abbildung 4: Flußdiagramm der Datenanalyse
Abbildung 5a: Dargestellt sind die EKG-Ableitungen bei Hund J während Ruhe und nach 5 min Ischämie durch RIVA-Okklusion während Eigenrhythmus. Auf der x-Achse ist jeweils die Zeitskala in ms, auf der y-Achse die Spannung in mV dargestellt. Die verwendeten Abkürzungen für die Ableitungen entsprechen Tab. 2.
Abbildung 5b: : Dargestellt sind die EKG-Ableitungen bei Hund J während Ruhe und nach 5 min Ischämie durch RIVA-Okklusion während rechtsventrikulärer Stimulation. Auf der x-Achse ist jeweils die Zeitskala in ms, auf der y-Achse die Spannung in mV dargestellt. Die verwendeten Abkürzungen für die Ableitungen entsprechen Tab. 2.
Abbildung 6: Dargestellt ist die auf den QRS-Komplex normierte ST-Streckenabweichung in % (+/- SEM) während Eigenrhythmus. Folgende Ableitungen sind dargestellt: Oberflächenableitungen(Obf): I, II, III (nach Einthoven), V2, V4 (Brustwandableitungen), SEA: I - III (Ableitungen vom Herzschrittmachergehäuse, siehe Methodenteil), schrittmachertypische Ableitungen (SM): A-bi= bipolare rechtsatriale Ableitung, V-bi= bipolare rechtsventrikuläre Ableitung, A-uni = unipolare rechtsatriale Ableitung, V-uni = unipolare rechtsventriuläre Ableitung, VR-AS = Ring der Ventrikelelektrode gegen Spitze der Vorhofelektrode, ICD-typische Ableitungen (ICD): VR-uni = Ring der Ventrikelelektrode, unipolar, VC-uni = Coil der Ventrikelelektrode, unipolar, SVC-uni = Coil der Elektrode in der oberen Hohlvene, unipolar)
Abbildung 7: Dargestellt ist die auf den QRS-Komplex normierte ST-Streckenabweichung in % (+/- SEM) während rechtsatrialer (a) und rechtsventrikulärer (b) Stimulation.
Folgende Ableitungen sind dargestellt: Oberflächenableitungen(Obf): I, II, III (nach Einthoven), V2, V4 (Brustwandableitungen), SEA: I - III (Ableitungen vom Herzschrittmachergehäuse, siehe Methodenteil), schrittmachertypische Ableitungen (SM): A-bi= bipolare rechtsatriale Ableitung, V-bi= bipolare rechtsventrikuläre Ableitung, A-uni = unipolare rechtsatriale Ableitung, V-uni = unipolare rechtsventriuläre Ableitung, VR-AS = Ring der Ventrikelelektrode gegen Spitze der Vorhofelektrode, ICD-typische Ableitungen (ICD): VR-uni = Ring der Ventrikelelektrode, unipolar, VC-uni = Coil der Ventrikelelektrode, unipolar, SVC-uni = Coil der Elektrode in der oberen Hohlvene, unipolar)
Abbildung 8: In Abhängigkeit vom Schwellenwert ist die Sensitivität der Ableitungssysteme Oberfläche (Obf), Herzschrittmachergehäuse (SEA), herzschrittmachertypische intrakardiale Ableitungen (SM) und ICD typische intrakardiale Ableitungen (ICD) während Eigenrhyhtmus (ER), rechtsatrialer Stimulation (raS) und rechtsventrikulärer Stimulation (rvS) dargestellt.
Abbildung 9: Einzelbeispiel mit ausgewählten Ableitungen. Der erste Schlag ist ein Eigenschlag während die beiden anderen Herzaktionen durch rechtsventrikuläre Stimulation ausgelöst sind. Aufgrund einer ausgeprägten respiratorischen Arrhythmie kam es bei diesem Patienten während der gesamten Untersuchung zu vereinzelten Eigenaktionen. Es zeigt sich jedoch sowohl bei Eigenrhythmus als auch unter ventrikulärer Stimulation eine deutliche ST-Hebung während einer Ballondilatation des proximalen RIVA.
Abbildung 10: Dargestellt ist die auf den QRS-Komplex normierte ST-Streckenabweichung in % (+/- SEM) während Ballondilatation und Eigenrhythmus (a) bzw. rechtsventrikulärer Stimulation (b). Folgende Ableitungen sind dargestellt: Oberflächenableitungen I, II (nach Einthoven), V2 (Brustwandableitung), SEA I - III (Ableitungen vom Herzschrittmachergehäuse, siehe Methodenteil), Intrakardiale Ableitungen I-III.
Abbildung 11: In Abhängigkeit vom Schwellenwert ist die Sensitivität der Ableitungssysteme Oberfläche (Obf), Herzschrittmachergehäuse (SEA), intrakardiale Ableitungen (IK) während Eigenrhyhtmus (ER) und rechtsventrikulärer Stimulation (rvS) dargestellt.
Abbildung 12: Darstellung der Sensitivität der Ableitungssysteme Oberfläche (Obf), Herzschrittmachergehäuse (SEA) und intrakardiale Ableitungen (IK) während Eigenrhyhtmus (ER) und rechtsventrikulärer Stimulation (rvS) aufgetrennt nach den Gefäßgebieten der Ischämieinduktion.

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Tue Feb 11 17:18:46 2003