Theres, Heinz Peter: KARDIALES MONITORING MIT HILFE IMPLANTIERBARER SYSTEME

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Kapitel 4. Körperaktivität und Körperlage

4.1 Alt 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.

Die erste Generation von Körperaktivitätssensoren bestand aus Piezoelementen, welche an die Innenseite des Herzschrittmachergehäuses aufgebracht sind. Ob die Körperaktivität damit optimal zu erfassen ist und welche Frequenzcharakteristik zugrunde liegt, wurde in den ersten Jahren nicht analysiert. Zu diesem Zweck wurden in der vorliegenden Arbeit erstmals die humanen Beschleunigungssignale mit drei zueinander senkrecht stehenden, frequenzlinearen Akzelerometern erfasst. Es wurden Ergometer- sowie Laufbandbelastungen durchgeführt und auch der Einfluss alltäglicher Aktivitäten erfasst. Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede
in Bezug auf die maximale Beschleunigungrichtung zwischen den verschiedenen Belastungsformen. In Abhängigkeit von der Belastungsintensität zeigte sich eine Zunahme der Amplitude der erfassten Beschleunigungssignale. Bei der Frequenzanalyse zeigte sich ein Amplitudenmaximum im Bereich von 1-4 Hz während Störeinflüsse ein Amplitudenmaximum im Bereich von 8 Hz aufwiesen. Somit ist eine Optimierung des Nutzsignales durch entsprechende Filterung (wir haben entsprechend eine Tiefpassfilterung vorgeschlagen) möglich. Die Verwendung frequenzlinearer Beschleunigungsaufnehmer ermöglicht somit im Vergleich zu herkömmlichen Piezoelementen eine bessere Trennung zwischen Nutz- und Störsignal und somit eine Verbesserung des Signal-Rausch Verhältnisses.


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4.2 Theres 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.

Das Piezoelement zur Messung der körperlichen Aktivität ist an die Innenseite des Herzschrittmachergehäuses befestigt um eine maximale Kopplung mit den Körperbewegungen zu ermöglichen. Die bisherigen Untersuchungen zu diesem Stimulationssystem wurden alle mit einem nach innen zeigenden Sensor durchgeführt. Zeigt der Sensor nach außen ist unklar, ob das gleiche Stimulationsverhalten des Herzschrittmachers resultiert. Dies schränkt jedoch die Flexibilität während der Implantation erheblich ein. In einer multizentrischen Studie wurde 60 Patienten ein Herzschrittmacher mit einem nach außen gerichteten Sensor implantiert. Als Vergleichsgruppe dienten Herzschrittmacherpatienten bei denen das System mit dem Sensor nach innen implantiert worden war. Vor Entlassung wurden in einem standardisierten 2-Minuten-Gehtest die Stimulationsparameter festgelegt. Bei der Verlaufsuntersuchung nach 2 Monaten wurde eine standardisierte Laufbandbelastung durchgeführt und das Stimulationsverhalten überprüft. In beiden Gruppen ließ sich die gleiche Frequenzantwort erzielen. Es gab ebenfalls keinen Unterschied bezüglich der berichteten Komplikationen. Für die Gruppe der Patienten, bei denen der Sensor nach außen zeigte, war jedoch eine höhere Programmierung der Aktivitätsparameter erforderlich. Dies spricht für eine belastungsadäquate, aber im Ausmaß geringere Kopplung des nach außen gerichteten Sensors an die Körperaktivität.


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4.3 Alt 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.

Nicht nur während körperlicher Aktivität ist eine Herzfrequenzanpassung erforderlich. Auch zur Vermeidung orthostatischer Reaktionen ist ein Anstieg der Herzfrequenz sinnvoll. Wir untersuchten deshalb einen Sensor, welcher sowohl zur Anpassung der Stimulationsfrequenz unter Belastung geeignet ist als auch eine Wahrnehmung der Körperposition ermöglicht. Dabei handelt es sich um eine Kapsel mit zehn Wandkontakten. Gefüllt ist diese mit einer Quecksilberkugel, welche auf eine Glasplatte aufgebracht ist. Durch Bewegung wird die Lage der Quecksilberkugel in der Kapsel verändert, was zur Schließung unterschiedlicher Kontakte führt. Dabei korrespondiert die Belastungshöhe mit der Zahl der Kontaktschließungen über die Zeit. Zusätzlich lässt sich durch diesen Sensor eine Lageveränderung erfassen: Die ruhende Quecksilberkugel schließt in Rückenlage andere Kontakte als bei aufrechtem Oberkörper. Untersucht wurde dieser Sensor bei 12 Probanden und 10 Herzschrittmacherpatienten. Es wurden Laufband- und Ergometerbelastungen durchgeführt. Zusätzlich wurde das Verhalten während alltäglicher Situationen und Wechsel der Körperposition untersucht. Eine Belastungsdetektion ist möglich, auch wenn die Belastungshöhe und die Zahl der Kontaktschließungen individuell unterschiedlich sind. Die Untersuchungen zur Detektion der Körperposition zeigen eine klare Lageabhängigkeit der Kontaktschließungen.


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4.4 Alt 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.

Zur optimalen Frequenzadaptation in nahezu allen physiologischen Situationen reicht die Verwendung eines einzelnen Sensors nicht aus. Deshalb untersuchten wir die Kombination von körperlicher Aktivität und zentralvenöser Bluttemperatur zur Steuerung der Stimulationsfrequenz eines Herzschrittmachers. Die spezielle Charakteristik der Sensoren gibt dabei die Verwendung im Steueralgorithmus vor: Während der Bewegungssensor eine schnelle Frequenzantwort ermöglicht, korrespondiert die zentralvenöse Bluttemperatur sehr gut mit den unterschiedlichen Belastungshöhen. Körpererschütterungen welche nicht durch eine Belastung ausgelöst werden (z.B.: durch externe Vibrationen wie beim Straßenbahnfahren) führen bei fehlendem korrespondierenden Anstieg der zentralvenösen Bluttemperatur nicht zu einem Anstieg der Stimulationsfrequenz über mehr als 3 Minuten. In einer Pilotstudie an 5 Probanden wurde mit Hilfe eines externen Systems - in Echtzeit - das Verhalten eines solchen Steuerungssystemes erfolgreich getestet.


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Tue Feb 11 17:18:46 2003