Messtechnik und Modellierung in der Kardiologie

Transkript

1 Messtechnik und Modellierung in der Kardiologie Elektrophysiologie EKG-Diagnostik und Messung

2 Gliederung Wiederholung Erregungsausbreitung Zellulärer Automat Mono-/Bidomain-Modell Unidirektionaler Block Afterdepolarisations Ablösen an Hindernissen EKG Motivation Ableitverfahren Pathologien Messverstärker Zusammenfassung Seite 2

3 Motivation Zusammenhang Erregungsausbreitung im Herzen Kraftentwicklung Pumpfunktion Zusammenhang Erregungsausbreitung Oberflächenpotentialen Messung von Elektrokardiogrammen invasiv / nichtinvasiv intra- / extrakorporal Diagnose / Komponente von Therapiesystemen (Schrittmacher, Defibrillator) Seite 3

4 Elektrische Erregung im im Herzen AV: atrioventrikulär Seite 4

5 Potentialfeld auf Körperoberfläche Änderung von Transmembranspannungen von Myozyten durch elektrische Erregung elektrische Quellen Stromfluß im Körper Zeitlich/räumlich variante Potentiale im Körper/auf Körperoberfläche Äquipotentiallinien Spannungsmesser (Idee: Bidomain-Modell) Seite 5

6 Mastertitelformat Einthoven- Ableitungen bearbeiten rechter Arm - Ableitung I linker Arm Ableitung II Ableitung III rechtes Bein + (Referenz) + linkes Bein Seite 6

7 Erregungsausbreitung im im Herzens und EKG RA (-) RA (-) RA (-) II II R II P P P LF(+) Q LF(+) Q LF(+) RA (-) RA (-) R II R II P P T Q S LF(+) Q S LF(+) Seite 7

8 Zeiten im im EKG U/mV 1 0,75 0,5 0,25 0 Vorhof Ventrikel P PQ QRS ST T < 0,11 < 0,1 R P T U U - 0,25 0 0,18-0,2 Q S 0,28-0,43 0,11-0,16 0,5 t/s Seite 8

9 Goldberger- Ableitungen RA LA RA RA LA + - avr R/2 RF R LF R avl LF R/2 + R - R avf RF LF R/2 R - + R Seite 9

10 Wilson-Ableitungen Medioklavikularlinie Axillarlinie V2 V1 V3 V5 V6 V4 V9 V8 V7 V1 V2 V3 V4 V5 V6 Seite 10

11 Kleines Herzdreieck nach Nehb D oder ND (Nehb dorsal): rechter Sternalrand 2. Rippe-linke Axillarlinie, Apexhöhe A oder NA (Nehb anterior): rechter Sternalrand 2.Rippe-linker Apexbereich 1 A D 3 I 2 I oder NI (Nehb inferior): linke Axillarlinie auf Apexhöhe -Apex Seite 11

12 Vergleich der Ableitungen Seite 12

13 Vektorkardiodiagramm sagittal frontal z P P P QRS x QRS QRS y P QRS horizontal Seite 13

14 Intrakorporale Messung: Ösophagus-Ableitung R/3 V OE R R R re. A li. A li. F Seite 14

15 Vergleich Einthoven I I und His-Bündel-Ableitung R A P Q S II A A H V HBE Seite 15

16 Endokardiale Messung mit Multikanalkatheter Φ e : Extrazelluläres Potential gemessen am Endokard Φ e [ mv] Atriale Aktivität Ventrikuläre Aktivität t Seite 16

17 EKG-Diagnostik Klassifikation der Störung Nomotope Störungen Sinuatriale Leitungsstörungen Atrioventrikuläre Leitungsstörungen Heterotope Störungen Blöcke Grad: Verzögerung Grad: temporäre Verzögerung/Ausfall Grad: Ausfall Frequenzzuordnungen Tachykardie Bradykardie Arrhythmie Seite 17

18 Nomotope Rhythmusstörungen Sinustachykardie (>100 Schläge/min) Sinusbradykardie (<60 Schläge/min) Sinusarrhythmie nomotop: den Sinusknoten betreffend Seite 18

19 Sick sinus und wandernder Schrittmacher Sick sinus Retrograde Erregung des Vorhofs Wandernder Schrittmacher Seite 19

20 Sinuatriale Leitungsstörungen Sinusrhythmus 2. Grad Typ I 2. Grad Typ II 3. Grad (AV-Ersatzrhythmus) Seite 20

21 Atrioventrikuläre Leitungsstörungen Sinusrhythmus 1. Grad 2. Grad Typ I 2. Grad Typ II 3. Grad (AV-Ersatzrhythmus) 3. Grad (Tertiärer Ersatzrhythmus) Seite 21

22 Atrioventrikuläre Blöcke Block 1. Grades Verlängerung PQ Block 2. Grades Zeitweise fehlen QRS Komplex und T-Welle QRS, T fehlt QRS, T fehlt Block 3. Grades AV-Ersatzrhythmus Seite 22

23 Heterotope Rhythmusstörungen supraventrikuläre Rhythmusstörungen (oberhalb der Ventrikel) ventrikuläre Extrasystolen supraventrikuläre paroxysmale Tachykardie (in Anfällen auftretend) Ventrikuläre Tachykardie Vorhofflattern Vorhofflimmern Kammerflattern und Kammerflimmern Seite 23

24 Heterotope Rhythmusstörungen im im Vorhof Kreisende Erregung Vorhofflattern Multiple Wellenfronten Vorhofflimmern Seite 24

25 Heterotope Rhythmusstörungen im im Ventrikel Ventrikuläre Extrasystole Hier: Ursprung rechter Ventrikel. RR nach ES ist verlängert. Breiter QRS-Komplex bei ES Kammerflattern Hier: Ursprung rechter Ventrikel Breiter, regelmässiger QRS- Komplex (> 120 Schläge/min) Kammerflimmern Chaotische ventrikuläre Erregungsverteilung. Breiter, unregelmäßiger QRS- Komplex Seite 25

26 Linksschenkelblock His-Bündel Linker Tawara-Schenkel AV Knoten Rechter Tawara-Schenkel Seite 26

27 Rechtsschenkelblock His-Bündel AV Knoten Linker Tawara-Schenkel Rechter Tawara-Schenkel Seite 27

28 Schaltung eines EKG-Verstärkers Differenzverstärker Überspannungsschutznetzwerk 12 kω U 1 U 2 12 kω D 1 D 3 D 2 Tiefpaß fo = 280 Hz 47 nf 10 MΩ D 4 10 MΩ 47 nf OP1-22 kω OP kω v = 3 22 kω 12 kω 12 kω Impedanzwandler v = 3 33 kω - OP3 + 1 kω 33 kω Bandpaß fb = 0,16 Hz Hz 1 kω 10 µf 0,68 µf 100 kω 22 kω D5 D6 Verstärker v = 232 5,1 MΩ - OP kω Seite 28

29 Schaltung eines EKG -- Verstärkers Zuleitung Elektrode rechter Arm Schirm Zuleitung Elektrode rechter Fuß Zuleitung Elektrode linker Arm 15 kω 390 kω 390 kω 22 kω 22 kω 18 kω kω kω nf 1 kω 1 µf 3,9 MΩ µf 22 kω 100 kω kω 560 Ω 220 Ω 560 Ω 5 kω 18 kω OP2 4,7 MΩ kω Ausgang zur Auswertung und Anzeige Seite 29

30 Komponenten: Endokardiale Messungen mit Ensite-System Elektrophysiologie Workstation Galvanisch entkoppelte Messverstärkereinheit Ballon-Katheter, 9F kontaktfrei 64 Elektroden in Kavität entfaltet maximaler Durchmesser: 1.8 cm } Länge: 4.5 cm Ballon Volumen: 7.5 ml Seite 30

31

32 Verarbeitung und Visualisierung von Multikanal-EKG-Daten Seite 32

33 Zusammenfassung Wiederholung Erregungsausbreitung Zellulärer Automat Mono-/Bidomain-Modell Unidirektionaler Block Afterdepolarisations Ablösen an Hindernissen EKG Motivation Ableitverfahren Pathologien Messverstärker Zusammenfassung Seite 33