Methodik
Unter Einsatz eines Mikrocontrollers war eine elektronische Schaltung zu entwerfen, mit der es möglich ist, die mittels einer ventrikulä-ren Elektrode abgeleiteten rechtsventrikuläventrikulä-ren Herzaktionen zu erfassen, um daraufhin nach einer einstellbaren Verzögerungszeit über eine atriale Elektrode atriale Stimuli abzugeben.
Der Entwurf dieser Schaltung sollte zunächst auf einem Steckbrett in freier Verdrahtung er-folgen (Abb. 2).
In den Aufbau zu integrieren war ein TFT-Display zur Darstellung des Echtzeit-EKGs und aller relevanter Stimulations- und Geräte-parameter (Abb. 3).
Der Akkumulatorbetrieb des Musters machte eine Ladeelektronik mit Batterieüber-wachung erforderlich. Nach erfolgreichem Abschluss verschiedener in-vitro-Tests am Herzrhythmussimulator waren schließlich eine Leiterplatte für SMD-Bestückung und ein dazu passendes Gerätegehäuse zu realisieren.
Abb. 1:
Die konventionelle AVT-Stimulation ist realisierbar, indem die postoperativ zugänglichen atrialen und ventrikulären Herzdräh-te vertauscht an einen herkömmlichen exHerzdräh-ternen Herzschrittma-cher (hier PACE 300, Osypka Medical, Berlin) angeschlossen werden
Abb. 2:
Laboraufbau der Schaltung des externen AVT-Stimulators während der in vitro Simulationen am Herzrhythmus- simulator InterSim II
Abb. 3:
TFT-Display mit Angaben zum Ladezustand und der Batterie-spannung, dem Echtzeit-EKG mit ventrikulären Sensing- (VS) und atrialen Pacingmarkern (AP) sowie Angaben zur atrialen Stimulationsamplitude, der vom Arzt eingestellten AV-Zeit und der Herzschlag-Periodendauer
102 I forschung im fokus 2017 I IAF Hochschule Offenburg
Diskussion
Das entwickelte Labormuster des exter-nen AVT-Stimulators soll die Handhabung der AVT-Stimulation deutlich vereinfachen.
Sein spezieller Zuschnitt auf die Behandlung junktionaler ektoper Tachykardien macht das vertauschte Anschließen der Herzdrähte ent-behrlich. Weiterhin entfällt die komplexe Ag-gregatprogrammierung, da der Arzt nur noch das unter der tachykarden Herzfrequenz güns-tigste AV-Intervall und gegebenenfalls die Sti-mulationsamplitude vorzuwählen hat.
Durch das integrierte Farbdisplay wird dem Arzt ein Echtzeit-EKG mit ventrikulären Sensing- (VS) und atrialen Stimulationsmar-kern (AP) bereitgestellt. Es beinhaltet darüber hinaus alle relevanten Stimulations- und Ge-räteparameter. Eine zusätzlich programmierte Schutzfunktion verhindert zudem Stimulatio-nen mit Frequenzen über 270 bpm, was den Patient vor einer Auslösung anderer Arrhyth-mien schützen soll.
POI – Peter Osypka Institute for Pacing and Ablation
Ergebnisse
Der nach den genannten Vorgaben realisier-te Laboraufbau des exrealisier-ternen AVT-Stimulators konnte anhand verschiedener in-vitro-Simula-tionen am Herzrhythmussimulator InterSim II erfolgreich getestet werden. Eine Sicherheits-funktion begrenzt die AVT-Stimulation auf Fre-quenzen zwischen 120 und 270 bpm. In diesem Bereich funktionierte das Labormuster zuver-lässig und löste insbesondere selbst keine Ar-rhythmien aus.
Die Abbildung 4 demonstriert das Elektro-kardiogramm der Ableitung I simultan zum rechtsatrialen Elektrogramm während einer simulierten junktionalen ektopen Tachykardie von 170 bpm. Der obere EKG-Streifen zeigt zu-nächst die unbehandelte JET mit der typischen AV-Dissoziation, bei der Atrium und Ventrikel unkoordiniert kontrahieren. Nach dem Ein-schalten des Geräts erfolgt unter der Program-mierung eines hämodynamisch optimalen AV-Intervalls (im Beispiel 100 ms) im unteren EKG-Streifen eine kammersynchrone Vorhof-stimulation, die die AV-Dissoziation aufhebt.
Jeder tachykarden Ventrikelkontraktion geht nun eine atriale Kontraktion voraus.
Die erfolgreichen in-vitro-Tests des Labor-musters erforderten Überlegungen nach einem geeignet gestalteten Gerätegehäuse. Diese mündeten in der CAD-Realisierung eines mit auf nur drei Bedienelementen beschränkten kleinen Handheld-Geräts (Abb. 5).
Abb. 4:
Oben: Oberflächen-EKG der Ableitung I und rechtsatriales Elektrogramm einer simu-lierten junktionalen ektopen Tachykardie mit ausgeprägter AV-Dissoziation
Unten: Aufhebung der AV- Dissoziation durch kammer- synchrone Vorhofstimulation (AVT-Stimulation) bei einem eingestellten AV-Intervall von 100 ms
Peter Osypka Institute for Pacing and Ablation – POI
Zusammenfassung
Der wesentliche Nutzen der AVT-Stimulation zur Therapie junktionaler ektoper Tachykardien ist die Wiederherstellung einer sequenziellen Vorhof-Kammer-Kontraktion, die die tachykar-diebedingt eingeschränkte Hämodynamik des Herzens durch einen effektiven Beitrag der Vor-höfe verbessert. Dies gelingt derzeit mit einer kompliziert handhabbaren Methode. Bei die-ser werden atriale und ventrikuläre Herzdrähte vertauscht an einen konventionellen externen Doppelkammerschrittmacher angeschlossen und müssen spezielle Einstellungen verschie-dener Parameter vorgenommen werden. Mit dem entworfenen Labormuster eines speziellen externen AVT-Stimuators für die Behandlung junktionaler ektoper Tachykardien bei Babys soll die Handhabung der AVT-Stimulation verein-facht werden. Bei seinem Einsatz entfällt nicht nur das vertauschte Anschließen der Herzdräh-te. Da der Arzt nur das für den individuellen Fall unter der tachykarden Herzfrequenz günstigste AV-Intervall entweder aufgrund hämodyna-mischer Messung oder nach seiner Erfahrung vorzuwählen hat, entfällt auch die komplexe Programmierung.
Im Rahmen der in-vitro-Simulationen am InterSim II konnten mit dem entwickelten La-bormuster des externen AVT-Stimulators keine adversen Effekte beobachtet werden.
Referenzen/References:
[1] Schumacher G, Hess J and Bühlmeyer K (2008) Klinische Kinderkardiologie - Diagnostik und Therapie der angeborenen Herzfehler. Springer Verlag, Heidelberg
[2] Entenmann A and Michel M (2016) Strategies for Temporary Cardiac Pacing in Pediatric Patients with Postoperative Junctional Ectopic Tachycardia. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia 30: 217-221
[3] Haas N A, Plumpton K, Pohlner P et al. (2004) Postoperative junctional ectopic tachycardia (JET). Zeitschrift für Kardiologie 93:
371-380
[4] Kovacikova L, Hakacova N, Dobos D, et al. (2009) Amiodarone as a First-Line Therapy for Postoperative Junctional Ectopic Tachycardia.
Annals of Thoracic Surgery 88: 616-622
[5] Janousek J, Vojtovic P and Gebauer R A (2003) Use of a modified, commercially available temporary pacemaker for R wave synchronized atrial pacing in postoperative junctional ectopic tachycardia. Pacing and clinical electrophysiology 26: 579-586
[6] Till J A and Rowland E (1991) Atrial pacing as an adjunct to the management of post-surgical His bundle tachycardia. British Heart Journal 66: 225-229
Johannes Hörth M. Sc.
jhoerth@stud.hs-offenburg.de Dr. med. Andreas Entenmann, Oberarzt am Dep. für Pädiatrie, Tirol Kliniken, Innsbruck andreas.entenmann@tirol-kliniken.at Benjamin Burg B. Sc.
b.burg@osypka.de
Markus Brudsche M. Sc., Akad. Mitarbeiter markus.brudsche@hs-offenburg.de Corinna Brenner M. Sc., Akad. Mitarbeiter corinna.brenner@hs-offenburg.de Dipl.-Ing. (FH) Tobias Haber, Akad. Mitarbeiter tobias.haber@hs-offenburg.de
Prof. Dr. med. Juraj Melichercik, Leiter Abtlg.
Elektrophysiologie Herzzentrum Lahr/Baden juraj.melichercik@mediclin.de AUTOREN
Prof. Dr. rer. nat. habil. Bruno Ismer Professor an der Hochschule Offenburg und Leiter des Peter Osypka Institute for Pacing and Ablation
bruno.ismer@hs-offenburg.de Abb. 5:
CAD-Realisierung des Gehäuses für das Labormuster des externen AVT-Stimulators mit Farbdisplay und lediglich drei Bedienelementen
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POI – Peter Osypka Institute for Pacing and Ablation
Einleitung
Bei der Hochfrequenz-Katheterablation wird zwischen der meist am Rücken des Patienten an-gebrachten großflächigen Neutralelektrode und der Katheterspitze ein Strom mit einer Frequenz von etwa 500 Kilohertz abgegeben. Die Strom-dichte ist direkt unterhalb der distalen Elektrode des Ablationskatheters am höchsten. Deshalb erwärmt sich dort das Gewebe am stärksten, was schließlich zu einer irreversiblen Denatu-rierung der an der Erkrankung beteiligten Lei-tungsbahnen führt /1/. Durch eine Kühlung der Katheterspitze mit physiologischer Kochsalzlö-sung kann eine höhere Hochfrequenzenergie appliziert werden. Hierdurch können tiefere und größere Gewebeläsionen generiert werden /2/.