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

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Gliederung Gliederung • Wiederholung • Erregungsausbreitung – Zellulärer Automat – Mono-/Bidomain-Modell – Unidirektionaler Block – Afterdepolarisations – Ablösen an Hindernissen

• EKG – Motivation – Ableitverfahren – Pathologien – Messverstärker

• Zusammenfassung

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Motivation Motivation Zusammenhang • Erregungsausbreitung im Herzen • Kraftentwicklung • Pumpfunktion

Zusammenhang • Erregungsausbreitung • Oberflächenpotentialen

Messung von Elektrokardiogrammen • invasiv / nichtinvasiv • intra- / extrakorporal • Diagnose / Komponente von Therapiesystemen (Schrittmacher, Defibrillator) Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

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Elektrische Elektrische Erregung Erregung im im Herzen Herzen

AV: atrioventrikulär Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

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Potentialfeld Potentialfeld auf auf Körperoberfläche Körperoberfläche

Änderung von Transmembranspannungen von Myozyten durch elektrische Erregung elektrische Quellen

-3 -3

-4 -

Stromfluß im Körper Zeitlich/räumlich variante Potentiale im Körper/auf Körperoberfläche

-2

-2 -1 0 1

++ 3

Äquipotentiallinien -1 0 1 2

2

Spannungsmesser

(Idee: Bidomain-Modell)

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Mastertitelformat Einthovenbearbeiten Mastertitelformat Einthoven-Ableitungen Ableitungen bearbeiten

Ableitung I

rechter Arm -

Ableitung II

Ableitung III

rechtes Bein + (Referenz) Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

+ linker - Arm

linkes + Bein

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Erregungsausbreitung Erregungsausbreitung im im Herzens Herzens und und EKG EKG RA (-)

RA (-)

RA (-)

II II

R

P

P LF(+)

P LF(+)

Q

II

II R

R

T

P

P

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LF(+)

Q

RA (-)

RA (-)

QS

II

LF(+)

QS

LF(+)

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Zeiten Zeiten im im EKG EKG Vorhof Ventrikel P PQ QRS ST U/mV < 0,11 < 0,1 1 R 0,75

T

U

T

U

0,5 0,25

P

0 - 0,25

Q S

0 0,18 - 0,2 Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

0,28-0,43 0,11 - 0,16

0,5

t/s

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GoldbergerGoldberger-Ableitungen Ableitungen

RA

LA aVR

RA

RA aVL

R/2

R

R/2

aVF

R R

+

+ -

LA

R/2

R RF

RF

LF R

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LF

R

+

LF

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Wilson-Ableitungen Wilson-Ableitungen Medio- Axillarlinie klavikularlinie

V2 V1

V3 V5 V6 V4

V9 V8 V7 V6 V1

V3 V5 V2

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V4

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Kleines Kleines Herzdreieck Herzdreieck nach nachNehb Nehb

D oder ND (Nehb dorsal): rechter Sternalrand 2. Rippe-linke Axillarlinie, Apexhöhe 1

2

3

A oder NA (Nehb anterior): rechter Sternalrand 2.Rippe-linker Apexbereich

2 D 1

A

I

I oder NI (Nehb inferior): linke Axillarlinie auf Apexhöhe -Apex

3

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Vergleich Vergleichder derAbleitungen Ableitungen

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Vektorkardiodiagramm Vektorkardiodiagramm

sagitta

l

frontal z P

QRS P

x

P

QRS

QRS

y

P

QRS

horizontal

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Intrakorporale IntrakorporaleMessung: Messung: Ösophagus-Ableitung Ösophagus-Ableitung

R/3 VOE

R re. A

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R li. A

R li. F

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Vergleich VergleichEinthoven EinthovenIIund undHis-Bündel-Ableitung His-Bündel-Ableitung

R P A´

II Q

S V

A´

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A

H HBE

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Endokardiale EndokardialeMessung Messung mit mit Multikanalkatheter Multikanalkatheter Φ e [mV ]

Φ e: Extrazelluläres Potential gemessen am Endokard

Atriale Aktivität

Ventrikuläre Aktivität

t Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

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EKG-Diagnostik EKG-Diagnostik

Klassifikation der Störung

Blöcke

Frequenzzuordnungen

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• • • •

Nomotope Störungen Sinuatriale Leitungsstörungen Atrioventrikuläre Leitungsstörungen Heterotope Störungen

• • •

Grad: Verzögerung Grad: temporäre Verzögerung/Ausfall Grad: Ausfall

• • •

Tachykardie Bradykardie Arrhythmie

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Nomotope NomotopeRhythmusstörungen Rhythmusstörungen

Sinustachykardie (>100 Schläge/min)

Sinusbradykardie ( 120 Schläge/min) Kammerflimmern Chaotische ventrikuläre Erregungsverteilung. Breiter, unregelmäßiger QRSKomplex

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Linksschenkelblock Linksschenkelblock

Linker Tawara-Schenkel

His-Bündel AV Knoten

2

3

4 1 2

Rechter Tawara-Schenkel

3 4 1

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Rechtsschenkelblock Rechtsschenkelblock

His-Bündel AV Knoten

Linker Tawara-Schenkel

Rechter Tawara-Schenkel 2

1 2 3

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1 3

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Schaltung Schaltung eines einesEKG-Verstärkers EKG-Verstärkers

Überspannungs- Tiefpaß schutznetzwerk fo = 280 Hz 12 kΩ 47 nF

U1 D1

D2

10 MΩ

Impedanzwandler

Differenzverstärker

+ v=3 +OP1 22 kΩ

v=3

Bandpaß fB = 0,16 Hz - 234 Hz

5,1 MΩ

12 kΩ 20 kΩ

D3 U2

10 MΩ 47 nF

12 kΩ

v = 232

33 kΩ

1 kΩ

D4

Verstärker

-

22 kΩ

12 kΩ

10 µF

22 kΩ

OP3 +

1 kΩ

OP2 +

0,68 µF 100 kΩ

D5 D6

OP4 + 22 kΩ

33 kΩ

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Schaltung Schaltung eines einesEKG EKG -- Verstärkers Verstärkers Zuleitung Elektrode rechter Arm Schirm Zuleitung Elektrode rechter Fuß

- 100 nF +

15 kΩ 390 kΩ 390 kΩ

+

+ -22 kΩ +

560 Ω 220 Ω 560 Ω

3,9 MΩ

5 kΩ 18 kΩ

+OP2 -

Zuleitung Elektrode linker Arm 22 kΩ 22 kΩ 22 kΩ

+

4,7 MΩ 1 kΩ

1 µF

10 µF

22 kΩ

100 kΩ

+

18 kΩ 5 kΩ

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22 kΩ

Ausgang zur Auswertung und Anzeige

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Endokardiale EndokardialeMessungen Messungen mit mitEnsite-System Ensite-System Komponenten: • Elektrophysiologie Workstation • Galvanisch entkoppelte Messverstärkereinheit • Ballon-Katheter, 9F • kontaktfrei • 64 Elektroden • in Kavität entfaltet • maximaler Durchmesser: 1.8 cm • Länge: 4.5 cm • Volumen: 7.5 ml Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

}

Ballon

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

http://www.endocardial.com Institut für Biomedizinische Technik Universität Karlsruhe

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Zusammenfassung Zusammenfassung

• Wiederholung • Erregungsausbreitung – Zellulärer Automat – Mono-/Bidomain-Modell – Unidirektionaler Block – Afterdepolarisations – Ablösen an Hindernissen

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