Nicht-invasive Bildgebung der Aktivierungssequenzen und des Substrates für ventrikuläre Tachykardien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ventrikuläre Tachykardien sind eine signifikante Ursache für Morbidität und Mortalität bei Patienten mit struktureller Herzerkrankung und führen unbehandelt zum plötzlichen Herztod. Implantierbare Defibrillatoren sind eine wichtige Therapiesäule sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärprävention bei betroffenen Patienten. Die andere wichtige Therapiesäule kommt der kathetergeführten Radiofrequenzablation von Herzrhythmusstörungen zu. Hierbei werden invasiv, über einen Gefäßzugang oder über eine perkutane Punktion des Perikardraums, erkrankte Abschnitte des Endokards oder Epikards untersucht und mittels Radiofrequenzenergie verödet (Ablation). Ein entscheidender Nachteil dieser Methode ist, dass die Zuordnung („Mapping“) der Ursprungsorte von ventrikulären Tachykardien erst während der Prozedur ermittelt werden kann. Erkenntnisse über die Entstehungsorte und Verlaufspfade („critical isthmus“) von ventrikulären Tachykardien verbessern die prozedurale Planung, verkürzen die Untersuchungsdauer und steigern die Sicherheit und die Effizienz der Ablation. Die nicht-invasive elektrokardiografische Bildgebung ist dabei ein neuartiges klinisches Instrument zur Darstellung von Herzrhythmusstörungen und ihrer Urspungsorte. Durch Erfassung unipolarer Körperoberflächenpotentiale und ihrer räumlichen Zuordnung anhand computer-tomographischer Bildgebung des Herzens kann eine epikardiale Hülle zur Darstellung berechneter Elektrogramme (ECGI) erstellt werden. Die Berechnung erfolgt unter anderem durch Lösung des inversen Problems und ermöglicht die Berechnung der Aktivierungszeiten und -orte aus einem einzigen Herzschlag. Diese Studie beschäftigte sich mit der Untersuchung des Übereinstimmungsgrades von Ergebnissen invasiv ermittelter VT-Ursprungsorte und den Daten berechneter ECGI-Elektrogramme erhoben durch ein non-invasives Mapping. Untersucht wurden prospektiv 19 Patienten, die sich aufgrund symptomatischer ventrikulärer Tachykardie einer Katheterablation unterzogen haben. Davon konnte bei 9 Patienten eine ventrikuläre Tachykardie induziert und aktiv untersucht und abgebildet werden (Mapping). Am Ende jedoch waren es jedoch nur 6 Patienten mit einem vollständigen Datensatz bestehend aus CTA, EAM und ECGI, die in die finale Auswertung einbezogen wurden. Als besonders schwierig erwies sich, dass es sich hierbei um ein ausgeprägt krankes Patientenkollektiv gehandelt hat mit einer Mortalität von rund 40% nach einem Jahr. Die Komorbiditäten (Niereninsuffizienz, Herzinsuffizienz, etc.) haben sich ungünstig auf die notwendigen Begleituntersuchungen (Kontrastmittel-CT, prolongiertes Aktivierungsmapping während VT, etc.) ausgewirkt. Anhand der rund 6 vollständigen Datensätze konnte jedoch bei 5/6 Patienten gezeigt werden, dass die non-invasiv ermittelten und berechneten Entstehungsorte der ventrikulären Tachykardie gut mit den Ergebnissen der invasiv ermittelten („wahren“) Ursprungsorte korrelieren. Nur bei einem untersuchten Patienten lag die Schätzung falsch. Somit konnte an einer kleinen Fallzahl demonstriert werden, dass das non-invasive ECGI Mapping eine sinnvolle Ergänzung zur invasiven elektrophysiologischen Untersuchung darstellt, diese jedoch nicht ersetzen kann. Die Resultate des ECGI-Mappings können jedoch dazu helfen, die logistische Vorbereitung (endokardial vs. epikardial, bzw. rechter vs. linker Ventrikel) zu optimieren und diese zu verbessern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Delay-Based Regularization for ECG Imaging of Transmembrane Voltages,” in Computing in Cardiology, Sept. 2019, vol. 46
S. Schuler, D. Potyagaylo, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.22489/CinC.2019.375) - ECG Imaging of Simulated Atrial Fibrillation: Imposing Epi-Endocardial Similarity Facilitates the Reconstruction of Transmembrane Voltages,” in Computing in Cardiology, Sept. 2017, vol. 44
S. Schuler, D. Potyagaylo, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.22489/CinC.2017.245-303 ) - “Electrocardiographic Imaging Using a Spatio- Temporal Basis of Body Surface Potentials – Application to Atrial Ectopic Activity,” Frontiers in Physiology, vol. 9:1126, Aug. 2018
S. Schuler, A. Wachter, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01126 ) - “Forcing Transmembrane Voltages to Decrease Slowly: A Temporal Regularization for ECG Imaging,” in Computing in Cardiology, Sept. 2018, vol. 45
S. Schuler, A. Loewe, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.22489/CinC.2018.324 ) - “Spatial Downsampling of Surface Sources in the Forward Problem of Electrocardiography,” in Functional Imaging and Modeling of the Heart, June 2019, vol. 11504, pp. 29–36
S. Schuler, J. D. Tate, T. F. Oostendorp, R. S. MacLeod, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-030-21949-9_4 ) - “Using a Spatio-Temporal Basis for ECG Imaging of Ventricular Pacings: Insights from Simulations and First Application to Clinical Data,” in 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), July 2019, pp. 1559–1562
S. Schuler, D. Potyagaylo, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/EMBC.2019.8857537 ) - Reducing Line-ofblock Artifacts in Cardiac Activation Maps Estimated Using ECG Imaging: A Comparison of Source Models and Estimation Methods
S. Schuler, M. Schaufelberger, L. R. Bear, J. A. Bergquist, M. J. M. Cluitmans, J. Coll-Font, Ö. N. Onak, B. Zenger, A. Loewe, R. S. MacLeod, D. H. Brooks, and O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TBME.2021.3135154) - “Cobiveco: Consistent biventricular coordinates for precise and intuitive description of position in the heart – with MATLAB implementation,” Medical Image Analysis
S. Schuler, N. Pilia, D. Potyagaylo, and A. Loewe
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.media.2021.102247)
