Herzweste erstellt detaillierte Karte der elektrischen Aktivität des Herzens – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/cardiac-vest-creates-detailed-map-of-the-hearts-electrical-activity-physics-world-4.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/cardiac-vest-creates-detailed-map-of-the-hearts-electrical-activity-physics-world-4.jpg" data-caption="Kostengünstiges Screening-Tool Die am UCL entwickelte ECGI-Weste, getragen von einem Medizinstudenten. (Mit freundlicher Genehmigung: UCL Institute of Cardiocular Science/James Tye)“>

Eine wiederverwendbare Weste, die hochauflösende Karten der elektrischen Aktivität des Herzens erstellt, könnte dabei helfen, Menschen zu identifizieren, bei denen das Risiko eines plötzlichen Herztodes besteht. Entwickelt von einem Team unter der Leitung des University College London (UCL) kombiniert die Weste die von ihren 256 Sensoren aufgezeichneten elektrischen Daten mit detaillierten MR-Bildern von Herzstrukturen, um Echtzeitkarten der Herzaktivierungs- und Erholungsmuster zu erstellen.

Weltweit gibt es jedes Jahr 4–5 Millionen Fälle von plötzlichem Herztod, die meisten davon werden durch Herzrhythmusstörungen verursacht. Implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren, die den Herzrhythmus überwachen und ihn bei Bedarf wieder in einen normalen Rhythmus versetzen, können Leben retten. Ein implantiertes Gerät birgt jedoch seine eigenen Risiken. Daher ist es wichtig herauszufinden, wie sich eine bestimmte Herzstrukturanomalie auf das Risiko eines plötzlichen Herztodes auswirken kann.

Obwohl eine detaillierte elektrophysiologische Kartierung dieses Risiko quantifizieren kann, sind solche Verfahren zeitaufwändig, kostspielig und oft sehr invasiv. Stattdessen schlagen die Forscher den Einsatz der elektrokardiographischen Bildgebung (ECGI) vor – einer nicht-invasiven Technik, die Herz- und Rumpfgeometrie mit Körperoberflächenpotentialen kombiniert, die von mehreren Elektroden aufgezeichnet werden. Da das ECGI eine hohe Auflösung hat und die Anatomie korrigiert, können damit informationsreiche elektrische Phänomene erkannt werden, die einem herkömmlichen 12-Kanal-EKG entgehen würden.

„Das EKG sammelt nur Signale von 12 begrenzten Punkten auf der Herzoberfläche – das reicht nicht aus, um eine 3D-Karte des gesamten elektrischen Datenflusses durch das Herz zu erstellen“, erklärt der Entwickler der Weste Gabriella Captur. „Um eine solche Karte zu erstellen, benötigt man eine dichte und hochauflösende Datenerfassungsmethode wie ECGI. Beim ECGI haben wir 256 Ableitungen auf der Vorder- und Rückseite und verarbeiten diese, um 1000 einzelne Knoten über jedem Herzen zu erhalten.“

„Das 12-Kanal-EKG ist, als würde man mit bloßem Auge in den Nachthimmel schauen“, erzählt Captur Physik-Welt. „Die ECGI-Weste ist, als würde man mit dem James-Webb-Teleskop in den Weltraum blicken, wenn plötzlich das ganze Universum voller Sterne ist.“

Im Gegensatz zu früheren ECGI-Ansätzen, bei denen CT zur anatomischen Bildgebung eingesetzt wurde, nutzt die neue Weste strahlungsfreie kardiovaskuläre Magnetresonanz (CMR), um Daten zur Herzstruktur und -funktion zu liefern.

„MRT ist der ‚Rolls Royce‘ der Herzbildgebung. Es sagt uns, welche Abschnitte der Herzmuskelwand, wenn überhaupt, abgestorben, vernarbt, entzündet, geschwächt oder verletzt sind“, sagt Captur. „Zum ersten Mal können wir genau sagen, wie sich diese Veränderungen in der Herzmuskelwand auf die Elektrik des Herzens auswirken, mit offensichtlichen Vorteilen hinsichtlich der Vorhersage der Wahrscheinlichkeit gefährlicher Herzrhythmen oder des Ansprechens auf eine Therapie.“

Testen Sie die Weste

Die ECGI-Weste, beschrieben im Zeitschrift für kardiovaskuläre Magnetresonanzist ein Baumwollkleidungsstück, das mit 256 textilbasierten Trockenelektroden (2 × 2 cm) bestickt ist und in jeder Elektrode einen Graphit-Schnappstecker zum Anschluss der EKG-Ableitung aufweist. Da trockene Elektroden anstelle von Metallelektroden verwendet werden, die eine Gelschicht auf der Haut erfordern, ist die Weste (abzüglich der EKG-Ableitungen) vollständig waschbar und wiederverwendbar – ein kostengünstiges Screening-Tool.

Zur EKG-Datenerfassung wird die Elektrodenweste um die Brust des Patienten befestigt und darüber eine aufblasbare Weste getragen, um den Kontakt zwischen Haut und Elektrode zu maximieren. Die Körperoberflächenpotentiale werden 5 Minuten lang aufgezeichnet. Anschließend wird die Elektrodenweste für die CMR-Untersuchung gegen eine „Spiegelweste“ ausgetauscht. Diese Spiegelweste, bei der jede Elektrode durch einen CMR-sicheren Referenzmarker ersetzt wird, vermeidet die Notwendigkeit, alle 256 EKG-Ableitungen nach jeder Aufzeichnung zu trennen, und rationalisiert so den Prozess. Der CMR-Scan wird dann mit einem 3T- oder 1.5T-MRT-System durchgeführt.

Die Forscher testeten dieselbe wiederverwendbare Weste an 77 Teilnehmern, darunter 27 junge gesunde Freiwillige und 50 ältere Personen. Alle ECGI-Aufzeichnungen verliefen ohne Komplikationen und dauerten pro Teilnehmer weniger als 10 Minuten.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/cardiac-vest-team.jpg" data-caption="ECGI-Team Forscher und Mitarbeiter, die an der Entwicklung und Verwendung der ECGI-Weste beteiligt sind. (Mit freundlicher Genehmigung: UCL Institute of Cardiocular Science/James Tye)“ title=“Klicken Sie hier, um das Bild im Popup zu öffnen“ href=“https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/cardiac-vest-team. jpg“>

Nach der Datenerfassung rekonstruierte das Team epikardiale Elektrogramme und nutzte diese zur Berechnung lokaler elektrophysiologischer Parameter, einschließlich Herzaktivierungszeit, Repolarisationszeit und Aktivierungserholungsintervalle. Die gesamte Nachbearbeitung – einschließlich der Segmentierung der Herz-Rumpf-Geometrien aus dem CMR-Scan, der Signalmittelung und der Rekonstruktion epikardialer Karten – dauerte etwa 15 Minuten pro Teilnehmer.

Die Forscher führten Variabilitätsstudien an 20 Teilnehmern durch, bei denen alle Schritte in der Nachbearbeitungspipeline wiederholt wurden. Der CMR-ECGI-Workflow zeigte eine hervorragende Reproduzierbarkeit mit geringer Intra- und Inter-Beobachter-Variabilität der gemessenen ECGI-Parameter. Das Team untersuchte außerdem die Scan-/Rescan-Variabilität bei acht Teilnehmern, indem es die ECGI-Aufzeichnung und den CMR-Scan mindestens drei Monate nach den ursprünglichen Messungen wiederholte und dabei eine hohe Wiederholbarkeit beobachtete.

Die Westenmessungen zeigten Unterschiede zwischen jungen und älteren Teilnehmern, wobei elektrophysiologische Parameter wie Repolarisationszeit und Aktivierungserholungsintervall bei der älteren Gruppe im Vergleich zur jüngeren Gruppe verlängert waren. Das Team geht davon aus, dass dies auf altersbedingte Veränderungen in den Ionenkanälen des Herzens und im Umgang mit Kalzium zurückzuführen sein könnte, die die Dauer des Aktionspotentials und die Erholung verändern würden.

Das tragbare EKG ermöglicht eine kontinuierliche Herzüberwachung

Mittlerweile wurde die ECGI-Weste bei 800 Patienten eingesetzt, derzeit setzt das Team sie bei Menschen mit Herzmuskelerkrankungen ein. „Wir verwenden diese Weste, um die Herzen von Patienten mit hypertropher Kardiomyopathie (verdicktem Herzmuskel) zu untersuchen, um zu verstehen, ob die ECGI-Signatur diejenigen identifizieren kann, die die Genmutation tragen, bevor die Verdickung beginnt, und um zu sehen, ob die ECGI-Signatur das Risiko eines plötzlichen Herzschlags vorhersagen kann.“ Tod“, sagt Captur.

„Wir verwenden die Weste auch im Ruhezustand und während des Trainings, um die Herzen von Patienten mit schwachem Herzen (dilatative Kardiomyopathie) zu untersuchen, um herauszufinden, ob eine Narbe in einem bestimmten Abschnitt der Herzmuskelwand das Risiko eines Herzstillstands erhöht.“

Captur hat die Weste in den USA patentieren lassen und arbeitet mit ihr zusammen g.tec Medizintechnik, das den Prototyp erstellt hat und nun die Weste herstellt, damit andere Forschungszentren sie kaufen und verwenden können.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/cardiac-vest-creates-detailed-map-of-the-hearts-electrical-activity/