Innovatives Langzeit-Speiseröhren-EKG

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Innovatives Langzeit-Speiseröhren-EKG
Langzeit-EKG-Rekorder:
Konventioneller EKG-Rekorder, welcher das EKG-Signal
mittels Hautelektroden
registriert (oben).
Langzeit-SpeiseröhrenEKG-Rekorder (unten).
Beide Geräte wurden mit
einem unterschiedlichen
Massstab aufgenommen,
vgl. dazu die 1-Euro-Münze
Foto: Adrian Zurbuchen
(ARTORG)
Herzrhythmusstörungen werden mittels Elektrokardiogramm (EKG) diagnostiziert. Oft sind
dabei EKG-Aufnahmen über viele Tage notwendig. Die Aufzeichnungsqualität ist häufig
mangelhaft und die Patienten sind durch die Untersuchung beeinträchtigt. Ingenieure entwickeln in Zusammenarbeit mit Ärzten daher eine Technik zur verbesserten EKG-Diagnostik:
das Langzeit-Speiseröhren-EKG.
Dr. med. Andreas Häberlin
Assistenzarzt Kardiologie/Elektrophysiologie,
Inselspital Bern & ARTORG Cardiovascular
Engineering, Universität Bern
Foto: Adrian Zurbuchen (ARTORG)
In der Schweiz leiden zehntausende Menschen an Herzrhythmusstörungen (sog. Arrhythmien). Die Betroffenen verspüren die Rhythmusstörungen allerdings häufig nicht, zumal diese oft nur kurzzeitig auftreten und dann wieder
verschwinden. Dennoch können solche Arrhythmien – quasi
aus heiterem Himmel – schwerwiegende Komplikationen
wie z. B. Hirnschläge zur Folge haben. Der rechtzeitigen und
korrekten Diagnose von Herzrhythmusstörungen kommt somit grosse Bedeutung zu.
Zur Suche und Diagnose von Arrhythmien wird üblicherweise ein sogenanntes Langzeit-Elektrokardiogramm
(EKG) aufgezeichnet. Dabei werden an der Hautoberfläche
des Patienten Elektroden angebracht. Der daran angeschlossene EKG-Rekorder (Abb. «Langzeit-EKG-Rekorder», oben) registriert die elektrischen Signale des Herzens
während mehreren Tagen. Das EKG wird anschliessend
auf das Vorhandensein von relevanten Arrhythmien untersucht – soweit die Theorie. In der Praxis sind die EKG-Signale (insbesondere die Vorhofssignale) häufig von schlechter Qualität und die Patienten durch Hautirritationen
aufgrund der Hautelektroden beeinträchtigt.
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Einzigartige interdisziplinäre Kooperation
Um die genannten Nachteile der konventionellen LangzeitEKG-Aufzeichnung zu vermeiden, waren Ärzte der Abteilung für Kardiologie des Inselspitals Bern auf der Suche
nach einer Alternative. In enger Zusammenarbeit mit dem
Institute for Human Centered Engineering (HuCE) und dem
ARTORG Center for Cardiovascular Engineering der Universität Bern wurden die Voraussetzungen zur Aufzeichnung eines Langzeit-Speiseröhren-EKGs geschaffen. Bei
dieser Technik wird die elektrische Herzaktivität mittels eines dünnen, in der Speiseröhre eingelegten Katheters aufgezeichnet. Die Speiseröhre liegt unmittelbar hinter dem
linken Herzvorhof, welcher bezüglich Arrhythmie-Diagnostik speziell interessant ist. Durch die räumliche Nähe von
Herz und Elektroden können hervorragende Signale aufgezeichnet werden (Abb. «EKG-Signale», oben). Die Patienten
empfinden die EKG-Registrierung in der Speiseröhre nach
einer kurzen Angewöhnungszeit dabei nicht als störend
oder unangenehm.
Technisch innovativer Ansatz
Die medizinischen Anforderungen an ein Langzeit-Speiseröhren-EKG-Aufzeichnungssystem sind sehr hoch. Der
Patientenkomfort ist zentral, gleichzeitig soll eine hervorragende Aufzeichnungsqualität erzielt werden. Die am
Projekt beteiligten Ingenieure und Ärzte streben daher
eine höchstmögliche Miniaturisierung des ganzen Rekorders an. In Hinblick darauf müssen z. B. die gespeicherte
Datenmenge, wie auch der Energieverbrauch der benötigten Elektronik möglichst gering gehalten werden. Dazu
werden innovative Lösungsansätze wie das «Sub-Nyquist
Sampling» verfolgt und eine ultra-low-power Chip-Technologie aus der Uhrenindustrie angewendet. Die aufge-
Das Projektteam
v.l.n.r.:
Marcel Jacomet,
Josef Goette,
Andreas Häberlin,
Lukas Bösch,
Thomas Niederhauser,
Sandro Burn, Thanks
Marisa, Andreas
Habegger, Michael
Nydegger;
abwesend: Rolf Vogel
Foto: BFH-TI
zeichneten EKG-Signale müssen anschliessend in digitaler Form auf einem leistungsstarken PC verarbeitet, d. h.
gefiltert und vorklassifiziert werden. Letztlich sollen die
EKG-Daten dem Arzt in einer übersichtlichen Form präsentiert werden, die eine rasche Interpretation ermöglicht.
Der im Hinblick auf erste klinische Studien entwickelte
Prototyp des Rekorders (Abb. «Langzeit-EKG-Rekorder»,
unten) erfüllt die gestellten Anforderungen bereits zu einem grossen Teil. Allerdings ist der hinter dem Ohr getragene Rekorder noch relativ gross und die Aufzeichnungsdauer auf wenige Tage limitiert.
Ausblick
Durch die enge Kooperation von Ärzten und Ingenieuren
konnten zentrale Aspekte der Langzeit-Speiseröhren-Elektrokardiografie untersucht werden. Das Langzeit-Speiseröhren-EKG ermöglichte bereits bei mehreren Patienten die
Diagnose von relevanten Herzrhythmusstörungen, was
mittels der konventionellen Technik nicht gelang. Durch die
enge Zusammenarbeit zwischen dem Institut HuCE - microLab und dem ARTORG verfügen die Ärzte am Inselspital
nun über weltweit einzigartige Erfahrung und Möglichkeiten bezüglich Arrhythmiediagnostik mittels Langzeit-Speiseröhren-EKG. Die vielversprechenden klinischen Resultate, wie auch die gute Patientenakzeptanz, haben die
Projektpartner dazu bewogen, den innovativen Ansatz dieser Technik weiterzuverfolgen. In naher Zukunft soll die Miniaturisierung des Systems weiter vorangetrieben und im
Rahmen einer klinischen Studie evaluiert werden. Ziel ist
die komplette Integration der Energieversorgung und der
Elektronikkomponenten in den dünnen Speiseröhren-Katheter. Dieser soll von aussen nicht sichtbar sein und vom
Patienten während mehreren Wochen getragen werden
können. Dies würde eine qualitativ hochstehende Langzeit-EKG-Registrierung bei guter Patiententoleranz ermöglichen und so ernsthaften Konsequenzen von Rhythmusstörungen vorbeugen – zum Wohle des Patienten. Kontakt:
> [email protected]
> Infos: huce.ti.bfh.ch/microlab
EKG-Signale: Simultan
aufgezeichnetes Speiseröhren-EKG (oben) und
konventionelles Langzeit-EKG
(unten). Das Vorhofssignal ist
aufgrund seiner grösseren
Amplitude im SpeiseröhrenEKG wesentlich einfacher zu
erkennen.
Quelle: Klinik für Kardiologie,
Inselspital
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