Simultane optische und elektrische Charakterisierung von Herzgewebe mit akuten Ablationsnarben
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Forschungsprojektes war die verbesserte Überwachung von akuten Ablationsläsionen durch die quantitative sowie qualitative Bewertung der intrakardialen Elektrogramme (IEGM), die während der klinischen Radiofrequenzablation (RFA) Prozedur minimal-invasiv gemessen werden. Die charakteristischen Veränderungen der IEGMe sollen zur robusteren Beurteilung der räumlichen Ausdehnung punktförmiger und komplexer Ablationsläsionen, der Kontinuität linearer Läsionen sowie der potentiellen Revitalisierung von Ablationszonen verwendet werden. Die Identifizierung neuer IEGM Kriterien bietet die Möglichkeit sowohl zusammenhängende als auch dauerhafte Ablationsläsionen zu erzeugen, die zum Erfolg der RFA Therapie beitragen können. Ex vivo Studie. Der in diesem Projekt entwickelte Messaufbau, der fluoreszenz-optische und elektrische Messtechniken kombiniert, bietet die Möglichkeit, die grundlegenden Auswirkungen der Katheterablation auf die kardiale Elektrophysiologie im mikroskopischen und makroskopischen Maßstab unter definierten Laborbedingungen zu untersuchen. Akute, punktförmige Ablationsläsionen oder überlappende Ablationspunkte wurden sequentiell auf dem Vorhofpräparat eines Rattenherzes gemäß den in klinischen RFA Szenarien üblichen Protokollen erzeugt. Ein neuartiges Multielektrodenarray (MEA) wurde entwickelt und patentiert, um die Veränderungen unipolarer Elektrogramme (EGMe) zu untersuchen, die in unmittelbarer Nähe einer anwachsenden Ablationsläsion simultan aufgenommen wurden. Die Analyse der fluoreszenz-optischen Messdaten, die vor, während und nach ex vivo RFA Sequenzen aufgezeichnet wurden, ermöglichte es, das Wachstum von Ablationsläsionen ohne histologische Untersuchungen zu detektieren. Die Experimente zeigten auf, dass die Amplitudenmerkmale der unipolaren EGMe, die um die Ablationsläsion aufgenommen wurden, dazu genutzt werden können wachsende, irreversible Ablationsläsionen präzise vom gesunden Myokard abzugrenzen. Neue Ablationskatheter, die mit solch einem miniaturisierten MEA ausgestattet sind, können die Beurteilung komplexerer Ablationsläsionen deutlich verbessern, z.B. zum Nachweis kontinuierlicher Blocklinien oder temporärer Leitungslücken. Das temporäre Verhalten reversibler Ablationsläsionen konnte nicht in den ex vivo Experimenten detailliert charakterisiert werden. In silico Studie. Ein bestehendes Läsionsmodell wurde kontinuierlich weiterentwickelt, um die Veränderungen der simulierten IEGMe für unterschiedliche Ablationsszenarien detailliert zu untersuchen. Die IEGMe von einem 8F Ablationskatheter können nicht zur Evaluierung komplexer Ablationsmuster verwendet werden. In diesem Teilprojekt wurde deutlich, dass miniaturisierte Elektroden im Ablationskatheter erforderlich sind, um die Beurteilung von Ablationsläsionen mit unterschiedlichen Geometrien direkt nach der Ablation zu verbessern und zusätzlich auch diskontinuierliche, lineare Läsionen zu detektieren. Zukünftig kann dieses Simulationstool zur Entwicklung und Evaluierung neuer Typen von Ablationskathetern für verschiedene Ablationsszenarien verwendet werden. In vivo Studie. In einem neuartigen, klinischen Protokoll wurde der diagnostische Mehrwert von hochauflösenden Mappingkathetern zur Charakterisierung akuter Ablationsläsionen und deren zeitlichen Verhaltens untersucht. Die retrospektive Analyse dreier klinischer Fälle bestätigte, dass mithilfe dieses Katheters die präzise Bewertung der räumlichen Ausdehnung der Läsionszone unter Berücksichtigung mehrerer IEGMe entlang vordefinierter Pfade möglich ist. Nach einer Wartezeit von mindestens 35 min hatten sich die Ablationsläsionen aufgrund temporärer, hyperthermischer Effekte deutlich erholt. Daraus ist die Schlussfolgerung zu ziehen, dass die Überwachungszeit während der klinischen Intervention verlängert werden solte, um reversible Läsionsbereiche bereits während des Eingriffes zu identifizieren und erneut zu behandeln. Anwendung. Ein Computermodell einer Ablationsläsion wurde weiterentwickelt, um den potentiellen diagnostischen Mehrwert neuer Ablationskatheter in silico zu evaluieren. Mit Hilfe neuer Ablationskatheter, an deren Katheterspitze ein miniaturisiertes MEA integriert ist, lässt sich das Narbenmonitoring während der RFA Prozedur weiter optimieren. Durch die Beurteilung der unipolaren IEGM Parameter können transmurale, irreversible Ablationsläsionen präzise beschrieben werden. Während der klinischen RFA Prozedur sollte ein längerer Beobachtungsszeitraum, z.B. eine minimale Wartezeit von 35 min, eingeführt werden, um reversible und irreversible Läsionsbereiche eindeutig zu identifizieren. Die detaillierte Analyse der IEGM Parameter kann somit zukünftig eine noch wichtigere Rolle bei der Läsionsbewertung während der klinischen RFA Prozedur einnehmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Ablationskatheter mit integriertem Multielektrodenarray“, DE 102016011799.0
K. Naib; S. Pollnow; T. Rajabi; R. Ahrens; A. Guber; O. Dössel
- „Integration of a semi-automatic in-vitro RFA procedure into an experimental setup“, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 2, pp. 77–81, 2016
S. Pollnow; L.-M. Busch; E. M. Wülfers; R. Arnold; O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2016-0020) - „Investigating radiofrequency ablation lesions within an in-vitro setup using electrophysiological data“, Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik, vol. 60(S1), 2016
K. Naib; S. Pollnow; T. Rajabi; R. Ahrens; A. Guber; O. Dössel
- „Simulation of intracardiac electrograms around acute ablation lesions“, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 2, pp. 607–610, 2016
J. Greiner; S. Pollnow; S. Schuler; G. Lenis; G. Seemann; O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2016-0134) - „3D reconstruction of ablation lesions from in-vitro preparations using MRI“, Current Directions in Biomedical Engineering “, vol. 3, pp. 437–440, 2017
S. Pollnow; A. Noshadi; M. Kircher; G. Guthausen; T. Oerther; O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0183) - „Assessment of local high-density mapping for the analysis of radiofrequency ablation lesions in the left atrium“, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 3, pp. 109–112, 2017
M. Stritt; T. Oesterlein; S. Pollnow; A. Luik; C. Schmitt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0176) - „Automatic feature extraction algorithms for the assessment of in-vitro electrical recordings of rat myocardium with ablation lesions“, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 3, pp. 249–252, 2017
C. Gross; S. Pollnow; O. Dössel; G. Lenis
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0179) - „Hyperthermia dependence of cardiac conduction velocity in rat myocardium: Optical mapping and cardiac near field measurements“, 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) 2017, pp. 3688–3691, 2017
S. Pollnow; R. Arnold; M. Werber; O. Dössel; G. Seemann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/embc.2017.8037658) - „Mini Electrodes on Ablation Catheters: Valuable Addition or Redundant Information? - Insights from a Computational Study“, Computational and Mathematical Methods in Medicine, vol. 2017, Article ID 1686290, 13 pp, 2017
S. Pollnow; J. Greiner; T. Oesterlein; E. M. Wülfers; A. Loewe; O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1155/2017/1686290) - „An Adaptive Spatiotemporal Gaussian Filter for Processing Cardiac Optical Mapping Data“, Computers in Biology and Medicine, vol. 102, pp. 267–277, 2018
S. Pollnow; N. Pilia; G. Schwaderlapp; A. Loewe; O. Dössel; G. Lenis
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2018.05.029) - „High-density mapping reveals short-term reversibility of atrial ablation lesions“, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 4, pp. 385–388, 2018
O. Huhn; S. Pollnow; L. Unger; O. Dössel; T. Oesterlein; A. Luik; C. Schmitt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0092) - „Monitoring the Dynamics of Acute Radiofrequency Ablation Lesion Formation in Thin-Walled Atria - A Simultaneous Optical and Electrical Mapping Study“
S. Pollnow; G. Schwaderlapp; A. Loewe; O. Dössel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/bmt-2019-0013)
