Wie wirkt sich ein vergrößerter linker Vorhof auf das Elektrokardiogramm (EKG) aus? Sollte es gelingen, in Zukunft linksatriale Vergrößerungen zuverlässig mit Hilfe des EKG zu erkennen, wäre eine kostengünstige Alternative gegenüber aufwendigen bildgebenden Verfahren gefunden, um einen wichtigen Risikofaktor für Vorhofflimmern zu identifizieren. Um diese Frage zu beantworten, haben Forscher des IBT virtuelle Kopien des linken Vorhofs vergrößert und anschließend die EKGs in einem Computermodell simuliert. Dadurch konnte gezeigt werden, wie sich verschiedene Formen und Stufen einer linksatrialen Vergrößerung auf das EKG auswirken und anhand welcher Merkmale sie möglicherweise in klinischer Praxis zu detektieren sind. Ein besonders interessantes Ergebnis ist, dass der klinisch häufig verwendete Marker „PTF-V1“ eher Anzeichen für eine verdickte Vorhofwand als für einen vergrößerten Vorhof ist.

In diesem Jahr wurde die Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Technik (DGBMT) in Aachen ausgetragen.
Unter den vielen wissenschaftlichen Beiträgen war das IBT in diesem Jahr mit 16 Beiträgen vertreten und gehörte damit zu den stärksten Gruppen. Darüber hinaus belegten Armin Müller und Tamara Wirth den 7. und den 8. Platz beim Studentenwettbewerb der DGBMT.

Die IBT Wissenschaftler Axel Loewe und Olaf Dössel haben gemeinsam mit klinischen Partnern des Universitäts-Herzzentrums Freiburg-Bad Krozingen den Preis für Patientensicherheit (2. Platz) gewonnen. Die prämierte Arbeit führt zwei neue EKG-basierte Verfahren zur unmittelbaren Beurteilung des Erfolgs der Katheterablation zur Beendigung von Perimitralflattern ein. Perimitralflattern ist eine Herzrhythmusstörung der Vorhöfe, die besonders häufig infolge von Ablation von Vorhofflimmern auftritt. Die Methoden wurden mittels medizintechnischer Simulationen gründlich evaluiert und im Rahmen einer klinischen Studie mit Validierungskohorte erprobt. Zukünftig können sie in den Standardnutzungsprozess der medizintechnischen Mappingsysteme integriert werden. Die vorgeschlagenen Größen zur unmittelbaren Beurteilung des Ablationserfolgs haben das Potential die Patientensicherheit maßgeblich durch eine Verkürzung der invasiven Prozedurzeit sowie eine Steigerung der Erfolgsrate und der damit einhergehenden Senkung der Zahl von Folgeeingriffen zu erhöhen.

Wissenschaftler der IBT haben mit drei Beiträgen bei der CinC Konferenz in Maastricht, Holland teilgenommen. Das Poster zum Thema "Electro-Mechanical Delay in the Human Heart: A Study on a Simple Geometry" hat einen Preis gewonnen. Zusätzlich waren Mitglieder des Instituts bei der Organisation und Durchführung des Internationalen Konsortiums zum Thema Inverse Probleme involviert.

Jede elektrische Erregungsausbreitung im Herzen erzeugt ein charakteristisches zeitlich-räumliches Muster von Potentialen an der Körperoberfläche.
Am IBT wurde nun eine Methode zur EKG-Bildgebung entwickelt, welche diesen zeitlich-räumlichen Zusammenhang ausnutzt, indem gemessene Oberflächenpotentiale als Überlagerung grundlegender Potentialmuster dargestellt werden, zu welchen das zugehörige Erregungsmuster bekannt ist. Die neuartige Methode wurde in der Fachzeitschrift „Frontiers in Physiology“ veröffentlicht.
Es konnte gezeigt werden, dass der Ursprung simulierter Extrasystolen in den Vorhöfen robuster und genauer aus verrauschten Messdaten rekonstruiert werden kann als mit einer verbreiteten Vergleichsmethode.

Wir begrüßen Herrn Luca Azzolin als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter am Institut für Biomedizinische Technik, der seine Arbeit am 1. Juli 2018 begonnen hat. Im Rahmen des MY-ATRIA Innovative Training Network (ITN), gefördert durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm der Europäischen Kommission (Horizont 2020), wird Herr Azzolin in der Modellierungsgruppe des IBT an einem integrierten und personalisierten Computermodell der Atrien für die effiziente Ablationstherapie arbeiten. Die erwarteten finalen Ergebnisse sollen für Kardiolegen ein hilfreiches Werkzeug bei der Vorhersage von Ablationsresultaten sein.

Herr Azzolin absolvierte sein Bachelor- und Masterstudium der Ingenieurswissenschaften und Computational Science am Polytechnikum Mailand. Seine Forschungsschwerpunkte lagen im Bereich elektromechanischer Modellierung und Computersimulationen der menschlichen Ventrikel.

Wir begrüßen Herrn Giorgio Luongo als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter am Institut für Biomedizinische Technik, der seine Arbeit am 1. Juli 2018 begonnen hat. Im Rahmen des MY-ATRIA Innovative Training Network (ITN), gefördert durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm der Europäischen Kommission (Horizont 2020), wird Herr Luongo mit der Biosignalgruppe des IBT den Zusammenhang zwischen den Erregungsmustern während Sinusrhythmus, Vorhofflattern, Vorhofflimmern und den dazu korrepondierenden 12-Kanal EKGs bzw. gemessenen Körperoberflächenpotentialen (BSPMs) untersuchen. In diesem Zusammenhang soll analysiert werden, wie die Erregungsmuster zuverlässig detektiert, identifiziert und lokalisiert werden können.

Herr Luongo absolvierte sein Bachelor- und Masterstudium in Klinischer Technik und Biomedizinischer Technik an der Universität Rom "La Sapienza". Seine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Implementierung eines regularisierten Klassifikators basierend auf evozierten EEG-Signalen und der Implementierung einer asynchronen Steuerung für Brain-Computer-Interface-Systeme.

Im Rahmen des Internationalen Medizintechnik Workshops der Hochschulgruppe EESTEC veranstaltete das IBT am 21.06. einen Workshop zum Thema „Technik im Krankenhaus“. Dabei konnten die interessierten Studenten aus verschiedenen Ländern Europas verschiedene Messverfahren von Vitalparametern kennenlernen und selbst ausprobieren. Bei den Messverfahren handelte es sich um etablierte Verfahren, wie dem Elektrokardiogramm, als auch um neuere Technologien wie zum Beispiel dem Lungenmonitoring mit Hilfe der Elektrischen Impedanz Tomographie (EIT).

Forscher des IBT haben eine neue Methode zur Analyse fluoreszenz-optischer Messdaten von Herzgewebe in der Fachzeitschrift „Computers in Biology and Medicine“ veröffentlicht. Hierbei wird ein adaptiver, räumlich-zeitlicher Gauss-Filter zur Verarbeitung der verrauschten Messdaten entsprechend der Signalcharakteristik optischer Aktionspotentiale vorgestellt. Das entwickelte  Filterkonzept übertrifft die Performance standardisierter Filtermethoden bei sehr niedrigen SNRs und stellt damit ein optimales Tool zur effektiven Analyse fluoreszenz-optischer Messdaten dar.

Am vergangenen Donnerstag besuchten Mitarbeiter des IBT zusammen mit Kollegen des IANM das Herzkatheterlabor des Städtischen Klinikums Karlsruhe. Dr. Armin Luik und Prof. Dr. Claus Schmitt gewährten uns einen Einblick in das Labor für Elektrophysiologische Untersuchungen und machten uns auf wissenschaftliche Fragestellungen aufmerksam, die für unsere gemeinsamen Projekte von Bedeutung sind.

Werner Nahm im Interview mit medizin&technik zu Thema optische Technologien in der Medizin.

Gustavo Lenis ist einer der Ausgezeichneten des 10. KIT-Doktorandenpreises. Mit diesem Preis würdigt das KIT herausragende Promovierte und unterstreicht den hohen Stellenwert des wissenschaftlichen Nachwuchses. Seine Promotion spiegelt das große Spektrum der Forschungsmöglichkeiten am KIT wieder und soll ein Vorbild für andere sein.

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Herrn Mark Nothstein zum 1. Januar 2017 als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter. Herr Mark Nothstein beschäftigt sich mit der Charakterisierung des elektrophysiologischen Substrats bei Patienten mit Vorhofflimmern. Die bisher klinisch verwendete Einteilung der Vorhofflimmerstadien ist eine rein symptombasierte Klassifikation die nach aktuellen Studien nicht mit der am Patienten vorliegenden Vorhofflimmerbelastung korreliert. Im klinischen Alltag dominiert diese Einteilung weiterhin und spielt eine wesentliche Rolle bei der individuellen Therapieplanung. Da die Erfolgsraten einer Normalisierung des Herzrhythmus abhängig sind vom individuellen Krankheitsstadium, wäre eine Einteilung wichtig, die mit dem Schweregrad der elektrophysiologischen Veränderung korreliert, um so die aktuell begrenzten VHF-Therapieerfolgsraten zu verbessern.

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Frau Ekaterina Kovacheva zum 1. November 2017 als neue wissenschaftliche Mitarbeiterin. In der Arbeitsgruppe Herzmodellierung  beschäftigt sich Ekaterina Kovacheva mit der Weiterentwicklung der vorhandenen Modelle von Teilkomponenten des Herzens sowie dessen zusammenführen. Bisher wurden die elektrophysiologische Erregungsausbreitung, die elastomechanische Kontraktion, die Fluiddynamik und der Kreislauf, der an das Herz gekoppelt ist, weitgehend getrennt modelliert. Nun sollen die einzelnen mathematischen Modelle miteinander wechselwirken – wie im realen Herzen.

Axel Loewe vom IBT war eingeladen einen Vortrag beim 9."TRM Forum on the Computer Simulation of Cardiac Function“ zu halten. Die Konferenz versammelt weltweit führende Experten der Computermodellierung, der experimentellen Untersuchung und der klinischen Forschung im Bereich Herzrhythmusstörungen. Wir haben zum diesjährigen Motto „From Model to Clinical Outcome“ beigetragen indem wir Arbeiten vorgestellt haben, die Computermodelle nutzen, um diagnostische und therapeutische Konzepte zu validieren. Im Speziellen waren dies neuartige Mappingkatheter mit integrierten Minielektroden und aus dem EKG abgeleitete Größen zur Schätzung von anatomischen Eigenschaften des linken Vorhofs.

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Frau Laura Anna Unger zum 1. Oktober 2017 als neue wissenschaftliche Mitarbeiterin. In der Arbeitsgruppe Biosignale beschäftigt sich Laura Unger mit der Analyse intraatrialer Signale in enger Kooperation mit Elektrophysiologen aus der klinischen Praxis. Neue Methoden im Bereich der Diagnostik und Therapie von atrialen Tachykardien wie Vorhofflimmern und Vorhofflattern stehen dabei im Vordergrund.

Laura Unger absolvierte ihr Bachelor- und Masterstudium in Elektrotechnik und Informationstechnik am KIT. Schon während ihrer Abschlussarbeiten und hilfswissenschaftlichen Tätigkeit am IBT machte sich Laura Unger mit der Modellierung und Verarbeitung von intraatrialen Signalen vertraut.

Mitarbeiter des IBT waren mit insgesamt 8 Beiträgen an der internationalen Konferenz CinC in Rennes, Frankreich vertreten. Dabei wurden die wissenschaftlichen Beiträge des IBT auch ausgezeichnet: Zum einen erreichte die Arbeit „ECG as a tool to estimate potassium and calcium concentrations in the extracellular space“ das Halbfinale des Young Investigator Awards. Außerdem erhielt die Arbeit „An Interactive Virtual Reality Environment for the Analysis of Clinical Atrial Arrhythmias and Ablation Planning“ den Posterpreis. Weiterhin waren Angehörige des Instituts als Session-Leiter und als Organisatoren des Hackathons bzgl. des Inversen Problems involviert.

01.09.2017

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Herrn Tobias Gerach als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter. Im Rahmen des Sonderforschungsbereich 1173: Wellenphänomene, arbeitet Herr Gerach zusammen mit der Arbeitsgruppe Herzmodellierung an der Erforschung von Depolarisationswellen im menschlichen Herzen.

Sein Studium hat Herr Gerach am Karlsruher Institut für Technologie im Fach Geophysik abgeschlossen. In seinen Abschlussarbeiten am Geophysikalischen Institut hat er die Ausbreitung seismischer Wellen in der Erde erforscht. Der Schwerpunkt seiner Forschungsarbeit war die Simulation seismischer Wellen und die Inversion vollständiger, seismischer Wellenfelder im maritimen Umfeld.

Während der Radiofrequenzablation führt eine lokale Hyperthermie zu reversiblen und irreversiblen elektrophysiologischen Veränderungen des Herzmuskels. In einer kürzlich veröffentlichten in-vitro Studie wurden die Veränderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Herzgewebe von Ratten bei hyperthermischen Bedingungen durch die Kombination fluoreszenz-optischer sowie elektrischer Techniken untersucht. Die Erkenntnisse dieser Studie können zur Weiterentwicklung von Computermodellen mit Ablationsläsionen genutzt werden.

01.07.2017

In der kommenden Ausgabe der "Zeitschrift für Medizinische Physik“ erscheint ein Übersichtsartikel zum Thema „Computermodelle des menschlichen Herzens“ von Olaf Dössel und Axel Loewe vom IBT. Der Artikel der Rubrik „Forum" fasst den Stand der Technik bezüglich der Modellierung der kardialen Elektrophysiologie, der Elastomechanik, der Fluiddynamik und des Kreislaufsystems zusammen. Sowohl Potential als auch Herausforderungen dieses komplementären Forschungsansatzes werden diskutiert.

Am 27. April fand der Girls’ Day 2017 statt.  Auch das IBT wollte den Mädchen aus der fünften bis zwölften Klasse das Thema Medizintechnik näher bringen. 19 Mädchen meldeten sich für unseren angebotenen Workshop “Technik im Krankenhaus – Herz- und Lungenaktivität sichtbar machen“ an. Inhalte des Workshops waren die elektrische Impedanztomographie, Photoplethysmographie und die Elektrokardiographie. Die kurzen, ins Thema einführenden, Vorträge und die anschließenden Versuche, wurden sehr positiv aufgenommen. Die aktive Teilnahme der Besucherinnen  an den in den Vortrag eingebauten Fragen und auch bei den Experimenten machten den Workshop zu einem für alle sehr spaßigem Event. Wir danken den Organisatoren, Helfern, Teilnehmern herzlich für ihr Engagement und freuen uns auf den nächsten Girls’ Day 2018!

Das sogenannte ST-Segment im EKG spielt eine entscheidende Rolle bei der Diagnose von Myokardinfarkten. In einer kürzlich erschienenen Publikation des IBT wurde der Einfluss von verschiedenen Filterungsmethoden auf das ST-Segment untersucht. Realistische simulierte EKGs mit akuten Myokardinfarkt und überlagertem bekanntem Rauschen wurden zur Auswertung herangezogen. Es zeigte sich, dass bekannte Methoden zur Filterung das ST-Segment vereinzelt im Vergleich zum ungefilterten rauschfreien EKG so weit verändern können, dass die diagnostische Aussage dadurch verfälscht werden könnte.

Basket-Katheter ermöglichen die simultane Erfassung intrakardialer Aktivität aus dem gesamten Vorhof. Die korrekte Auswertung der gewonnen Daten stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da die Herzerregung als zeitlich-räumlicher Prozess interpretiert werden muss. In unserer open-access Publikation „Basket-Type Catheters: Diagnostic Pitfalls caused by Deformation and Limited Coverage“ haben wir sowohl in-silico als auch klinische Daten quantitativ analysiert. Die Ergebnisse betonen, dass neben den aufgenommenen Elektrogrammen auch die Position der Elektroden berücksichtigt werden muss um eine korrekte Diagnose zu erzielen.

28. September 2016
Prof. Olaf Dössel hält einen der Plenarvorträge beim International Scientifc Workshop des IHU-Liryc in Bordeaux: "Simulated and measured atrial electrograms - what can we learn from a critical comparison?“ L’institut de rhytmologie et modélisation cardiaque hat sich zum Ziel gesetzt elektrophysiologische Erkrankungen des Herzens zu erforschen und wird von Prof. Michel Haissaguerre geleitet.

26. August 2016
Im Rahmen des Workshop der Cardiac Physiome Society in Seoul, Korea präsentierte Axel Loewe Forschungsergebnisse des IBTs. Sein Beitrag "P-wave terminal force is affected by site of earliest right atrial activation“ wurde als einer von 22 wissenschaftlichen Vorträgen ausgewählt. [Mehr]