Kardiale Elektrophysiologie und elektrische Signalanalyse

Unser wissenschaftlicher Fokus

Ziel der Arbeitsgruppe ist ein besseres Verständnis der gesunden und pathologischen kardialen Elektrophysiologie durch elektrische Signale. Der Fokus bildet die atriale elektrische Aktivität mit dem Schwerpunkt supraventrikuläre Tachykardien insbesondere Vorhofflimmern und atriale Kardiomyopathie.

Arbeitsgruppenleiter

Priv.-Doz. Dr. med. Matthias Zink
Facharzt für Innere Medizin – Kardiologie, Spezielle Rhythmologie (DGK) für invasive Elektrophysiologie und aktive Herzrhythmusimplantate
EHRA - European Cardiac Device Specialist (Level II)
mzinkukaachende

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Judith Berbers
Assistenzärztin
Schwerpunkt: NIDSA Fragebogen
jberbersukaachende

Mostafa-Mahdi Emrani
Assistenzarzt
Schwerpunkt: Vorhofflimmerscreening
memraniukaachende

Noah Fantazi
Student der Humanmedizin
Schwerpunkte: NIDSA – Hochauflösende EKGs, Vorhofflimmerablation
noah.fantazirwth-aachende

Christoph Weiss, MSc.
Elektrotechnik
Schwerpunkt: NIDSA - Hochauflösende EKGs
cweissukaachende

Yasemin Yilmaz
Assistenzärztin
Schwerpunkt: Atriale Kardiomyopathie
yyilmazukaachende
 

EK 092/21
CTC-A-Nr: 21-083

Für die Diagnostik supraventrikulärer Herzrhytmusstörungen ist das 12-Kanal EKG der Goldstandard. Eine exakte Darstellung des Tachykardiemechanismus gelingt in vielen Fällen allerdings erst durch eine invasive elektrophysiologische Untersuchung. Wenn durch einliegende Elektrodenkatheter die elektrische atriale und ventrikuläre Aktivität getrennt betrachtet und in Kontext zueinander gesetzt werden kann. Auch akute Effekte der Ablationsbehandlung auf die elektrische Aktivität des Herzens können mit der Auflösung eines Standard 12-Kanal EKGs nicht dargestellt werden. Ein hochauflösendes signalgemitteltes EKG, ermöglicht nicht-invasiv subtile elektrokardiographische Veränderungen zu visualisieren und somit bestehende diagnostische Möglichkeiten entscheidend zu erweitern.

Das Projekt unterteilt sich in zwei Arbeitspakete:


WP1: Durch hochauflösende signalgemittelte EKGs soll eine verbesserte Darstellung der atrialen elektrischen Aktivität ermöglicht werden.

Die Signalanalyse wird in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik (MedIT) am Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen durchgeführt (Dr. Markus Lüken, Christoph Weiss).



WP2 A: Die Veränderung der elektrischen Aktivität durch eine Katheterablation soll durch ein hochauflösendes signalgemitteltes EKG visualisiert werden und in Kontext zu dem klinischen Outcome gesetzt werden.

 

Abbildung: Dargestellt sind signalgemittelte P-Wellen aufgezeichnet mit einem hochauflösendem EKG (beispielhaft sind 3 Ableitungen aus dem 12-Kanal EKG III, aVF und V6 und 2 zusätzliche Ableitungen an Stellen auf der Körperoberfläche in der Nähe des linken Atriums dargestellt A1 und A3). In diesem Beispiel sieht man, wie die ursprüngliche atriale elektrische Aktivität (schwarze Linie) sich unmittelbar postoperativ nach der Ablation verändert hat (rote Linie). Die Veränderung bleibt bei diesem Patienten stabil über einen Kontrollzeitraum von 3 Monaten (grüne Linie) (noch nicht publizierte Daten).



WP2 B: Ein weiterer Aspekt der nicht Nicht-Invasive Differenzierung Supraventrikulärer TachyArrhythmien ist die Entwicklung eines Fragebogens.

Die nicht-invasive Differenzierung supraventrikulärer Tachyarrhythmien ist aufgrund der Überlappung der Symptome und EKG-Muster oft schwierig. Ziel dieses Projekts ist es, Triggerfaktoren und Symptomen supraventrikulärer Tachyarrhythmien zu evaluieren. Alle konsekutiven Patienten, die zur Ablation einer supraventrikulären Arrhythmie überwiesen werden, werden eingeladen an der Studie teilzunehmen. Falls der Proband zustimmt  und geeignet für die Studie ist, wird vor der Ablation ein strukturierter Fragebogen zu Triggerfaktoren und Symptomen sowie zwei validierte Fragebögen zu supraventrikulären Tachyarrhythmien (5Q-3L und ASTA) beantwortet. Bei jedem teilnehmenden Probanden wird eine elektrophysiologische Untersuchung durchgeführt.

Die Arbeitsgruppe ist Projektpartner des Horizon 2020 Projekts: AFFECT-EU. Das Projekt "DIGITAL, RISK-BASED SCREENING FOR ATRIAL FIBRILLATION IN THE EUROPEAN COMMUNITY" ist ein von der EU finanziertes Konsortium mit 25 Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Ziel des Projektes AFFECT-EU ist die Entwicklung eines risikobasierten, präzisen und einsatzbereiten Screening-Algorithmus für Vorhofflimmern unter Verwendung digitaler Geräte zur Früherkennung von Vorhofflimmern in der Bevölkerung. Es soll ein risikobasiertes Vorhofflimmer-Screening-Konzept erstellt werden und die Überlegenheit des Vorhofflimmer-Screenings mit einer robusten Screening-Strategie in der Bevölkerung im Hinblick auf die Senkung der mit Vorhofflimmern verbundenen Morbidität und Mortalität zu belegen.

Die Arbeitsgruppe stellt hierzu Daten aus dem AF-STROKE Projekt zur Verfügung bei dem 7295 Kunden in Aachener Apotheken mittels eines einminütigen Screenings auf Vorhofflimmern untersucht und für ein Jahr nachverfolgt wurden. In diesem Projekt konnte neben 256 neudiagnostizierten Vorhofflimmerpatienten erstmals gezeigt werden, dass Patienten mit diesem bisher unbekanntem Risiko ein vergleichbares eingeschränktes Überleben und ein erhöhte Anzahl Krankenhausbehandlungen aus kardiovaskulären Gründen im Vergleich zu Probanden ohne Vorhofflimmern hatten.

Eine weitere Analyse bezieht sich auf das Behandlungspfad der Probanden nach dem initialen Screening. Hier wird untersucht wie die diagnostische und therapeutische Adhärenz der betroffenen Vorhofflimmerpatienten nach der Untersuchung war.

Es erfolgt eine retrospektive Aufarbeitung der Vorhofflimmerablationen seit 2019. Ziel ist eine bessere Charakterisierung der dem Vorhofflimmern zugrundeliegenden atrialen Kardiomyopathie durch elektische Signalanalyse, Bildgebung und Biomarker.

  • Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik (MedIT) am Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen

    Der Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik (MedIT) beschäftigt sich speziell mit wissenschaftlichen Fragestellungen in den Bereichen „Personal Health Care“ und „Automatisierungstechnik in der Medizin“ und ist Teil der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der RWTH Aachen. Dazu zählen beispielsweise die automatisierte Detektion von Falschalarmen auf der ICU sowie die Klassifikation kardialer Pathologien anhand eines 12-Kanal EKGs mittels maschinellen Lernens. Aufgrund der Implementierung neuartiger, unauffälliger Messmodalitäten, wie das kapazitive EKG (cECG), die Magnetische Induktionsmessung (MI) oder die Ballistokardiographie (BCG), ist die Entwicklung innovativer, speziell angepasster Algorithmen von zentraler Bedeutung in den meisten Projekten des MedITs.  Im Projekt NIDSA übernimmt das MedIT die medizinische Signalverarbeitung, um eine Analysesoftware für TachyArrhythmien zu entwickeln.

Ausgewählte Publikationen:

  • Braun, C; Zink, MD; Gozdowsky, S et al. A Longer Tpeak-Tend Interval Is Associated with a Higher Risk of Death: A Meta-Analysis. Journal of Clinical Medicine.     2023;12(3)992
  • Pradhan, K; Niehues, P; Neupane, B; […] Zink, MD et al.; MicroRNA-21 mediated cross-talk between cardiomyocytes and fibroblasts in patients with atrial fibrillation. Frontiers in Cardiovascular Medicine 2023 (10)
  • Schnabel, R; […], Zink MD et al.; Early diagnosis and better rhythm management to improve outcomes in patients with atrial fibrillation: the 8th AFNET/EHRA consensus conference. Europace.2023;25(1)6-27
  • Zink, MD; Laureanti, Rita; Hermans, Ben JM; et al.; Extended ECG improves classification of paroxysmal and persistent atrial fibrillation based on P-and f-waves. Frontiers in physiology. 2022; 200
  • Zink, MD; Eberhardt, F; Napp, A; Gramlich, M; Detektion von Vorhofflimmern mit Wearables. Kardiologie up2date 2022;18(2)129-149
  • Zink, MD; Häusler, KG; Schotten, U; Kirchhof, P; Antikoagulation bei linksatrialer Katheter Ablation. Nervenheilkunde. 2022;41(6)405-410
  • Zink MD, Mischke KG, Keszei AP, Rummey C, Freedman B, Neumann G, Tolksdorf A, Frank F, Wienströer J, Kuth N. Screen-detected atrial fibrillation predicts mortality in elderly subjects. EP Europace. 2021;23(1):29-38.
  • Hermans BJ*, Zink MD* (contributed equally), van Rosmalen F, Crijns HJ, Vernooy K, Postema P, Pison L, Schotten U, Delhaas T. Pulmonary vein isolation in a real-world population does not influence QTc interval. EP Europace. 2021;23(Supplement_1):i48-i54.
  • Zink MD*, Stunder D* (contributed equally), Theiler T, Kraus T, Marx N, and Napp A. In Vivo Study of Electromagnetic Interference with Cardiac Contractility Modulation Devices at Power Frequency. JAHA 2021;10(17):e019171
  • Zink MD, König F, Weyer S, Willmes K, Leonhardt S, Marx N, Napp A. Segmental Bioelectrical Impedance Spectroscopy to Monitor Fluid Status in Heart Failure. Sci Rep. 2020;10(1):3577.
  • Zink MD, Chua W, Zeemering S, di Biase L, Antoni BdL, David C, Hindricks G, Haeusler KG, Al-Khalidi HR, Piccini JP, Mont L, Nielsen JC, Escobar LA, de Bono J, Van Gelder IC, de Potter T, Scherr D, Themistocklakis S, Todd D, Kirchhof P, and Schotten U. Predictors of recurrence of atrial fibrillation within the first 3 months after ablation. EP Europace. 2020;22(9):1337-44.
  • Zink MD, Zeemering S, Gilbers M, Pison L, Schotten U, editors. The Signal Averaged P-Wave is Able to Indicate the Clinical State of Atrial Fibrillation Disease. 2018 Computing in Cardiology (CinC); 2018: IEEE.
  • Bidar E, Zeemering S, Gilbers M, Isaacs A, Verheule S, Zink MD, Maesen B, Bramer S, Kawczynski M, Van Gelder IC, Crijns HJGM, Maessen JG and Schotten U. Clinical and electrophysiological predictors of device-detected new onset atrial fibrillation during three years after cardiac surgery. EP Europace, 2021;23(12):1922-1930. EUPC-D-20-01627R2
  • Zink MD, Napp A, Gramlich M. Experience in screening for atrial fibrillation and monitoring arrhythmia using a single-lead ECG stick. Herzschrittmachertherapie+ Elektrophysiologie. 2020:1-8.
  • Conte G, Caputo ML, Volders PG, Luca A, Mainardi L, Schotten U, Corino VD, Regoli F, Zeemering S, Zink M, Yaszdani S, Kappenberger L, Moccetti T, Vesin JM, Auricchio A. Concealed abnormal atrial phenotype in patients with Brugada syndrome and no history of atrial fibrillation. International journal of cardiology. 2018;253:66-70.
  • Zink MD, Marx N, Crijns H, Schotten U. Opportunities and challenges of large-scale screening for atrial fibrillation. Herzschrittmacherther Elektrophysiol. 2018.(1):57-61
  • Zink MD, Brüser C, Stüben B-O, Napp A, Stöhr R, Leonhardt S, Marx N, Mischke K, Schulz JB, Schiefer J. Unobtrusive nocturnal heartbeat monitoring by a ballistocardiographic sensor in patients with sleep disordered breathing. Scientific reports. 2017;7(1):1-13.
  • Seckler T, Stunder D, Schikowsky C, Joosten S, Zink MD, Kraus T, Marx N, Napp A. Effect of lead position and orientation on electromagnetic interference in patients with bipolar cardiovascular implantable electronic devices. EP Europace. 2017;19(2):319-28.
  • Stunder D, Seckler T, Joosten S, Zink MD, Driessen S, Kraus T, Marx N, Napp A. In vivo study of electromagnetic interference with pacemakers caused by everyday electric and magnetic fields. Circulation. 2017;135(9):907-9.
  • Zink MD, Weyer S, Pauly K, Napp A, Dreher M, Leonhardt S, Marx N, Schauerte P, Mischke K. Feasibility of bioelectrical impedance spectroscopy measurement before and after thoracentesis. Biomed Res Int. 2015;2015:810797.
  • Zink MD, Brüser C, Winnersbach P, Napp A, Leonhardt S, Marx N, Schauerte P, Mischke K. Heartbeat cycle length detection by a ballistocardiographic sensor in atrial fibrillation and sinus rhythm. BioMed research international. 2015;2015.
  • Napp A, Joosten S, Stunder D, Knackstedt C, Zink M, Bellmann B, Marx N, Schauerte P, Silny J. Electromagnetic interference with implantable cardioverter-defibrillators at power frequency: an in vivo study. Circulation. 2014;129(4):441-50.
  • Rana OR, Saygili E, Gemein C, Zink MD, Buhr A, Saygili E, Mischke K, Nolte KW, Weis J, Weber C. Chronic electrical neuronal stimulation increases cardiac parasympathetic tone by eliciting neurotrophic effects. Circulation research. 2011;108(10):1209-19.
  • Saygili E, Kluttig R, Rana OR, Saygili E, Gemein C, Zink MD, Rackauskas G, Weis J, Schwinger RH, Marx N. Age-related regional differences in cardiac nerve growth factor expression. Age. 2012;34(3):659-67.
  • Rana OR, Schröder JW, Kühnen JS, Saygili E, Gemein C, Zink MD, Schauerte P, Schiefer J, Schwinger RH, Weis J. The Modified Glasgow Outcome Score for the prediction of outcome in patients after cardiac arrest: a prospective clinical proof of concept study. Clinical Research in Cardiology. 2012;101(7):533-43.
  • Saygili E, Rana OR, Günzel C, Rackauskas G, Saygili E, Noor-Ebad F, Gemein C, Zink MD, Schwinger RH, Mischke K. Rate and irregularity of electrical activation during atrial fibrillation affect myocardial NGF expression via different signalling routes. Cellular signalling. 2012;24(1):99-105.

  • Emrani M, Mischke K, Keszei A, Rummey C, Freedman B, Marx N, Zink MD. Short-term diagnostic adherence in patients with screen-detected atrial fibrillation in public pharmacies. DGK Herztage 2022

For a complete reference list please see PubMed* Link

  • AFFECT-EU – EU-Funding Horizon 2020 (European Commision registration no. 847770)
  • Nicht-invasive Differenzierung Supraventrikulärer Tachyarrhythmien „NIDSA“, START-Funding RWTH Aachen, Germany IRB CTC-A 21-083
  • Noah Fantazi, Kaltenbach-Doktorandenstipendium der Deutschen Herzstiftung e.V.

03.02.2023:
Verleihung des Kaltenbach-Doktorandenstipendiums der Deutschen Herzstiftung e.V. an den Doktoranden Noah Fantazi