Abstract:

The Purkinje network plays a major role for realistically simulating the activation sequence of the ventricles. In this work, we describe a method to create an endocardial stimulation profile that describes the location and time instant of ventricular stimulation, thus mimicking the His-Purkinje conduction system. By adapting model parameters stimulation profiles can be generated for different ventricular anatomies with minimal manual interaction. The stimulation profile parameters are evaluated by analyzing the excitation propagation in a three-dimensional, heterogeneous and anisotropic model of the human ventricles which are embedded in an anatomically detailed torso geometry. The calculated QRS complexes are in good agreement with the corresponding clinical recordings on the same proband.

Abstract:

Das Purkinjenetzwerk ist ein wichtiger Bestandteil des Erregungsausbreitungssystems im Ventrikel, in dem die Reizuüberleitung in das myokardiale Gewebe stattfindet. Außerdem spielen Purkinjezellen eine große Rolle bei der Entstehung ventrikulärer Arrhytmien. Leider sind die Informationen über die Anatomie dieser feinen Strukturen beim Menschen begrenzt und die meisten aktuellen wissenschaftlichen Arbeiten konzentrierten sich auf die Elektrophysiologie der ventrikulären oder atrialen Zellen ([22],[23],[24],[25],[26]). In dieser Situation werden die Eigenschaften des Erregungsausbreitungssystems zuerst durch ein anatomisches Modell beschrieben und anschließend wird sein Verhalten durch Simulationen nachgebildet. Die anatomischen Modellierungen in diesem Feld lassen sich in zwei Gruppen einteilen: His-Purkinje-Systeme ohne anatomischen Hintergrund ([33],[34],[35],[36],[37],[38]) und His-Purkinje-Systeme mit anatomischem Hintergrund ([7],[43],[44],[46],[49]).In dieser Studienarbeit wurde ein semiautomatischer Ansatz zur endokardialen Stimulationsprofilgenerierung verwendet und diese Profilgenerierung durch das programmierte Framework automatisiert, in dem durch die Eingabe manueller Zusatzpunkte eine gewisse Flexibilität erreicht wurde. Anschließend wurden in einer Simulationsstudie die Auswirkungen der unterschiedlichen Parameter auf die EKGs untersucht. Ziel war es, das Verhalten der normalen Erregungsausbreitung zu untersuchen und möglichst realistisch nachzubilden.Die Ergebnisse dieser Studienarbeit beruhen auf dem VisibleMan Datensatz. Neben den EKGs wurden verschiedene Visualisierungsvarianten verwendet, um möglichst viele Information aus den Simulationsdaten extrahieren zu können. Dazu zählen Videosequenzen der Erregungsfrontentwicklung im Ventrikel, räumlich-zeitliche BSPM-Visualisierungen und die Isochronendarstellungen. Anhand dieser Visualisierungsmethoden wurden die Simulationsergebnisse ausgewertet und es hat sich bestätigt, dass durch die Flexibilität des vorliegenden semiautomatischen Ansatzes Durrers Ergebnisse nachgebildet werden konnten.Ausgehend von diesen Erfahrungen mit dem semiautomatischen Ansatz können in der Zukunft Vergleiche zwischen den reellen Aufnahmen und den Ergebnissen dieser Studienarbeit gezogen werden. Denn durch einen Vergleich zwischen der Realität und den Simulationsdaten kann das Erregungsausbreitungssystem optimiert und für verschieden Patienten oder Pathologien besser angepasst werden.