5. Anwendung Telemedizin

• EKG-Fakten?

  • Potentialdifferenzen beim EKG, die auf der Körperoberfläche gemessen werden, liegen in der Größenordnung von rund 1 mV.
  • P - Welle im EKG ist Ausdruck der Erregungsausbreitung in den Vorhöfen.
  • PQ - Strecke spiegelt die atrioventrikuläre Überleitung wider.
  • bei normaler Herzlage erzeugte R - Zacke spiegelt eine Erregungsausbreitung ventrikulär von der Herzbasis zur Herzspitze wider.
  • hohe Herzfrequenz verkürzt QT - Zeit.
  • Verlängerung des QT - Intervalls weist auf verzögerte Repolarisation hin
• Wie ist die Biosignalerhebung im häuslichen Umfeld (THM = TeleHomemonitoring)?

  • in häuslicher Umgebung mit Hilfe von medizintechnischen Geräten regelmäßig überwacht
  • Ergebnisse werden an Zentrale übermittelt und dem behandelnden Arzt vorgelegt -> kann frühzeitige medikamentöse Therapie adaptieren
  • Fernbetreuung soll KH-Aufenthalte verringern und Krisensituation meiden
  • Zusammenarbeit zwischen ambulatem und stationärem Sektor -> HM-System erleichtern
• Einsatzbereiche der THM (TeleHomemonitoring)?

  • in seiner häuslichen Umgebung mit Hilfe von medizintechnischen Geräten regelmäßig überwacht
  • Ergebnisse ->Zentrale ->behandelnder Arzt -> kann frühzeitig medikamentöse Therapie adaptieren
  • Fernbetreuung soll KH-Aufenthalte verringern und Krisensituation vermeiden
  • Zusammenarbeit zw. ambulanten und stationärem Sektor -> HM - Systeme erleichtern
• Herzrate/ Puls bei THM?

  Physikalische Messprinzipien:

  • Druckmessung Finger
  • Lichtabsorption Fingerclip
  • Spannung im EKG
  • Herztöne

  leicht anwendbar, hohe Aussage
• Gewicht (Wassereinlagerung) bei THM?

  Physikalische Messprinzipien:

  • Druckmessung in Waage
  • Herzschrittmacher

  leicht anwendbar, hohe Aussage
• Blutdruck bei THM?

  Physikalisches Messprinzip:

  • Druckmessung in Manschette
  • Geräusche

  leicht anwendbar, hohe Aussage
• Sauerstoffsättigung bei THM?

  Physikalische Messprinzipien:

  • Lichtabsorption Fingerclip
  • Labor

  mittlerer Aufwand, zusätzl. Nutzen
• EKG und Herzratenvariabilität bei THM?

  Physikalische Messprinzipien:

  • Spannungsmessung beim EKG

  relativ hoher Aufwand
• Pulse Transit Time bei THM?

  Kombination diverser Messgrößen

  relativ hoher Aufwand
• Herzzeitvolumen bei THM?

  diverse Messverfahren und Prinzipien möglich

  z.Zt nicht THM-tauglich
• Körperliche Leistungsfähigkeit bei THM?

  Ergometermessung /Laufband/ Körperkraft
• Was sind elektrische Biosignale?

  elektrische Signale:

  • welche Körperzellen während ihrer Funktion aussenden
  • i.d.R durch Ableitelektroden an der Körperoberfläche abzunehmen
  • haben geringe Signalamplituden

  Elektrische Biosignale haben:

  • Bedeutung für Diagnostik seit ca. 50 Jahren
  • große Bedeutung zur Beurteilung gesunder oder kranker Organismen
  • zukünftig noch größere Bedeutung, weil die Diagnostik mit Biosignalen verbessert werden kann
• Was sind Vorteile autonomer elektrischer Signale bei der Signalgewinnung?

  • Bei ursprünglich nicht-elektrischen Signalen benötigen wir zusätzlich einen Signalwandler, um elektrisch weiterleitbare oder verwertbare Signale abzuleiten
  • (Autonome) elektrische Signale können mit Hilfe von Elektroden direkt von Körperfläche oder aus dem Körperinneren abgenommen werden
• Vorteile elektrischer Biosignale?

  Sie liefern als diagnostisches Verfahren eine unmittelbare Information über die Eregungszustände von Nerven und Muskeln aus denen sie hervorgegangen sind.

  • Signalaufnahme ist nicht invasiv und somit wenig belastend
  • Signale zeigen physiologische bzw. pathologische Veränderungen
  • erlauben globale und auch detaillierte Beurteilung der Organfunktion
  • Relative kostengünstige medizinische Messverfahren
• Was beinhaltet der arztspezifische Report beim Home Monitoring?

  • verabreichte Gerätetherapien
  • Stimulationshäufigkeit und Energieentladungen
  • Zustand des Gerätesystems
  • intrakardiales EKG
  • Herzaktivität & Herzrhythmusstörungen
  • Dateneinsicht über gesicherteb Internetzugang
• Wie lässt sich die Erregung der Zellen auffassen?

  Erregung der Zellen lässt sich als reversible Änderung des Ruhe-Membranpotentials auffassen

  • bei Überschreitung eines Schwellenwerts entsteht ein Spitzenaktionspotential (SPAP)
  • nicht abstufbar: Alles oder nichts - Gesetz
  • Amplitude enthält keine Information
  • GEschwindigkeit hängt nur vom Typ der Nervenfaser ab
  • Unter einem Schwellwert bleibt es bei Lokale Graduierte Antwort (LGA)
  • keine fortgeleitete Erregung sondern begrenzt auf Ort der Reizapplikation
  • abstufbar, abhängig von Reizstärke
• Erregung von Muskel und Nervenfasern?

  Erregung von Zellen = Veränderung des elektr. Potentials

  Sowohl Nerven wie auch Muskeln sind in der Lage erregt zu werden

  • Erregung kann durch elektrisch, thermische, chemische oder mechanische Auslöser erfolgen
• Was passiert bei einer Depolarisation?


  Membranpotential kehrt Spannung an Membran um

  • Erregte Zellverbände erscheinen gegenüber nicht erregten Zellverbänden elektrisch negativ
  • ein elektrisches Feld kann sich aufbauen und nachgewiesen werden
  • nach zelltyp-spezifischer Zeit findet eine Repolarisierung statt und der Ruhezustand stellt sich wieder her
  • die fortgeleitete elektrische Erregung ist die eigentliche Quelle der elektrischen Biosignale
• Wie funktioniert die Ausführung der Befehle in mechanische Bewegung von Muskeln?

  • bei Muskelfasern erzeugt Depolarisation eine (mechanische) Kontraktion
  • erregte Zellverbände einer Region oder eines Muskels bilden sogenannte Summendipole (Summe vieler Einzelpotentiale), deren elektrische Felder durch Depolarisation und Repolarisation räumlich und zeitlich variieren
• Was misst das EKG und warum ist Ableiten von EKG-Signalen möglich?

  EKG misst den Zeitverlauf von Spannungsdifferenzen, die durch die Potentialdifferenzen des Herzmuskels verursacht werden.

  • das rhythmisch wiederkehrende Zusammenziehen und Erschlaffen des Herzmuskels produziert ein sich zyklisch wiederholendes elektrisches Signal
  • das Signal lässt sich an der Hautoberfläche ableiten
  • die Lage der Ableitelektroden bestimmt entscheidend die Form des gemessenen SIgnals
• Warum kann man EKG ableiten?

  erregte Herzmuskel-Zellen sind an ihrer Oberfläche gegenüber elektrisch nicht erregter Zellgruppen (noch unerregten Fasern) negativ geladen

  • die wässrige Umgebung des Körperinneren führt zu einem Ionen-Stromfluss, der an der Körperoberfläche als eine Spannungsdifferenz messbar ist
• Reizbildungssystem Herz ?

  • Herz ist stärkste Stromquelle im Körper
  • Herzfrequenz wird den Erfordernissen des Gesamtorganismus angepasst
  • Antrieb liegt im Herzen selbst -> Reizbildungssystem
  • vom Reizbildungssystem erhält die Arbeitsmuskulatur des Herzens Impulse zum rhythmischen Wechsel von Kontraktion und Erschlaffung
• Wie ist die Erregungsweiterleitung im Herzmuskel?

  Herz pumpt in rhythmischen Kontraktionen

  Sinusknoten in Wand des rechten Vorhofs nahe der oberen Hohlvene

  • Sinusknoten ist natürlicher Schrittmacher mittlere Frequenz von 60-90 Impulsen / min

  Erregung:

  • Sinusknoten -> AV- Knoten -> Hiss´sche Bündel ->Tawara-Schenkel -> Purkinje Fasern

  Der Herzmuskel zieht sich zusammen und treibt von unten nach oben das Blut aus den Kammern
• Welche Ableitungstechniken gibt es?

  1. Bipolare Messung
  2. Messung der Potentialdifferenz zwischen zwei Elektroden die auf elektrisch aktiven Gebieten angeordnet sind
  3. Spannung zwischen zwei gleichberechtigten Punkten der Körperoberfläche registriert, z.B. zwischen dem rechten Arm und dem linken Arm.
  4. 2. Unipolare Ableitung

  • Die Referenzelektrode liegt auf inaktivem Gebiet und dient allen anderen Elektroden als Referenz
  • Spannung zwischen einer differenten Elektrode und einem elektrischen "Nullpunkt"
• Bioelektrische Potenziale mittels Elektroden ableiten?

  Ionen-Elektroden wandeln Ionenstrom in Elektronenstrom

  • Irreversible Elektroden sind ein elektrochemisches Interface
  • Halbzelle = Metall und Elektrolyt
  • Damit sind sie Generatoren von Spannungen und führen zu Elektrodenartefakten, die in Kauf genommen werden (müssen)
• Welche Ableittechniken gibt es?

  Elektrisch

  • Intrazellulär
  • Extrazellulär
  • Oberflächenableitung

  Magnetisch

  • Magnetische Detektion von Strömen: SQUID Superconducting Quantum Interface Device

  Elektrische Felder
• Welche Eigenschaften müssen Ableitelektroden haben?

  Ableitelektroden müssen den elektrischen Ionenstrom in einen Elektronenstom umwandeln

  • geringer Übergangswiderstand zwischen Körper und Elektrode dient dazu, ein möglichst hohe Signalamplitude zu erreichen
  • Ziel ist ein ausreichender Signal-Rausch-Abstand
• Wie kann man Übertragungswiderstand senken?

  Eine große Elektrodenfläche kann den Übergangswiderstand senken

  • Allerdings erfordern lokal begrenzte Signalquellen eine gewisse Dichte bei den Elektroden-Platzierungen
  • Die Signale tiefsitzender Muskeln lassen sich z.B. durch Nadelelektroden nahe genug ableiten

  Bei der Messung müssen störende Artefakte reduziert werden/ erkannt werden
• Welche Elektrodenarten gibt es?

  Nadelelektroden

  Klebeelektroden

  • nicht für langfristiges Monitoring geeignet
  • Platzierung der Elektroden für Laien schwirig
  • Saugelektroden und Klebeelektroden können Hautirritationen verursachen
  • Verkabelung als Fehlerquelle

  T-Shirts

  • nicht dauerhaft tragbar
  • eng

  Positionierung oft fraglich
• Vor- und Nachteile EKG Elektroden?


  • oft unangenehm empfunden
  • Hautirritationen
  • Fehler bei Elektrodenplatzierung
  • Möglichkeit der Verwechslung von Messkabeln als potentielle Fehlerquelle
  • klassiche EKG für eine Selbstmessung nicht geeignet

  Abhilfe durch Verwendung von EKG-Handelektrode

  -> nur einkanalige Ableitungen möglich ->artefaktgefährdet, aber hohe Akzeptanz
• Einkanalige Ableitung?


  • nicht zur Einschätzung der Kardiomyopathie
  • aber zur Arrythmiedetektion sehr gut geeignet
• Ableitung nach Einthoven?

  Ableitung 1: linker Arm (LA) und rechter Arm (RA)

  Ableitung 2: recher Arm (RA) und linker Fuß (LF)

  Ableitung 3: Linker Arm (LA) und linker FUß (LF)

  -> Rückschlüsse auf Arrhythmie und Herzfrequenz möglich

  Farbcode der Kabel:

  RA ist rot

  LA ist gelb

  LF ist grün
• Brustwandableitung nach Wilson?

  V1- V6 + Rückseitig V7 V8 V9

  Vr3 Vr4
• Ableitungen nach Goldberger?

  Ableitungsrichtung durch Widerstandsbrücke modifiziert

  aVR, aVL, aVF

  Zusätzliche Beurteilung von

  • einzelnen Hirnarealen
  • Infarkten
  • Therapiekontrolle
• Eigenschaften Sinusknoten?

  • besteht aus speziellen Zellen, die in der Lage sind elektrische Spannungsänderungen zu produzieren
  • durch Depolarisation und Repolarisation
  • Schrittmacherfrequenz wird von vegetativen Neuronen beeinflusst
  • vom Sinusknoten wird der rechte Vorhof erregt
  • vordere Leitungsbahn leitet den Impuls verzögert um 30 ms in den linken Vorhof

  Ausbreitung der Erregung in den Vorhöfen entspricht der P-Welle
• Eigenschaften AV-Knoten?

  • hat Eigenfrequenz von 40-50 Impulsen / min
  • es wird die Erregungsleitung von den Vorhöfen zu den Herzkammern hin verzögert
  • darauf ergibt sich eine Synchronisation von mechanischen und elektrischen Herzfunktionen zwischen den Vorhöfen und den Kammern
  • PQ-Strecke stellt die Überleitungszeit der Erregung vom Vorhof zur Kammer dar
• Back-Up Funktion?

  • Sinusknoten baut am schnellsten Spannung auf und gibt als Erster den Befehl zum Herzschlag
  • Ausfall Sinusknoten /Signale in Vorhöfen nicht weitergeleitet, dann übernimmt AV-Knoten mit ca. 50 Erregungen pro Minute Schrittmacherfunktion
  • Wenn Kammerschenkel mit Purkinjefasern nicht vorher entladen werden, bauen sie auch selbstständig ca 20-40 mal pro Minute eine Erregung auf
  • einzelne Muskelzellen können 20-30 Erregungen/ Minute bilden (aufgrund der geringen Frequenz und ungeordneter Ablauf der Kontraktion wird aber nicht mehr genügend Blut bewegt)
• Zusammenfassung der EKG Abschnitte ?

  P- Welle: visualisiert die Erregungsausbreitung in den Vorhöfen

  PQ-Strecke: gleichmäßige Erregung der Vorhöfe

  PQ-Intervall: Dauer der Vorhoferregung von zum Beginn der Kammererregung (0,12 -0,18 Sekunden)

  QRS- Komplex: beschreibt die Erregungsausbreitung in den Ventrikeln

  ST-Strecke: zeigt als Nulllinie einen gleichmäßigen Erregungszustand des Ventrikels

  T-Welle: beschreibt die Erregungsrückbildung der Ventrikel

  U-Welle: tritt nur gelegentlich bei einzelnen Personen auf