Cardiac pacing based on intracardiac flow measurement

doctoral thesis

• Title (croatian): Elektrostimulacija srca temeljena na mjerenju intrakardijalnog protoka
• Author: Božidar Ferek-Petrić
• Mentor: Stanko Tonković (mentor)
• Committee member: Ratko Magjarević (član povjerenstva)
• Committee member: Stanko Tonković (član povjerenstva)
• Committee member: Velimir Išgum (član povjerenstva)
• Committee member: Ivo Čikeš (član povjerenstva)
• Committee member: Bojan Ivančević (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Electronic Systems and Information Processing); Zagreb
• Defense date and country: 2005-11-02, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 621.3 - Electrical engineering ; 616 - Pathology. Clinical medicine

Abstract

If the pacing lead were comprising the blood flow measurement device mounted on its body, the flow velocity measurement would be possible in the vicinity of the lead by means of the special electronic circuits connected to said device. If the flow measurement is done within the tricuspid valve, the waveform reveals the early rapid filling wave and the late atrial filling wave. After detection of the A-wave the implantable electrotherapy device could pace the ventricle synchronously with the atrial filling wave after certain delay. Pacemaker could also detect disappearance of the atrial wave in the case of atrial fibrillation and disappearance of the early filling wave in the case of ventricular arrhythmia. Time interval between the pacing spike and rapid early filling wave, diastolic filling wave duration, diastolic filling wave acceleration, peak filling velocities and diastolic filling fraction are rate responsive pacing sensors. Peak velocities ratio and integral ratio are parameters for ischemia detection. Heart failure may be detected as well. Ultrasonic Doppler is reference method of blood flow measurement. With adequate ultrasonic transducer and appropriately designed electronic circuits, it is possible to incorporate the Doppler ultrasonic measurement system within an implantable therapy device. Special lead conductor is necessary and impedance matching in order to optimize the parameters of the lead conductor transmission line. Electrochemical flow sensor's operation doesn't consume energy and employs much simpler electronic circuits. Unfortunately, fibrous tissue overgrowth degrades its sensitivity and influences its frequency characteristics. Standard electrode materials such as platinum require small dimensions of an electrode and consequent high input impedance of the sensor's measurement amplifier being therefore susceptible to the electromagnetic interference. Sensor capsule comprising integrated preamplifier and highly polarisable electrodes will simplify the design. Nevertheless, sensor calibration problem and its long-term stability will remain as a major problem.

Abstract (croatian)

Ugradnjom pretvornika za mjerenje brzine protoka krvi u elektrodni kateter za elektrostimulaciju srca omogućuje se mjerenje protoka krvi oko elektrodnog katetera u smjeru njegove osi pomoću posebnog elektroničkog sklopovlja na koje je priključen spomenuti pretvornik. Ako se mjeri krvni protok kroz trikuspidalnu valvulu, tada valni oblik protoka pokazuje val ranog diastoličkog punjenja i val atrijskog punjenja. Elektrostimulator može detektirati pojavu atrijskog vala punjenja te nakon određenog intervala kašnjenja stimulirati ventrikul sinkrono s detektiranim atrijskim valom. Također, elektrostimulator može detektirati nestanak atrijskog vala uzrokovanog atrijskom fibrilacijom kao i nestanak vala dijastoličkog punjenja izazvanog ventrikularnom aritmijom. Vremenski interval od impulsa stimulacije do pojave vala diastoličkog punjenja, vrijeme trajanja vala dijastoličkog punjenja, ubrzanje dijastoličkog punjenja, vršne brzine valova punjenja te frakcija brzog dijastoličkog punjenja jesu senzori za regulaciju frekvencije u frekvencijski adaptivnom načinu stimulacije. Omjeri vršnih brzina kao i omjeri vremenskih integrala valova punjenja služe za detekciju ishemije. Također je moguće praćenje srčanog zatajenja kao i detekcija srčanog zastoja. Ultrazvučni Doppler sustav je referentna metoda za mjerenje protoka krvi. Odgovarajućim odabirom pretvornika i konstrukcijom elektroničkog sklopovlja moguće je ultrazvučni Doppler sustav ugraditi u implantabilni uređaj za elektroterapiju. Potrebna je i posebna konstrukcija elektrodnog vodiča kao i prilagodba impedancije zbog optimizacije parametara transmisijske linije. Elektrokemijski pretvornik za protok ne troši energiju za svoju funkciju i zahtjeva jednostavnije elektroničko sklopovlje. Problem je što rast fibroznog tkiva utječe na njegovu osjetljivost i frekvencijsku karakteristiku. Drugi problem je što standardni materijali za elektrode kao što je platina zahtjevaju male dimenzije elektroda a time i visoki ulazni otpor mjernog pojačala što sustav čini osjetljivim na vanjske smetnje. Ka kapsula pretvornika sa integriranim predpojačalom i visoko polarizirajući materijali za elektrode mogu poboljšati ovaj pretvornik. No i dalje postoji problem kalibracije pretvornika kao i problem njegove dugoročne stabilnosti.

• Keywords: Diastolic function; cardiac pacing; blood flow measurement; Doppler ultrasound; polarography
• Keywords (croatian): Dijastolička funkcija; elektrostimulacija srca; mjerenje protoka krvi; Doppler ultrazvuk; polarografija
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:427351
• Study programme: Title: Doctoral study programme "Electrical Engineering and Computing"; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-07-16 13:48:04