Raffaele De Simone

Inverse remodelling of K2P3.1 K+ channel expression and action potential duration in left ventricular dysfunction and atrial fibrillation: implications for patient-specific antiarrhythmic drug therapy

Aims Atrial fibrillation (AF) prevalence increases with advanced stages of left ventricular (LV) dysfunction. Remote proarrhythmic effects of ventricular dysfunction on atrial electrophysiology remain incompletely understood. We hypothesized that repolarizing K2P3.1 K+ channels, previously implicated in AF pathophysiology, may contribute to shaping the atrial action potential (AP), forming a specific electrical substrate with LV dysfunction that might represent a target for personalized antiarrhythmic therapy. Methods and results A total of 175 patients exhibiting different stages of LV dysfunction were included. Ion channel expression was quantified by real-time polymerase chain reaction and Western blot. Membrane currents and APs were recorded from atrial cardiomyocytes using the patch-clamp technique. Severely reduced LV function was associated with decreased atrial K2P3.1 expression in sinus rhythm patients. In contrast, chronic (c)AF resulted in increased K2P3.1 levels, but paroxysmal (p)AF was not linked to significant K2P3.1 remodelling. LV dysfunction-related suppression of K2P3.1 currents prolonged atrial AP duration (APD) compared with patients with preserved LV function. In individuals with concomitant LV dysfunction and cAF, APD was determined by LV dysfunction-associated prolongation and by cAF-dependent shortening, respectively, consistent with changes in K2P3.1 abundance. K2P3.1 inhibition attenuated APD shortening in cAF patients irrespective of LV function, whereas in pAF subjects with severely reduced LV function, K2P3.1 blockade resulted in disproportionately high APD prolongation. Conclusion LV dysfunction is associated with reduction of atrial K2P3.1 channel expression, while cAF leads to increased K2P3.1 abundance. Differential remodelling of K2P3.1 and APD provides a basis for patient-tailored antiarrhythmic strategies.

Modellbasierte Analyse der Blutfluss-Dynamik in der Aorta mittels Doppler-Echokardiographie

Die Blutfluss-Dynamik in der Aorta ist sowohl zur Beurteilung der Leistung naturlicher wie kunstlicher Aortenklappen von grosem medizinischen Interesse. In diesem Beitrag wird ein auf Doppler-Ultraschall basierendes System zur Untersuchung der Blutfluss-Dynamik in der Aorta vorgestellt. Da sich mittels des Dopplereffekts nur eine Geschwindigkeitskomponente messen lasst, kann die Bestimmung von Absolutgeschwindigkeiten nur aufgrund eines Modells geschehen. Als Modell wird ein im Wesentlichen entlang der Aorta gerichteter Blutstrom angenommen.

Automatische Segmentierung von Herz-Kavitäten in mehrdimensionalen Ultraschallaufnahmen

Wir stellen hier ein neues Verfahren zur automatischen Detektion liickenhafter, annahernd konvexer Konturen vor. Entwickelt wurde das Verfahren zur Segmentierung von Herz-Kavitaten, um eine moglichst genaue Bestimmung des Volumens von Regurgitationsjets zu erreichen.

Computer-based comparison of different methods for selecting mitral annuloplasty ring size

BackgroundRing sizing for mitral valve annuloplasty is conventionally done intraoperatively using specific ‘sizer’ instruments, which are placed onto the valve tissue. This approach is barely reproducible since different sizing strategies have been established among surgeons. The goal of this study is to virtually apply different sizing methods on the basis of pre-repair echocardiography to find out basic differences between sizing strategies.MethodsIn three-dimensional echocardiographs of 43 patients, the mitral annulus and the contour of the anterior mitral leaflet were segmented using MITK Mitralyzer software. Similarly, three-dimensional virtual models of Carpentier-Edwards Physio II annuloplasty rings and their corresponding sizers were interactively generated from computer tomography images. For each patient, the matching annuloplasty ring was selected repeatedly according to popular sizing strategies, such as the height of anterior mitral leaflet, the intercommissural distance and the surface area of anterior mitral leaflet. The areas of the selected rings were considered as the neo-surface area of the mitral annulus after implantation.ResultsThe sizing of the mitral valve according to the height of anterior mitral leaflet (mean ring size = 29.9 ± 3.90), intercommissural distance (mean ring size = 37.5 ± 1.92) or surface area of anterior mitral leaflet (mean ring size = 32.7 ± 3.3) led to significantly different measurements (p ≤ 0.01). In contrary to intercommissural distance, height and surface area of the anterior mitral leaflet exhibited significant variations between the patients (p ≤ 0.01). The sizing according to the height of anterior mitral leaflet led to the maximal reduction of the mitral annulus surface area followed by the sizing according to the surface area of anterior mitral leaflet and finally by the intercommissural distance.ConclusionsThis novel comprehensive computer-based analysis reveals that the surveyed sizing methods led to the selection of significantly different annuloplasty rings and therefore underscore the ambiguity of routinely applied annuloplasty sizing strategies.

Towards Automatic Assessment of the Mitral Valve Coaptation Zone from 4D Ultrasound

The coaptation zone is the part of the two mitral valve leaflets that collide during the cardiac cycle. It is an important parameter for the valve’s function and closing capability, but difficult to assess. In this work, we present an automatic approach for leaflet segmentation from 4D ultrasound images, which incorporates steps for coaptation zone modelling and allows determining the coaptation zone from the resulting leaflet surface. The method segments the leaflets over the whole cardiac cycle given a previously segmented annulus model. To provide a meaningful analysis of the coaptation line assessment, the mean error between ground truth model and segmented model has been computed for each leaflet separately. For the anterior leaflet, we achieved a mean error of \(1.16 \pm 0.38\) mm and \(1.24 \pm 0.37\) mm for the posterior leaflet, respectively.

Vermessung des Mitralapparats mit einem optisch getrackten Zeigeinstrument für die virtuelle Annuloplastie

Bei einer OP-Indikation fur Mitralklappeninsuffizienz ist die Beurteilung der Pathophysiologie ausschlaggebend, um eine geeignete chirurgische Technik auszuwahlen. Eine dieser Techniken stellt das Einnahen eines Annuloplastie-Ringmodells dar, welches in verschiedenen Grosen und Formen kommerziell erhaltlich ist. Die intraoperative Ringselektion beschrankt sich bisher auf visuelle Begutachtung und auf einfache manuelle Messmethoden. Diese erlauben jedoch keine akkurate Messung der komplexen dreidimensionalen Anatomie der Mitralklappe. Wir schlagen eine neue intraoperativ durchfuhrbare computerassistierte Messmethode vor. Mit Hilfe eines optisch getrackten Zeigeinstrumentes wird die Geometrie der Mitralklappe vermessen. Dabei werden 16 anatomische Landmarken auf dem Mitralapparat angefahren. In einer Studie wiederholten vier Herzchirurgen die Vermessungen jeweils drei mal an einem frisch exzidierten Schweineherz. Anschliesend wurden 14 verschiedene Standard-Ringformen mit dem vermessenen Annulus verglichen unter Benutzung einer eigenen automatischen Analyse-Software. In 11 von 12 Fallen wurde der Carpentier-Edwards Physio-Ring als Ring mit der geringsten Abweichung vorgeschlagen. Dies zeigt, dass das Messverfahren eine stabile Ringselektion ermoglicht.

Coronary Stenosis Associated with a Giant Coronary Aneurysm.

An 84-year-old woman presented with unstable angina. A chest x-ray was suspicious for an aneurysm of the left ventricular (LV) wall (Fig. 1). Coronary angiography revealed a giant saccular aneurysm of the LAD with a lesion distal to the aneurysm (Fig. 2a) with collaterals from the right coronary artery (RCA) (Fig. 2b). Contrast-enhanced computed tomography showed the relationship between the LAD and the

Entwicklung und Evaluation einer Kalibrierungsmethode für 3D-Ultraschall

Wir stellen eine Methode zur Kalibrierung einer 3D-Ultraschallsonde vor. Fur Anwendungen in der minimalinvasiven Chirurgie wird die Ultraschallsonde mit einem Trackingsystem verbunden, um dem Aufnahmevolumen eine definierte raumliche Lage zu geben. Die Kalibrierung bringt die Koordinatensysteme des Trackingsystems und des Ultraschallbildes zur Deckung. Hierzu wird ein bekanntes Objekt, das Phantom, aufgenommen und im Ultraschallbild lokalisiert. Die Kalibrierungstransformation wird dann durch ein Verfahren der Hand-Auge-Kalibrierung errechnet. Ein oft ubliches Anbringen zusatzlicher Trackingssensoren am Phantom ist damit nicht notig, was die Kalibrierungsprozedur vereinfacht.

Rekonstruktion von Myokardgeschwindigkeiten mittels Tikhonov Regularisierung

Ultraschall ist eine weit verbreitete Modalitat zur Diagnostik von Herzerkrankungen. Mittels Doppler-Effekt konnen Geschwindigkeiten von Blutfluss und Muskelgewebe bestimmt werden. Doppler-Ultraschall hat jedoch den Nachtteil, nur eine Geschwindigkeitskomponente zu messen. Die Rekonstruktion des kompletten Geschwindigkeitsfeldes lasst sich als inverses, schlecht gestelltes Problem formulieren. Zur Losung werden a-priori Informationen uber die Losung in den Losungsprozess integriert. Wir beschreiben in diesem Artikel eine Methode zur Rekonstruktion von Geschwindigkeitsfeldern mittels DopplerUltraschall und Regularisierungstechniken.

Klinische Erprobung eines echokardiographischen Auswertesystems

Dreidimensionale Doppler-echokardiographische Verfahren liefern eine Vielzahl qualitativ hochwertiger diagnostischer Informationen. Die Funktionen eines von uns entwickelten integrierten echokardiographischen Auswertesystems und erste Erfahrungen seines klinischen Einsatzes werden prasentiert.