心脏研究人员开发了一种新的、有前途的心律失常成像技术
仅在德国，每五分钟就有一人死于心脏骤停或心脏纤颤，这是全世界最常见的死亡原因。这在一定程度上是由于医生仍然不完全了解在心脏发生的过程中发生了什么。到目前为止，还不可能看到颤动的心肌或心肌的动态过程。在今天发表在《自然》杂志上的文章中，由马克斯·普朗克动力学和自组织研究所的Jan Christoph和Stefan Luther以及大学医学中心心脏中心的Gerd Hasenfuß领导的一个国际研究小组首次展示了如何在一种新的成像技术的帮助下，在心脏内部观察到危及生命的心室颤动的漩涡状旋转收缩。可以和现有的超声波设备一起使用。在未来，这种新开发的成像技术可以帮助医生成像，从而识别心律紊乱，帮助他们更好地了解心脏病，并进一步开发新的、更有效的治疗方法。
当心肌不再以协调的方式收缩，而只是颤动或抽搐——这种情况在医学上被称为“纤维性颤动-这是一种高度危及生命的情况。如果心室(心脏的主要腔室)以这种无序的方式抽搐，只有一个医疗干预的机会:必须在几分钟内用强烈的电击对心脏进行除颤术，这是非常痛苦的，可能会损害心脏组织。另一方面，心房纤颤不会直接危及生命;然而，如果不及时治疗，可能会产生可怕的后果。100多年来，研究人员一直试图了解纤颤背后的机制，以改善治疗方案。“更好地理解纤维性颤动的关键在于一种新的高分辨率成像技术可以观察到心肌内的过程，”马克斯·普朗克动力学和自组织研究所生物医学物理研究小组负责人、大学医学中心教授斯蒂芬·路德说。Göttingen。
诊断的突破
这项研究的主要作者、马克斯·普朗克动力学和自组织研究所以及大学医学中心心脏中心Göttingen的研究员Jan Christoph说:“纤颤期间心肌的机械运动非常复杂，但它们也非常有特点——几乎就像纤颤的指纹一样。”这位物理学家与Stefan Luther以及一个国际研究团队一起，提出了一种成像方法，可以在三维空间上对颤动的心肌进行视觉时间分辨，因此比以前更准确，而且它是使用临床可用的高分辨率超声设备实现的。
这种新的诊断方法将有助于癌症的治疗心室纤维性颤动也有可能心房纤颤更有效。提高对纤颤的理解，这可以实现的程序，可以帮助推进新的除颤技术的发展。例如，在低能除颤中，用于停止纤颤的电脉冲要弱得多，但与目前使用高能电击的非常痛苦的方法相比，更有针对性。有了这种新型的超声成像技术，研究人员可以学习如何使用低能量脉冲来恢复正常的心律。
Göttingen-based的研究人员现在正在改进该方法，以便它也能够可视化发生在心房颤动期间的复杂兴奋动力学。在未来，心脏病学家将能够准确地看到需要消融去除的兴奋病理性病灶。这种新的超声方法也可能有助于心力衰竭的研究、诊断和治疗，在心力衰竭期间，心肌细胞的协调收缩运动被打乱，不能有效地工作。医生将能够通过详细的超声波扫描来确定病因，使他们能够更早地发现心力衰竭，并更有效地进行治疗。
电波引起心脏的机械性收缩
每一次心跳都是由兴奋的电波引起的，这种电波高速穿过心肌，导致心肌细胞收缩。如果这些波变成湍流，结果就是心律失常。医生们早就知道，在心律失常中，兴奋的旋转电波在心肌中旋转。到目前为止，他们对心律失常的研究主要集中在这种电涡流上。然而，无论是在实验室还是在临床环境中，他们都无法确定动态的全貌。MPIDS的研究人员采取了不同的方法。他们没有把注意力集中在电刺激上，而是观察了颤动心肌的抽搐收缩。“到目前为止，很少重视对纤维性颤动期间肌肉收缩和变形的分析。然而，在我们的测量中，我们看到电漩涡总是伴随着相应的漩涡形状的机械变形，”物理学家Jan Christoph解释道。
三维心室颤动
为了在三维空间中可视化心肌内部的颤抖运动，并将其与心脏的电兴奋联系起来，研究人员开发了新的高分辨率超声测量方法。他们还表明，这些方法可以用于高性能超声设备这已经在许多心脏病学机构中得到了常规应用。通过分析肌肉收缩的图像数据，他们能够准确地观察到收缩和放松的肌肉细胞在纤颤期间如何在心肌中以漩涡状移动。他们还观察到了以前物理学家只在理论和计算机模拟中知道的丝状结构。这种丝状结构类似于线，标志着通过心肌的漩涡状波或旋风的眼。现在第一次有可能确定心肌内涡的中心。
除了超声扫描，研究人员还使用高速摄像机和荧光标记来揭示心肌的电生理过程。得到的图像证实了机械涡与电涡非常吻合。
据Göttingen的研究人员称，近年来超声技术在图像质量和成像速度方面取得了巨大的进步，现代超声技术的潜力尚未得到充分开发。“随着现代计算机计算能力的极大提高，以及计算机图形学和数字图像处理的迅速发展，为心脏研究创造了新的测量和可视化可能性。我们今天可以将这些进展应用于医学，”Jan Christoph说。
从物理学到医学
这项研究是DZHK物理学家和医生之间成功跨学科合作的一个例子。“这一革命性的发展将为心律失常患者开辟新的治疗选择。早在2018年，我们将在我们的病人身上使用这项新技术，以更好地诊断和治疗心律失常该研究的合著者、Göttingen心脏研究中心Göttingen和大学医学中心心脏中心Göttingen的主席Gerd Hasenfuß说。斯蒂芬·卢瑟确信一件事:“深入观察心脏的内部动力学标志着心脏研究的一个里程碑，将决定性地影响我们对心脏病的理解和治疗心未来的疾病。”
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