Odborná témata a kompetence vědeckých týmů FBMI ČVUT v oblasti kardiovaskulárního systému

Popis problematiky:

Oblast elektrické dyssynchronie srdce je velmi dobře metodicky podchycena a dosavadní kritéria a zkušenosti postačují k řešení potíží pacientů. Dosud se však nikdo systematicky nezabýval kombinací dat z MRI srdce (CMR) a elektroanatomických map (CARTO) levé komory, což by se mohlo využít jako vhodná metoda pro zpřesnění charakteru elektromechanických dyssynchronií srdce a tím i pro zefektivnění léčby chronického srdečního selhání. Podařilo se navrhnout metodu pro výpočet a zobrazení elektrických a mechanických parametrů, které byly implementovány do aplikace využitelné v klinické praxi. Následně bylo statisticky ověřeno, že hodnoty mechanických parametrů, tj. maximum radiálního strain rate, minimum cirkumferenciálního strain rate a elektrického parametru lokální aktivační čas se významně liší mezi souborem pacientů a souborem zdravých kontrol. Tyto parametry pak byly určeny jako vhodné pro posouzení přítomnosti elektromechanické dyssynchronie.

Kompentence a vybavení:

Modelování a simulace aplikované na modality zobrazovacích systémů v lékařství. Analýza a syntéza v rámci systémů a metod zobrazování v lékařství. Matlab a Segment SW pro analýzu deformace a fúzi, resp. sloučení výsledků z CMR a CARTO. Dyssynchrony Analyser jako aplikace s GUI v Matlabu.

Další informace:

• Spolupráce:  
  • Kardiologická klinika FNM, doc. MUDr. Lucie Riedlbauchová, Ph.D.
• Publikace:
  • Riedlbauchova, L.; Lozek, M.; Adla, T.; Suchanek, V.; Huptych, M.; Hozman, J. et al. Role of internal stretch fraction parameter in quantification of mechanical dyssynchrony and prediction of cardiac resynchronization therapy outcome European Heart Journal. 2019, 40(Issue Supplement_1), 3556. ISSN 0195-668X.
  • Riedlbauchová, L.; Adla, T.; Suchánek, V.; Ložek, M.; Tomis, J.; Hozman, J.; Tomek, V.; Veselka, J. et al. Is left bundle branch block pattern on the ECG caused by variable ventricular activation sequence? PACE: Pacing and Clinical Electrophysiology. 2020, 43(5), 486-494. ISSN 0147-8389.
  • Riedlbauchova, L.; Adla, T.; Suchanek, V.; Lozek, M.; Tomis, J.; Hozman, J.; Tomek, V.; Veselka, J. et al. Is the typical left bundle branch block pattern on the ECG caused by variable ventricular activation sequences? European Journal of Heart Failure. 2018, 20(Suppl. S1), 34-35. ISSN 1388-9842.
  • Adla, T.; Suchánek, V.; Riedlbauchová, L.; Ložek, M.; Tomis, J.; Hozman, J.; Janoušek, J.; Roček, M. Comparison of Two Methods of Left Ventricular Global Strain Assessment in Normal Subjects: Feature Tracking Versus Tagging European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 2017, 18(2), ii165. ISSN 2047-2404.
• Projekty:
  • https://www.isvavai.cz/cep?s=jednoduche-vyhledavani&ss=detail&n=0&h=NV15-31398A

Popis problematiky:

Dr. Ondřej Fišer, Ing. Tomáš Pokorný a doc. David Vrba z výzkumného týmu Bioelektromagnetizmu, spolupracují s lékaři z Kardiologické kliniky Fakultní nemocnice Královské Vinohrady (FNKV) a Karlovarské krajské nemocnice na zvýšení úspěšnosti a bezpečnosti katetrizačního uzávěru ouška levé srdeční síně. Zákrok je indikován pacientům trpících fibrilací síní se zvýšeným rizikem vzniku trombu, u kterých selhává antikoagulační léčba vzhledem k vysokému riziku vnitřního krvácení. Tito pacienti jsou výrazně ohroženi cévní mozkovou příhodou, neboť ke vzniku trombu nejčastěji dochází právě v oušku levé srdeční síně, odkud skrze levou komoru míří nejčastěji přímo do mozku. Uzavřením ouška levé srdeční síně dojde k zamezení vzniku trombu a tím i ke snížení rizika vzniku cévní mozkové příhody. Vzhledem k vysoké morfologické variabilitě oušek levé síně, která je individuální u každého pacienta, je důležité znát ideální místo pro punkci mezisíňové přepážky a zajištění tak jeho úspěšného uzavření. K tomuto účelu je na FBMI před každým zákrokem vyhotoven individuální počítačový 3D model srdce daného pacienta.  Z CT snímků pacienta je nejprve vytvořena předloha, která je následně použita pro vytištění reálného modelu na 3D tiskárně. 
Díky těmto modelům jsou lékaři z Kardiologické kliniky FNKV schopni nalézt ideální místo pro punkci mezisíňové přepážky, což je jedním z klíčových momentů dané procedury, který může zásadně ovlivnit její další průběh. Díky možnosti „in vitro“ simulace dochází k individualizaci průběhu výkonu s ohledem na anatomické poměry srdce daného pacienta, což je důležité nejen pro efektivitu, ale i bezpečnost zákroku. Původní spolupráce týmu Bioelektromagnetizmu s Kardiologickou klinikou FNKV a Karlovarskou krajskou nemocnicí se postupně rozrostla na multicentrickou studii aktuálně zahrnující 6 pracovišť a pomohla optimalizovat výkon uzávěru levého ouška srdečního pro více jak 50 pacientů se síňovou fibrilací.

Kompentence a vybavení:

• Příprava anatomicky věrných modelů srdce z pacientských CT/MRI snímků. 3D tisk anatomických modelů z rigidních i flexibilních materiálů. 
• Materialise Mimics, 3D tiskárny Průša SL1 a i3 MK3

Další informace:

• Spolupráce:
  • Kardiologická klinika FNKV, Karlovarská krajská nemocnice, …
• Projekty:
  • Horizon 2020 - Fast Track to Innovation, „Left Atrial Appendage Electrical Isolation via Bio-photonic Optical Confirmation to Treat Persistent Atrial Fibrillation- LAA-START“, Project No. 831117

Popis problematiky:

Mezinárodní konsorcium firem a univerzit ze tří zemí, mezi nimiž je i Fakulta biomedicínského inženýrství ČVUT v Praze, získalo v roce 2019 tříletý grant v prestižním programu Evropské komise - Horizon 2020, Fast track to innovation, ve výši více než jednoho milionu eur na dokončení vývoje systému, který sníží riziko mrtvice a srdečního selhání u pacientů se srdeční fibrilací síní, tedy nepravidelným srdečním tepem způsobeným abnormální elektrickou aktivitou v srdci.
Irská společnost AuriGen Medical navrhla koncept a vyvinula unikátní prototyp minimálně invazivního srdečního implantátu, který trvale elektricky a mechanicky izoluje tzv. ouško levé srdeční síně jednorázovou procedurou. Právě toto místo je u pacientů s chronickými fibrilacemi síní velmi častým místem vzniku krevních sraženin, které mohou způsobit cévní mozkové příhody nebo srdeční selhání. V EU a USA se jedná přibližně o více než 10 milionů pacientů.
Cílem grantu Left Atrial Appendage Electrical Isolation via Bio-photonic Optical Confirmation to Treat Persistent Atrial Fibrillation bylo dokončení vývoje tohoto systému s následným zavedením do praxe a minimalizovat tak vznik krevních sraženin a tím i fatálního poškození mozku a srdce pacienta.
V rámci tohoto projektu se doc. David Vrba, Dr. Ondřej Fišer a prof. Jan Vrba z týmu Bio-elektromagnetismu Katedry biomedicínské techniky FBMI podíleli na návrhu a optimalizaci geometrie aplikátoru, který bude v rámci vyvíjeného systému zodpovědný za radiofrekvenční odstranění srdeční arytmie.      

Kompetence a vybavení:

• Numerické modelování elektrického pole, proudů a indukovaného ohřevu v biologických tkáních v průběhu ablací. Výpočty pro ohodnocení úspěšnosti a rozsahu ablace a rizika nežádoucího tepelného poškození přilehlých tkání. Návrh a optimalizace geometrie aplikátorů a metody. Příprava anatomicky věrných modelů srdce z pacientských CT/MRI snímků.
• Polovodičový mikrovlnný generátor Sairem 200W, 2.45 GHz. Numerické simulátory COMSOL Multiphysics, Sim4Life a segmentační SW Materialise Mimics.

Další informace:

• Spolupráce:
  • AuriGen Medical, Irsko
• Projekty:
  • Horizon 2020 - Fast Track to Innovation, „Left Atrial Appendage Electrical Isolation via Bio-photonic Optical Confirmation to Treat Persistent Atrial Fibrillation- LAA-START“, Project No. 831117

Popis problematiky: 

Vývoj a výroba hardwarových a softwarových prostředků pro záznam, vizualizaci a analýzu EKG signálu. 
Vyvíjíme nositelný multisenzorický systém, který umožňuje záznam EKG, dechové křivky a bioimpedance v reálném čase. Vzhledem k tomu, že bylo zařízení otestováno v prostředí s vysokým tlakem a vlhkostí, je možné je využít ve velmi specifických podmínkách.
Z hlediska softwaru se zabýváme vývojem modulárních aplikací pro záznam fyziologických dat, jejich vizualizaci a analýzu. Zaměřujeme se především na metody detekce zvýšené kognitivní zátěže pomocí analytických metod hodnotících variabilitu srdečního rytmu (např. HRV nebo nelineární analýza) a užitím metod umělé inteligence. Metody jsou vyvíjeny ve spolupráci s institucemi, které se zabývají výzkumem především v oblasti psychologie (NÚDZ, ÚPOL, INESAN).
Vývoj a výzkum realizujeme v rámci projektové činnosti (TA ČR, GA ČR), smluvního výzkumu a studentských prací.

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
• Projekty: 

Popis problematiky: 

Koncepce transdisciplinárního projektu je založena na výzkumné spolupráci s Klinikou kardiologie IKEM (prof. MUDr. Josef Kautzner, CSc., FESC). V rámci spolupráce s Katedrou kardiologie, Universitního medicinského centra Utrecht (Utrecht, Nizozemsko) se provádí počítačová simulace myokardiálních elektrofyziologických procesů v srci a aplikace metod inverzní úlohy pro "patient-specific" vizualizaci komorové aktivity a rekonstrukci torza (Peter Van Dam, Ph.D.). Problematikou analýzy elektrokardiografických signálů srdce se zabývají v rámci tohoto projektu kolegové z Polytechnické univerzity (Università Politecnica della Marche, Ancona, Italie), které mají na starosti návrh Point2ECG jako nové interaktivní aplikaci pro automatickou identifikaci referenčních bodů EKG, umožňující jejich vizuální kontrolu a korekci (Agnese Sbrollini, Ph.D., prof. Laura Burattini, Ph.D.).

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
  • prof. MUDr. Josef Kautzner, CSc., FESC (Department of Cardiology, Institute for Clinical and Experimental Medicine, Prague, Czech Republic) 
  • Peter van Dam, Ph.D. (University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands; ECG Excellence BV, Nieuwerbrug, The Netherlands) 
  • Agnese Sbrollini, Ph.D. (Università Politecnica della Marche, Ancona, Italy) prof. Laura Burattini, Ph.D. (Università Politecnica della Marche, Ancona, Italy)
• Publikace:
  • Sedova K, Repin K, Donin G, Van Dam P, Kautzner J. Clinical utility of body surface potential mapping in CRT patients. Arrhythm Electrophysiol Rev 2021;10(2):113-119. JCR Q1 (Scopus).
• Projekty:

Popis problematiky:

Předmětem tohoto klinického výzkumu je řešení dvou hlavních problémů: 1. nalezení elektrokardiografických parametrů depolarizace a repolarizace spojených se vznikem ventrikulární fibrilace u pacientů s akutním koronárním syndromem, 2. vývoj algoritmu pro automatizované určení těchto parametrů. 

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
  • prof. Pyotr Platonov, M.D., Ph.D. (Department of Cardiology, Clinical Sciences, Lund University, Lund, Sweden)
  • Marina Demidova, M.D., Ph.D. (Department of Cardiology, Clinical Sciences, Lund University, Lund, Sweden;
  • V.A. Almazov National Medical Research Center, Saint Petersburg, Russia)
• Publikace:
  • Sedova KA, Demidova MM, Azarov JE, Hejda J, Carlson J, Bernikova OG, Arteyeva N, Erlinge D, Platonov PG. Terminal T-wave inversion predicts reperfusion tachyarrhythmias in STEMI. J Electrocardiol. 2022; 71:28-31. doi: 10.1016/j.jelectrocard.2021.12.008.
• Projekty:

Popis problematiky:

Hlavní výzvou základního výzkumu je stanovení role různých elektrofyziologických abnormalit ve vzniku fibrilace komor s následujícím vývojem nového nástroje pro klasifikaci rizik vniku komorové fibrilace na základě analýzy EKG.

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
  • Jan Azarov, Ph.D., Olesya Bernikova, M.D., Ph.D., Alexandra Durkina, Department of Cardiac Physiology, Institute of Physiology, Komi Science Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Syktyvkar, Russia.
• Publikace:
  • Bernikova OG, Durkina AV, Sedova KA, Azarov JE. Determinants of reperfusion arrhythmias: action potential duration versus dispersion of repolarization. J Physiol Pharmacol. 2021; 72(5). doi: 10.26402/jpp.2021.5.04
  • Durkina AV, Bernikova OG, Mikhaleva NJ, Paderin NM, Sedova KA, Gonotkov MA, Kuzmin VS, Azarov JE. Melatonin pretreatment does not modify extrasystolic burden in the rat ischemia-reperfusion model. J Physiol Pharmacol. 2021;72(1). doi: 10.26402/jpp.2021.1.15
  • Bernikova OG, Vaykshnorayte MA, Ovechkin AO, Sedova KA, Kharin SN, Azarov JE. Preventive Administration of Melatonin Attenuates Electrophysiological Consequences of Myocardial Ischemia. Bull Exp Biol Med. 2020;169(3):328-331. doi: 10.1007/s10517-020-04881-y
  • Bernikova OG, Sedova KA, Durkina AV, Azarov JE. Managing of ventricular reperfusion tachyarrhythmias - focus on a perfused myocardium. J Physiol Pharmacol. 2019;70(5). doi: 10.26402/jpp.2019.5.11.
• Projekty:

Popis problematiky:

Procesně je celý řetězec zpracování povrchových potenciálů vytvořen. Byla vyvinuta aplikace pro jejich předzpracování, která umožňuje řešit složité vzorce rušení vzniklé při neideálním nastavení měření. Byla vyvinuta aplikace pro mapování povrchových potenciálů, které je standardní metodou vizualizace těchto potenciálů. Aplikace nabízí základní způsoby mapování, které umožňují další zpracování a evaluaci záznamů.
Primárně byla tato úloha řešena v rámci projektu Charakteristiky elektromechanické dyssynchronie predikující efekt srdeční resynchronizační terapie (CRT)

Metody umělé intelligence pro detekci patologických průběhů EKG (ambulantní 12-svodové, Holter)
Analýza HRV z nositelné elektroniky
Analýza PPG křivky

Příklad řešení: diagnostika ventrikulárních tachykardií, fibrilací a flutter z elektrokardiogramu. Tyto poruchy srdečního rytmu patří mezi život ohrožující arytmie. Byla vytvořena metoda automatické detekce pro EKG holterovský monitorovací systém. Navržený algoritmus je založen na detekci ve spektrální oblasti podpořený detekcí v oblasti časové. Výsledek práce byl ověřen na diskriminaci nalezených arytmií vůči normálnímu EKG záznamu a na diskriminaci vůči šumu.

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
• Projekty: 

Popis problematiky:

Vývoj recelularizovaných kardiovaskulárních náhrad a záplat na bázi decelularizovaných a nanovlákenných nosičů s využitím metod tkáňového inženýrství, včetně 3D biotisku a kultivace v automatizovaných bioreaktorech. Decelularizace tkání probíhá ve speciálně vyvíjených automatizovaných systémech zajišťující homogenní decelularizaci tkáně (žilní, tepenní štěpy a perikardy, lidské a zvířecí). Pro snížení imunogenicity a trombogenicity a zvýšení celkové schopnosti remodelace takto připravených implantátu in vivo jsou substráty recelularizovány pomocí stromálních buněk z tukové tkáně, nebo kmenových buněk z pupečníku a prekultivovány ve specializovaných bioreaktorech. Tyto speciální systémy simulují fyziologické podmínky cévní stěny in vitro a podporují proliferaci buněčné kultury a její diferenciaci směrem k fenotypu hladkého svalu a endotelu. Pro zajištění homogenity recelularizace připravených nosičů je využita metoda 3D biotisku s použitím kolagenových bioinkoustů.  Připravené implantabilní záplaty a náhrady jsou testovány v animálním modelu – karotické povodí po dobu 1 a 6 měsíců. Průchodnost implantátů je testována angiografickým snímkováním a následnou histopatologickou  analýzou z hlediska integrace implantátů, celkové remodelace a reepitelizace, průchodnosti a tvorby intimální hyperplazie. Technologie pro přípravu decelularizovaných tkání a kultivační systémy jsou optimalizovány z hlediska splnění regulačních podmínek z hlediska GLP/GMP ve spolupráci s komerčním subjektem.

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
• Projekty: 

Popis problematiky:

Výzkumný tým Telemonitorace a diabetes se dlouhodobě zaměřuje na využití telemonitoringu (mobilní aplikace, nositelná elektronika) v diagnostice i léčbě nejrozšířenějších chronických kardiovaskulárních onemocněních, především arteriální hypertenze a chronického srdečního selhání. 
Tým vytvořil telemedicínský systém zaměřený na kardiovaskulární onemocnění a realizoval na něm v letech 2019-21 klinickou studii zahrnující 150 pacientů kteří byli monitorování po dobu nejméně 3 měsíců. Cílem studie bylo srovnání upravené metodiky domácí monitoringu krevního tlaku (TK) s několika dalšími metodami měření TK v ordinaci. Úprava domácího monitoringu spočíval v doplnění měření TK o sledování fyzické aktivity především před vlastním měřením TK. Některé výsledky již byly publikovány (např. https://ep.liu.se/en/conference-article.aspx?series=ecp&issue=161&Article_No=28) hlavní výsledky jsou teprve připravovány k publikaci. Aktuálně probíhá příprava další klinické studie zaměřené na využití telemonitoringu u pacientů s chronickým srdečním selháním. 
Tým disponuje technologiemi pro dlouhodobý monitoring fyzické aktivity, tepové frekvence, krevního tlaku, saturace SpO2, bio impedančního váhy (umožňuje monitoring složení těla), glykémie včetně CGM, dotazníkové mobilní aplikace a nabízí jeho využití dalším výzkumným týmům. Jedná se o kombinaci bezdrátových přístrojů, nositelné elektroniky, mobilních a webových aplikací s možností přenosu do  klinických informačních systémů.

Kompentence a vybavení:

Další informace:

• Spolupráce:
• Projekty: