Biosignalverarbeitung

Die Arbeitsgruppe (ResearchGate) erforscht die Steuerung des Herz-Kreislauf-Systems durch das autonome (unbewusste) Nervensystem. Dafür werden Biosignale aller Art, z.B. EKG-Kurven, Blutdruckkurven und Atemsignale, nichtinvasiv von der Körperoberfläche abgeleitet und analysiert. Der komplexe Charakter dieser Biosignale macht die Entwicklung innovativer Verarbeitungsalgorithmen erforderlich.

Erkrankungen hinterlassen in den Biosignalen Auffälligkeiten, deren Ausprägung Aussagen zum Schweregrad der Erkrankung und zur weiteren Prognose eines betroffenen Patienten erlauben. Ziel der Arbeitsgruppe ist es, Risikopatienten frühzeitig zu erkennen, damit diese optimal medizinisch betreut werden können.

Forschungsgebiete
Nichtlineare Dynamik

Sehr früh hat sich die Arbeitsgruppe mit Verfahren der nichtlinearen Dynamik ("Chaosmathematik") zur Biosignalverarbeitung beschäftigt und Komplexitätsmaße zur Risikoabschätzung bei Herzpatienten entwickelt. Wegen des innovativen Charakters des Forschungsansatzes wurde die Arbeit für die Dauerausstellung des Deutschen Museums in Bonn ausgewählt. (Siehe: Deutsches Museum – Phasenraumdiagramme).

Heart-Rate Turbulence

1999 berichtete die Arbeitsgruppe über eine bis dato unbekannte biphasische Modulation der Herzfrequenz nach Kammer-Extrasystolen ("Heart-Rate Turbulence"). Patienten, bei denen diese Modulation fehlte oder nur schwach ausgeprägt war, hatten ein deutlich erhöhtes Sterblichkeitsrisiko (Lancet 1999).

Die Arbeit hat ein großes Echo hervorgerufen, sie wurde bis Ende 2018 mehr als 1350 Mal zitiert. Das Ergebnis wurde vielfach bestätigt und als physiologischer Mechanismus wurde die Baroreflexfunktion identifiziert.

Phase-Recitfied Signal Averaging

2006 stellte die Arbeitsgruppe ein neues Verfahren zur Analyse der Herzfrequenz-Variabilität vor ("Phase-Recitfied Signal Averaging", "PRSA", Lancet 2006). Das Verfahren erlaubt eine Analyse von periodischen Signalanteilen, die im Rahmen von Beschleunigungen und Entschleunigungen der Herzfrequenz auftreten. Es zeigte sich, dass die mit Entschleunigungen assoziierten Oszillationen ("Deceleration Capacity") wichtige Risikoinformationen tragen. Inzwischen wird das Verfahren auch erfolgreich zur Analyse der Baroreflexsensitivität, der Atemvariabilität und der Blutdruckregulation bei Herzinsuffizienz verwendet.

Team
  • Prof. Dr. med Georg Schmidt 
    Oberarzt, Arbeitsgruppenleiter
  • Prof. Dr. med. Petra Barthel 
    Oberärztin
  • Dr. med. Alexander Steger 
    Oberarzt 
  • Dipl. Ing. Alexander Müller 
    Ingenieur
  • Dr. med. Michael Dommasch 
    Oberarzt
  • Dr. med. Daniel Sinnecker 
    Oberarzt
  • Dr. med. Larissa Wieg 
    Assistenzärztin
Publikationen (ausgewählt)

Steger A, Müller A, Barthel P, Dommasch M, Huster KM, Hnatkova K, Sinnecker D, Hapfelmeier A, Malik M, Schmidt G (2019) Polyscore of non-invasive cardiac risk factors. Front Physiol doi: 10.3389/fphys.2019.00049

Rizas KD, Eick C, Doller AJ, Hamm W, von Stuelpnagel L, Zuern CS, Barthel P, Schmidt G, Bauer A. (2018) Bedside autonomic risk stratification after myocardial infarction by means of short-term deceleration capacity of heart rate. Europace 20(FI1):f129-f136.

Schmidt G, Huster KM, Malik M. (2017) Cardiac electrophysiology: signals to decrypt and to decipher. Eur Heart J 38(27):2119-2121.

Sinnecker D, Dommasch M, Steger A, Berkefeld A, Hoppmann P, Müller A, Gebhardt J, Barthel P, Hnatkova K, Huster KM, Laugwitz KL, Malik M, Schmidt G. (2016) Expiration-Triggered Sinus Arrhythmia Predicts Outcome in Survivors of Acute Myocardial Infarction. J Am Coll Cardiol 67:2213-2220.

Sinnecker D, Barthel P, Huster KM, Müller A, Gebhardt J, Dommasch M, Schneider S, Steger A, Laugwitz KL, Malik M, Schmidt G. (2015) Force-interval relationship predicts mortality in survivors of myocardial infarction with atrial fibrillation. Int J Cardiol 182:315-20.

Dommasch M, Sinnecker D, Barthel P, Müller A, Dirschinger RJ, Hapfelmeier A, Huster KM, Laugwitz KL, Malik M, Schmidt G. (2014) Nocturnal respiratory rate predicts non-sudden cardiac death in survivors of acute myocardial infarction. J Am Coll Cardiol 63:2432-3.

Barthel P, Wensel R, Bauer A, Müller A, Wolf P, Ulm K, Huster KM, Francis DP, Malik M, Schmidt G. (2013) Respiratory rate predicts outcome after acute myocardial infarction: a prospective cohort study. Eur Heart J 34:1644-50.

Barthel P, Bauer A, Müller A, Huster KM, Kanters JK, Paruchuri V, Yang X, Ulm K, Malik M, Schmidt G. (2012) Spontaneous baroreflex sensitivity: prospective validation trial of a novel technique in survivors of acute myocardial infarction. Heart Rhythm 9:1288-94.

Bauer A, Barthel P, Schneider R, Ulm K, Müller A, Joeinig A, Stich R, Kiviniemi A, Hnatkova K, Huikuri H, Schömig A, Malik M, Schmidt G. (2009) Improved Stratification of Autonomic Regulation for risk prediction in post-infarction patients with preserved left ventricular function (ISAR-Risk). Eur Heart J 30:576-83.

Bauer A, Kantelhardt JW, Barthel P, Schneider R, Mäkikallio T, Ulm K, Hnatkova K, Schömig A, Huikuri H, Bunde A, Malik M, Schmidt G. (2006) Deceleration capacity of heart rate as a predictor of mortality after myocardial infarction: cohort study. Lancet 367:1674-81.

Schmidt G, Malik M, Barthel P, Schneider R, Ulm K, Rolnitzky L, Camm AJ, Bigger JT Jr, Schömig A. (1999) Heart-rate turbulence after ventricular premature beats as a predictor of mortality after acute myocardial infarction. Lancet 353:1390-6.

Wissenschaftliche Arbeiten & Drittmittelförderung
  • Wissenschaftliche Arbeiten
  • Medizinische Doktorarbeiten nach Anfrage


Drittmittelförderung

  • Europäische Kommission (EU-CERT-ICD)
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung
  • Nationale Kohorte (NAKO)
  • Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung
  • Deutsche Stiftung für Herzforschung
Apl. Prof. Dr. Georg Schmidt
Apl. Prof. Dr. Georg Schmidt