La Détection

Généralités

La sensibilité exprimée en millivolt (mV) qualifie la capacité du stimulateur cardiaque à correctement détecter les événements cardiaques spontanés.

Un stimulateur cardiaque est muni de filtres d’entrée qui permettent de détecter spécifiquement ondes P dans l’oreillette et ondes R dans le ventricule en fonction de l’analyse de trois caractéristiques de ces signaux électriques: le spectre de fréquence, la pente et l’amplitude.

Une programmation adéquate du niveau de sensibilité doit permettre de détecter tous les événements cardiaques spontanés survenant dans la chambre implantée tout en ne détectant pas les événements d’autre nature (écoute croisée avec détection de signaux cardiaques provenant de l’autre chambre, myopotentiels, interférences…).

La programmation d’une détection bipolaire permet d’augmenter la spécificité de la détection par rapport à une détection unipolaire en limitant le risque d’écoute de signaux extracardiaques ou d’écoute croisée et permet la programmation de valeurs de sensibilité élevée (0,3 à 0,5 mV dans l’oreillette, 2 à 3 mV dans le ventricule). En revanche, en configuration unipolaire, le risque d’écoute croisée ou d’écoute de signaux extracardiaques oblige à la programmation de niveau de sensibilité moindre (1 à 1,5 mV dans l’oreillette et 4 à 5 mV dans le ventricule) ave un risque accru de sous-détection.

Le spectre de fréquence

La fréquence d’un signal est exprimée en hertz (Hz), et est l’inverse de sa période. Un stimulateur amplifie les signaux entrants compris en moyenne dans une gamme de fréquence située entre 10 et 70 Hz correspondant aux signaux de dépolarisation cardiaque. Les signaux situés en deçà et au-delà de cette zone sont filtrés et sont donc rendus moins ou non détectables par le système.

Exemple : dans le canal ventriculaire, les ondes R ont un spectre de fréquence entre 10 et 30 Hz et sont amplifiées. En revanche, les ondes T dont le spectre est inférieur à 5 Hz sont filtrées. De même, les signaux d’origine atriale recueillis dans le ventricule ont habituellement une fréquence très basse, et sont le plus souvent filtrés.

Le spectre de fréquence des signaux d’origine musculaire comme le muscle pectoral (myopotentiels), se superpose à celui des ondes P et des ondes R. En configuration unipolaire, le champ de détection s’étend de l’électrode distale de la sonde de stimulation jusqu’au boitier qui est posé sur ou sous le pectoral avec un risque accru d’interférences par la détection de signaux d’origine musculaire lors de certains efforts.

La pente

Ce paramètre qualifie la variation d’amplitude du signal cardiaque en fonction du temps, exprimée en mV/ms. Le stimulateur détecte la partie du signal la plus rapide qui correspond au passage du front de dépolarisation en regard de l’électrode.

Si le signal de dépolarisation est fragmenté comme c’est parfois le cas pour une extrasystole, les pentes de ses différentes composantes sont souvent plus lentes, avec un risque accru de sous-détection.

A l’implantation, il faut idéalement positionner les sondes de stimulation au niveau d’un site où la pente de dépolarisation est d’au moins 1mV/ms dans le ventricule et d’au moins 0,5 mV/ms dans l’oreillette. La mesure de la pente du signal dépend de son traitement, et notamment des filtres utilisés. Ceux-ci sont différents en fonction du système de mesure, l’appareil externe de détermination des seuils ou la prothèse qui sera définitivement connectée. Les différences observées peuvent être très importantes. L’enregistrement direct du signal à l’implantation peut toutefois être utile pour rechercher le site qui permet d’observer la déflexion intrinsèque la plus ample.

La déflexion intrinsèque d’un signal endocavitaire ne survient presque jamais au début du signal correspondant sur l’ECG de surface. Par exemple, la détection de la dépolarisation ventriculaire chez un patient avec bloc de branche droit complet est très tardive. De même dans l’oreillette, la détection de l’auriculogramme peut survenir à la fin de l’onde P de l’ECG de surface.

L’amplitude du signal

L’amplitude du signal mesurée par le stimulateur correspond à l’amplitude du signal qui reste détectable par le système de stimulation après son analyse en fréquence et la détermination de la pente. Elle s’exprime en mV. C’est le paramètre utilisé en bout de chaine du traitement du signal pour déterminer le niveau de sensibilité du système.

Programmer un stimulateur cardiaque avec une sensibilité de 4 mV signifie que seuls les signaux dont l’amplitude est supérieure à cette valeur de 4 mV sont détectables, une fois ce signal traité (de fréquence et de pente satisfaisantes). Tous les signaux d’amplitude inférieure ne seront pas pris en compte. Augmenter la valeur programmée de sensibilité (à 12 mV par exemple) signifie réduire la capacité de détection du système, car il faut, cette fois, une amplitude de signal de plus de 12 mV pour que ce signal soit détectable.

Au total, à l’implantation d’une sonde de stimulation, il faut s’attacher à obtenir un signal correspondant à la bande passante du stimulateur, dont la déflexion intrinsèque est la plus rapide possible et de grande amplitude. On cible des niveaux d’amplitude d’au moins 5 mV dans le ventricule et d’au moins 2 mV dans l’oreillette.

Détection automatique

Traditionnellement, à la différence des défibrillateurs, les stimulateurs fonctionnaient avec une sensibilité stable et fixe sur l'ensemble du cycle cardiaque. De plus en plus, même si les contraintes en termes de détection ne sont pas les mêmes (nécessité cruciale pour un défibrillateur de détecter et traiter des troubles du rythme ventriculaire très rapides, polymorphes et microvoltés), les stimulateurs modernes permettent une sensibilité adaptative (niveau de sensibilité variable en fonction de l'amplitude de l'onde R ou de l'onde P détectée) avec augmentation progressive de la sensibilité au cours du cycle cardiaque (possibilité de détecter des signaux de petite amplitude sans surdétecter l'onde T).  

Spécificités

BIOTRONIK

La sensibilité atriale et ventriculaire peuvent être programmées à une valeur fixe ou avec adaptation automatique (contrôle de sensibilité automatique).

Le contrôle de sensibilité automatique mesure la taille de l’onde R ou de l’onde P et adapte cycle à cycle le seuil de sensibilité. La sensibilité automatique maximale est de 2 mV pour le ventricule (valeur plus élevée que pour un défibrillateur), de 0.2 mV pour une détection atriale bipolaire et de 0.5 mV pour une détection atriale unipolaire. Après une stimulation, la sensibilité maximale est atteinte après 360 ms dans l’oreillette et 575 ms dans le ventricule.

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BOSTON SCIENTIFIC

Les stimulateurs Boston Scientific disposent d’un contrôle automatique de gain (CAG) digital qui ajuste de façon dynamique le niveau de sensibilité dans l’oreillette et dans le ventricule.

Le mode de détection peut donc être programmé sur CAG ou sur Fixe dans l’oreillette et dans le ventricule. Les valeurs de Sensibilité atriales et ventriculaires peuvent être programmées de façon indépendante, le type de méthode de détection utilisé (CAG ou Fixe) devant être le même pour les 2 chambres.

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Si la détection est programmée sur CAG, la valeur nominale de sensibilité est programmée à 0.6 mV pour le ventricule et à 0.25 mV pour l’oreillette.

Un convertisseur 12-bit permet de convertir le signal électrique en valeur numérique. Pour optimiser la détection des signaux, le dispositif ajuste la sensibilité ventriculaire selon un contrôle automatique de gain à 2 composantes : lente et rapide.

Le CAG utilise une composante dite « lente », pour fixer un intervalle de recherche de l’amplitude du prochain QRS.  En calculant une “moyenne” des pics des signaux précédents, la composante « lente » définit une zone dans laquelle se trouvera probablement le pic suivant et fixe cette zone entre une valeur minimale et maximale.

Pic Moyen (n) = ¾ * Pic Moyen (n-1) + ¼ * Pic (n-1)

Si n-1 était stimulé, alors Pic (n-1) = 8 * seuil CAG programmé

Max (n) = 3/2 * Pic Moyen (n)

Min  (n) = 1/8 * Pic Moyen (n)

La composante « rapide » du CAG permet, après un évènement ventriculaire, de maintenir une valeur de sensibilité élevée après la détection, puis de décrémenter la valeur de sensibilité progressivement pour rendre l’appareil de plus en plus sensible.

A la fin de la période réfractaire + 15ms, la valeur descend à 75% du pic détecté, ou 75% du Pic Moyen si le dernier évènement ventriculaire est stimulé.

Pour un QRS détecté, le CAG diminue ensuite la valeur à 7/8 de la valeur précédente toutes les 35 ms. Cette décroissance continue jusqu’à atteindre la valeur la plus élevée entre le Min ou la valeur programmée de sensibilité.

Si le dernier évènement ventriculaire est stimulé, le CAG diminue ensuite à chaque pas la valeur à 7/8 de la valeur précédente, mais la durée du pas est déterminée par la fréquence minimum de stimulation : la valeur Min (ou la valeur de sensibilité programmée) est atteinte 150 ms avant la prochaine stimulation programmée.

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La période réfractaire de 135 ms après un événement détecté se compose d’une période réfractaire absolue de 50 ms, d’une fenêtre de bruit de 40 ms (ré-enclenchable en cas de bruit détecté) et d’une période réfractaire absolue de 35 ms.

En mode de détection Fixe, la valeur de sensibilité ne s’ajuste pas de manière dynamique comme en mode CAG et l’Algorithme de Gestion Dynamique du Bruit n’est pas utilisé. La présence d’un bruit persistent déclenche le comportement de la Réponse au Bruit programmée: stimulation asynchrone ou Inhiber Stimulation.

En mode détection fixe, la sensibilité atriale est programmable entre 0.15 et 10 mV avec une valeur nominale de 0.75 mV.

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En mode détection fixe, la sensibilité ventriculaire est programmable entre 0.25 et 10 mV avec une valeur nominale de 2.5 mV.

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MEDTRONIC

En fonction de l’ancienneté de la gamme de stimulateur, il est possible de programmer une valeur fixe de la sensibilité durant tout le cycle cardiaque (Kappa, EnPulse, Sensia…et jusqu’à l’Adapta)  ou comme dans une plateforme de défibrillateur une détection automatique adaptée à l’amplitude du signal précédent et évolutive au cours du cycle cardiaque (Ensura, Advisa et gammes futures).

Sensibilité automatique ancienne gamme (Kappa, EnPulse, Sensia…et jusqu’à l’Adapta) 

L’amplitude de chaque onde P ou R spontanée est mesurée puis comparée à un intervalle de sécurité qui varie en fonction de la sensibilité en cours, du type de sonde (A ou V) et de sa polarité.

L’événement est alors classé en signal d’amplitude élevé, adéquat ou faible.

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S’il se produit de nombreux événements faibles, le réglage est ajusté pour augmenter la sensibilité d’une valeur (valeur numérique plus petite).

S’il se produit de nombreux événements élevés, le réglage est ajusté pour diminuer la sensibilité d’une valeur (valeur numérique plus grande).

Il faut au minimum 17 événements faibles pour augmenter la sensibilité d’une valeur et 36 événements élevés pour la diminuer d’une valeur.

Sensibilité automatique nouvelle gamme (Ensura, Advisa et gammes futures)

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La détection est forcément adaptative (non programmable) si une détection bipolaire est programmée et forcément fixe si une détection unipolaire est programmée.

Si la détection est automatique, après une détection ventriculaire, la valeur du seuil s’ajuste à 75% de l’onde R (maximum 8 x la valeur programmée) puis suit une décroissance dans le temps (450 ms) pour atteindre la sensibilité programmée (valeur nominale 0,9 mV).

Après une stimulation ventriculaire, la sensibilité aux évènements ventriculaires reste inchangée et le dispositif est moins sensible aux évènements auriculaires.

Après une détection auriculaire, la valeur du seuil s’ajuste à 75% de l’onde P (maximum 8 x valeur programmée) puis suit une décroissance dans le temps (200 ms) pour atteindre la sensibilité programmée (valeur nominale 0,3 mV).
 

ABBOTT

Après son filtrage, le signal est également rectifié numériquement. La détection se fait à partir d’un signal monophasique.

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En détection bipolaire, il est possible de programmer la sensibilité atriale et ventriculaire sur automatique (AutoSense  ou SenseAbility) ou sur fixe. En revanche, la sensibilité est obligatoirement fixe si la détection est unipolaire. Lorsque la sonde est codée comme étant bipolaire, il est possible de programmer la détection unipolaire soit entre l’extrémité distale et le boîtier soit entre la bague et le boîtier.

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Le principe du contrôle de sensibilité automatique est d’adapter la sensibilité en fonction de l'amplitude de l’onde P ou de l'onde R précédente et d’augmenter ensuite la sensibilité au cours du cycle. La sensibilité maximale bipolaire est limitée à une valeur réglable (0,2 mV dans l’oreillette en nominal et 0,5 mV dans le ventricule).

Différents paramètres peuvent être programmés pour optimiser la qualité de la détection : la sensibilité maximale, le retard d'adaptation (post-stimulation et post-détection), le niveau d'adaptation (post-stimulation et post-détection) et la période réfractaire stimulée et détectée (post-stimulation et post-détection).

Dans l'exemple de la figure ci-dessous, l'appareil détecte une onde R mesurée à 6 mV. En fin de blanking post-détection, la sensibilité est initialement réglée au niveau d'adaptation (dans cet exemple, 50 % du signal maximum mesuré; 3 mV). Ce niveau de sensibilité est maintenu pendant le retard d'adaptation (dans cet exemple, pas de retard d'adaptation; 0 ms). La sensibilité augmente ensuite linéairement jusqu'à l'événement détecté suivant ou jusqu'à la sensibilité maximale (1 mV dans cet exemple). 

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1. Blanking post-détection; 2. Onde R détectée; 3. Amplitude maximale de l'onde R: 6 mV; 4. Niveau d'adaptation réglé à 50%; 5. Sensibilité à 3 mV; 6. Onde R à 4 mV; 7. Niveau d'adaptation réglé à 50%; 8. Sensibilité à 2 mV; 9. Sensibilité maximale; 

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Lorsque le retard d’adaptation post-stimulation ventriculaire est réglé sur Auto, l’appareil ajuste automatiquement le retard utilisé après une stimulation ventriculaire pour compenser le raccourcissement de l’intervalle QT associé aux fréquences rapides de stimulation.

SORIN

Principe

Il est possible de programmer la fonction Autosensing Atrial et Ventriculaire avec adaptation automatique des sensibilités A et V aux variations d’amplitude des évènements détectés. L’amplitude des évènements atriaux et ventriculaires est monitorée en permanence avec adaptation automatique cycle à cycle des sensibilités. L’amplitude des signaux est moyennée sur 8 cycles consécutifs et la sensibilité est programmée à environ un tiers (37,5%) de cette valeur moyenne.

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Suite à une extrasystole atriale, une arythmie atriale ou une stimulation atriale la sensibilité atriale est forcée à 0,4 mV. L’amplitude de l’ESA n’est pas prise en compte dans la moyenne. Elle est remplacée par la valeur 0,4 mV pour le calcul de l’amplitude moyenne. L’Autosensing A applique une sensibilité allant de 0,4 mV à 3 mV.

De même, suit à une stimulation ventriculaire la sensibilité ventriculaire est forcée à 1,5 mV en unipolaire et 2 mV en bipolaire. L’Autosensing V applique une sensibilité allant de 1,5 mV (en unipolaire) ou 2 mV (en bipolaire) à 6 mV.

Programmation

Il est possible de programmer l’Autosensing sur:

  1. SUIVI qui permet de mesurer les amplitudes des ondes P (sinusales et pathologiques) et des ondes R (normales et ESV) sans adaptation des réglages de la sensibilité qui restent fixes
  2. AUTO qui permet la mesure les amplitudes des ondes P et des ondes R avec ajustement automatique des sensibilités comme précédemment décrit
     

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Il existe un certain nombre de restrictions : l’autosensing atrial n'est programmable sur auto que si la sensibilité atriale est bipolaire (si unipolaire, uniquement mode suivi) et que le délai AV de repos est supérieur à 65 ms.

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Données mémorisées

Les mesures d’amplitude des évènements détectés sont présentées sous forme d’histogrammes de distribution. La qualité de la détection peut être évaluée aussi sur les courbes de tendances sur les dernières 24 H où la précision (la valeur moyenne) est de 8 minutes environ par point; de même, pour les courbes de tendances sur les dernières 6 mois où un point représente la valeur de détection moyenne d’une journée.

Dans l’onglet PM de l’écran Diagnos. AIDA, un clic sur la loupe Autosensing affiche la distribution des ondes P ; un clic sur le bouton Ondes P/R affiche la distribution des ondes R ; un clic sur le bouton Suivi sur les dernières 24 H affiche les courbes de tendances des ondes P et R sur les dernières 24 heures.

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Les ondes P "sinusales" représentent les détections d’ondes P en dehors de la fenêtre de DARA. Les ondes P "en repli" représentent les détections d’ondes P survenues en phase de Repli (DDI). Les détections d’ondes P survenues en phase de suspicion ne sont pas prises en compte.

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Les ESV représentent les détections d’ondes R dont le couplage est plus court de 25% par rapport à la moyenne des 4 cycles ventriculaires "normaux" qui précèdent.

A noter que dans le Symphony, la période de mesure représente les 6 derniers mois. Dans le Reply, Reply 200 et Kora 100, la période de mesure équivaut aux 2 derniers mois.

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Dans l’onglet PM de l’écran Diagnos. AIDA, un clic sur la loupe Mesures sur sondes affiche les courbes de tendances de la détection atriale ; un clic sur le bouton Sonde V affiche les courbes de tendances de la détection ventriculaire.

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