Canadian Journal of Cardiology
Methods in Cardiovascular Research| Volume 37, ISSUE 11, P1808-1817, November 2021

Multi-Axes Lead With Tetrahedral Electrode Tip for Cardiac-Implantable Devices: Creative Concept for Pacing and Sensing Technology



      We developed a multi-axes lead (MaxLead) incorporating 4 electrodes arranged at the lead-tip, organized in an equidistant tetrahedron. Here, we studied MaxLead performance in sensing, pacing, and activation wavefront-direction analysis.


      Sixteen explanted animal hearts (from 7 pigs, 7 sheep, and 2 rabbits) were used. Pacing threshold was tested from all axes of MaxLead from right-ventricular (RV) apex before and after simulated dislodgement. In addition, conduction-system pacing was performed in sheep heart preparations from all axes of MaxLead. Sensing via MaxLead positioned at RV apex was tested during sinus rhythm (SR), pacing from RV and left-ventricular (LV) free-wall, and ventricular fibrillation (VF). MaxLead-enabled voltage (MaxV), defined as the largest span of the sensed electric field loop, was compared with traditional lead-tip voltage detection.


      Pacing: MaxLead minimized change in pacing threshold owing to lead dislodgement (average voltage change 0.2 mV; 95% confidence interval [CI], –0.5 to 0.9), using multiple bipoles available for pacing. In animals with high conduction system-pacing thresholds (> 2 mV) in 1 or more bipoles (3 of 7), acceptable thresholds (< 1 mV) were demonstrated in an average of 2.5 remaining bipoles. Sensing: MaxV of SR and VF was consistently higher than the highest bipolar voltage (voltage difference averaged –0.18 mV, 95% CI, –0.28 to –0.07), P = 0.001). Electric field-loop geometry consistently differentiated ventricular activation in SR from that during pacing from RV and LV free walls.


      The multi-axes MaxLead electrode showed advantages in pacing, sensing, and mapping and has the potential to allow for improvements in lead-electrode technology for cardiac-implanted electronic devices.



      Nous avons conçu une dérivation à axes multiples intégrant quatre électrodes placées à l’extrémité de la dérivation organisées en un tétraèdre équidistant. Ici, nous avons étudié la performance de la dérivation à axes multiples pour ce qui est de la détection, la stimulation et l’activation de l’analyse de la direction du front d’onde.


      Seize cœurs isold’animaux extraits (de 7 cochons, 7 moutons et 2 lapins) ont été utilisés. Le seuil de stimulation a été testé à partir de tous les axes de la dérivation à axes multiples de l’apex ventriculaire droit (VD) avant et après une simulation de déplacement. De plus, la stimulation du système de conduction a été effectuée dans les cœurs de moutons de tous les axes de la dérivation à axes multiples. La détection par l’entremise de la dérivation à axes multiples positionnée à l’apex VD a été testée durant le rythme sinusal (RS), la stimulation des parois libres du VD et du ventricule gauche (VG), et la fibrillation ventriculaire (FV). Le voltage engendré par la dérivation à axes multiples, défini comme étant la plus grande plage de la boucle du champ électrique détectée, a été comparé à la détection du voltage du bout d’une dérivation traditionnelle.


      Pour ce qui est de la stimulation, la dérivation à axes multiples a limité les variations du seuil de stimulation par suite de déplacement de la dérivation (variation moyenne du voltage de 0,2 mV; intervalle de confiance [IC] à 95 % de −0,5 à 0,9), au moyen de bipôles multiples disponibles pour la stimulation. Chez les animaux ayant des seuils de stimulation du système de conduction élevés (> 2 mV) dans au moins un bipôle (3 de 7), des seuils acceptables (< 1 mV) ont été observés dans une moyenne de 2,5 bipôles restants. Détection : Le voltage engendré par la dérivation à axes multiples du RS et de la FV était constamment plus élevé que le voltage bipolaire le plus élevé (différence moyenne du voltage de −0,18 mV, IC à 95 % de −0,28 à −0,07, p = 0,001). La géométrie de la boucle du champ électrique a constamment différencié l’activation ventriculaire dans le RS de celle observée durant la stimulation des parois libres du VD et du VG.


      L’électrode à dérivation à axes multiples procure des avantages sur le plan de la stimulation, de la détection et de la cartographie et pourrait permettre des améliorations à la technologie des dérivations d'électrodes pour les implants cardiaques.
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