Identifikace arytmií pomocí jednorázového EKG

Cílem výzkumu je vyřešit následující zdravotní problémy:

1. Identifikace a definice typu fibrilace síní je problematická pro její spontánní výskyt a latenci.
2. Měřicí přístroje pro screening fibrilace síní jsou špatně dostupné.

Hlavní výzkumné otázky jsou:

1. Lze jednosvodové měření EKG použít k detekci arytmií

   1. Zjistěte místa měření (svody EKG) pro samomonitorování jednosvodového EKG a vyhodnoťte vliv míst měření na použitelnost a kvalitu signálu.
   2. Zjistěte místa měření pro monitorování jednosvodového EKG, když měření provádí jiná osoba (sestra nebo příbuzný) a vyhodnoťte vliv míst měření na použitelnost a kvalitu signálu.
   3. Zjistěte spolehlivost jednosvodového měření EKG pro identifikaci fibrilace síní.
   4. Zjistěte spolehlivost jednosvodového měření EKG pro identifikaci rychlé (tachykardie) a pomalé srdeční frekvence (bradykardie).

2. Může být náramek na základě optické registrace pulsů schopen získat spolehlivé informace o arytmiích?

   1. Zjistěte využitelnost pulzního náramku pro identifikaci fibrilace síní.
   2. Zjistěte využitelnost pulzního náramku pro identifikaci rychlé (tachykardie) a pomalé srdeční frekvence (bradykardie).

Účelem vývoje metody studie je zhodnotit spolehlivost měření srdeční frekvence v jednosvodovém EKG a měření pulzní vlny u zdravých a pacientů se srdečními problémy. Studie vyvíjí výpočetní metody založené na technologii lehkého měření ke spolehlivé identifikaci nejčastější srdeční arytmie, fibrilace síní. Diagnostika a léčba fibrilace síní jsou rozhodujícími faktory pro prevenci cévních mozkových příhod.

Výzkumní pacienti již podstoupili 12kanálovou klinickou registraci EKG, která je součástí běžného léčebného procesu. Toto 12kanálové EKG se používá pro identifikaci pacientů vhodných pro výzkum a rozdělení do podskupin (normální rytmus, fibrilace síní, rychlý nebo pomalý rytmus).

Při skutečných měřeních ve studii je Holterův EKG přístroj připojen k pacientově hrudníku pomocí pěti mokrých elektrod, které se používají jako zlatý standard pro monitorování rytmu. Metody lehkého měření jsou porovnány s výsledkem Holter-EKG registrace. Kromě toho je na pacientovo zápěstí umístěn fotopletysmogram pro registraci PPG. Obrázek 1 ukazuje názorné příklady měření studie.

Výzkumník měří jednominutové záznamy ze dvou různých měřicích poloh (boku a hrudníku) jednorázovým měřícím přístrojem EKG. Poté pacient provádí jednominutové sebemonitorovací měření jednorázovým EKG přístrojem ze všech tří pozic (palec, bok a hrudník) a také z hrudníku šperkovým EKG.

Studie porovnává schopnost těchto lehkých metod měření detekovat různé srdeční rytmy ve srovnání s Holterovou registrací.

K měření se používají tyto přístroje:

1. Senzor EKG Faros 360 s mokrými elektrodami (obrázek 1, zařízení 1) (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter je zdravotnický prostředek třídy 2a schválený CE a FDA 510(k), který se připevňuje k hrudníku pacienta pomocí pěti mokrých elektrod na jedno použití.

2. Jednorázové EKG zařízení Suunto Movesense (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vantaa Suomi). Movesense je spotřebitelské zařízení s certifikátem CE, které se používá se dvěma elektrodami k měření EKG (obrázek 1 zařízení 2 a 3). Pouzdro Movesense; šperk a jednorázové pouzdro na EKG.

   1. V předchozí studii (Afib24h) byla hlášena Valvira a výzkum získal povolení pro studii klinického zařízení (kombinace Movesense + hrudní pás).
   2. Pro tuto studii je Valira hlášena pro studii klinického zařízení (Movesense + jednorázová kombinace EKG zařízení)
3. Aktivní náramek Empatica E4 (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), což je spotřebitelské zařízení s certifikátem CE. Empatica E4 je také fotopletysmogram, který měří opticky množství krve cirkulující v cévě (obrázek 1 zařízení 4).
4. Samsung Gear S3 nositelné zařízení (Samsung Electronics, Co., Ltd., www.samsung.com Soul Etelä-Korea), což je spotřebitelské zařízení s certifikátem CE. Gear S3 je také fotopletysmogram, který měří opticky množství krve cirkulující v cévě.

Výzkumník připojí zařízení k pacientovi. Poté výzkumník zahájí 10minutovou registraci na zařízeních Faros 360 (zařízení 1) a Empatica E4 (zařízení 4). Během 10minutového měření výzkumník měří jednominutové záznamy ze dvou různých měřicích poloh pomocí EKG Movesense (zařízení 2) 1. z hrudníku, hrudní kosti kolmo 2. z hrudníku, podél hrudní kosti. Pacient pak provádí minutové sebemonitorovací měření 1. z hrudníku, hrudní kosti kolmo 2. z hrudníku, podél hrudní kosti 3. ze spodní části boku 4. z palců a 5. z hrudníku šperkem -EKG.

Detekce srdeční frekvence měřením EKG se nejčastěji provádí detekcí komplexů QRS. V posledních desetiletích bylo vyvinuto mnoho těchto QRS detektorů. Měření EKG suchými elektrodami zahrnuje podstatně více pohybových poruch ve srovnání s měřeními mokrými elektrodami, protože i malé pohyby přístroje vyvolávají velké změny signálu EKG. Navíc, zejména při použití palců jako měřicích bodů, je hluk EMG ze svalů pozoruhodně vysoký ve srovnání s měřeními mokrými elektrodami.

Tento projekt využívá metody vyvinuté v dřívějším mobilním EKG projektu pro detekci šumu a QRS, aby bylo možné spolehlivě detekovat QRS komplexy a nepravidelnosti srdeční frekvence při měření suchou elektrodou.

V této studii jsou dříve vyvinuté metody detekce srdeční frekvence ověřeny měřením normálního sinusového rytmu, fibrilace síní a pomalé (bradykardie) a rychlé (tachykardie) srdeční frekvence.

Tato studie zkoumá schopnost detekce pulsu při detekci fibrilace síní. Fotopletysmogram měří absorpci světla v tkáni. Absorpce světla do krve je větší než absorpce do okolní tkáně. Když srdce bije, kapiláry se rozšiřují a stahují na základě změn objemu krve. Fotopletysmografie umožňuje měření srdeční frekvence detekcí změn v absorpci.

Fotopletysmgram, stejně jako mobilní EKG zařízení, je zvláště citlivý na pohyb, dokonce i malý pohyb LED/fotodiody vyvolává velké změny v intenzitě světla.

Fyziologické změny také způsobují poruchu měření srdeční frekvence, například když se mění vaskulární elasticita, mění se doba pulzu, což má za následek poruchu měření.

Na rozdíl od vysokofrekvenčního propíchnutého komplexu QRS je pulzní vlna nízkofrekvenční variací nahoru a dolů, což způsobuje své vlastní problémy pro přesné měření srdeční frekvence.

Síně pracují při fibrilaci síní nedostatečně, proto komory nejsou zcela naplněny krví. Fibrilace síní navíc způsobuje nepravidelné vedení vzruchů ze síní do komor, což vede k nepravidelnosti pulsu. Množství napumpované krve se mění od jednoho úderu k úderu, což ztěžuje detekci pulzní vlny.

Tento projekt vyvíjí metody pro přesné měření srdeční frekvence ze série pulzních vln.

Vývoj metody se zaměřuje na zohlednění poruch způsobených pohybem glukometru, nepravidelností pulzních vln typických pro fibrilaci síní a problémy s pomalou (bradykardie) a rychlou (tachykardie) detekcí srdeční frekvence.

Hlavním cílem vývoje metody je určit puls tak přesně, aby nepravidelnost pulsu v důsledku fibrilace síní byla odlišitelná od normálního sinusového rytmu a spolehlivě detekovala rychlé a pomalé srdeční rytmy.

Při fibrilaci síní vedou elektrické impulsy náhodně do komor, což způsobuje, že srdeční frekvence je nepravidelná a nerovnoměrná. Velká kampaň Srdeční asociace „Vnímejte svůj puls – předcházejte mrtvici“ je založena na rozpoznání srdeční frekvence nebo pulsu. Rozpoznání pulzu je samozřejmě nejlevnější metodou k detekci fibrilace síní, ale tato metoda produkuje velké množství falešně pozitivních výsledků. Měřením EKG je detekce fibrilace síní mnohem spolehlivější. Pro tento účel byly vyvinuty automatické algoritmy detekce fibrilace síní.

Identifikace aktivace síní při dlouhodobém Holterově EKG měření je obecně velmi náročná kvůli špatnému poměru signál-šum (pohyb, svalové artefakty a částečně se překrývající mnohem silnější komorová aktivita). Z tohoto důvodu je většina algoritmů detekce fibrilace síní založena na identifikaci nepravidelnosti pulsu. Pro parametrizaci nepravidelnosti srdeční frekvence (RR-interval) bylo zavedeno několik relativně jednoduchých, ale spolehlivých metod na časové úrovni. Například metoda založená na A RdR, kde jsou intervaly RR (srdeční frekvence) reprezentovány jako funkce po sobě jdoucích změn intervalu RR (změna srdeční frekvence) (Lian et al. 2011). RdR-graf definuje fragmentaci vzoru vyplývající z nepravidelných změn srdeční frekvence. Kromě toho existují metody, které odhadují vnitřní koherenci časové řady RR (Lee et al. 2011). Do parametrizace variace srdeční frekvence byly také zavedeny různé nelineární metody, které umožňují šířeji popsat dynamiku variace srdeční frekvence (bez omezení předpokladu linearity). Jednou třídou nelineárních metod jsou různé entropické veličiny, ty jsou zvláště zajímavé pro identifikaci fibrilace síní a nepravidelné srdeční frekvence. Entropické veličiny lze použít k odhadu pravidelnosti a předvídatelnosti časové řady RR. Spolehlivý výpočet entropických veličin obvykle vyžaduje relativně dlouhou dobu měření, ale byly zavedeny i entropické veličiny, které jsou vhodné pro analýzu krátkých měření (Lake & Moorman 2011).

Tento výzkumný projekt vyvíjí nové algoritmy detekce fibrilace síní pro mobilní měření EKG a měření pulzních vln na základě již existujících metod. Algoritmy musí brát v úvahu předčasné síňové a ventrikulární komplexy. Jejich ignorování zvyšuje nepravidelnost časové řady RR a tím zvyšuje počet falešně pozitivních fibrilací síní.