Přenosné metody měření v kombinaci s umělou inteligencí při detekci fibrilace síní (WB-AF)

Cílem výzkumu je vyřešit následující zdravotní problémy:

1. Studovat proveditelnost PPG zařízení na zápěstí a jednosvodového EKG hrudního pásu. Zvláštní pozornost bude věnována využití AI v analýze dat a jejímu vlivu na detekci arytmií.
2. Vyvinout nejmodernější metody založené na PPG a EKG pro dlouhodobé monitorování FS.

Hlavní výzkumné otázky jsou:

1. Lze jednosvodové měření EKG a PPG použít k detekci fibrilace síní?
2. Dokáže analýza arytmií pomocí umělé inteligence (AI) spolehlivě detekovat změny rytmu ze záznamu PPG a EKG cíleného na zákazníka?
3. Jsou biomarkery měřené ze vzorku krve vhodné pro odhad doby trvání AF v nedávné době?

Specifické metodologické cíle jsou:

1. Vyvíjet a testovat metody založené na AI pro detekci arytmie a diagnostiku AF
2. AI lze využít při screeningu a diagnostice fibrilace síní.
3. Studujte kinetiku srdečních biomarkerů u nedávno vzniklé FS
4. Sestrojte statistický model pro odhad trvání epizody arytmie.

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.

Kardioverze (CV) je léčebný postup používaný k návratu abnormálního rytmu FS na normální sinusový rytmus (SF) u nedávno vzniklé FS. Lze ji provést elektrickou kardioverzí nebo antiarytmiky. Pokud pacient není na léčbě perorálními antikoagulancii (OAC), musí být kardioverze provedena do 48 hodin po nástupu arytmie. Konkrétně po 48 hodinách se podstatně zvyšuje riziko mrtvice. Pokud má pacient AF déle než 48 hodin, musí být zahájena OAC a používána po dobu tří týdnů, než bude možné provést CV.

Do výzkumu budou zařazeni výzkumní pacienti s nově vzniklou fibrilací síní (<48 hodin) a plánovaní na CV. Studie bude probíhat na pohotovostním oddělení Fakultní nemocnice Kuopio (KUH). Během studie relevantní informace týkající se pacienta. Výzkumní pacienti již podstoupili 12kanálovou klinickou registraci EKG, která je součástí normálního léčebného procesu k diagnostice nedávno vzniklé FS.

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 jsou na pacientovo zápěstí umístěny fotopletysmogramy pro registraci PPG a jednosvodový suchý elektrodový EKG senzor hrudníku pacienta.

Kromě toho bude připojena IV kanyla pro vzorky krve odebrané před a po CV podle protokolu studie.

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

K měření se používají tyto přístroje:

1. Senzor EKG Faros 360 s mokrými elektrodami (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 suchými elektrodami k měření EKG.

   V předchozí studii (Afib24h) byla hlášena Valvira a výzkum získal povolení pro studii klinického zařízení (kombinace Movesense + hrudní pás).

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.

Výzkumník připojí zařízení k pacientovi. Poté výzkumník zahájí registraci na zařízeních Faros 360 (zařízení 1) a Empatica E4 (zařízení 3).

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 dřívějších mobilních EKG projektech pro detekci šumu a QRS, aby bylo možné spolehlivě detekovat QRS komplexy a nepravidelnosti srdeční frekvence při měření suchou elektrodou. Kromě toho jsou dříve vyvinuté metody detekce srdeční frekvence hodnoceny a validovány studiem měření fibrilace síní a normálního sinusového rytmu.

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.

Fotopletysmogram, stejně jako mobilní EKG zařízení, je zvláště citlivý na pohyb, dokonce i malý pohyb LED/fotodiody vyvolává velkou změnu intenzity 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.

Hlavním cílem vývoje metody je určit puls tak přesně, aby nepravidelnost pulsu způsobená fibrilací síní mohla být odlišena od normálního sinusového rytmu a byla přesně detekována změna rytmu.

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 intervaly RR (srdeční frekvence) jsou reprezentovány jako funkce po sobě jdoucích změn intervalu RR (změna srdeční frekvence). RdR-graf definuje fragmentaci vzoru vyplývající z nepravidelných změn srdeční frekvence. Kromě toho existují metody, které odhadují vnitřní koherenci časové řady RR. 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.

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.

Natriuretické peptidy jsou hormony vylučované srdcem. Atriální natriuretický peptid (ANP) je vylučován ze síní a mozkový natriuretický peptid (BNP) ze síní a komor. BNP a NT-pro-BNP se odštěpují ze svého prekurzoru pro-BNP. Oba se používají při diagnostice srdečního selhání. U pacientů s FS bez jiného srdečního onemocnění bylo zjištěno zvýšení BNP. Vysoce citlivé srdeční troponiny T (hs-cTnT) a I (hs-cTnI) jsou kardiálně specifické biomarkery secernované buňkami myokardu a jejich hladiny korelují s rozsahem poškození kardiomyocytů. U pacientů s přetrvávající FS bylo prokázáno, že mají zvýšené hladiny troponinů, což ukazuje na nespecifické poškození kardiomyocytů. S přetrvávající AF však nebyly spojeny žádné významné důkazy naznačující korelaci mezi kinetikou TnI a jinými biomarkery souvisejícími s AF. Zdá se, že hladiny TnT po úspěšné kardioverzi klesají. Kinetika srdečních troponinů, zejména TnT, proto může být užitečná k predikci trvání epizody FS.

Cílem studie je zjistit, zda lze peptidy použít k posouzení doby trvání fibrilace síní. To lze použít k plánování budoucí léčby fibrilace síní.

Kromě toho tento projekt zkoumá kinetiku srdečních biomarkerů a jejich souvislost s délkou FS.