Využití analýzy zvuků AI k předpovědi dekompenzace srdečního selhání (STEREO)

Srdeční selhání je běžný stav, kdy srdce není schopno dodat požadovaný srdeční výdej buď kvůli oslabenému nebo ztuhlému srdečnímu svalu. Postihuje více než 2 % populace Spojeného království (výskyt je kolem 200 000 případů ročně), což má za následek 5 % všech urgentních hospitalizací a spotřebuje přibližně 2 % ročního rozpočtu NHS (přibližně 2 miliardy GBP ročně). Srdeční selhání proto není pouze hlavním důvodem hospitalizace, ale poskytuje hlavní příležitost ke snížení počtu hospitalizací, kterým lze předejít.

Akutní dekompenzované srdeční selhání (ADHF) je lékařská pohotovost vyžadující naléhavou péči. Obvykle vede k hospitalizaci v nemocnici a je hlavním hnacím motorem souvisejících nákladů na zdravotní péči. ADHF je obvykle charakterizováno rychlým zhoršováním dušnosti v klidu nebo při námaze v důsledku plicního edému (plicní žilní kongesce) a zadržováním tekutin, které má za následek otoky nohou, stejně jako nesčetné množství dalších příznaků včetně únavy, nedostatku chuti k jídlu a tak dále.

Pacient se obvykle projevuje postupným nebo náhlým nástupem typických symptomů (dušnost, únava a hromadění tekutin v nohou). Po stabilizaci a počáteční léčbě ADHF pacienti vstoupí do fáze plató, kdy srdce zůstává stabilní. V průběhu času však většina pacientů zažije více epizod ADHF, které se obvykle prodlužují a jsou odděleny kratšími intervaly. Kongesce souvisí se základním zvýšeným srdečním tlakem, který je obvykle sekundární k objemovému přetížení, které hraje ústřední roli v patofyziologii, prezentaci a prognóze srdečního selhání. Plicní kongesce je jedním z nejdůležitějších diagnostických a terapeutických cílů při srdečním selhání. Včasnější detekce plicní kongesce v důsledku objemového přetížení je klíčem k prevenci hrozící rehospitalizace a představuje ideální příležitost k optimalizaci léčby srdečního selhání v komunitě.

Včasná komunitní detekce ADHF je nakonec prvním krokem v poskytování efektivní péče o pacienty. Špatné rozpoznání srdečního selhání kvůli jeho množství vágních/nespecifických symptomatologií prezentací často vede ke zpoždění v diagnóze a léčbě. Prodleva mezi rozvojem symptomů dekompenzace srdečního selhání a vyhledáním lékařské pomoci je často značná a je ovlivněna rychlostí nástupu a závažností symptomů. Proto je zapotřebí spolehlivý a snadno dostupný způsob hodnocení chronického stavu tekutin u ambulantních pacientů, aby bylo možné detekovat časnou dekompenzaci, je-li možná vhodná intervence. Náhlý rozvoj dušnosti (dušnosti) z nahromadění tekutiny v plicích (akutní plicní edém) obvykle vyžaduje rychlý kontakt s lékařskou službou, zatímco postupný výskyt otoků nohou a kotníků (periferní edém) je pravděpodobněji spojen se zpožděním při hledání péče. Průměrná prodleva mezi nástupem příznaků a přijetím do nemocnice se pohybovala od 2 hodin do 7 dnů. Příznaky srdečního selhání se často vyvíjejí postupně a nevypadají nijak ohrožující, což může vysvětlovat některá pozorovaná zpoždění při hledání péče.

V posledních letech několik pilotních studií prokázalo vztah mezi biomarkery řeči a rozsahem systémové a/nebo plicní kongesce u pacientů se srdečním selháním. Například v roce 2017 studie 10 (8 M, 2F) pacientů s akutním dekompenzovaným srdečním selháním podstupujících ústavní léčbu intravenózní diuretickou terapií ukázala, že po léčbě pacienti vykazovali vyšší podíl automaticky identifikovaného vrzavého hlasu, zvýšenou základní frekvenci a snížená variace prominence kepstrálního vrcholu, což naznačuje, že biomarkery řeči mohou být časnými indikátory srdečního selhání. Studie také ukázala, že závažnost edému souvisejícího se srdečním selháním potřebného k měřitelné změně hlasu je malá ve srovnání se závažností potřebnou ke zvýšení tělesné hmotnosti, což naznačuje, že biomarkery řeči by se mohly stát účinnějším neinvazivním nástrojem pro sledování pacientů se srdečním selháním než denní hmotnosti. . V roce 2021 další studie hodnotila proveditelnost analýzy řeči na dálku při hodnocení dynamického přetížení tekutinami u pacientů se srdečním selháním podstupujících hemodynamickou léčbu. Provedli sériová měření řeči/hlasu u 5 pacientů podstupujících hemodialýzu. Analýza byla provedena pomocí aplikace, která nesdílí svůj algoritmus AI. Prokázali statisticky významné rozdíly ve vybraných biomarkerech řeči na různých hladinách stavu tekutin v průběhu léčby. Následně v roce 2022 porovnání zvukových nahrávek u pacientů přijatých s ADHF v den přijetí a v den propuštění se vzorkem 40 pacientů, kteří byli přijati s akutním dekompenzovaným srdečním selháním, odhalilo významné rozdíly ve všech 5 testovaných mírách řeči vlhké (vstupné) vs suché (propouštěcí) nahrávky.

Samostatně, v roce 2022, studie hodnotila změny řeči a pauzy v hlasových nahrávkách akutních (N=68) a stabilních (N=36) pacientů a zjistila, že poměr pauz byl 14,9% nárůst u pacientů s akutním srdečním selháním. Zjistili také pozitivní korelaci s hladinou NT-Pro-BNP. Další studie z roku 2022 zkoumala jak vlastnosti Mel-Frequency kepstrálního koeficientu (MFCC), tak rysy glotální řeči, přičemž porovnávala vzorek 25 zdravých mluvčích (7F, 18M) a 20 pacientů se srdečním selháním jakékoli etiologie (bez ohledu na LVEF). Po výběru vlastností vyvinuli prediktivní modely pomocí čtyř různých klasifikačních metod (SVM, ET, Adaboost a FFNN). Na základě kombinace funkcí MFCC a Glottal řeči byli schopni předpovědět ADHF s přesností v rozmezí 88-94 %, se skutečnou pozitivní mírou 79,47 % a skutečnou negativní mírou 82,69 %.

Provedením rozsáhlého panelu klinických hodnocení, vyšetřování a také dotazníků založených na symptomech ve studii zahrnující až 250 pacientů se srdečním selháním se vyšetřovatelé snaží stavět na nedávné práci a vyvinout novou aplikaci založenou na umělé inteligenci nasazenou na chytrém zařízení, který dokáže detekovat zvýšení plicní kongesce z jemných změn v pacientově kašli, hlasu, dýchání a zvuků na hrudi. To poskytne klíčové informace pro pacienty se srdečním selháním a jejich klinické týmy tím, že správně detekuje progresivní akumulaci tekutiny v plicích pacienta dříve, než se u pacienta rozvinou významné symptomy. Detekce rané fáze plicní kongesce umožní lékařům zacílit léčbu efektivněji. Doufáme, že to pomůže minimalizovat a v konečném důsledku zabránit nutnosti opakovaného urgentního příjmu v nemocnici tím, že upozorní pacienta, aby kontaktoval svůj (komunitní) tým pro srdeční selhání, a umožní dřívější ambulantní léčbu dříve, než bude potřeba znovu hospitalizovat vstup do akutní fáze.

Za předpokladu úspěšného výsledku tohoto výzkumu bude poté provedena prospektivní intervenční klinická studie, aby se otestovaly klinické a provozní přínosy nástroje AI odvozeného z tohoto výzkumu péče o srdeční selhání NHS, čímž se připraví půda pro případné přijetí takových řešení. v běžné klinické praxi.