Udvikling af en algoritme til at differentiere hjertemislyden ved hjælp af elektroniske stetoskoper

Valvulær hjertesygdom (VHD), en underklasse af strukturel hjertesygdom (SHD), er en væsentlig årsag til dødelighed og nedsat livskvalitet for titusinder af patienter verden over. Ved at opdage VHD tidligt kan sygdommen overvåges omhyggeligt, så operation kan overvejes, så snart stenosen udvikler sig til alvorlig. Desværre er det svært for mange klinikere nøjagtigt at identificere VHD i de tidlige stadier og vurdere dens sværhedsgrad alene gennem fysisk undersøgelse. Denne vanskelighed stammer fra både de små symptomer forbundet med VHD og fra klinikeres manglende evne til pålideligt at opdage hjertemislydene, der indikerer VHD, ved hjælp af et traditionelt stetoskop, især i de støjende og travle omgivelser, der er karakteristiske for mange sundhedsmiljøer.

AS, mitral regurgitation (MR) og tricuspid regurgitation (TR) resulterer alle i pålideligt reproducerbare auskultatoriske fund. På trods af dette er auskultation som en diagnostisk procedure notorisk dårlig: dens nøjagtighed til at detektere AS, MR og TR varierer kun fra 5-40%. Derudover er diastoliske og kontinuerlige mislyde, som er sjældnere end de systoliske mislyde forårsaget af AS, MR og TR, og næsten altid patologiske, sædvanligvis meget vanskelige at opdage af klinikere i frontlinjen. Diastoliske mislyde er typisk forårsaget af VHD såsom aorta regurgitation (AR), pulmonal regurgitation (PR), mitral stenose (MS) eller tricuspid stenose (TS), og kontinuerlige mislyde er typisk forårsaget af ikke-valvulære former for SHD, som f.eks. medfødt aortopulmonært vindue, shunts og patent ductus arteriosus (PDA). Manglende en af ​​disse mislyde kan føre til betydeligt forsinket diagnose og pleje.

På grund af hvor svært det er for klinikere pålideligt at screene for SHD gennem historieoptagelse og fysisk undersøgelse, er diagnosen SHD stærkt afhængig af ekkokardiografi (ekko), som er accepteret som guldstandarden for diagnose af SHD-alvorlighed af det kardiologiske samfund. Konsekvensen af ​​dette er flere gange. For det første modtager mange patienter ekkoer, som ikke ville være nødvendige, hvis der fandtes bedre screenings- og vurderingsværktøjer. For det andet udgør ekkokardiografi et uforholdsmæssigt stort segment af sundhedsudgifterne. For det tredje er patienterne belastet med ansvaret for at få gentagne ekkoer på grund af manglen på bedre screeningsværktøjer. Den følelsesmæssige, fysiske og økonomiske byrde, der følger med sådanne overdrevne tests, især for patienter, der lever i undertjente samfund, kan ikke overvurderes.

Samlet set er der et stigende behov for bedre foreløbige screeningsværktøjer, der kan identificere disse tilstande, selv når de er asymptomatiske, tidligt og mere konsekvent, med en grad af nøjagtighed, der kan sammenlignes med gold standard ekkokardiografi. Et sådant værktøj ville forbedre klinikernes tillid til deres vurdering under fysiske undersøgelser, hvilket ville sætte dem i stand til at hjælpe deres patienter med at træffe informerede plejebeslutninger, tilbyde sygdomsændrende behandlinger og samtidig reducere afhængigheden af ​​og hyppigheden af ​​unødvendige og dyre hjælpearbejder. Endelig, ved at lette tidlig påvisning af VHD, vil morbiditet og dødelighed forventes at falde på grund af tidligere intervention.

De FDA-godkendte Eko CORE og Eko DUO elektroniske stetoskoper tilbyder klinikere et velkendt og billigt værktøj, der er bredt accepteret af patienter, samtidig med at de tilbyder sensorer og teknologi, der kan forbedre screening og detektion af medicinske tilstande såsom klapsygdomme sammenlignet med til auskultation med det traditionelle stetoskop. Både CORE og DUO har lydforstærkning under auskultation, hvilket forbedrer klinikerens evne til at opdage nuancerede ændringer i hjertelyde og mønstre. CORE tillader optagelse af lyden for at producere et fonokardiogram (PCG), mens DUO er i stand til at optage lyd for at producere en PCG samt samtidig optagelse af et enkelt-lead elektrokardiogram (EKG). Begge enheder bruger Bluetooth til trådløst at transmittere PCG- og EKG-data til Eko-mobilapplikationen, som gør det muligt for klinikere at visualisere PCG og EKG, mens de auskulterer, samt at afspille hjertelydsoptagelser, kommentere noter på optaget lyd og gemme og dele optagelser. Disse funktioner placerer Eko elektroniske stetoskoper unikt, så de er yderst effektive som foreløbige screeningsværktøjer i klinisk praksis.

Eko Devices har udviklet og modtaget 510(k) FDA-godkendelse for en maskinlæringsalgoritme (ML), der kan detektere tilstedeværelse eller fravær af hjertemislyd hos voksne patienter med VHD, ved at bruge enten Eko CORE eller DUO elektroniske stetoskoper til at optage hjertelyde . Denne algoritme blev bygget ved hjælp af en dyb neural netværksmodel trænet på 5.878 PCG-optagelser indsamlet på Eko CORE og Eko DUO fra over 5.318 unikke patienter for at klassificere hjertelydsoptagelser som indeholdende en hjertemislyd eller uden hørbar mislyd, og for at skelne mellem hjertelyd af god kvalitet optagelser fra hjertelydsoptagelser af dårlig kvalitet. Den trænede model er blevet uafhængigt valideret i en multi-site klinisk undersøgelse, der inkluderede 681 VHD-patienter med matchede gold-standard ekkokardiogrammer. FDA-godkendelse blev modtaget i januar 2020.

Denne undersøgelse søger at udvide mislydedetektion til at omfatte VHD-klassificering gennem udvikling af nye ML-algoritmer, der er i stand til at skelne mellem systoliske vs. diastoliske vs. kontinuerlige mislyde, samt klassificere VHD-type og sværhedsgrad ved hjælp af 4-punkts auskultation med Eko CORE og DUO elektroniske stetoskoper til at optage hjertelyde. Disse nye algoritmer vil integrere de tidssynkroniserede EKG-strømme fra DUO for at forbedre skelnen mellem S1 og S2 hjertelyde og forbedre ydeevnen til at identificere systoliske vs. diastoliske tidsintervaller. Når de kombineres med den FDA-godkendte algoritme til signalkvalitet og mislydedetektion, vil disse nye algoritmer gøre det muligt for klinikere at have et komplet VHD-beslutningsstøttesystem baseret på ACC/AHA Patient Management Guidelines, når de bruger Eko-stetoskoper i deres kliniske praksis.20 Dette vil bevæbne klinikere med information, der hjælper dem med at opdage SHD tidligt, træffe beslutninger om klinisk behandling med tillid og konsistens og forbedre de overordnede patientresultater, samtidig med at omkostningerne reduceres og effektiviteten øges.