Bærbare målemetoder kombineret med kunstig intelligens til påvisning af atrieflimren (WB-AF)

Forskningen sigter mod at løse følgende medicinske problemer:

1. At studere gennemførligheden af ​​håndledsbårne PPG-enheder og enkeltaflednings-EKG-brystbånd. Særlig interesse vil være brugen af ​​AI i dataanalyse og dens indvirkning på arytmidetektion.
2. Udvikl state of the art PPG- og EKG-baserede metoder til langsigtet AF-overvågning.

De vigtigste forskningsspørgsmål er:

1. Kan en enkelt-aflednings EKG og PPG måling bruges til at detektere atrieflimren?
2. Kan kunstig intelligent (AI) arytmianalyse pålideligt detektere rytmeændringer fra kundemålrettet PPG- og EKG-optagelse?
3. Er biomarkører målt fra blodprøver egnede til at estimere AF-varigheden for nyligt debut?

Specifikke metodiske mål er:

1. Udvikle og teste AI-baserede metoder til arytmidetektion og AF-diagnostik
2. AI kan bruges til screening og diagnostik af atrieflimren.
3. Undersøg kinetikken af ​​hjertebiomarkører i nyligt opstået AF
4. Konstruer en statistisk model til estimering af varigheden af ​​arytmiepisoden.

Formålet med undersøgelsens metodeudvikling er at evaluere pålideligheden af ​​pulsmåling ved enkeltaflednings-EKG og pulsbølgemåling hos raske og patienter med hjerteproblemer. Undersøgelsen udvikler computermetoder baseret på letvægts måleteknologi til pålideligt at identificere den mest almindelige hjertearytmi, atrieflimren. Diagnose og behandling af atrieflimren er afgørende faktorer for at forebygge slagtilfælde.

Cardioversion (CV) er en behandlingsprocedure, der bruges til at vende tilbage en unormal AF-rytme til en normal sinusrytme (SF) i nyligt debuterende AF. Det kan udføres med elektrisk kardioversion eller med antiarytmiske lægemidler. Hvis patienten ikke er i behandling med oral antikoagulant (OAC), skal kardioversion udføres inden for 48 timer efter indtræden af ​​arytmien. Nemlig efter 48 timer stiger risikoen for slagtilfælde væsentligt. Hvis patienten har haft AF i mere end 48 timer, skal OAC startes og bruges i tre uger, før CV kan udføres.

Forskningspatienter med nyopstået atrieflimren (<48 timer) og planlagt til CV vil blive rekrutteret inden for forskningen. Undersøgelsen vil finde sted på akutmodtagelsen på Kuopio Universitetshospital (KUH). I løbet af undersøgelsen relevant patientrelateret information. Forskningspatienter har allerede gennemgået en 12-kanals klinisk EKG-registrering, der er inkluderet i den normale behandlingsproces for at diagnosticere nyligt opstået AF.

I egentlige undersøgelsesmålinger er et Holter-EKG-apparat fastgjort på patientens bryst ved hjælp af fem våde elektroder, der skal bruges som gylden standard til rytmeovervågning. De lette målemetoder sammenlignes med resultatet af Holter-EKG-registreringen. Derudover placeres fotopletysmogrammer på patientens håndled til PPG-registrering og en enkelt-aflednings tør elektrode EKG-sensor af patientens bryst.

Desuden vil der være fastgjort IV-kanyle til blodprøverne taget før og efter CV i henhold til undersøgelsesprotokollen.

Undersøgelsen sammenligner disse lette målemetoders evne til at detektere hjerterytmer sammenlignet med Holter-registreringen.

De enheder, der bruges til målingen, er:

1. Faros 360 EKG-sensor med våde elektroder (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter er CE og FDA 510(k) godkendt klasse 2a medicinsk udstyr, som er fastgjort til patientens bryst med fem engangs våde elektroder.

2. Suunto Movesense engangs-EKG-enhed (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vantaa Suomi). Movesense er CE-godkendt forbrugerenhed, som bruges med to tørre elektroder til EKG-målingen.

   I den tidligere undersøgelse (Afib24h) blev Valvira rapporteret, og forskningen fik tilladelse til det kliniske udstyrsstudie (Movesense + brystbæltekombination).

3. Empatica E4 aktivitetsarmbånd (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), som er CE-godkendt forbrugerenhed. Empatica E4 er også et fotopletysmogram, som optisk måler mængden af ​​blod, der cirkulerer i blodkarret.

Forskeren fastgør apparater til patienten. Derefter starter forskeren registrering med Faros 360 (enhed 1) og Empatica E4 (enhed 3) enheder.

Hjertefrekvensdetektion ved EKG-måling udføres oftest ved påvisning af QRS-komplekser. Adskillige af disse QRS-detektorer er blevet udviklet i de seneste årtier. EKG-måling med tørre elektroder involverer betydeligt flere bevægelsesforstyrrelser sammenlignet med vådelektrodemålingerne, da selv de små bevægelser af apparatet inducerer store ændringer i EKG-signalet. Derudover er EMG-støjen fra musklerne, især når du bruger tommelfingre som målepunkter, bemærkelsesværdig høj sammenlignet med vådelektrodemålingerne.

Dette projekt anvender metoderne udviklet i de tidligere mobil-EKG-projekter til støj- og QRS-detektion for at tillade pålidelig detektering af QRS-komplekser og pulsuregelmæssigheder i tørelektrodemålingerne. Desuden er de tidligere udviklede pulsdetektionsmetoder evalueret og valideret af undersøgelsens målinger af atrieflimren og normal sinusrytme.

Denne undersøgelse undersøger evnen til pulsdetektion ved påvisning af atrieflimren. Fotopletysmogrammet måler absorptionen af ​​lys i vævet. Optagelsen af ​​lys i blodet er større end optagelsen i det omgivende væv. Når hjertet slår, udvider kapillærerne sig og trækker sig sammen baseret på ændringer i blodvolumen. Fotopletysmografi tillader pulsmåling ved at detektere ændringer i absorption.

Fotopletysmogram, som en mobil-EKG-enhed, er særlig følsom over for bevægelse, selv den lille bevægelse af LED/fotodiode inducerer store ændringer i lysintensiteten.

Fysiologiske ændringer forårsager også en forstyrrelse i hjertefrekvensmålingen, for eksempel, da den vaskulære elasticitet ændres, ændres pulstiden, hvilket resulterer i en forstyrrelse i målingen.

I modsætning til det højfrekvente gennemborede QRS-kompleks er pulsbølgen en lavfrekvent op-ned-variation, som giver sine egne udfordringer for præcis pulsmåling.

Atrierne virker utilstrækkeligt ved atrieflimren, derfor er ventriklerne ikke helt fyldt med blod. Derudover forårsager atrieflimren den uregelmæssige ledning af impulser fra atrier til ventriklerne, hvilket fører til pulsuregelmæssighed. Mængden af ​​pumpet blod varierer fra et slag til slag, hvilket gør pulsbølgedetektionen udfordrende.

Dette projekt udvikler metoder til nøjagtig pulsmåling fra en pulsbølgeserie.

Metodeudviklingen har til formål at tage højde for forstyrrelser på grund af målerens bevægelse, pulsbølgeuregelmæssigheder typiske for atrieflimren.

Hovedformålet med metodeudviklingen er at bestemme pulsen så præcist, at pulsuregelmæssighed på grund af atrieflimren kan skelnes fra normal sinusrytme, og rytmeændringen kan detekteres på en nøjagtig måde.

Ved atrieflimren leder elektriske impulser tilfældigt til ventriklerne, hvilket får hjertefrekvensen til at være uregelmæssig og ujævn. En stor kampagne af Hjerteforeningen "Mærk din puls - forebyg slagtilfælde" er baseret på puls- eller pulsgenkendelse. Pulsgenkendelse er naturligvis den billigste metode til at detektere atrieflimren, men denne metode producerer et stort antal falske positiver. Ved EKG-måling er detektionen af ​​atrieflimren meget mere pålidelig. Automatiske atrieflimren detektionsalgoritmer er blevet udviklet til dette formål.

Identifikation af atriumaktiveringen i langsigtede Holter-EKG-målinger er generelt meget udfordrende på grund af det dårlige signal-støj-forhold (bevægelse, muskel-artefakter og til dels overlappende meget stærkere ventrikulær aktivitet). Af denne grund er de fleste atrieflimrendetektionsalgoritmer baseret på identifikation af pulsuregelmæssighed. Til parametrisering af uregelmæssigheden af ​​hjertefrekvensen (RR-interval) er der blevet indført flere relativt enkle, men pålidelige metoder på tidsniveau. Som et eksempel, En RdR-baseret metode, hvor RR-intervallerne (hjertefrekvens) er repræsenteret som en funktion af på hinanden følgende RR-intervalændringer (hjertefrekvensændring). RdR-grafen definerer fragmenteringen af ​​mønsteret som følge af uregelmæssige hjertefrekvensændringer. Derudover er der metoder, der estimerer RR tidsserier intern sammenhæng. Forskellige ikke-lineære metoder er også blevet introduceret til parametrisering af pulsvariationen, hvilket gør det muligt at beskrive dynamikken i pulsvariationen mere bredt (uden begrænsning af linearitetsantagelsen). En klasse af ikke-lineære metoder er forskellige entropimængder, disse er særligt interessante til identifikation af atrieflimren og den uregelmæssige hjertefrekvens. Entropistørrelser kan bruges til at estimere regelmæssigheden og forudsigeligheden af ​​RR-tidsserien. Typisk kræver den pålidelige beregning af entropistørrelserne en forholdsvis lang måletid, men der er også indført entropistørrelser, der egner sig til analyse af korte målinger.

Dette forskningsprojekt udvikler nye atrieflimrendetektionsalgoritmer til mobil-EKG-måling og pulsbølgemåling på basis af allerede eksisterende metoder. Algoritmer skal tage højde for atrielle og ventrikulære præmature komplekser. Ignorering af disse øger uregelmæssigheden af ​​RR-tidsserien og øger dermed antallet af falsk positive atrieflimren.

Natriuretiske peptider er hormoner, der udskilles af hjertet. Atrielt natriuretisk peptid (ANP) udskilles fra atria og hjerne-natriuretisk peptid (BNP) fra atria og ventrikler. BNP og NT-pro-BNP spaltes fra deres precursor af pro-BNP. Begge bruges til diagnosticering af hjertesvigt. Patienter med AF, uden anden hjertesygdom, viste sig at have forhøjet BNP. Højfølsomme hjertetroponiner T (hs-cTnT) og I (hs-cTnI) er hjertespecifikke biomarkører, der udskilles af myokardieceller, og deres niveauer korrelerer mængden af ​​kardiomyocytskade. Patienter med vedvarende AF har vist sig at have forhøjede troponinniveauer, hvilket indikerer uspecifik kardiomyocytskade. Der er dog ingen signifikant evidens, der indikerer korrelation mellem TnI-kinetik og andre AF-relaterede biomarkører, blevet forbundet med vedvarende AF. Niveauerne af TnT ser ud til at falde efter den vellykkede kardioversion. Derfor kan kinetikken af ​​hjertetroponiner, især TnT, være nyttig til at forudsige varigheden af ​​AF-episoden.

Undersøgelsen har til formål at afgøre, om peptider kan bruges til at vurdere varigheden af ​​atrieflimren. Dette kan bruges til at planlægge fremtidig behandling for atrieflimren.

Desuden undersøger dette projekt kinetikken af ​​hjertebiomarkører og deres sammenhæng med varigheden af ​​AF.