Maschinelles Lernen in der quantitativen Stressechokardiographie (MLQSE)

Neu auftretende Brustschmerzen sind eine häufig auftretende Beschwerde und können ein Marker für eine signifikante kardiovaskuläre Erkrankung und das Risiko eines Myokardinfarkts und Todes sein; Daher ist das Erhalten einer genauen Diagnose für das Patientenmanagement von entscheidender Bedeutung. Bemerkenswert ist, dass nur 40-50 % der Patienten, die sich einer invasiven Arteriographie unterzogen haben, anschließend einer Revaskularisation unterzogen werden. Dies unterstreicht die Ungenauigkeit der anfänglichen Tests, die vor der Arteriographie durchgeführt werden.

In der Vergangenheit wurden elektrokardiographische Belastungstests während körperlicher Betätigung verwendet, um eine induzierbare myokardiale Ischämie zu erkennen, aber ihre diagnostische Sensitivität und Spezifität sind gering (etwa 65 %). Die diagnostische Genauigkeit kann durch Einbeziehung von Echokardiographie oder Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie verbessert werden. Aktuelle NICE-Leitlinien empfehlen, dass Patienten mit Brustschmerzen, die erst kürzlich aufgetreten sind, mit einer CT-Koronarangiographie als erster Linie untersucht werden sollten, und wenn diese eine signifikante Stenose aufzeigt, sollte eine funktionelle Bildgebung durchgeführt werden.

Die Myokard-Doppler-in-Stress-Echokardiographie (MYDISE)-Studie untersuchte den diagnostischen Wert der quantitativen Stress-Echokardiographie während der Infusion von Dobutamin, einem kurz wirksamen synthetischen Katecholamin, das auf β-1-adrenerge Rezeptoren wirkt, um die Herzfrequenz und die myokardiale Kontraktilität zu erhöhen. Die Messung der systolischen Geschwindigkeiten der LV-Längsachsenfunktion bei Spitzenbelastung hatte eine gute Reproduzierbarkeit (Variationskoeffizienten in basalen Segmenten 9–14 % in Ruhe und 11–18 % bei Spitzenbelastung) und ähnliche Sensitivitäten und Spezifitäten (ca. 70 %) veröffentlicht Studien, in denen fachkundige Beobachter Wandbewegungswerte berichteten. Bereinigt um die unabhängigen Effekte von Alter, Geschlecht und Herzfrequenz stieg die diagnostische Genauigkeit jedoch signifikant mit C-Statistiken (Fläche unter Empfänger-Operator-Kurven) auf bis zu 90 %.

Die visuelle Analyse der Stress-Echokardiographie zum Nachweis einer Myokardischämie hängt von der qualitativen Bewertung mehrerer Parameter ab. Größere Studien zur quantitativen Stress-Echokardiographie beschränkten sich darauf, die einzelne beste echokardiographische Variable zu identifizieren, und sie verwendeten die Durchmesserstenose als Referenzkriterium. Bei Personen mit kardiovaskulären Risikofaktoren wurde eine progressive subklinische Reduktion der regionalen (Längsachsen-) Myokardfunktion nachgewiesen, die sowohl die myokardiale Verformung (Dehnung und Dehnungsrate) als auch die Geschwindigkeiten beeinflusst. Ischämie verändert den zeitlichen Ablauf von Ereignissen während des Herzzyklus – beispielsweise verlängert sich die Phase vor dem Auswurf und nach dem Auswurf. Diese Faktoren bestätigen die klinische Notwendigkeit einer objektiven Messung der regionalen Myokardfunktion während des gesamten Herzzyklus.

Es ist jetzt möglich, Algorithmen zu erstellen, die nicht nur auf einem einzigen Zeitpunkt (z. B. Spitzengeschwindigkeit) basieren, sondern sich stattdessen auf die Analyse der gesamten Geschwindigkeitsspur verlassen. Dieses Konzept kann auch auf Dehnungs- und Dehnungsratenkurven erweitert werden. Forscher an der Universitat Pompeu Fabra, Barcelona, ​​haben diesen Ansatz entwickelt, um einen statistischen Atlas des Herzens zu erstellen, um Dyssynchronie zu erkennen. Ein ähnliches Konzept wurde unter Verwendung von multiplem Kernel-Lernen auf Patienten mit Dyspnoe angewendet, die sich einem Belastungstest unterzogen haben, um diejenigen mit Hinweisen auf eine diastolische Herzinsuffizienz zu identifizieren. Dadurch konnten Geschwindigkeitsspuren aus dem gesamten Herzzyklus verglichen und zwischen Kontrollen unterschieden werden Patienten (mit und ohne Dyspnoe) und Patienten mit diagnostizierter Herzinsuffizienz mit erhaltener Ejektionsfraktion (HFpEF); Die wichtigsten beobachteten Unterschiede liegen in der frühdiastolischen Funktion. Diese Anwendung wurde bisher nicht zur Erforschung einer induzierbaren Myokardischämie in der Stress-Echokardiographie verwendet, aber ähnliche Ergebnisse sind zu erwarten, da Veränderungen während der Diastole zu den frühesten und empfindlichsten Indikatoren für eine Myokardischämie gehören. Personen an der Universität Leuven (Prof. Jan D'hooge) haben kürzlich überwachte maschinelle Lernmethoden entwickelt, die eine automatische Klassifizierung von Myokardsegmenten basierend auf ihrem lokalen mechanischen Verhalten (d.h. Geschwindigkeit/Dehnung/Dehnungsrate) nach Durchlaufen einer Trainingsphase; Der vorgeschlagene maschinelle Lernansatz übertrifft die Wandbewegungsmessungen von Experten sowie die Experteninterpretation von segmentalen Belastungs- (Raten-) Spuren bei der Klassifizierung von ischämischen Segmenten.