Optimierung eines Screening-Programms zur Erkennung von schrittmacherassoziiertem Herzversagen mithilfe künstlicher Intelligenz (OPT-AI)

Herzschrittmacher sind eine wirksame Behandlung für langsame Herzfrequenzen, die Symptome verbessern und Leben retten. Allerdings können Herzschrittmacher bei manchen Menschen aufgrund der unnatürlichen Art und Weise, wie sie Herzschläge stimulieren, zu Herzinsuffizienz (HF) führen. In mehreren in West Yorkshire durchgeführten Studien haben wir gezeigt, dass ~1/3 der Patienten mit Herzschrittmachern eine unerkannte HF haben. Wir haben auch gezeigt, dass bei Entdeckung von HF die Behandlung mit sicheren und kostengünstigen Medikamenten die Wahrscheinlichkeit einer Krankenhauseinweisung oder des Todes verringert. Die Erkennung von HF erfordert jedoch eine Echokardiographie (eine Herzultraschalluntersuchung), die ~45 Minuten dauert, einen qualifizierten Techniker erfordert und 120 £ kostet; oder, anders ausgedrückt, ~540.000 £, um die ~4.500 Patienten in Leeds zu untersuchen. Ein neuer Ansatz ist erforderlich. Wir glauben, dass der Einsatz neuer Technologien unsere Fähigkeit verbessern könnte, bei Menschen mit Herzschrittmachern nach HF zu screenen. Handheld-Geräte, die in der Lage sind, kardiale Bildgebung durchzuführen und Herzinsuffizienz mit Künstlicher Intelligenz (KI) zu messen, sind jetzt kommerziell erhältlich. Diese Geräte wurden jedoch nicht speziell zur Erkennung von Herzfunktionsstörungen bei Menschen mit Herzschrittmachern entwickelt. Herzschrittmacher führen zu einer spezifischen Form der Herzmuskelschwäche, die sich von der durch andere Erkrankungen verursachten HF unterscheidet, daher ist es unerlässlich, deren Genauigkeit vor dem Einsatz in der routinemäßigen klinischen Praxis nachzuweisen. Eine weitere mögliche Methode zur Erkennung von Herzmuskelschwäche ist das Screening von Patienten zunächst mit einem Bluttest. N-terminales B-Typ natriuretisches Peptid (NT-proBNP) ist ein Peptid, das vom Herz als Reaktion auf Belastung oder Stress freigesetzt wird und bei Menschen mit Herzinsuffizienz normalerweise erhöht ist. Geräte sind jetzt kommerziell erhältlich, die eine Messung von NT-proBNP aus einem Fingerstichbluttest liefern können, und entscheidend innerhalb weniger Minuten, so dass das Ergebnis während eines routinemäßigen Termins des Patienten bekannt sein könnte. Während dieser Bluttest keine Diagnose liefern kann, könnte er helfen, Personen mit höherem Risiko zu identifizieren, die dann eine Standard-Echokardiographie erhalten sollten.

Um die Teilnahme so einfach wie möglich zu gestalten und unnötige Krankenhausbesuche zu vermeiden, werden Patienten vor ihrem routinemäßigen Herzschrittmacher-Kliniktermin angesprochen. Patienten mit Herzschrittmachern besuchen das Krankenhaus alle 6-12 Monate persönlich, um eine Überprüfung der Batterielebensdauer und Funktion ihres Herzschrittmachers durchführen zu lassen. Alle potenziellen Teilnehmer werden von einem Mitglied des direkten Behandlungsteams des Patienten gemäß den Studieneinschlusskriterien identifiziert. Wir werden Patienten mit Herzschrittmachern und rechtsventrikulärer Schrittmacherbelastung (der Prozentsatz der Herzschläge, die auf den Herzschrittmacher zurückzuführen sind) ≥20% rekrutieren – dies ist wichtig, da wir wissen, dass das Risiko einer Herzmuskelschwäche mit dem Prozentsatz der stimulierten Schläge korreliert, wobei ≥20% ein akzeptierter Grenzwert ist, der durch unsere eigenen Daten gestützt wird. Wir werden Patienten ausschließen, die nicht in der Lage oder nicht bereit sind teilzunehmen. Wir werden auch Patienten mit kardialen Geräten ausschließen, die das Risiko einer Herzmuskelschwäche mindern, oder solche, die wahrscheinlich zur Behandlung bekannter Herzinsuffizienz implantiert wurden (Leitungssystem-Schrittmacher, kardiale Resynchronisationstherapie-Schrittmacher/Defibrillatoren, implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren, kabellose Schrittmacher, Einkammer-Vorhof-Schrittmacher).

Potenziellen Teilnehmern wird ein Einladungsschreiben und das Patienteninformationsblatt zugesandt, das ihnen die Möglichkeit bietet, einen Termin in der Leeds Cardiovascular Clinical Research Facility statt ihres üblichen Herzschrittmacher-Kliniktermins wahrzunehmen. Dies wird dann durch einen Anruf des direkten Behandlungsteams nachverfolgt, und nur diejenigen, die potenziell interessiert sind und ihre Zustimmung bestätigen, dass ihre Informationen an das Forschungsteam weitergegeben werden, werden kontaktiert, um einen Termin zu vereinbaren. Am Tag des Termins wird ein Mitglied des Forschungsteams den Patienten ansprechen, die Studie erklären und die Möglichkeit bieten, Fragen zu stellen. Die Teilnehmer haben bereits mindestens eine Woche Zeit gehabt, das Teilnehmerinformationsblatt zu lesen und zu überlegen, ob sie teilnehmen möchten. Wenn sie bereit sind teilzunehmen, werden sie dann eine schriftliche Einwilligung zur Durchführung der Studienverfahren erteilen. Alle Patienten, unabhängig davon, ob sie der Teilnahme zustimmen oder nicht, erhalten eine Herzschrittmacher-Sicherheitsüberprüfung durch einen akkreditierten Kardiophysiologen. Wenn Patienten der Teilnahme zustimmen, würde ihr Termin etwa eine Stunde dauern, zum Vergleich dauert ein routinemäßiger Herzschrittmacher-Termin etwa 20 Minuten. Nach dem Termin wird ihr nächster Termin mit ihrem üblichen Behandlungsteam vereinbart.

Allgemeine Studienverfahren: Die Teilnehmer unterziehen sich einer routinemäßigen Geräteabfrage durch einen akkreditierten Kardiophysiologen gemäß der üblichen klinischen Versorgung, um die Gerätefunktionalität und rechtsventrikuläre Schrittmacherbelastung ≥20% zu bestätigen. Für Teilnehmer, die der Teilnahme zustimmen, sammelt das Forschungsteam demografische und klinische Informationen aus ihrer elektronischen Gesundheitsakte. Die Teilnehmer unterziehen sich dann einem Point-of-Care-Bluttest auf NTpro-BNP, einer Handheld-Echokardiographie und einer Standard-Echokardiographie mit stationärem Gerät. Point-of-Care NTpro-BNP-Bluttest: LumiraDx (LumiraDx Ltd, Cayman Islands) ist ein quantitativer Point-of-Care-Fingerstichbluttest, der in der Lage ist, verschiedene Biomarker unter Verwendung einer Mikroprobe von Blut aus einem Fingerstich zu messen. NT-proBNP ist ein routinemäßiger Bluttest zur Diagnose und Überwachung von Herzinsuffizienz. Der LumiraDx kann NTpro-BNP mit nur 20 uL Blut messen, ist hochgradig portabel, mit einer Durchlaufzeit von nur 12 Minuten – machbar innerhalb der Zeitbeschränkungen eines standardmäßigen Herzschrittmacher-Nachuntersuchungstermins. Für den Patienten bedeutet dies, dass eine kleine Menge Blut aus einem Fingerstich entnommen wird. Der Prozess verursacht sehr geringe Beschwerden und ist fast identisch mit der Blutzuckermessung, die Patienten mit Diabetes mehrmals täglich durchführen müssen. Anschließend wird eine kleine Menge Watte auf die Fingerspitze gelegt und Druck ausgeübt. Ihre Technologie wurde in einer Studie mit 659 Proben im Vergleich zu Goldstandard-kommerziell erhältlicher Laborausrüstung (Roche Cobas Elecsys proBNP II Assay) validiert und zeigte vergleichbare Genauigkeit (Steigung 0,86, Achsenabschnitt -4,12, r 0,97).

Handheld-Herzultraschall: Die Teilnehmer unterziehen sich einer fokussierten Handheld-Echokardiographie mit KI-abgeleiteter LVEF unter Verwendung der Kosmos-Plattform (EchoNous Inc., Redmond, USA), einem Point-of-Care-Handheld-Ultraschallgerät, das kardiale Bildgebung durchführen kann und US2.AI (Ultrasound Anyone Anywhere, Singapur) integrierte KI-gesteuerte Software verwendet, die automatisierte Messung der LVEF ermöglicht. Die Kosmos-Plattform unterstützt den Bediener bei der Erzielung optimaler Bilder, fordert zur Bildaufnahme auf, wenn das Bild optimiert wurde, und liefert eine sofortige Messung der LVEF. Bestehende Daten deuten darauf hin, dass die Kosmos-Plattform in der Lage ist, abnormale LVEF bei Patienten mit Verdacht auf HF zuverlässig zu erkennen, jedoch gibt es keine Daten, die ihre Verwendung in einer Population mit schrittmacherinduzierter linksventrikulärer Dysfunktion beschreiben. Die Handheld-Echokardiographie wird von einer Fachschwester oder einem Kardiophysiologen durchgeführt, der keine Akkreditierung in Echokardiographie besitzt. Sie werden zuvor eine fokussierte Schulung in der Erlangung der erforderlichen Bilder erhalten haben, die bewusst begrenzt sein wird (≤1 Tag), um sicherzustellen, dass unsere Ergebnisse auf Teams ohne Erfahrung in Echokardiographie übertragbar sind.

Standard-Herzultraschall mit stationärem Gerät: Die Teilnehmer unterziehen sich einer transthorakalen Echokardiographie durch einen leitenden Kardiophysiologen, der von der British Society of Echocardiography (oder einer gleichwertigen internationalen Organisation) akkreditiert ist, unter Verwendung eines GE Healthcare Vivid E95 Ultra Edition Cardiac Ultrasound. Für den Teilnehmer bedeutet dies, halb liegend auf einer Liege zu liegen, wobei Ultraschallbilder von vier Stellen an der Brustwand aufgenommen werden. Die Untersuchung dauert etwa 25 Minuten, um die Bilder zu erhalten (mit zusätzlichen 20 Minuten für Messungen und Erstellung des Berichts) und stellt kein Risiko für den Patienten dar. Ein Mindestdatensatz wird erhoben, wobei die LVEF nach Möglichkeit mit der Biplan-Methode gemessen wird, sowie auf etwaige (mindestens) moderate Klappenerkrankungen oder andere Befunde untersucht wird, die zu einer Änderung des Patientenmanagements führen könnten.

Dies ist eine Querschnittsstudie, die Teilnehmer werden zu einem einzigen Zeitpunkt beurteilt. Sofern keine abnormalen Befunde vorliegen, werden die Teilnehmer dann wie geplant für ihren nächsten geplanten Herzschrittmacher-Nachuntersuchungstermin gebucht.

Jedes schwerwiegende unerwünschte Ereignis (SAE), das bei einem Forschungsteilnehmer auftritt und nach Meinung des Hauptuntersuchers mit der Durchführung eines der Forschungsverfahren zusammenhängt, wird innerhalb eines Arbeitstages nach Kenntnisnahme durch das Forschungsteam an den Sponsor (governance-ethics@leeds.ac.uk) gemeldet. SAEs werden während des Besuchs des Teilnehmers aufgezeichnet und in der elektronischen Gesundheitsakte dokumentiert. Unerwünschte Ereignisse, die nach Abschluss des Studienbesuchs auftreten oder nicht direkt mit dem Studienbesuch zusammenhängen, werden nicht gemeldet. Es wird erwartet, dass wir während dieser Studie wichtige Herzmuskelschwäche oder andere abnormale Befunde im Herzultraschall identifizieren werden. Diese Befunde und alle unerwünschten Ereignisse, die als Folge neuer Diagnosen/Befunde (wie Krankenhauseinweisung) auftreten, werden nicht an den Sponsor des Forschungsethikausschusses gemeldet, da diese als Teil der üblichen klinischen Versorgung des Patienten angesehen werden.