Rytmihäiriöiden tunnistaminen kerta-EKG:llä

Tutkimuksen tavoitteena on ratkaista seuraavat lääketieteelliset ongelmat:

1. Eteisvärinän tyypin tunnistaminen ja määritteleminen on ongelmallista sen spontaanin esiintymisen ja latenssin vuoksi.
2. Eteisvärinän seulomiseen tarkoitettuja mittalaitteita on huonosti saatavilla.

Tärkeimmät tutkimuskysymykset ovat:

1. Voidaanko yksikytkentäistä EKG-mittausta käyttää rytmihäiriöiden havaitsemiseen?

   1. Selvitä mittauspaikat (EKG-johdot) yksikytkentäistä EKG-itsevalvontaa varten ja arvioi mittauspaikkojen vaikutus käytettävyyteen ja signaalin laatuun.
   2. Selvitä yksikytkentäisen EKG-monitoroinnin mittauspaikat, kun mittauksen suorittaa toinen henkilö (hoitaja tai sukulainen) ja arvioi mittauspaikkojen vaikutus käytettävyyteen ja signaalin laatuun.
   3. Selvitä yksikytkentäisen EKG-mittauksen luotettavuus eteisvärinän tunnistamisessa.
   4. Ota selvää yksikytkentäisen EKG-mittauksen luotettavuudesta nopean (takykardia) ja hitaan sydämen sykkeen (bradykardia) tunnistamiseen.

2. Pystyykö optiseen pulssin rekisteröintiin perustuva rannenauha saamaan luotettavaa tietoa rytmihäiriöistä?

   1. Ota selvää pulssirannekkeen käytettävyydestä eteisvärinän tunnistamiseen.
   2. Ota selvää pulssirannekkeen käytettävyydestä nopean (takykardia) ja hitaan sykkeen (bradykardia) tunnistamiseen.

Tutkimuksen menetelmäkehityksen tarkoituksena on arvioida sykemittauksen luotettavuutta yksikytkentäisessä EKG- ja pulssiaaltomittauksessa terveillä ja sydänongelmista kärsivillä potilailla. Tutkimuksessa kehitetään kevytmittaustekniikkaan perustuvia laskentamenetelmiä, joilla voidaan luotettavasti tunnistaa yleisin sydämen rytmihäiriö, eteisvärinä. Eteisvärinän diagnoosi ja hoito ovat ratkaisevia tekijöitä aivohalvauksen ehkäisyssä.

Tutkimuspotilaille on jo tehty 12-kanavainen kliininen EKG-rekisteröinti, joka sisältyy normaaliin hoitoprosessiin. Tätä 12-kanavaista EKG:tä käytetään tutkimukseen soveltuvien potilaiden tunnistamiseen ja alaryhmiin jakamiseen (normaali rytmi, eteisvärinä, nopea tai hidas rytmi).

Varsinaisissa tutkimusmittauksissa Holter-EKG-laite kiinnitetään potilaan rintakehään viidellä märkäelektrodilla, jota käytetään rytmin seurannan kultaisena standardina. Kevytmittausmenetelmiä verrataan Holter-EKG-rekisteröinnin tuloksiin. Lisäksi potilaan ranteeseen asetetaan fotopletysmogrammi PPG-rekisteröintiä varten. Kuvassa 1 on havainnollistavia esimerkkejä tutkimuksen mittauksista.

Tutkija mittaa yhden minuutin tallennuksia kahdesta eri mittausasennosta (kyljestä ja rinnasta) kertakäyttöisellä EKG-mittauslaitteella. Tämän jälkeen potilas suorittaa minuutin mittaisia ​​itsevalvontamittauksia kerta-EKG-laitteella kaikista kolmesta asennosta (peukalo, kylki ja rintakehä) sekä rinnasta jalokivi-EKG:llä.

Tutkimuksessa verrataan näiden kevyiden mittausmenetelmien kykyä havaita erilaisia ​​sydämen rytmejä verrattuna Holter-rekisteröintiin.

Mittaukseen käytetyt laitteet ovat:

1. Faros 360 EKG-anturi märillä elektrodeilla (kuva 1, laite 1) (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter on CE- ja FDA 510(k) -hyväksytty luokan 2a lääketieteellinen laite, joka kiinnitetään potilaan rintakehään viidellä kertakäyttöisellä märkäelektrodilla.

2. Suunto Movesense kertakäyttöinen EKG-laite (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vantaa Suomi). Movesense on CE-hyväksytty kuluttajalaite, jota käytetään kahden dy-elektrodin kanssa EKG-mittaukseen (kuva 1 laitteet 2 ja 3). Movesense-kotelo; jalokivi ja kertakäyttöinen EKG-kotelo.

   1. Edellisessä tutkimuksessa (Afib24h) Valvira raportoitiin ja tutkimus sai luvan kliiniseen laitetutkimukseen (Movesense + rintahihna yhdistelmä).
   2. Tätä tutkimusta varten Valira on raportoitu kliinisestä laitetutkimuksesta (Movesense + kertakäyttöinen EKG-laiteyhdistelmä)
3. Empatica E4 aktiivisuusranneke (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), joka on CE-hyväksytty kuluttajalaite. Empatica E4 on myös fotopletysmogrammi, joka mittaa optisesti verisuonessa kiertävän veren määrää (kuva 1 laite 4).
4. Samsung Gear S3 puettava (Samsung Electronics, Co., Ltd., www.samsung.com Soul Etelä-Korea), joka on CE-hyväksytty kuluttajalaite. Gear S3 on myös fotopletysmogrammi, joka mittaa optisesti verisuonessa kiertävän veren määrää.

Tutkija kiinnittää laitteita potilaaseen. Tämän jälkeen tutkija aloittaa 10 minuutin rekisteröinnin Faros 360 (laite 1) ja Empatica E4 (laite 4) laitteilla. 10 minuutin mittauksen aikana tutkija mittaa Movesense-EKG:llä (laite 2) minuutin tallenteita kahdesta eri mittauskohdasta 1. rinnasta, rintalastusta kohtisuorassa 2. rinnasta, rintalasta pitkin. Tämän jälkeen potilas tekee minuutin mittaisia ​​itsevalvontamittauksia 1. rinnasta, rintalastusta kohtisuoraan 2. rinnasta, rintalastan suuntaisesti 3. kyljen alaosasta 4. peukaloista ja 5. rinnasta korulla. - EKG.

Sykemittaus EKG-mittauksella tehdään yleisimmin QRS-kompleksien havaitsemisen avulla. Lukuisia näitä QRS-ilmaisimia on kehitetty viime vuosikymmeninä. EKG-mittaus kuivilla elektrodeilla aiheuttaa huomattavasti enemmän liikehäiriöitä kuin märkäelektrodimittauksissa, sillä laitteen pienetkin liikkeet aiheuttavat suuria muutoksia EKG-signaaliin. Lisäksi, varsinkin käytettäessä peukaloita mittauspisteinä, lihasten EMG-kohina on huomattavan korkea verrattuna märkäelektrodimittauksiin.

Tässä projektissa hyödynnetään aikaisemmassa mobiili-EKG-projektissa kehitettyjä menetelmiä melun ja QRS:n havaitsemiseen, mikä mahdollistaa QRS-kompleksien ja sydämen sykkeen epäsäännöllisyyksien luotettavan havaitsemisen kuivaelektrodimittauksissa.

Tässä tutkimuksessa aiemmin kehitetyt sykemittausmenetelmät validoidaan tutkimuksen mittauksilla normaalista sinusrytmistä, eteisvärinästä sekä hitaasta (bradykardia) ja nopeasta (takykardia) sykkeestä.

Tämä tutkimus tutkii pulssin havaitsemiskykyä eteisvärinän havaitsemisessa. Fotopletysmogrammi mittaa valon absorptiota kudoksessa. Valon absorptio vereen on suurempi kuin absorptio ympäröivään kudokseen. Kun sydän lyö, kapillaarit laajenevat ja supistuvat veren tilavuuden muutosten perusteella. Fotopletysmografia mahdollistaa sykkeen mittaamisen havaitsemalla muutokset imeytymisessä.

Photopletysmgram, kuten mobiili-EKG-laite, on erityisen herkkä liikkeelle, jopa pieni ledin/fotodiodin liike saa aikaan suuren muutoksen valon voimakkuudessa.

Myös fysiologiset muutokset aiheuttavat häiriötä sykemittauksessa, esimerkiksi verisuonten elastisuuden muuttuessa pulssin aika muuttuu, mikä aiheuttaa mittaushäiriön.

Toisin kuin korkeataajuinen lävistetty QRS-kompleksi, pulssiaalto on matalataajuinen ylös-alas vaihtelu, joka aiheuttaa omat haasteensa tarkalle sykkeenmittaukselle.

Eteiset eivät toimi riittävästi eteisvärinässä, joten kammiot eivät ole täysin täynnä verta. Lisäksi eteisvärinä aiheuttaa impulssien epäsäännöllistä johtumista eteisistä kammioihin, mikä johtaa pulssin epäsäännöllisyyteen. Pumpattavan veren määrä vaihtelee iskusta toiseen, mikä tekee pulssiaallon havaitsemisesta haastavaa.

Tämä projekti kehittää menetelmiä tarkan sykkeen mittaamiseen pulssiaaltosarjasta.

Menetelmäkehityksessä pyritään huomioimaan mittarin liikkeestä johtuvat häiriöt, eteisvärinälle tyypilliset pulssiaallon epäsäännöllisyydet sekä hitaan (bradykardia) ja nopean (takykardia) sykkeen havaitsemisen haasteet.

Menetelmän kehittämisen päätavoitteena on määrittää pulssi niin tarkasti, että eteisvärinästä johtuva pulssin epäsäännöllisyys voidaan erottaa normaalista sinusrytmistä ja tunnistaa luotettavasti nopeat ja hitaat sydämen rytmit.

Eteisvärinässä sähköimpulssit johtavat satunnaisesti kammioihin, jolloin syke on epäsäännöllinen ja epätasainen. Sydänyhdistyksen laaja kampanja "Tunne pulssi - ehkäise aivohalvaus" perustuu sykkeen tai pulssin tunnistukseen. Pulssintunnistus on tietysti halvin menetelmä eteisvärinän havaitsemiseksi, mutta tämä menetelmä tuottaa suuren määrän vääriä positiivisia tuloksia. EKG-mittauksella eteisvärinän havaitseminen on paljon luotettavampaa. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty automaattisia eteisvärinän havaitsemisalgoritmeja.

Atriumaktivaation tunnistaminen pitkäaikaisissa Holter-EKG-mittauksissa on yleensä erittäin haastavaa huonon signaali-kohinasuhteen vuoksi (liike, lihas-artefaktit ja osittain päällekkäinen paljon voimakkaampi kammiotoiminta). Tästä syystä useimmat eteisvärinän havaitsemisalgoritmit perustuvat pulssin epäsäännöllisyyden tunnistamiseen. Sykkeen epäsäännöllisyyden (RR-intervallin) parametrointiin on otettu käyttöön useita suhteellisen yksinkertaisia ​​mutta luotettavia aikatason menetelmiä. Esimerkkinä A RdR-pohjainen menetelmä, jossa RR-välit (syke) esitetään peräkkäisten RR-välimuutosten (sykemuutos) funktiona (Lian et al. 2011). RdR-kaavio määrittää epäsäännöllisistä sykemuutoksista johtuvan kuvion pirstoutumisen. Lisäksi on olemassa menetelmiä, jotka arvioivat RR-aikasarjojen sisäistä koherenssia (Lee et al. 2011). Sykevaihtelun parametrointiin on myös otettu käyttöön erilaisia ​​epälineaarisia menetelmiä, joiden avulla sykevaihtelun dynamiikkaa voidaan kuvata laajemmin (lineaarisuusoletuksen rajoituksetta). Yksi epälineaaristen menetelmien luokka on erilaiset entropiasuureet, jotka ovat erityisen mielenkiintoisia eteisvärinän ja epäsäännöllisen sykkeen tunnistamisessa. Entropiasuureiden avulla voidaan arvioida RR-aikasarjojen säännöllisyyttä ja ennustettavuutta. Tyypillisesti entropiasuureiden luotettava laskeminen vaatii suhteellisen pitkän mittausajan, mutta myös lyhyiden mittausten analysointiin soveltuvia entropiasuureita on otettu käyttöön (Lake & Moorman 2011).

Tämä tutkimusprojekti kehittää uusia eteisvärinän havaitsemisalgoritmeja mobiili-EKG-mittaukseen ja pulssiaaltomittaukseen jo olemassa olevien menetelmien pohjalta. Algoritmeissa on otettava huomioon eteisen ja kammion ennenaikaiset kompleksit. Näiden huomiotta jättäminen lisää RR-aikasarjan epäsäännöllisyyttä ja lisää siten väärien positiivisten eteisvärinän määrää.