Utiliser l’analyse des sons par l’IA pour prédire la décompensation d’une insuffisance cardiaque (STEREO)

L'insuffisance cardiaque est une affection courante dans laquelle le cœur est incapable de délivrer le débit cardiaque souhaité en raison d'un muscle cardiaque affaibli ou raide. Elle touche plus de 2 % de la population britannique (l'incidence est d'environ 200 000 cas par an), ce qui entraîne 5 % de toutes les admissions à l'hôpital d'urgence et consomme environ 2 % du budget annuel du NHS (environ 2 milliards de livres sterling par an). Par conséquent, l’insuffisance cardiaque n’est pas seulement un facteur majeur d’hospitalisation, mais constitue également la principale opportunité de réduire les admissions évitables.

L'insuffisance cardiaque aiguë décompensée (ADHF) est une urgence médicale nécessitant une attention urgente. Cela entraîne généralement une hospitalisation et constitue un facteur majeur des coûts de santé associés. L'ADHF se caractérise généralement par une détérioration rapide de l'essoufflement au repos ou à l'effort en raison d'un œdème pulmonaire (congestion veineuse pulmonaire) et d'une rétention d'eau entraînant un gonflement des jambes ainsi qu'une myriade d'autres symptômes, notamment la fatigue, le manque d'appétit, etc.

Le patient présente normalement une apparition progressive ou soudaine des symptômes typiques (essoufflement, fatigue et accumulation de liquide dans les jambes). Après stabilisation et traitement initial de l’ADHF, les patients entrent dans une phase de plateau où le cœur reste stable. Cependant, au fil du temps, la plupart des patients subissent plusieurs épisodes d’ADHF qui deviennent généralement plus longs et séparés par des intervalles plus courts. La congestion est liée à une augmentation de la pression cardiaque sous-jacente, généralement secondaire à une surcharge volémique qui joue un rôle central dans la physiopathologie, la présentation et le pronostic de l'insuffisance cardiaque. La congestion pulmonaire est l’une des cibles diagnostiques et thérapeutiques les plus importantes de l’insuffisance cardiaque. La détection précoce de la congestion pulmonaire due à une surcharge volémique est essentielle pour prévenir une réhospitalisation imminente et constitue une opportunité idéale pour optimiser le traitement de l’insuffisance cardiaque dans la communauté.

La détection communautaire précoce de l’ADHF est en fin de compte la première étape pour fournir des soins efficaces aux patients. Une mauvaise reconnaissance de l’IC en raison de sa multitude de symptômes vagues/non spécifiques entraîne souvent des retards dans le diagnostic et le traitement. Le délai entre le moment où un patient développe des symptômes de décompensation de l'IC et la consultation d'un médecin est souvent considérable et est influencé par la rapidité d'apparition et la gravité des symptômes. Par conséquent, un moyen fiable et facilement accessible d’évaluer l’état des fluides chroniques chez les patients ambulatoires est nécessaire pour détecter une décompensation précoce lorsqu’une intervention appropriée est possible. Le développement soudain d'un essoufflement (dyspnée) dû à l'accumulation de liquide dans les poumons (œdème pulmonaire aigu) entraîne généralement un contact rapide avec les services médicaux, tandis que l'apparition progressive d'un gonflement des jambes et des chevilles (œdème périphérique) est plus susceptible d'être associée à des retards. en recherchant des soins. Le délai moyen entre l’apparition des symptômes et l’admission à l’hôpital variait de 2 heures à 7 jours. Les symptômes de l’insuffisance cardiaque se développent souvent progressivement et semblent inoffensifs, ce qui pourrait expliquer certains des retards observés dans la recherche de soins.

Ces dernières années, plusieurs études pilotes ont démontré une relation entre les biomarqueurs de la parole et l’étendue de la congestion systémique et/ou pulmonaire chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque. Par exemple, en 2017, une étude portant sur 10 (8 M, 2F) patients atteints d'insuffisance cardiaque aiguë décompensée et soumis à un traitement hospitalier avec un traitement diurétique intraveineux a montré qu'après le traitement, les patients présentaient une proportion plus élevée de voix grinçantes automatiquement identifiées, une fréquence fondamentale accrue et diminution de la variation de la proéminence du pic cepstral, ce qui suggère que les biomarqueurs de la parole peuvent être des indicateurs précoces de l'IC. L'étude a également montré que la gravité de l'œdème lié à l'IC nécessaire pour modifier de manière mesurable la voix est faible par rapport à la gravité nécessaire pour augmenter le poids corporel, ce qui suggère que les biomarqueurs de la parole pourraient devenir un outil non invasif plus efficace que le poids quotidien pour surveiller les patients atteints d'IC. . En 2021, une autre étude a évalué la faisabilité de l’analyse de la parole à distance dans l’évaluation de la surcharge liquidienne dynamique chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque sous traitement hémodynamique. Ils ont effectué des mesures de la parole et de la voix en série chez 5 patients hémodialysés. L’analyse a été réalisée avec une application qui ne partage pas son algorithme d’IA. Ils ont démontré des différences statistiquement significatives dans certains biomarqueurs de la parole à différents niveaux d’état hydrique à mesure que les patients progressaient dans le traitement. Par la suite, en 2022, une comparaison des enregistrements sonores de patients admis avec ADHF le jour de leur admission et le jour de leur sortie avec un échantillon de 40 patients admis pour insuffisance cardiaque décompensée aiguë a identifié des différences significatives dans les 5 mesures de parole testées. (admission) vs enregistrements secs (décharge).

Par ailleurs, en 2022, une étude a évalué les altérations de la parole et des pauses dans les enregistrements vocaux de patients aigus (N = 68) et stables (N = 36) et a constaté que le taux de pause était une augmentation de 14,9 % chez les patients atteints d'IC ​​aiguë. Ils ont également trouvé une corrélation positive avec le niveau de NT-Pro-BNP. Une autre étude réalisée en 2022 a examiné à la fois les caractéristiques du coefficient cepstral de fréquence Mel (MFCC) et les caractéristiques de la parole glottale, en comparant un échantillon de 25 locuteurs en bonne santé (7F, 18M) et 20 patients atteints d'IC ​​de toute étiologie (quelle que soit la FEVG). Après la sélection des fonctionnalités, ils ont développé des modèles prédictifs utilisant quatre méthodes de classification différentes (SVM, ET, Adaboost et FFNN). Sur la base d'une combinaison des caractéristiques vocales MFCC et Glottal, ils ont pu prédire l'ADHF avec des précisions allant de 88 à 94 %, avec un taux de vrais positifs de 79,47 % et un taux de vrais négatifs de 82,69 %.

En effectuant un vaste panel d'évaluations cliniques, d'investigations ainsi que de questionnaires basés sur les symptômes dans une étude impliquant jusqu'à 250 patients atteints d'insuffisance cardiaque, les enquêteurs visent à s'appuyer sur des travaux récents et à développer une nouvelle application basée sur l'IA déployée sur un appareil intelligent, qui peut détecter une augmentation de la congestion pulmonaire due à des changements subtils dans la toux, la voix, la respiration et les bruits thoraciques d'un patient. Cela fournira des informations clés aux patients souffrant d'insuffisance cardiaque et à leurs équipes cliniques, en détectant correctement l'accumulation progressive de liquide dans les poumons d'un patient avant que celui-ci ne développe des symptômes importants. La détection de la congestion pulmonaire en phase précoce permettra aux cliniciens de cibler le traitement plus efficacement. On espère que cela contribuera à minimiser et, à terme, à prévenir le besoin d'hospitalisation d'urgence récurrente en alertant le patient pour qu'il contacte son équipe (communautaire) d'insuffisance cardiaque et en permettant un traitement ambulatoire plus précoce avant de devoir être réhospitalisé pour entrer dans la phase aiguë.

Sous réserve du succès de cette recherche, un essai clinique interventionnel prospectif sera ensuite entrepris pour tester les avantages cliniques et opérationnels de l'outil d'IA dérivé de cette recherche sur les soins de l'insuffisance cardiaque du NHS, ouvrant la voie à l'adoption éventuelle de telles solutions. dans la pratique clinique courante.