Algoritmus kidolgozása a szívzörejek megkülönböztetésére elektronikus sztetoszkópok segítségével

A szívbillentyű-betegség (VHD), a strukturális szívbetegség (SHD) egyik alosztálya, világszerte több tízmillió beteg halálozásának és csökkent életminőségének egyik fő oka. A VHD korai felismerése lehetővé teszi a betegség gondos nyomon követését, hogy a műtétet azonnal fontolóra lehessen venni, amint a szűkület súlyossá válik. Sajnos sok klinikus számára nehéz pontosan azonosítani a VHD-t annak korai szakaszában, és pusztán fizikális vizsgálattal felmérni annak súlyosságát. Ez a nehézség egyrészt a VHD-vel kapcsolatos tünetek finomságából, másrészt abból ered, hogy a klinikusok képtelenek megbízhatóan észlelni a VHD-re utaló szívzörejeket hagyományos sztetoszkóppal, különösen sok egészségügyi intézményre jellemző zajos és rohanó környezetben.

Az AS, a mitralis regurgitáció (MR) és a tricuspidalis regurgitáció (TR) mind megbízhatóan reprodukálható auskultációs leleteket eredményeznek. Ennek ellenére az auszkultáció, mint diagnosztikai eljárás köztudottan gyenge: az AS, MR és TR kimutatásának pontossága mindössze 5-40%. Ezenkívül az AS, MR és TR által okozott szisztolés zörejeknél ritkább, és szinte mindig kóros diasztolés és folyamatos zörejeket a frontvonalban dolgozó klinikusok általában nagyon nehezen észlelik. A diasztolés zörejeket jellemzően VHD okozza, mint például aorta regurgitáció (AR), pulmonalis regurgitáció (PR), mitralis szűkület (MS) vagy tricuspidalis szűkület (TS), a folyamatos zörejeket pedig jellemzően az SHD nem billentyűs formái okozzák, mint pl. veleszületett aortopulmonáris ablak, söntök és nyitott ductus arteriosus (PDA). E zörejek valamelyikének hiánya jelentősen késleltetheti a diagnózist és az ellátást.

Mivel a klinikusok számára milyen nehéz megbízhatóan kiszűrni az SHD-t anamnézis felvételen és fizikális vizsgálaton keresztül, az SHD diagnózisa nagymértékben támaszkodik az echokardiográfiára (echos), amelyet a kardiológiai közösség az SHD súlyosságának diagnosztizálásának arany standardjaként fogad el. Ennek többszörös a következménye. Először is sok beteg olyan visszhangot kap, amelyre nem lenne szükség, ha léteznének jobb szűrési és értékelési eszközök. Másodszor, az echokardiográfia az egészségügyi kiadások aránytalanul nagy részét teszi ki. Harmadszor, a betegeket terheli az ismétlődő visszhangok felelőssége a jobb szűrési eszközök hiánya miatt. Nem lehet túlbecsülni azt az érzelmi, fizikai és anyagi terhet, amely az ilyen túlzott tesztelésekkel jár, különösen a rosszul ellátott közösségekben élő betegek esetében.

Összességében egyre nagyobb szükség van olyan jobb előzetes szűrőeszközökre, amelyek még tünetmentesen is, korán és következetesebben azonosítják ezeket a feltételeket az arany standard echokardiográfiával összehasonlítható pontossággal. Egy ilyen eszköz javítaná a klinikusok önbizalmát a fizikális vizsgálatok során végzett értékelésükben, ami lehetővé tenné számukra, hogy segítsenek betegeiknek megalapozott ellátási döntéseket hozni, betegségmódosító terápiákat kínáljanak, és egyúttal csökkentsék a szükségtelen, drága segédmunkák. Végül, a VHD korai felismerésének elősegítésével a morbiditási és mortalitási arányok várhatóan csökkennek a korábbi beavatkozás miatt.

Az FDA által jóváhagyott Eko CORE és Eko DUO elektronikus sztetoszkópok a klinikusok számára ismerős és olcsó eszközt kínálnak, amelyet széles körben elfogadnak a betegek, ugyanakkor olyan érzékelőket és technológiát kínálnak, amelyek javíthatják az egészségügyi állapotok, például a billentyűbetegségek szűrését és kimutatását. a hagyományos sztetoszkóppal történő auszkultációhoz. Mind a CORE, mind a DUO hangerősítéssel rendelkezik az auskultáció során, ami javítja a klinikus azon képességét, hogy észlelje a szívhangok és -mintázatok árnyalatnyi változásait. A CORE lehetővé teszi a hang rögzítését fonokardiogram (PCG) előállításához, míg a DUO képes hangot rögzíteni PCG előállításához, valamint egy elvezetéses elektrokardiogram (EKG) egyidejű rögzítését. Mindkét készülék Bluetooth-on keresztül vezeték nélkül továbbítja a PCG és EKG adatokat az Eko mobilalkalmazásba, amely lehetővé teszi a klinikusok számára a PCG és EKG megjelenítését auskultáció közben, valamint szívhangfelvételek lejátszását, jegyzetek rögzítését a rögzített hanghoz, valamint a felvételek mentését és megosztását. Ezek a tulajdonságok egyedülállóan alkalmassá teszik az Eko elektronikus sztetoszkópokat arra, hogy rendkívül hatékonyak legyenek, mint előzetes szűrési eszközök a klinikai gyakorlatban.

Az Eko Devices kifejlesztett és megkapta az 510(k) FDA jóváhagyást egy gépi tanulási (ML) algoritmushoz, amely képes észlelni a szívzörej jelenlétét vagy hiányát VHD-s felnőtt betegeknél, az Eko CORE vagy DUO elektronikus sztetoszkóp segítségével szívhangok rögzítésére. . Ez az algoritmus egy mély neurális hálózati modell felhasználásával készült, amelyet 5878 PCG-felvételen gyűjtöttek össze Eko CORE-n és Eko DUO-n több mint 5318 egyedi pácienstől, hogy a szívhangfelvételeket szívzörejt tartalmazónak vagy hallható zörejt nem tartalmazónak minősítsék, és a jó minőségű szívhang megkülönböztetése érdekében. rossz minőségű szívhangfelvételek felvételei. A betanított modellt egymástól függetlenül validálták egy több helyszínes klinikai vizsgálatban, amelybe 681 VHD-s beteget vontak be megfelelő aranystandard echokardiogrammal. Az FDA jóváhagyását 2020 januárjában kapta meg.

A jelen tanulmány célja a zörejészlelés kiterjesztése a VHD osztályozásra olyan új ML algoritmusok kifejlesztésén keresztül, amelyek képesek különbséget tenni a szisztolés és a diasztolés és a folyamatos zörej között, valamint osztályozzák a VHD típusát és súlyosságát az Eko-val végzett 4 pontos auskultáció segítségével. CORE és DUO elektronikus sztetoszkópok szívhangok rögzítésére. Ezek az új algoritmusok integrálni fogják a DUO időszinkronizált EKG-folyamait, hogy javítsák az S1 és S2 szívhangok megkülönböztetését, és javítsák a szisztolés és a diasztolés időintervallumok azonosítását. Az FDA által jóváhagyott jelminőség- és zörejérzékelési algoritmussal kombinálva ezek az új algoritmusok lehetővé teszik a klinikusok számára, hogy teljes VHD-döntéstámogató rendszerrel rendelkezzenek, az ACC/AHA betegkezelési irányelvek alapján, amikor Eko sztetoszkópokat használnak klinikai gyakorlatukban.20 Ez felvértezi a klinikusokat olyan információkkal, amelyek segítik őket az SHD korai felismerésében, a klinikai ellátással kapcsolatos döntések meghozatalában magabiztosan és következetesen, és javítják a betegek általános kimenetelét, miközben csökkentik a költségeket és növelik a hatékonyságot.