Metodi di misurazione portatili combinati con l'intelligenza artificiale nel rilevamento della fibrillazione atriale (WB-AF)

La ricerca mira a risolvere i seguenti problemi medici:

1. Studiare la fattibilità dei dispositivi PPG da polso e della fascia toracica ECG a derivazione singola. Particolare interesse sarà l'uso dell'intelligenza artificiale nell'analisi dei dati e il suo impatto sul rilevamento dell'aritmia.
2. Sviluppare metodi all'avanguardia basati su PPG ed ECG per il monitoraggio della FA a lungo termine.

Le principali domande di ricerca sono:

1. È possibile utilizzare un ECG a derivazione singola e una misurazione PPG per rilevare la fibrillazione atriale?
2. L'analisi dell'aritmia artificiale intelligente (AI) può rilevare in modo affidabile i cambiamenti del ritmo dalla registrazione PPG ed ECG mirata al cliente?
3. I biomarcatori misurati dal campione di sangue sono adatti per la stima della durata della FA di recente insorgenza?

Obiettivi metodologici specifici sono:

1. Sviluppare e testare metodi basati sull'intelligenza artificiale per il rilevamento dell'aritmia e la diagnostica della FA
2. L'intelligenza artificiale può essere utilizzata nello screening e nella diagnostica della fibrillazione atriale.
3. Studia la cinetica dei biomarcatori cardiaci nella FA di recente insorgenza
4. Costruire un modello statistico per la stima della durata dell'episodio aritmico.

Lo scopo dello sviluppo del metodo dello studio è valutare l'affidabilità della misurazione della frequenza cardiaca nell'ECG a derivazione singola e nella misurazione dell'onda del polso con pazienti sani e con problemi cardiaci. Lo studio sviluppa metodi di calcolo basati su una tecnologia di misurazione leggera per identificare in modo affidabile l'aritmia cardiaca più comune, la fibrillazione atriale. La diagnosi e il trattamento della fibrillazione atriale sono fattori decisivi per la prevenzione dell'ictus.

La cardioversione (CV) è una procedura terapeutica utilizzata per riportare un ritmo anomalo della FA a un normale ritmo sinusale (SF) nella FA di recente insorgenza. Può essere eseguito con cardioversione elettrica o con farmaci antiaritmici. Se il paziente non è in terapia anticoagulante orale (OAC), la cardioversione deve essere eseguita entro 48 ore dall'insorgenza dell'aritmia. Vale a dire, dopo 48 ore il rischio di ictus aumenta notevolmente. Se il paziente ha avuto la FA per più di 48 ore, l'OAC deve essere avviato e utilizzato per tre settimane prima che possa essere eseguito il CV.

I pazienti della ricerca con fibrillazione atriale di nuova insorgenza (<48 ore) e programmati per CV saranno reclutati all'interno della ricerca. Lo studio si svolgerà presso il pronto soccorso dell'ospedale universitario di Kuopio (KUH). Durante lo studio informazioni pertinenti relative al paziente. I pazienti della ricerca sono già stati sottoposti a una registrazione dell'ECG clinico a 12 canali inclusa nel normale processo di trattamento per diagnosticare la FA di recente insorgenza.

Nelle misurazioni dello studio effettivo, un dispositivo Holter-ECG è attaccato al torace del paziente utilizzando cinque elettrodi bagnati da utilizzare come standard aureo per il monitoraggio del ritmo. I metodi di misurazione leggeri vengono confrontati con il risultato della registrazione Holter-ECG. Inoltre, fotopletismogrammi vengono posizionati sul polso del paziente per la registrazione PPG e un sensore ECG con elettrodo secco a derivazione singola del torace del paziente.

Inoltre, verrà allegata una cannula IV per i campioni di sangue prelevati prima e dopo il CV secondo il protocollo di studio.

Lo studio confronta la capacità di questi metodi di misurazione leggeri di rilevare i ritmi cardiaci rispetto alla registrazione Holter.

I dispositivi utilizzati per la misurazione sono:

1. Sensore ECG Faros 360 con elettrodi bagnati (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter è un dispositivo medico di classe 2a approvato CE e FDA 510(k), che viene fissato al torace del paziente con cinque elettrodi umidi monouso.

2. Dispositivo ECG monouso Suunto Movesense (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vantaa Suomi). Movesense è un dispositivo consumer approvato CE, che viene utilizzato con due elettrodi asciutti per la misurazione dell'ECG.

   Nello studio precedente (Afib24h), Valvira è stato segnalato e la ricerca ha ricevuto l'autorizzazione per lo studio del dispositivo clinico (combinazione Movesense + fascia toracica).

3. Braccialetto di attività Empatica E4 (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), che è un dispositivo di consumo certificato CE. Empatica E4 è anche un fotopletismogramma, che misura otticamente la quantità di sangue circolante nel vaso sanguigno.

Il ricercatore attacca i dispositivi al paziente. Successivamente, il ricercatore avvia la registrazione con i dispositivi Faros 360 (dispositivo 1) ed Empatica E4 (dispositivo 3).

Il rilevamento della frequenza cardiaca mediante misurazione ECG è più comunemente eseguito mediante il rilevamento dei complessi QRS. Numerosi di questi rilevatori di QRS sono stati sviluppati negli ultimi decenni. La misurazione dell'ECG con elettrodi asciutti comporta molti più disturbi del movimento rispetto alle misurazioni con elettrodi bagnati, poiché anche i piccoli movimenti del dispositivo inducono grandi cambiamenti nel segnale ECG. Inoltre, soprattutto quando si utilizzano i pollici come punti di misurazione, il rumore EMG dei muscoli è notevolmente elevato rispetto alle misurazioni dell'elettrodo bagnato.

Questo progetto utilizza i metodi sviluppati nei precedenti progetti di ECG mobile per il rilevamento del rumore e del QRS per consentire il rilevamento affidabile dei complessi QRS e delle irregolarità della frequenza cardiaca nelle misurazioni dell'elettrodo secco. Inoltre, i metodi di rilevamento della frequenza cardiaca sviluppati in precedenza vengono valutati e convalidati dalle misurazioni dello studio della fibrillazione atriale e del ritmo sinusale normale.

Questo studio esamina la capacità di rilevamento del polso nel rilevamento della fibrillazione atriale. Il fotopletismogramma misura l'assorbimento della luce nel tessuto. L'assorbimento della luce nel sangue è maggiore dell'assorbimento nel tessuto circostante. Quando il cuore batte, i capillari si espandono e si contraggono in base alle variazioni del volume sanguigno. La fotopletismografia consente la misurazione della frequenza cardiaca rilevando i cambiamenti nell'assorbimento.

Il fotopletismogramma, come un dispositivo ECG mobile, è particolarmente sensibile al movimento, anche il piccolo movimento del led/fotodiodo induce un cambiamento importante nell'intensità della luce.

Inoltre, i cambiamenti fisiologici causano un disturbo nella misurazione della frequenza cardiaca, ad esempio, quando l'elasticità vascolare cambia, la durata dell'impulso cambia, determinando un disturbo nella misurazione.

A differenza del complesso QRS perforato ad alta frequenza, l'onda del polso è una variazione verso l'alto e verso il basso a bassa frequenza, che pone le proprie sfide per una misurazione accurata della frequenza cardiaca.

Gli atri funzionano in modo insufficiente nella fibrillazione atriale quindi i ventricoli non sono completamente pieni di sangue. Inoltre, la fibrillazione atriale provoca la conduzione irregolare degli impulsi dagli atri ai ventricoli che portano all'irregolarità del polso. La quantità di sangue pompato varia da un ictus all'altro, il che rende difficile il rilevamento delle onde del polso.

Questo progetto sviluppa metodi per la misurazione accurata della frequenza cardiaca da una serie di onde del polso.

Lo sviluppo del metodo mira a tenere conto dei disturbi dovuti al movimento del misuratore, irregolarità dell'onda del polso tipiche della fibrillazione atriale.

L'obiettivo principale dello sviluppo del metodo è determinare il polso in modo così preciso che l'irregolarità del polso dovuta alla fibrillazione atriale possa essere distinta dal normale ritmo sinusale e il cambiamento del ritmo possa essere rilevato in modo accurato.

Nella fibrillazione atriale, gli impulsi elettrici conducono in modo casuale ai ventricoli, causando una frequenza cardiaca irregolare e irregolare. Una grande campagna della Heart Association "Feel your pulse - prevent the stroke" si basa sulla frequenza cardiaca o sul riconoscimento del polso. Il riconoscimento del polso è ovviamente il metodo più economico per rilevare la fibrillazione atriale, ma questo metodo produce un gran numero di falsi positivi. Con la misurazione dell'ECG, il rilevamento della fibrillazione atriale è molto più affidabile. A tale scopo sono stati sviluppati algoritmi di rilevamento automatico della fibrillazione atriale.

L'identificazione dell'attivazione dell'atrio nelle misurazioni Holter-ECG a lungo termine è generalmente molto impegnativa a causa dello scarso rapporto segnale-rumore (movimento, artefatti muscolari e attività ventricolare in parte sovrapposta molto più forte). Per questo motivo, la maggior parte degli algoritmi di rilevamento della fibrillazione atriale si basa sull'identificazione dell'irregolarità del polso. Per la parametrizzazione dell'irregolarità della frequenza cardiaca (intervallo RR) sono stati introdotti diversi metodi a livello di tempo relativamente semplici ma affidabili. Ad esempio, un metodo basato su RdR in cui gli intervalli RR (frequenza cardiaca) sono rappresentati come una funzione di variazioni consecutive dell'intervallo RR (variazione della frequenza cardiaca). Il grafico RdR definisce la frammentazione del pattern risultante da variazioni irregolari della frequenza cardiaca. Inoltre, esistono metodi che stimano la coerenza interna delle serie temporali RR. Vari metodi non lineari sono stati introdotti anche per la parametrizzazione della variazione della frequenza cardiaca, consentendo di descrivere la dinamica della variazione della frequenza cardiaca in modo più ampio (senza limitazione dell'ipotesi di linearità). Una classe di metodi non lineari sono diverse quantità di entropia, queste sono particolarmente interessanti per l'identificazione della fibrillazione atriale e della frequenza cardiaca irregolare. Le quantità di entropia possono essere utilizzate per stimare la regolarità e la prevedibilità delle serie temporali RR. Tipicamente, il calcolo affidabile delle quantità di entropia richiede un tempo di misura relativamente lungo, ma sono state introdotte anche quantità di entropia adatte all'analisi di misure brevi.

Questo progetto di ricerca sviluppa nuovi algoritmi di rilevamento della fibrillazione atriale per la misurazione dell'ECG mobile e la misurazione dell'onda del polso sulla base di metodi già esistenti. Gli algoritmi devono tenere conto dei complessi prematuri atriali e ventricolari. L'ignoranza di questi aumenta l'irregolarità delle serie temporali RR e quindi aumenta il numero di fibrillazione atriale falsamente positiva.

I peptidi natriuretici sono ormoni secreti dal cuore. Il peptide natriuretico atriale (ANP) è secreto dagli atri e il peptide natriuretico cerebrale (BNP) dagli atri e dai ventricoli. BNP e NT-pro-BNP sono scissi dal loro precursore da pro-BNP. Entrambi sono utilizzati nella diagnosi di insufficienza cardiaca. I pazienti con fibrillazione atriale, senza altre malattie cardiache, hanno mostrato un BNP elevato. Le troponine cardiache ad alta sensibilità T (hs-cTnT) e I (hs-cTnI) sono biomarcatori cardiaci specifici secreti dalle cellule miocardiche e i loro livelli correlano la quantità di danno cardiomiocitario. I pazienti con fibrillazione atriale persistente hanno dimostrato di avere livelli elevati di troponina che indicano un danno cardiomiocitario non specifico. Tuttavia, nessuna prova significativa che indichi una correlazione tra la cinetica del TnI e altri biomarcatori correlati alla FA è stata associata alla FA persistente. I livelli di TnT sembrano diminuire dopo la riuscita cardioversione. Pertanto, la cinetica delle troponine cardiache, in particolare del TnT, può essere utile per prevedere la durata dell'episodio di FA.

Lo studio mira a determinare se i peptidi possono essere utilizzati per valutare la durata della fibrillazione atriale. Questo può essere utilizzato per pianificare il trattamento futuro per la fibrillazione atriale.

Inoltre, questo progetto esamina la cinetica dei biomarcatori cardiaci e la loro associazione con la durata della FA.