심방 세동 감지에 인공 지능과 결합된 휴대용 측정 방법 (WB-AF)

이 연구는 다음과 같은 의학적 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.

1. 손목 착용 PPG 장치 및 단일 리드 ECG 가슴 밴드의 타당성을 연구합니다. 특별한 관심은 데이터 분석에 AI를 사용하고 부정맥 감지에 미치는 영향입니다.
2. 장기 AF 모니터링을 위한 최첨단 PPG 및 ECG 기반 방법을 개발합니다.

주요 연구 질문은 다음과 같습니다.

1. 단일 리드 ECG 및 PPG 측정을 사용하여 심방 세동을 감지할 수 있습니까?
2. 인공지능(AI) 부정맥 분석이 고객 대상 PPG 및 ECG 기록에서 리듬 변화를 안정적으로 감지할 수 있습니까?
3. 혈액 샘플에서 측정한 바이오마커는 최근 발병한 AF 지속 시간을 추정하는 데 적합합니까?

구체적인 방법론적 목표는 다음과 같습니다.

1. 부정맥 감지 및 AF 진단을 위한 AI 기반 방법 개발 및 테스트
2. AI는 심방 세동의 선별 및 진단에 활용될 수 있습니다.
3. 최근 발병한 AF에서 심장 바이오마커의 동역학 연구
4. 부정맥 에피소드의 지속 기간 추정을 위한 통계 모델을 구축합니다.

연구 방법 개발의 목적은 건강한 사람과 심장 문제가 있는 환자를 대상으로 단일 리드 ECG 및 맥파 측정에서 심박수 측정의 신뢰성을 평가하는 것입니다. 이 연구는 가장 흔한 심장 부정맥인 심방 세동을 안정적으로 식별하기 위해 경량 측정 기술을 기반으로 컴퓨팅 방법을 개발합니다. 심방세동의 진단과 치료는 뇌졸중 예방에 결정적인 요인이다.

심장율동전환(CV)은 최근 발병한 심방세동에서 비정상적인 심방세동 리듬을 정상적인 동리듬(SF)으로 되돌리기 위해 사용되는 치료 절차입니다. 전기 심율동 전환 또는 항부정맥제로 시행할 수 있습니다. 환자가 경구용 항응고제(OAC) 요법을 받고 있지 않다면 부정맥 발생 후 48시간 이내에 심율동 전환을 시행해야 합니다. 즉, 48시간 후에는 뇌졸중의 위험이 상당히 증가합니다. 환자가 48시간 이상 심방세동을 지속한 경우 OAC를 시작하고 CV를 수행하기 전에 3주 동안 사용해야 합니다.

새로 발병한 심방 세동(<48h)이 있고 CV가 예정된 연구 환자가 연구 내에서 모집됩니다. 이 연구는 쿠오피오 대학 병원(KUH)의 응급실에서 진행됩니다. 연구 관련 환자 관련 정보 동안. 연구 환자는 최근 발병한 AF를 진단하기 위해 정상적인 치료 과정에 포함된 12채널 임상 ECG 등록을 이미 받았습니다.

실제 연구 측정에서는 5개의 젖은 전극을 사용하여 Holter-ECG 장치를 환자의 가슴에 부착하여 리듬 모니터링을 위한 황금 표준으로 사용합니다. 경량 측정 방법은 Holter-ECG 등록 결과와 비교됩니다. 또한 PPG 등록을 위해 환자의 손목에 광혈전도를 배치하고 환자 가슴의 단일 리드 건식 전극 ECG 센서를 배치합니다.

또한, 연구 프로토콜에 따라 CV 전후에 채취한 혈액 샘플에 대해 IV 캐뉼라를 부착할 것입니다.

이 연구는 홀터 등록과 비교하여 심장 박동을 감지하는 이러한 경량 측정 방법의 능력을 비교합니다.

측정에 사용된 장치는 다음과 같습니다.

1. 습식 전극이 있는 Faros 360 EKG 센서(Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ 쿠오피오 수오미). Faros 360 Holter는 CE 및 FDA 510(k)에서 승인한 클래스 2a 의료 기기로, 5개의 일회용 습식 전극으로 환자의 가슴에 부착됩니다.

2. Suunto Movesense 일회성 ECG 장치(Suunto Oy, http://www.suunto.com 반타 수오미). Movesense는 ECG 측정을 위해 2개의 건조 전극과 함께 사용되는 CE 인증 소비자 장치입니다.

   이전 연구(Afib24h)에서 Valvira가 보고되어 임상 기기 연구(Movesense + 체스트 스트랩 조합)에 대한 연구 허가를 받았습니다.

3. Empatica E4 활동 팔찌(Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia)는 CE 인증 소비자 장치입니다. Empatica E4는 또한 혈관에서 순환하는 혈액의 양을 광학적으로 측정하는 광혈전도입니다.

연구원은 환자에게 장치를 부착합니다. 그 후 연구원은 Faros 360(장치 1) 및 Empatica E4(장치 3) 장치로 등록을 시작합니다.

ECG 측정에 의한 심박수 감지는 QRS 복합체 감지에 의해 가장 일반적으로 수행됩니다. 최근 수십 년 동안 수많은 QRS 검출기가 개발되었습니다. 건식 전극을 사용한 ECG 측정은 장치의 작은 움직임조차도 ECG 신호에 큰 변화를 일으키기 때문에 습식 전극 측정에 비해 훨씬 더 많은 움직임 장애를 수반합니다. 또한 특히 엄지손가락을 측정점으로 사용하는 경우 근육에서 나오는 근전도 노이즈가 습식전극 측정에 비해 현저하게 높다.

이 프로젝트는 건식 전극 측정에서 QRS 복합체 및 심박수 불규칙성을 안정적으로 감지할 수 있도록 노이즈 및 QRS 감지를 위해 초기 모바일 ECG 프로젝트에서 개발된 방법을 활용합니다. 또한, 이전에 개발된 심박수 검출 방법은 연구의 심방세동 및 정상동리듬의 측정에 의해 평가되고 검증됩니다.

본 연구는 심방세동의 검출에서 맥박 검출의 능력을 조사한다. photopletysmogram은 조직에서 빛의 흡수를 측정합니다. 혈액으로의 빛 흡수는 주변 조직으로의 흡수보다 큽니다. 심장이 뛰면 혈액량 변화에 따라 모세혈관이 확장 및 수축합니다. Photopletysmography는 흡수의 변화를 감지하여 심박수 측정을 허용합니다.

모바일-ECG 장치와 같은 광전용적증은 움직임에 특히 민감하며 심지어 LED/포토다이오드의 작은 움직임도 빛의 강도에 큰 변화를 유발합니다.

또한, 생리학적 변화는 심박수 측정에 장애를 일으키며, 예를 들어 혈관 탄력성이 변화함에 따라 맥박 시간이 변경되어 측정에 장애가 발생합니다.

고주파 피어싱된 QRS 복합체와 달리 맥파는 저주파 업다운 변형이므로 정확한 심박수 측정에 자체적으로 문제가 있습니다.

심방은 심방 세동에서 충분히 작동하지 않으므로 심실은 혈액으로 완전히 채워지지 않습니다. 또한 심방세동은 심방에서 심실로 자극이 불규칙하게 전도되어 맥박이 불규칙해집니다. 펌핑되는 혈액의 양은 뇌졸중마다 다르기 때문에 맥파 감지가 어렵습니다.

이 프로젝트는 맥파 시리즈에서 정확한 심박수 측정 방법을 개발합니다.

방법 개발은 측정기의 움직임으로 인한 교란, 심방 세동의 전형적인 맥파 불규칙성을 고려하는 것을 목표로 합니다.

방법 개발의 주요 목표는 심방 세동으로 인한 맥박 불규칙성을 정상 동리듬과 구별할 수 있고 리듬 변화를 정확한 방식으로 감지할 수 있도록 맥박을 정확하게 결정하는 것입니다.

심방 세동에서는 전기 자극이 심실에 무작위로 전도되어 심박수가 불규칙하고 고르지 않게 됩니다. Heart Association의 "맥박을 느껴보세요 - 뇌졸중 예방"이라는 대규모 캠페인은 심박수 또는 맥박 인식을 기반으로 합니다. 맥박 인식은 물론 심방 세동을 감지하는 가장 저렴한 방법이지만 이 방법은 많은 수의 오 탐지를 생성합니다. 심전도 측정을 통해 심방 세동 감지가 훨씬 더 안정적입니다. 이를 위해 자동화된 심방세동 검출 알고리즘이 개발되었습니다.

장기 Holter-ECG 측정에서 심방 활성화를 식별하는 것은 일반적으로 불량한 신호 잡음비(움직임, 근육 인공물 및 부분적으로 겹치는 훨씬 더 강한 심실 활동)로 인해 매우 어렵습니다. 이러한 이유로 대부분의 심방 세동 감지 알고리즘은 맥박 불규칙성 식별을 기반으로 합니다. 불규칙한 심박수(RR 간격)의 매개변수화를 위해 비교적 간단하지만 신뢰할 수 있는 몇 가지 시간 수준 방법이 도입되었습니다. 예를 들어, RR 간격(심박수)이 연속적인 RR 간격 변화(심박수 변화)의 함수로 표현되는 RdR 기반 방법입니다. RdR 그래프는 불규칙한 심박수 변화로 인한 패턴의 단편화를 정의합니다. 또한 RR 시계열 내부 일관성을 추정하는 방법이 있습니다. 심박수 변동의 매개변수화에 다양한 비선형 방법이 도입되어 심박수 변동의 역학을 보다 광범위하게 설명할 수 있습니다(선형 가정의 제한 없이). 비선형 방법의 한 부류는 서로 다른 엔트로피 양이며 심방 세동 및 불규칙한 심박수를 식별하는 데 특히 흥미롭습니다. 엔트로피 양은 RR 시계열의 규칙성과 예측 가능성을 추정하는 데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 엔트로피량의 신뢰성 있는 계산을 위해서는 상대적으로 긴 측정 시간이 필요하지만 짧은 측정치 분석에 적합한 엔트로피량도 도입되었습니다.

본 연구 프로젝트는 기존의 방법을 기반으로 모바일 심전도 측정 및 맥파 측정을 위한 새로운 심방세동 검출 알고리즘을 개발합니다. 알고리즘은 심방 및 심실 조기 복합체를 고려해야 합니다. 이를 무시하면 RR 시계열의 불규칙성이 증가하여 위양성 심방 세동의 수가 증가합니다.

나트륨 이뇨 펩티드는 심장에서 분비되는 호르몬입니다. 심방에서는 심방나트륨이뇨펩티드(ANP)가, 심방과 심실에서는 뇌-나트륨이뇨펩티드(BNP)가 분비된다. BNP 및 NT-pro-BNP는 pro-BNP에 의해 전구체에서 절단됩니다. 둘 다 심부전 진단에 사용됩니다. 다른 심장 질환이 없는 심방세동 환자는 BNP가 상승한 것으로 나타났습니다. 고감도 심장 트로포닌 T(hs-cTnT) 및 I(hs-cTnI)는 심근 세포에 의해 분비되는 심장 특이적 바이오마커이며 그 수준은 심근세포 손상의 양과 상관 관계가 있습니다. 지속성 심방세동 환자는 비특이적 심근 세포 손상을 나타내는 트로포닌 수치가 상승한 것으로 나타났습니다. 그러나 TnI 동역학과 다른 AF 관련 바이오마커 사이의 상관관계를 나타내는 중요한 증거는 지속적인 AF와 연관되지 않았습니다. TnT 수준은 성공적인 심율동 전환 후 감소하는 것으로 보입니다. 따라서 심장 트로포닌, 특히 TnT의 동역학은 AF 에피소드의 기간을 예측하는 데 유용할 수 있습니다.

이 연구는 펩티드가 심방 세동의 지속 기간을 평가하는 데 사용될 수 있는지 여부를 결정하는 것을 목표로 합니다. 이것은 심방 세동에 대한 향후 치료를 계획하는 데 사용할 수 있습니다.

또한, 이 프로젝트는 심장 바이오마커의 동역학 및 심방세동 기간과의 연관성을 조사합니다.