인공 지능을 이용한 페이스메이커 관련 심부전 검출을 위한 선별 프로그램 최적화 (OPT-AI)

페이스메이커는 느린 심박수를 치료하는 효과적인 방법으로 증상을 개선하고 생명을 구합니다. 그러나 일부 사람들에게는 페이스메이커가 심장 박동을 자극하는 비자연적인 방식으로 인해 심부전을 유발할 수 있습니다. 웨스트요크셔에서 수행된 여러 연구에서 우리는 페이스메이커를 가진 환자의 약 1/3이 진단되지 않은 심부전을 가지고 있음을 보여주었습니다. 또한 심부전이 발견된 경우 안전하고 저렴한 약물로 치료하면 입원하거나 사망할 가능성을 줄일 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 심부전을 감지하려면 약 45분이 소요되고 숙련된 기술자가 필요하며 비용이 £120인 심장초음파(심장 초음파 검사)가 필요합니다. 다른 방식으로 말하면 리즈의 약 4,500명의 환자를 평가하는 데 약 £540,000이 소요됩니다. 새로운 접근 방식이 필요합니다. 우리는 새로운 기술을 사용하면 페이스메이커를 가진 사람들에서 심부전을 선별하는 능력을 향상시킬 수 있을 것이라고 생각합니다. 인공지능(AI)을 사용하여 심장 영상 및 심부전 측정이 가능한 휴대용 장치가 현재 상용화되어 있습니다. 그러나 이러한 장치는 페이스메이커를 가진 사람들의 심장 기능 이상을 감지하도록 특별히 개발되지 않았습니다. 페이스메이커는 심부전을 유발하는 다른 상태와는 다른 특정 형태의 심근 약화를 초래하므로 일상적인 임상 실무에서 사용하기 전에 그 정확성을 입증하는 것이 필수적입니다. 심근 약화를 감지하는 또 다른 가능한 방법은 먼저 혈액 검사로 환자를 선별하는 것입니다. N-말단 B형 나트륨이뇨펩타이드(NT-proBNP)는 심장이 긴장이나 스트레스에 반응하여 분비하는 펩타이드로, 일반적으로 심부전 환자에서 상승합니다. 현재 상용화된 장치로 손가락 채혈 검사에서 NT-proBNP 측정을 제공할 수 있으며, 결정적으로 몇 분 내에 결과를 알 수 있어 환자의 정기 진료 약속 동안 결과를 알 수 있습니다. 이 혈액 검사는 진단을 제공할 수는 없지만, 고위험군 개인을 식별하고 표준 심장초음파 검사를 받아야 하는 사람들을 도울 수 있습니다.

참여를 최대한 간단하게 하고 불필요한 병원 방문을 피하기 위해 환자들은 정기적인 페이스메이커 클리닉 약속 전에 접촉됩니다. 페이스메이커를 가진 환자들은 6-12개월마다 병원을 방문하여 페이스메이커의 배터리 수명과 기능을 점검합니다. 모든 잠재적 참가자는 연구 포함 기준에 따라 환자의 직접 치료 팀 구성원에 의해 식별됩니다. 우리는 페이스메이커와 우심실 페이싱 부담(페이스메이커로 인한 심박수 비율)이 ≥20%인 환자를 모집할 것입니다. 이는 심근 약화 위험이 페이싱된 박동 비율과 상관관계가 있으며, ≥20%가 우리 자신의 데이터로 지원되는 허용 가능한 기준점이라는 것을 알고 있기 때문에 중요합니다. 참여할 수 없거나 원하지 않는 환자는 제외할 것입니다. 또한 심근 약화 위험을 완화하는 심장 장치를 가진 환자나 알려진 심부전 관리 목적으로 이식되었을 가능성이 있는 환자(전도계 페이스메이커, 심장 재동기화 치료 페이스메이커/제세동기, 이식형 심장충격기, 리드리스 페이스메이커, 단일 심방 페이스메이커)도 제외할 것입니다.

잠재적 참가자에게는 초대장과 환자 정보 안내서를 보내어 평소 페이스메이커 클리닉 약속 대신 리즈 심혈관 임상 연구 시설에서 약속에 참석할 기회를 제공합니다. 그 후 직접 치료 팀의 전화 통화가 이어지며, 잠재적으로 관심이 있고 연구 팀에 정보가 전달되는 데 동의한다고 확인한 사람들만 약속을 잡기 위해 접촉됩니다. 약속 당일 연구 팀 구성원이 환자에게 접근하여 연구를 설명하고 질문할 기회를 제공합니다. 참가자는 이미 최소 일주일 동안 참가자 정보 안내서를 읽고 참여 여부를 고려할 시간을 가졌을 것입니다. 참여를 원한다면 연구 절차를 수행하기 위한 서면 동의서를 제공할 것입니다. 참여 동의 여부와 관계없이 모든 환자는 인증된 심장 생리학자에 의해 페이스메이커 안전 점검을 받을 것입니다. 환자가 참여에 동의하면 약속은 약 1시간 동안 지속되며, 비교를 위해 정기 페이스메이커 약속은 약 20분 동안 지속됩니다. 약속 후 평소 치료 팀과의 다음 약속이 예정됩니다.

일반 연구 절차: 참가자는 일반 임상 치료에 따라 인증된 심장 생리학자에 의해 정기적인 장치 조사를 받아 장치 기능성과 우심실 페이스메이커 부담 ≥20%를 확인합니다. 참여에 동의하는 참가자의 경우 연구 팀이 전자 건강 기록에서 인구통계학적 및 임상 정보를 수집합니다. 그런 다음 참가자는 NTpro-BNP에 대한 현장 혈액 검사, 휴대용 심장초음파 및 표준 카트 기반 심장초음파를 받을 것입니다. 현장 NTpro-BNP 혈액 검사: LumiraDx(LumiraDx Ltd, 케이맨 제도)는 손가락 채혈로 얻은 미량 혈액 샘플을 사용하여 다양한 생체 표지자를 측정할 수 있는 정량적 현장 손가락 채혈 혈액 검사입니다. NT-proBNP는 심부전을 진단하고 모니터링하는 데 사용되는 정기 혈액 검사입니다. LumiraDx는 단 20uL의 혈액으로 NTpro-BNP를 측정할 수 있으며, 매우 휴대성이 좋고 처리 시간이 단 12분으로 표준 페이스메이커 후속 약속의 시간 제약 내에서 실행 가능합니다. 환자에게는 손가락 채혈로 소량의 혈액을 채취하는 것이 필요합니다. 이 과정은 매우 최소한의 불편함을 초래하며 당뇨병 환자가 하루에 여러 번 수행해야 하는 혈당 검사와 거의 동일합니다. 이후 작은 양의 솜을 손가락 끝에 놓고 압력을 가합니다. 그들의 기술은 659개 샘플 연구에서 표준 상용 실험실 장비(Roche Cobas Elecsys proBNP II 분석)와 비교하여 검증되었으며 비교 가능한 정확도를 가진 것으로 발견되었습니다(기울기 0.86, 절편 -4.12, r 0.97).

휴대용 심장 초음파: 참가자는 Kosmos 플랫폼(EchoNous Inc., 레드먼드, 미국)을 사용하여 AI 기반 LVEF를 포함한 초점 휴대용 심장초음파를 받을 것입니다. 이는 심장 영상이 가능한 현장 휴대용 초음파 장치로, US2.AI(UltraSound Anyone Anywhere, 싱가포르) 통합 AI 구동 소프트웨어를 사용하여 LVEF의 자동 측정이 가능합니다. Kosmos 플랫폼은 조작자가 최적의 영상을 얻도록 돕고, 영상이 최적화되었을 때 영상 획득을 촉진하며, 즉시 LVEF 측정을 제공합니다. 기존 데이터는 Kosmos 플랫폼이 심부전 의심 환자에서 비정상적인 LVEF를 신뢰성 있게 감지할 수 있음을 시사하지만, 페이싱 유발 좌심실 기능 장애 집단에서의 사용을 설명하는 데이터는 없습니다. 휴대용 심장초음파는 심장초음파 인증을 보유하지 않은 전문 간호사나 심장 생리학자가 수행할 것입니다. 그들은 필요한 영상을 얻기 위한 초점 교육을 이전에 받았을 것이며, 이는 의도적으로 제한적(≤1일)으로 제공되어 심장초음파 경험이 없는 팀에게도 우리의 결과가 일반화 가능하도록 할 것입니다.

표준 카트 기반 심장 초음파: 참가자는 British Society of Echocardiography(또는 동등한 국제 기관)에서 인증한 수석 심장 생리학자가 GE Healthcare Vivid E95 Ultra Edition Cardiac Ultrasound를 사용하여 경흉 심장초음파를 받을 것입니다. 참가자에게는 반누운 자세로 소파에 누워, 흉벽의 네 위치에서 초음파 영상을 얻는 것이 포함됩니다. 검사는 영상을 얻는 데 약 25분이 소요되며(측정을 하고 보고서를 준비하는 데 추가 20분이 소요됨), 환자에게 위험이 없습니다. 최소 데이터 세트가 획득되며 가능한 경우 이중면 방법으로 LVEF를 측정하고, 환자 관리 변경을 초래할 수 있는 (적어도) 중등도 판막 질환이나 다른 발견 사항을 평가할 것입니다.

이것은 횡단면 연구로, 참가자는 단일 시점에서 평가될 것입니다. 이상 소견이 없는 경우 참가자는 계획대로 다음 예정된 페이스메이커 후속 약속에 참석하도록 예약됩니다.

연구 참가자에게 발생한 심각한 이상사건(SAE) 중 수석 연구자의 판단에 따라 사건이 연구 절차 중 어느 하나의 시행과 관련이 있는 경우 연구 팀이 인지한 후 1영업일 이내에 스폰서(governance-ethics@leeds.ac.uk)에 보고됩니다. SAE는 참가자의 방문 동안 기록되며 전자 건강 기록에 문서화됩니다. 연구 방문이 완료된 후 발생하거나 연구 방문과 직접적으로 관련되지 않은 이상 사건은 보고되지 않습니다. 이 연구 동안 우리는 중요한 심근 약화나 심장 초음파상 다른 이상 소견을 식별할 것으로 예상됩니다. 이러한 발견 사항과 새로운 진단/발견 사항의 결과로 발생한 모든 이상 사건(예: 입원)은 환자의 일반적인 임상 치료의 일부로 간주되므로 연구 윤리 위원회의 스폰서에게 보고되지 않습니다.