Draagbare meetmethoden gecombineerd met kunstmatige intelligentie bij de detectie van boezemfibrilleren (WB-AF)

Het onderzoek heeft tot doel de volgende medische problemen op te lossen:

1. De haalbaarheid bestuderen van PPG-apparaten die om de pols worden gedragen en een ECG-borstband met één afleiding. Speciale aandacht zal uitgaan naar het gebruik van AI bij data-analyse en de impact ervan op de detectie van aritmie.
2. Ontwikkel state-of-the-art PPG- en ECG-gebaseerde methoden voor langdurige AF-bewaking.

De belangrijkste onderzoeksvragen zijn:

1. Kan een ECG- en PPG-meting met één afleiding worden gebruikt om atriumfibrilleren te detecteren?
2. Kan artificiële intelligente (AI) aritmie-analyse betrouwbaar ritmeveranderingen detecteren van op de klant gerichte PPG- en ECG-opname?
3. Zijn biomarkers gemeten uit een bloedmonster geschikt voor het schatten van de duur van AF die recent is ontstaan?

Specifieke methodologische doelstellingen zijn:

1. Ontwikkel en test AI-gebaseerde methoden voor aritmiedetectie en AF-diagnostiek
2. AI kan worden gebruikt bij de screening en diagnostiek van atriumfibrilleren.
3. Bestudeer de kinetiek van cardiale biomarkers bij recent ontstane AF
4. Construeer een statistisch model voor de schatting van de duur van een aritmie-episode.

Het doel van de methodeontwikkeling van het onderzoek is het evalueren van de betrouwbaarheid van de hartslagmeting bij single-lead ECG en polsgolfmeting bij gezonde patiënten en patiënten met hartproblemen. De studie ontwikkelt computermethoden op basis van lichtgewicht meettechnologie om op betrouwbare wijze de meest voorkomende hartritmestoornis, atriumfibrilleren, te identificeren. De diagnose en behandeling van boezemfibrilleren zijn doorslaggevende factoren voor het voorkomen van beroertes.

Cardioversie (CV) is een behandelingsprocedure die wordt gebruikt om een ​​abnormaal AF-ritme terug te brengen naar een normaal sinusritme (SF) bij recent ontstane AF. Het kan worden uitgevoerd met elektrische cardioversie of met antiaritmica. Als de patiënt geen orale anticoagulantia (OAC) krijgt, moet binnen 48 uur na het ontstaan ​​van de aritmie cardioversie worden uitgevoerd. Na 48 uur neemt namelijk het risico op een beroerte substantieel toe. Als de patiënt langer dan 48 uur AF heeft gehad, moet OAC worden gestart en gedurende drie weken worden gebruikt voordat CV kan worden uitgevoerd.

Onderzoekspatiënten met nieuwe atriumfibrillatie (<48 uur) en gepland voor CV zullen binnen het onderzoek worden geworven. Het onderzoek vindt plaats op de afdeling spoedeisende hulp van het Kuopio Universitair Ziekenhuis (KUH). Gedurende het onderzoek relevante patiëntgerelateerde informatie. Onderzoekspatiënten hebben al een 12-kanaals klinische ECG-registratie ondergaan die deel uitmaakt van het normale behandelingsproces om recent ontstaan ​​AF te diagnosticeren.

Bij daadwerkelijke studiemetingen wordt een Holter-ECG-apparaat op de borst van de patiënt bevestigd met behulp van vijf natte elektroden om te worden gebruikt als gouden standaard voor ritmebewaking. De lichtgewicht meetmethoden worden vergeleken met het resultaat van de Holter-ECG-registratie. Daarnaast worden fotopletysmogrammen op de pols van de patiënt geplaatst voor PPG-registratie en een enkelvoudige elektrode-ECG-sensor van de borst van de patiënt.

Bovendien zal een IV-canule worden bevestigd voor de bloedmonsters die voor en na CV worden genomen volgens het studieprotocol.

De studie vergelijkt het vermogen van deze lichtgewicht meetmethoden om hartritmes te detecteren in vergelijking met de Holter-registratie.

De apparaten die voor de meting worden gebruikt zijn:

1. Faros 360 ECG-sensor met natte elektroden (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter is een CE- en FDA 510(k)-goedgekeurd klasse 2a medisch hulpmiddel, dat op de borst van de patiënt wordt bevestigd met vijf natte elektroden voor eenmalig gebruik.

2. Suunto Movesense eenmalig ECG-apparaat (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vanta Suomi). Movesense is een CE-goedgekeurd consumentenapparaat dat wordt gebruikt met twee droge elektroden voor de ECG-meting.

   In de vorige studie (Afib24h) werd Valvira gemeld en kreeg het onderzoek toestemming voor de klinische apparaatstudie (Movesense + borstbandcombinatie).

3. Empatica E4 activiteitenarmband (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), een CE-goedgekeurd consumentenapparaat. Empatica E4 is ook een fotopletysmogram, dat optisch de hoeveelheid bloed meet die in het bloedvat circuleert.

De onderzoeker bevestigt apparaten aan de patiënt. Daarna start de onderzoeker de registratie met Faros 360 (apparaat 1) en Empatica E4 (apparaat 3) apparaten.

Hartslagdetectie door ECG-meting wordt meestal gedaan door de detectie van QRS-complexen. In de afgelopen decennia zijn er talloze van deze QRS-detectoren ontwikkeld. ECG-metingen met droge elektroden brengen aanzienlijk meer bewegingsstoringen met zich mee in vergelijking met metingen met natte elektroden, omdat zelfs de kleine bewegingen van het apparaat grote veranderingen in het ECG-signaal teweegbrengen. Bovendien is, vooral bij gebruik van duimen als meetpunt, de EMG-ruis van de spieren opmerkelijk hoog in vergelijking met de metingen met natte elektroden.

Dit project maakt gebruik van de methoden die zijn ontwikkeld in de eerdere mobiele-ECG-projecten voor ruis- en QRS-detectie om betrouwbare detectie van QRS-complexen en hartslagonregelmatigheden in de droge elektrodemetingen mogelijk te maken. Bovendien worden de eerder ontwikkelde hartslagdetectiemethoden geëvalueerd en gevalideerd door studiemetingen van atriale fibrillatie en normaal sinusritme.

Deze studie onderzoekt het vermogen van pulsdetectie bij de detectie van atriumfibrilleren. Het fotopletysmogram meet de absorptie van licht in het weefsel. De absorptie van licht in het bloed is groter dan de absorptie in het omringende weefsel. Wanneer het hart klopt, zetten haarvaten uit en trekken ze samen op basis van veranderingen in het bloedvolume. Fotopletysmografie maakt de hartslagmeting mogelijk door veranderingen in absorptie te detecteren.

Fotopletysmogram is, net als een mobiel ECG-apparaat, bijzonder gevoelig voor beweging, zelfs de kleine beweging van de led/fotodiode veroorzaakt een grote verandering in de lichtintensiteit.

Ook veroorzaken fysiologische veranderingen een storing in de hartslagmeting, bijvoorbeeld wanneer de vasculaire elasticiteit verandert, verandert de polsslagtijd, wat een storing in de meting tot gevolg heeft.

In tegenstelling tot het hoogfrequente doorboorde QRS-complex, is de pulsgolf een laagfrequente up-down variatie, die zijn eigen uitdagingen veroorzaakt voor nauwkeurige hartslagmeting.

Bij boezemfibrilleren werken de atria onvoldoende waardoor de ventrikels niet volledig gevuld zijn met bloed. Bovendien veroorzaakt boezemfibrilleren de onregelmatige geleiding van impulsen van boezems naar de ventrikels, wat leidt tot polsonregelmatigheden. De hoeveelheid bloed die wordt rondgepompt varieert van slag tot slag, wat de detectie van polsgolven een uitdaging maakt.

Dit project ontwikkelt methodes voor nauwkeurige hartslagmeting uit een pulsgolfreeks.

De ontwikkeling van de methode heeft tot doel rekening te houden met verstoringen als gevolg van de beweging van de meter, pulsgolfonregelmatigheden die kenmerkend zijn voor atriumfibrilleren.

Het hoofddoel van de methodeontwikkeling is om de polsslag zo nauwkeurig te bepalen dat polsonregelmatigheden als gevolg van boezemfibrilleren kunnen worden onderscheiden van normaal sinusritme en de ritmeverandering nauwkeurig kan worden gedetecteerd.

Bij atriumfibrilleren worden elektrische impulsen willekeurig naar de ventrikels geleid, waardoor de hartslag onregelmatig en ongelijkmatig wordt. Een grote campagne van de Hartstichting "Voel je pols - voorkom een ​​beroerte" is gebaseerd op hartslag- of polsherkenning. Pulsherkenning is natuurlijk de goedkoopste methode om boezemfibrilleren op te sporen, maar deze methode levert een groot aantal fout-positieven op. Door ECG-meting is de detectie van boezemfibrilleren veel betrouwbaarder. Hiervoor zijn geautomatiseerde detectiealgoritmen voor boezemfibrilleren ontwikkeld.

Identificatie van de atriumactivering bij langdurige Holter-ECG-metingen is over het algemeen zeer uitdagend vanwege de slechte signaal-ruisverhouding (beweging, spierartefacten en deels overlappende veel sterkere ventriculaire activiteit). Om deze reden zijn de meeste algoritmen voor de detectie van boezemfibrilleren gebaseerd op de identificatie van pulsonregelmatigheden. Voor het parametreren van de onregelmatigheid van de hartslag (RR-interval) zijn verschillende relatief eenvoudige maar betrouwbare methoden op tijdsniveau geïntroduceerd. Als voorbeeld een op RdR gebaseerde methode waarbij de RR-intervallen (hartslag) worden weergegeven als een functie van opeenvolgende RR-intervalveranderingen (hartslagverandering). De RdR-grafiek definieert de fragmentatie van het patroon als gevolg van onregelmatige hartslagveranderingen. Daarnaast zijn er methoden die de interne coherentie van RR-tijdreeksen schatten. Er zijn ook verschillende niet-lineaire methoden geïntroduceerd voor het parametriseren van de hartslagvariatie, waardoor de dynamiek van de hartslagvariatie breder kan worden beschreven (zonder beperking van de aanname van lineariteit). Een klasse van niet-lineaire methoden zijn verschillende entropiegrootheden, deze zijn vooral interessant voor de identificatie van atriale fibrillatie en de onregelmatige hartslag. Entropiegrootheden kunnen worden gebruikt om de regelmaat en voorspelbaarheid van de RR-tijdreeksen te schatten. Typisch vereist de betrouwbare berekening van de entropiegrootheden een relatief lange meettijd, maar er zijn ook entropiegrootheden geïntroduceerd die geschikt zijn voor de analyse van korte metingen.

Dit onderzoeksproject ontwikkelt nieuwe algoritmen voor de detectie van boezemfibrilleren voor de mobiele ECG-meting en polsgolfmeting op basis van reeds bestaande methoden. Algoritmen moeten rekening houden met atriale en ventriculaire premature complexen. Het negeren hiervan verhoogt de onregelmatigheid van de RR-tijdreeksen en verhoogt dus het aantal fout-positieve boezemfibrilleren.

Natriuretische peptiden zijn hormonen die door het hart worden uitgescheiden. Atriaal natriuretisch peptide (ANP) wordt uitgescheiden door atria en brain-natriuretisch peptide (BNP) uit atria en ventrikels. BNP en NT-pro-BNP worden door pro-BNP van hun voorloper afgesplitst. Beide worden gebruikt bij de diagnose van hartfalen. Patiënten met AF, zonder andere hartaandoeningen, bleken een verhoogd BNP te hebben. Hooggevoelige cardiale troponinen T (hs-cTnT) en I (hs-cTnI) zijn hartspecifieke biomarkers die worden uitgescheiden door myocardcellen en hun niveaus correleren met de hoeveelheid cardiomyocytbeschadiging. Er is aangetoond dat patiënten met aanhoudend AF verhoogde troponinespiegels hebben, wat duidt op niet-specifiek cardiomyocytenletsel. Er is echter geen significant bewijs dat wijst op een correlatie tussen TnI-kinetiek en andere AF-gerelateerde biomarkers in verband gebracht met aanhoudende AF. De niveaus van TnT lijken te dalen na de succesvolle cardioversie. Daarom kan de kinetiek van cardiale troponinen, met name TnT, nuttig zijn om de duur van een AF-episode te voorspellen.

De studie heeft tot doel te bepalen of peptiden kunnen worden gebruikt om de duur van atriale fibrillatie te beoordelen. Dit kan worden gebruikt om toekomstige behandelingen voor atriumfibrilleren te plannen.

Bovendien onderzoekt dit project de kinetiek van cardiale biomarkers en hun associatie met de duur van AF.