Identifikasjon av arytmier med engangs-EKG

Forskningen tar sikte på å løse følgende medisinske problemer:

1. Å identifisere og definere typen atrieflimmer er problematisk på grunn av dens spontane forekomst og latens.
2. Måleapparater for screening av atrieflimmer er dårlig tilgjengelig.

De viktigste forskningsspørsmålene er:

1. Kan en enkelt-avlednings EKG-måling brukes for å oppdage arytmier

   1. Finn ut målestedene (EKG-avledninger) for enkeltavlednings-EKG-selvovervåking og evaluer innvirkningen av målesteder på brukervennlighet og signalkvalitet.
   2. Finn ut målestedene for enkeltavlednings-EKG-overvåking når målingen utføres av en annen person (sykepleier eller pårørende) og evaluer innvirkningen av målesteder på brukervennlighet og signalkvalitet.
   3. Finn ut påliteligheten til enkeltavlednings-EKG-måling for identifisering av atrieflimmer.
   4. Finn ut påliteligheten til enkeltavlednings-EKG-måling for identifikasjon av rask (takykardi) og langsom hjertefrekvens (bradykardi).

2. Kan et armbånd basert på optisk pulsregistrering kunne få pålitelig informasjon om arytmier

   1. Finn ut brukbarheten til pulsarmbåndet for identifisering av atrieflimmer.
   2. Finn ut brukbarheten til pulsarmbåndet for identifikasjon av rask (takykardi) og langsom hjertefrekvens (bradykardi).

Formålet med studiens metodeutvikling er å evaluere påliteligheten av hjertefrekvensmåling ved enkeltavlednings-EKG og pulsbølgemåling hos friske og pasienter med hjerteproblemer. Studien utvikler databehandlingsmetoder basert på lettvekts måleteknologi for pålitelig å identifisere den vanligste hjertearytmien, atrieflimmer. Diagnostisering og behandling av atrieflimmer er avgjørende faktorer for å forebygge hjerneslag.

Forskningspasienter har allerede gjennomgått en 12-kanals klinisk EKG-registrering inkludert i den normale behandlingsprosessen. Dette 12-kanals EKG brukes til å identifisere pasienter som er egnet for forskning og inndeling i undergrupper (normal rytme, atrieflimmer, rask eller langsom rytme).

I faktiske studiemålinger festes en Holter-EKG-enhet på pasientens bryst ved hjelp av fem våte elektroder som skal brukes som gylden standard for rytmeovervåking. De lette målemetodene sammenlignes med resultatet av Holter-EKG-registreringen. I tillegg legges fotopletysmogram på pasientens håndledd for PPG-registrering. Figur 1 viser illustrerende eksempler på studiens målinger.

Forskeren måler ett minutts opptak fra to forskjellige måleposisjoner (flanke og bryst) med et engangs-EKG-måleapparat. Etter det utfører pasienten ett minutts selvovervåkende målinger med engangs-EKG-apparat fra alle tre posisjoner (tommel, flanke og bryst) og også fra brystet med juvel-EKG.

Studien sammenligner evnen til disse lette målemetodene til å oppdage ulike hjerterytmer sammenlignet med Holter-registreringen.

Enhetene som brukes til målingen er:

1. Faros 360 EKG-sensor med våte elektroder (figur 1, enhet 1) (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter er CE og FDA 510(k) godkjent medisinsk utstyr i klasse 2a, som festes til pasientens bryst med fem engangs våtelektroder.

2. Suunto Movesense engangs-EKG-enhet (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vantaa Suomi). Movesense er CE-godkjent forbrukerenhet, som brukes med to dy-elektroder til EKG-målingen (figur 1 enheter 2 og 3). Movesense sak; juvel og engangs-EKG-etui.

   1. I den forrige studien (Afib24h) ble Valvira rapportert og forskningen fikk tillatelse til studien med klinisk utstyr (Movesense + bryststroppkombinasjon).
   2. For denne studien er Valira rapportert for en klinisk enhetsstudie (Movesense + engangs-EKG-enhetskombinasjon)
3. Empatica E4 aktivitetsarmbånd (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), som er CE-godkjent forbrukerenhet. Empatica E4 er også et fotopletysmogram, som måler optisk mengden blod som sirkulerer i blodåren (Figur 1 enhet 4).
4. Samsung Gear S3 bærbar (Samsung Electronics, Co., Ltd., www.samsung.com Soul Etelä-Korea) som er CE-godkjent forbrukerenhet. Gear S3 er også et fotopletysmogram, som måler optisk mengden blod som sirkulerer i blodåren.

Forskeren fester utstyr til pasienten. Etter det starter forskeren en 10-minutters registrering med Faros 360 (enhet 1) og Empatica E4 (enhet 4) enheter. I løpet av en 10-minutters måling måler forskeren ett minutts opptak fra to forskjellige måleposisjoner med Movesense EKG (apparat 2) 1. fra brystet, brystbenet vinkelrett 2. fra brystet, langs brystbenet. Pasienten foretar deretter ett minutts selvovervåkingsmålinger 1. fra brystet, brystbenet vinkelrett 2. fra brystet, langs brystbenet 3. fra nedre del av flanken 4. fra tomlene og 5. fra brystet med en juvel -EKG.

Hjertefrekvensdeteksjon ved EKG-måling gjøres oftest ved deteksjon av QRS-komplekser. Mange av disse QRS-detektorene har blitt utviklet de siste tiårene. EKG-måling med tørre elektroder innebærer betydelig flere bevegelsesforstyrrelser sammenlignet med våtelektrodemålingene, da selv de små bevegelsene til enheten induserer store endringer i EKG-signalet. I tillegg, spesielt når du bruker tomler som målepunkter, er EMG-støyen fra musklene bemerkelsesverdig høy sammenlignet med våtelektrodemålingene.

Dette prosjektet bruker metodene utviklet i det tidligere mobil-EKG-prosjektet for støy- og QRS-deteksjon for å tillate pålitelig deteksjon av QRS-komplekser og hjertefrekvensuregelmessigheter i tørrelektrodemålingene.

I denne studien er de tidligere utviklede hjertefrekvensdeteksjonsmetodene validert av studiens målinger av normal sinusrytme, atrieflimmer og langsom (bradykardi) og rask (takykardi) hjertefrekvens.

Denne studien undersøker evnen til pulsdeteksjon ved deteksjon av atrieflimmer. Fotopletysmogrammet måler absorpsjonen av lys i vevet. Absorpsjonen av lys i blodet er større enn absorpsjonen i det omkringliggende vevet. Når hjertet slår, utvider kapillærene seg og trekker seg sammen basert på endringer i blodvolumet. Fotopletysmografi tillater hjertefrekvensmåling ved å oppdage endringer i absorpsjon.

Photopletysmgram, som en mobil-EKG-enhet, er spesielt følsom for bevegelse, selv den lille bevegelsen til LED/fotodiode induserer store endringer i lysintensiteten.

Fysiologiske endringer forårsaker også en forstyrrelse i hjertefrekvensmålingen, for eksempel når den vaskulære elastisiteten endres, endres pulstiden, noe som resulterer i en forstyrrelse i målingen.

I motsetning til det høyfrekvente gjennomborede QRS-komplekset, er pulsbølgen en lavfrekvent opp-ned-variasjon, som forårsaker sine egne utfordringer for nøyaktig pulsmåling.

Atriene fungerer utilstrekkelig ved atrieflimmer, derfor er ventriklene ikke helt fylt med blod. I tillegg forårsaker atrieflimmer uregelmessig ledning av impulser fra atrier til ventriklene som fører til pulsuregelmessighet. Mengden blod som pumpes varierer fra ett slag til slag, noe som gjør pulsbølgedeteksjonen utfordrende.

Dette prosjektet utvikler metoder for nøyaktig pulsmåling fra en pulsbølgeserie.

Metodeutviklingen tar sikte på å ta hensyn til forstyrrelser på grunn av målerens bevegelse, pulsbølgeuregelmessigheter som er typiske for atrieflimmer, og utfordringene med langsom (bradykardi) og rask (takykardi) hjertefrekvensdeteksjon.

Hovedmålet med metodeutviklingen er å bestemme pulsen så nøyaktig at pulsuregelmessighet på grunn av atrieflimmer kan skilles fra normal sinusrytme og pålitelig oppdage raske og langsomme hjerterytmer.

Ved atrieflimmer leder elektriske impulser tilfeldig til ventriklene, noe som gjør at hjertefrekvensen blir uregelmessig og ujevn. En stor kampanje av Hjerteforeningen «Føl på pulsen – forebygg hjerneslaget» er basert på hjertefrekvens eller pulsgjenkjenning. Pulsgjenkjenning er selvsagt den billigste metoden for å oppdage atrieflimmer, men denne metoden gir et stort antall falske positive. Ved EKG-måling er deteksjonen av atrieflimmer mye mer pålitelig. Automatiserte atrieflimmerdeteksjonsalgoritmer er utviklet for dette formålet.

Identifisering av atriumaktiveringen i langtids Holter-EKG-målinger er generelt svært utfordrende på grunn av dårlig signal-støy-forhold (bevegelse, muskelartefakter og delvis overlappende mye sterkere ventrikkelaktivitet). Av denne grunn er de fleste atrieflimmerdeteksjonsalgoritmer basert på identifisering av pulsuregelmessigheter. For parametrisering av uregelmessigheten i hjertefrekvensen (RR-intervall) er det introdusert flere relativt enkle, men pålitelige tidsnivåmetoder. Som et eksempel, En RdR-basert metode hvor RR-intervallene (hjertefrekvens) er representert som en funksjon av påfølgende RR-intervallendringer (hjertefrekvensendring) (Lian et al. 2011). RdR-grafen definerer fragmenteringen av mønsteret som følge av uregelmessige hjertefrekvensendringer. I tillegg finnes det metoder som estimerer RR-tidsserier intern koherens (Lee et al. 2011). Ulike ikke-lineære metoder har også blitt introdusert for parametrisering av hjertefrekvensvariasjonen, noe som gjør det mulig å beskrive dynamikken til hjertefrekvensvariasjonen bredere (uten begrensning av linearitetsantagelsen). En klasse av ikke-lineære metoder er forskjellige entropimengder, disse er spesielt interessante for identifisering av atrieflimmer og uregelmessig hjertefrekvens. Entropistørrelser kan brukes til å estimere regulariteten og forutsigbarheten til RR-tidsserien. Typisk krever pålitelig beregning av entropistørrelsene relativt lang måletid, men også entropistørrelser som egner seg for analyse av korte målinger er introdusert (Lake & Moorman 2011).

Dette forskningsprosjektet utvikler nye atrieflimmerdeteksjonsalgoritmer for mobil-EKG-måling og pulsbølgemåling på grunnlag av allerede eksisterende metoder. Algoritmer må ta hensyn til atrielle og ventrikulære premature komplekser. Ignorering av disse øker uregelmessigheten i RR-tidsserien og øker dermed antallet falske positive atrieflimmer.