Utvikling av en algoritme for å differensiere bilyd ved hjelp av elektroniske stetoskoper

Valvulær hjertesykdom (VHD), en underklasse av strukturell hjertesykdom (SHD), er en viktig årsak til dødelighet og redusert livskvalitet for titalls millioner pasienter over hele verden. Ved å oppdage VHD tidlig kan sykdommen overvåkes nøye, slik at kirurgi kan vurderes så snart stenosen utvikler seg til alvorlig. Dessverre er det vanskelig for mange klinikere å nøyaktig identifisere VHD i de tidlige stadiene og vurdere alvorlighetsgraden gjennom fysisk undersøkelse alene. Denne vanskeligheten stammer fra både subtiliteten til symptomene assosiert med VHD, og ​​fra klinikeres manglende evne til pålitelig å oppdage hjertemislydene som indikerer VHD ved bruk av et tradisjonelt stetoskop, spesielt i de støyende og hastede miljøene som er karakteristiske for mange helsetjenester.

AS, mitral regurgitasjon (MR) og tricuspid regurgitasjon (TR) resulterer alle i pålitelig reproduserbare auskultatoriske funn. Til tross for dette er auskultasjon som en diagnostisk prosedyre notorisk dårlig: dens nøyaktighet for å oppdage AS, MR og TR varierer bare fra 5-40 %. I tillegg er diastoliske og kontinuerlige bilydninger, som er sjeldnere enn systoliske bilyder forårsaket av AS, MR og TR, og nesten alltid patologiske, vanligvis svært vanskelig å oppdage av frontlinjeklinikere. Diastolisk bilyd er typisk forårsaket av VHD som aorta oppstøt (AR), pulmonisk oppstøt (PR), mitral stenose (MS) eller trikuspidal stenose (TS), og kontinuerlig bilyd er typisk forårsaket av ikke-valvulære former for SHD, som f.eks. medfødt aortopulmonalt vindu, shunts og patent ductus arteriosus (PDA). Å savne en av disse bilydene kan føre til betydelig forsinket diagnose og pleie.

På grunn av hvor vanskelig det er for klinikere å pålitelig screene for SHD gjennom anamnese og fysisk undersøkelse, er diagnosen SHD sterkt avhengig av ekkokardiografi (ekko), som er akseptert som gullstandarden for diagnose av SHD-alvorlighet av kardiologimiljøet. Konsekvensen av dette er flere ganger. For det første får mange pasienter ekko som ikke ville vært nødvendig hvis det fantes bedre screenings- og vurderingsverktøy. For det andre utgjør ekkokardiografi en uforholdsmessig stor del av helseutgiftene. For det tredje er pasienter belastet med ansvaret for å få gjentatte ekkoer på grunn av mangelen på bedre screeningsverktøy. Den emosjonelle, fysiske og økonomiske byrden som følger med en slik overdreven testing, spesielt for pasienter som bor i undertjente samfunn, kan ikke overvurderes.

Totalt sett er det et økende behov for bedre foreløpige screeningsverktøy som kan identifisere disse tilstandene, selv når de er asymptomatiske, tidlig og mer konsekvent, med en nøyaktighetsgrad som kan sammenlignes med gullstandard ekkokardiografi. Et slikt verktøy vil forbedre klinikernes tillit til vurderingen deres under fysiske undersøkelser, noe som vil gjøre dem i stand til å hjelpe pasientene sine med å ta informerte omsorgsbeslutninger, tilby sykdomsforandrende terapier, og samtidig redusere avhengigheten av, og hyppigheten av, unødvendige og dyre hjelpearbeid. Til slutt, ved å lette tidlig oppdagelse av VHD, vil sykelighet og dødelighet forventes å reduseres på grunn av tidligere intervensjon.

De FDA-godkjente Eko CORE og Eko DUO elektroniske stetoskopene tilbyr klinikere et kjent og rimelig verktøy som er allment akseptert av pasienter, samtidig som de tilbyr sensorer og teknologi som kan forbedre screening og oppdagelse av medisinske tilstander som ventilsykdom, sammenlignet med til auskultasjon med det tradisjonelle stetoskopet. Både CORE og DUO har lydforsterkning under auskultasjon, noe som forbedrer klinikerens evne til å oppdage nyanserte endringer i hjertelyder og mønstre. CORE tillater opptak av lyden for å produsere et fonokardiogram (PCG), mens DUO er i stand til å ta opp lyd for å produsere en PCG samt samtidig opptak av et enkeltlednings elektrokardiogram (EKG). Begge enhetene bruker Bluetooth til trådløst å overføre PCG- og EKG-data til Eko-mobilapplikasjonen, som lar klinikere visualisere PCG og EKG mens de auskulterer, samt spille av hjertelydopptak, kommentere notater på innspilt lyd og lagre og dele opptak. Disse funksjonene plasserer Eko elektroniske stetoskoper unikt for å være svært effektive som foreløpige screeningsverktøy i klinisk praksis.

Eko Devices har utviklet og mottatt 510(k) FDA-godkjenning for en maskinlæringsalgoritme (ML) som kan oppdage tilstedeværelse eller fravær av bilyd hos voksne pasienter med VHD, ved å bruke enten Eko CORE eller DUO elektroniske stetoskoper for å registrere hjertelyder . Denne algoritmen ble bygget ved hjelp av en dyp nevrale nettverksmodell trent på 5 878 PCG-opptak samlet på Eko CORE og Eko DUO fra over 5 318 unike pasienter for å klassifisere hjertelydopptak som inneholdende en bilyd eller uten hørbar bilyd, og for å diskriminere hjertelyd av god kvalitet opptak fra hjertelydopptak av dårlig kvalitet. Den trente modellen har blitt uavhengig validert i en multi-site klinisk studie som inkluderte 681 VHD-pasienter med matchede gullstandard ekkokardiogrammer. FDA-godkjenning ble mottatt i januar 2020.

Denne studien søker å utvide bilyddeteksjon til å inkludere VHD-klassifisering gjennom utvikling av nye ML-algoritmer som er i stand til å skille mellom systolisk vs. diastolisk vs. kontinuerlig bilyd, samt klassifisere VHD-type og alvorlighetsgrad, ved å bruke 4-punkts auskultasjon med Eko CORE og DUO elektroniske stetoskoper for å ta opp hjertelyder. Disse nye algoritmene vil integrere de tidssynkroniserte EKG-strømmene fra DUO for å forbedre skillet mellom S1 og S2 hjertelyder og forbedre ytelsen til å identifisere systoliske vs diastoliske tidsintervaller. Når de kombineres med den FDA-godkjente algoritmen for signalkvalitet og bilyddeteksjon, vil disse nye algoritmene gjøre det mulig for klinikere å ha et komplett VHD beslutningsstøttesystem, basert på ACC/AHA Patient Management Guidelines, når de bruker Eko-stetoskoper i sin kliniske praksis.20 Dette vil bevæpne klinikere med informasjon for å hjelpe dem med å oppdage SHD tidlig, ta beslutninger om klinisk behandling med selvtillit og konsistens, og forbedre de generelle pasientresultatene samtidig som kostnadene reduseres og effektiviteten økes.