Bærbare målemetoder kombinert med kunstig intelligens ved påvisning av atrieflimmer (WB-AF)

Forskningen tar sikte på å løse følgende medisinske problemer:

1. For å studere gjennomførbarheten av håndleddsslitte PPG-enheter og enkeltavlednings EKG-brystbånd. Spesiell interesse vil være bruken av AI i dataanalyse og dens innvirkning på arytmideteksjon.
2. Utvikle avanserte PPG- og EKG-baserte metoder for langsiktig AF-overvåking.

De viktigste forskningsspørsmålene er:

1. Kan en enkelt-avlednings-EKG og PPG-måling brukes til å oppdage atrieflimmer?
2. Kan kunstig intelligent (AI) arytmianalyse pålitelig oppdage rytmeendringer fra kundemålrettet PPG- og EKG-registrering?
3. Er biomarkører målt fra blodprøver egnet for estimering av nylig oppstått AF-varighet?

Spesifikke metodiske mål er:

1. Utvikle og teste AI-baserte metoder for arytmideteksjon og AF-diagnostikk
2. AI kan brukes i screening og diagnostikk av atrieflimmer.
3. Studer kinetikken til hjertebiomarkører i nylig oppstått AF
4. Konstruer en statistisk modell for estimering av varigheten av arytmiepisoden.

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 lettvektsmåleteknologi for pålitelig å identifisere den vanligste hjertearytmien, atrieflimmer. Diagnostisering og behandling av atrieflimmer er avgjørende faktorer for å forebygge hjerneslag.

Kardioversjon (CV) er en behandlingsprosedyre som brukes for å returnere en unormal AF-rytme til en normal sinusrytme (SF) i nylig oppstått AF. Det kan utføres med elektrisk kardioversjon eller med antiarytmika. Hvis pasienten ikke er på oral antikoagulant (OAC)-behandling, må kardioversjon utføres innen 48 timer etter utbruddet av arytmien. Nemlig, etter 48 timer øker risikoen for hjerneslag betraktelig. Dersom pasienten har hatt AF i mer enn 48 timer, må OAC startes og brukes i tre uker før CV kan utføres.

Forskningspasienter med nyoppstått atrieflimmer (<48t) og planlagt for CV vil bli rekruttert innenfor forskningen. Studien vil finne sted ved akuttmottaket til Kuopio universitetssykehus (KUH). Under studien relevant pasientrelatert informasjon. Forskningspasienter har allerede gjennomgått en 12-kanals klinisk EKG-registrering inkludert i den normale behandlingsprosessen for å diagnostisere nylig oppstått AF.

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 plasseres fotopletysmogrammer på pasientens håndledd for PPG-registrering og en enkeltavlednings EKG-sensor for tørr elektrode av pasientens bryst.

I tillegg vil det festes IV-kanyle for blodprøvene tatt før og etter CV i henhold til studieprotokollen.

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

Enhetene som brukes til målingen er:

1. Faros 360 EKG-sensor med våte elektroder (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 forbrukerapparat, som brukes med to tørre elektroder til EKG-målingen.

   I den forrige studien (Afib24h) ble Valvira rapportert og forskningen fikk tillatelse til studien med klinisk utstyr (Movesense + bryststroppkombinasjon).

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.

Forskeren fester utstyr til pasienten. Etter det starter forskeren registrering med Faros 360 (enhet 1) og Empatica E4 (enhet 3) enheter.

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 tidligere mobil-EKG-prosjekter for støy- og QRS-deteksjon for å tillate pålitelig deteksjon av QRS-komplekser og hjertefrekvensuregelmessigheter i tørrelektrodemålingene. Dessuten er de tidligere utviklede hjertefrekvensdeteksjonsmetodene evaluert og validert av studiens målinger av atrieflimmer og normal sinusrytme.

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.

Fotopletysmogram, 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 typisk for atrieflimmer.

Hovedmålet med metodeutviklingen er å bestemme pulsen så nøyaktig at pulsuregelmessighet på grunn av atrieflimmer kan skilles fra normal sinusrytme og rytmeendringen kan detekteres med nøyaktig måte.

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 langsiktige Holter-EKG-målinger er generelt svært utfordrende på grunn av dårlig signal-støy-forhold (bevegelse, muskel-artefakter 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) har det blitt 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 (hjertefrekvensendringer). RdR-grafen definerer fragmenteringen av mønsteret som følge av uregelmessige hjertefrekvensendringer. I tillegg finnes det metoder som estimerer RR-tidsserier intern koherens. 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 entropimengdene en relativt lang måletid, men det er også introdusert entropistørrelser som egner seg for analyse av korte målinger.

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.

Natriuretiske peptider er hormoner som skilles ut av hjertet. Atrielt natriuretisk peptid (ANP) skilles ut fra atria og hjerne-natriuretisk peptid (BNP) fra atria og ventrikler. BNP og NT-pro-BNP spaltes fra forløperen av pro-BNP. Begge brukes i diagnostisering av hjertesvikt. Pasienter med AF, uten annen hjertesykdom, ble funnet å ha forhøyet BNP. Hjertetroponiner med høy sensitivitet T (hs-cTnT) og I (hs-cTnI) er hjertespesifikke biomarkører som skilles ut av myokardceller, og nivåene deres korrelerer mengden kardiomyocyttskade. Pasienter med vedvarende AF har vist seg å ha forhøyede troponinnivåer som indikerer uspesifikk kardiomyocyttskade. Imidlertid har ingen signifikant bevis som indikerer korrelasjon mellom TnI-kinetikk og andre AF-relaterte biomarkører blitt assosiert med vedvarende AF. Nivåene av TnT ser ut til å synke etter vellykket kardioversjon. Derfor kan kinetikken til hjertetroponiner, spesielt TnT, være nyttig for å forutsi varigheten av AF-episoden.

Studien tar sikte på å finne ut om peptider kan brukes til å vurdere varigheten av atrieflimmer. Dette kan brukes til å planlegge fremtidig behandling for atrieflimmer.

Dessuten undersøker dette prosjektet kinetikken til hjertebiomarkører og deres assosiasjon med varigheten av AF.