Identyfikacja arytmii za pomocą jednorazowego EKG

Badania mają na celu rozwiązanie następujących problemów medycznych:

1. Rozpoznanie i zdefiniowanie rodzaju migotania przedsionków jest problematyczne ze względu na samoistne występowanie i latencję.
2. Urządzenia pomiarowe do badań przesiewowych migotania przedsionków są słabo dostępne.

Główne pytania badawcze to:

1. Czy jednoodprowadzeniowy pomiar EKG może być wykorzystany do wykrywania arytmii?

   1. Znajdź miejsca pomiaru (odprowadzenia EKG) do samokontroli jednoodprowadzeniowego EKG i oceń wpływ lokalizacji pomiaru na użyteczność i jakość sygnału.
   2. Znajdź miejsca pomiaru dla jednoodprowadzeniowego monitorowania EKG, gdy pomiar jest wykonywany przez inną osobę (pielęgniarkę lub krewnego) i oceń wpływ lokalizacji pomiaru na użyteczność i jakość sygnału.
   3. Sprawdź wiarygodność jednoodprowadzeniowego pomiaru EKG w wykrywaniu migotania przedsionków.
   4. Sprawdź wiarygodność jednoodprowadzeniowego pomiaru EKG w celu identyfikacji przyspieszonej (tachykardii) i wolnej akcji serca (bradykardii).

2. Czy opaska oparta na optycznej rejestracji tętna może uzyskać wiarygodną informację o arytmii?

   1. Sprawdź przydatność opaski na rękę do wykrywania migotania przedsionków.
   2. Sprawdź przydatność opaski pulsacyjnej do identyfikacji przyspieszonej (tachykardii) i wolnej akcji serca (bradykardii).

Celem opracowania metody pracy jest ocena wiarygodności pomiaru częstości akcji serca w jednoodprowadzeniowym EKG i pomiarze fali tętna u osób zdrowych i pacjentów z problemami kardiologicznymi. W badaniu opracowano metody obliczeniowe oparte na lekkiej technologii pomiarowej, aby wiarygodnie zidentyfikować najczęstszą arytmię serca, migotanie przedsionków. Rozpoznanie i leczenie migotania przedsionków są decydującymi czynnikami w zapobieganiu udarom mózgu.

Badani pacjenci przeszli już rejestrację 12-kanałowego EKG klinicznego w ramach normalnego procesu leczenia. To 12-kanałowe EKG służy do identyfikacji pacjentów nadających się do badań i podziału na podgrupy (rytm prawidłowy, migotanie przedsionków, rytm szybki lub wolny).

W rzeczywistych pomiarach badawczych urządzenie Holter-EKG jest przymocowane do klatki piersiowej pacjenta za pomocą pięciu mokrych elektrod, które mają służyć jako złoty standard monitorowania rytmu. Lekkie metody pomiarowe są porównywane z wynikiem rejestracji Holter-EKG. Dodatkowo na nadgarstku pacjenta umieszczany jest fotopletyzmogram w celu rejestracji PPG. Rysunek 1 przedstawia ilustrujące przykłady pomiarów z badania.

Badacz mierzy jednominutowe zapisy z dwóch różnych pozycji pomiarowych (bok i klatka piersiowa) za pomocą jednorazowego urządzenia do pomiaru EKG. Następnie pacjent wykonuje jednominutowe pomiary samokontroli za pomocą jednorazowego urządzenia EKG ze wszystkich trzech pozycji (kciuki, bok i klatka piersiowa) oraz klatki piersiowej za pomocą klejnotowego EKG.

Badanie porównuje zdolność tych lekkich metod pomiarowych do wykrywania różnych rytmów serca w porównaniu z rejestracją Holtera.

Urządzeniami używanymi do pomiaru są:

1. Czujnik Faros 360 EKG z mokrymi elektrodami (rysunek 1, urządzenie 1) (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Kuopio Suomi). Faros 360 Holter jest wyrobem medycznym klasy 2a dopuszczonym przez CE i FDA 510(k), który jest przymocowany do klatki piersiowej pacjenta za pomocą pięciu mokrych elektrod jednorazowego użytku.

2. Jednorazowe urządzenie EKG Suunto Movesense (Suunto Oy, http://www.suunto.com Vantaa Suomi). Movesense to konsumenckie urządzenie posiadające certyfikat CE, które jest używane z dwiema elektrodami dy do pomiaru EKG (Rysunek 1, urządzenia 2 i 3). obudowa Movesense; klejnot i jednorazowe etui EKG.

   1. W poprzednim badaniu (Afib24h) zgłoszono Valvira, a badanie otrzymało pozwolenie na badanie kliniczne urządzenia (kombinacja Movesense + pas piersiowy).
   2. W tym badaniu Valira została zgłoszona do badania klinicznego urządzenia (kombinacja Movesense + jednorazowe urządzenie EKG)
3. Bransoletka aktywności Empatica E4 (Empatica Ltd http://www.empatica.com Milan Italia), które jest urządzeniem konsumenckim z certyfikatem CE. Empatica E4 to także fotopletyzmogram, który optycznie mierzy ilość krwi krążącej w naczyniu krwionośnym (Rysunek 1, urządzenie 4).
4. Samsung Gear S3 do noszenia (Samsung Electronics, Co., Ltd., www.samsung.com Soul Etelä-Korea), które jest urządzeniem konsumenckim posiadającym certyfikat CE. Gear S3 to także fotopletyzmogram, który optycznie mierzy ilość krwi krążącej w naczyniu krwionośnym.

Badacz mocuje urządzenia do pacjenta. Następnie badacz rozpoczyna 10-minutową rejestrację na urządzeniach Faros 360 (urządzenie 1) i Empatica E4 (urządzenie 4). Podczas 10-minutowego pomiaru badacz mierzy jednominutowe zapisy z dwóch różnych pozycji pomiarowych za pomocą EKG Movesense (urządzenie 2) 1. z klatki piersiowej, mostek prostopadle 2. z klatki piersiowej, wzdłuż mostka. Następnie pacjent wykonuje jednominutowe pomiary samokontrolne 1. z klatki piersiowej, mostek prostopadle 2. z klatki piersiowej wzdłuż mostka 3. z dolnej części boku 4. z kciuków i 5. z klatki piersiowej za pomocą klejnotu -EKG.

Wykrywanie częstości akcji serca za pomocą pomiaru EKG jest najczęściej wykonywane przez wykrywanie zespołów QRS. Wiele z tych detektorów QRS zostało opracowanych w ostatnich dziesięcioleciach. Pomiar EKG suchymi elektrodami wiąże się ze znacznie większymi zakłóceniami ruchowymi w porównaniu z pomiarami mokrymi elektrodami, ponieważ nawet niewielkie ruchy urządzenia powodują duże zmiany w sygnale EKG. Ponadto, szczególnie w przypadku używania kciuków jako punktów pomiarowych, szum EMG mięśni jest wyjątkowo wysoki w porównaniu z pomiarami mokrych elektrod.

Projekt ten wykorzystuje metody opracowane we wcześniejszym projekcie mobile-ECG do wykrywania szumów i zespołów QRS, aby umożliwić niezawodne wykrywanie zespołów QRS i nieregularności rytmu serca w pomiarach suchą elektrodą.

W tym badaniu wcześniej opracowane metody wykrywania tętna zostały zweryfikowane przez pomiary prawidłowego rytmu zatokowego, migotania przedsionków oraz wolnego (bradykardia) i szybkiego (tachykardia) tętna.

W pracy zbadano możliwości detekcji tętna w wykrywaniu migotania przedsionków. Fotopletyzmogram mierzy absorpcję światła w tkance. Absorpcja światła do krwi jest większa niż absorpcja do otaczających tkanek. Kiedy serce bije, naczynia włosowate rozszerzają się i kurczą w zależności od zmian objętości krwi. Fotopletyzmografia umożliwia pomiar tętna poprzez wykrywanie zmian w absorpcji.

Fotopletyzmogram, podobnie jak mobilne urządzenie EKG, jest szczególnie wrażliwy na ruch, nawet niewielki ruch diody/fotodiody wywołuje znaczną zmianę natężenia światła.

Również zmiany fizjologiczne powodują zakłócenia w pomiarze częstości akcji serca, na przykład gdy zmienia się elastyczność naczyń, zmienia się czas tętna, co powoduje zakłócenie pomiaru.

W przeciwieństwie do zespołu QRS przebitego o wysokiej częstotliwości, fala tętna jest wahaniem w górę iw dół o niskiej częstotliwości, co stwarza własne wyzwania dla dokładnego pomiaru tętna.

Przedsionki pracują niedostatecznie w migotaniu przedsionków, dlatego komory nie są całkowicie wypełnione krwią. Ponadto migotanie przedsionków powoduje nieregularne przewodzenie impulsów z przedsionków do komór, co prowadzi do nieregularności tętna. Ilość pompowanej krwi różni się w zależności od jednego udaru, co utrudnia wykrywanie fali tętna.

W ramach tego projektu opracowano metody dokładnego pomiaru tętna na podstawie serii fali tętna.

Rozwój metody ma na celu uwzględnienie zakłóceń spowodowanych ruchem glukometru, nieregularności fali tętna typowych dla migotania przedsionków oraz wyzwań związanych z wykrywaniem wolnego (bradykardia) i szybkiego (tachykardia) tętna.

Głównym celem opracowania metody jest tak precyzyjne określenie tętna, aby nieregularność tętna spowodowana migotaniem przedsionków można było odróżnić od prawidłowego rytmu zatokowego i wiarygodnie wykryć szybkie i wolne rytmy serca.

W migotaniu przedsionków impulsy elektryczne przewodzą się losowo do komór, powodując nieregularne i nierówne tętno. Duża kampania Stowarzyszenia Kardiologicznego „Poczuj swój puls – zapobiegaj udarowi” opiera się na rozpoznawaniu tętna lub tętna. Rozpoznawanie tętna jest oczywiście najtańszą metodą wykrywania migotania przedsionków, ale ta metoda generuje dużą liczbę fałszywych alarmów. Dzięki pomiarowi EKG wykrycie migotania przedsionków jest znacznie bardziej niezawodne. W tym celu opracowano zautomatyzowane algorytmy wykrywania migotania przedsionków.

Identyfikacja aktywacji przedsionków w długoterminowych pomiarach Holter-EKG jest na ogół bardzo trudna ze względu na słaby stosunek sygnału do szumu (ruch, artefakty mięśniowe i częściowo nakładanie się znacznie silniejszej aktywności komorowej). Z tego powodu większość algorytmów wykrywania migotania przedsionków opiera się na identyfikacji nieregularności tętna. Do parametryzacji nieregularności rytmu serca (RR-interval) wprowadzono kilka stosunkowo prostych, ale niezawodnych metod na poziomie czasu. Jako przykład, metoda oparta na RdR, w której odstępy RR (częstość akcji serca) są reprezentowane jako funkcja kolejnych zmian odstępów RR (zmiana częstości akcji serca) (Lian i in. 2011). Wykres RdR określa fragmentację wzorca wynikającą z nieregularnych zmian rytmu serca. Ponadto istnieją metody szacujące spójność wewnętrzną szeregów czasowych RR (Lee et al. 2011). Wprowadzono również różne metody nieliniowe do parametryzacji zmienności rytmu serca, umożliwiające szerszy opis dynamiki zmienności rytmu serca (bez ograniczania założenia o liniowości). Jedną z klas metod nieliniowych są różne wielkości entropijne, które są szczególnie interesujące w przypadku identyfikacji migotania przedsionków i nieregularnego rytmu serca. Wielkości entropii można wykorzystać do oszacowania regularności i przewidywalności szeregów czasowych RR. Zazwyczaj wiarygodne obliczenie wielkości entropii wymaga stosunkowo długiego czasu pomiaru, ale wprowadzono również wielkości entropijne, które są odpowiednie do analizy krótkich pomiarów (Lake & Moorman 2011).

W ramach tego projektu badawczego opracowano nowe algorytmy detekcji migotania przedsionków do pomiaru mobilnego EKG oraz pomiaru fali tętna w oparciu o już istniejące metody. Algorytmy muszą uwzględniać przedwczesne zespoły przedsionkowe i komorowe. Ignorowanie ich zwiększa nieregularność szeregów czasowych RR, a tym samym zwiększa liczbę fałszywie dodatnich migotań przedsionków.