Разработка алгоритма дифференциации шумов в сердце с использованием электронных стетоскопов

Клапанная болезнь сердца (VHD), подкласс структурной болезни сердца (SHD), является основной причиной смертности и снижения качества жизни десятков миллионов пациентов во всем мире. Раннее обнаружение VHD позволяет тщательно контролировать заболевание, чтобы можно было рассмотреть возможность хирургического вмешательства, как только стеноз прогрессирует до тяжелой степени. К сожалению, многим клиницистам трудно точно идентифицировать ВГБК на ранних стадиях и оценить ее тяжесть только посредством физического осмотра. Эта трудность связана как с тонкостью симптомов, связанных с ВГС, так и с неспособностью клиницистов надежно обнаружить шумы в сердце, указывающие на ВГС, с помощью традиционного стетоскопа, особенно в шумной и суетливой обстановке, характерной для многих медицинских учреждений.

АС, митральная регургитация (МР) и трикуспидальная регургитация (ТР) приводят к достоверно воспроизводимым аускультативным данным. Тем не менее, несмотря на это, аускультация как диагностическая процедура общеизвестно плоха: ее точность для выявления АС, МР и ТР колеблется всего от 5 до 40%. Кроме того, диастолические и непрерывные шумы, которые встречаются реже, чем систолические шумы, вызванные АС, МР и ТР, и почти всегда патологические, обычно очень трудно обнаружить клиницистам, работающим на переднем крае. Диастолические шумы обычно вызываются VHD, такими как аортальная регургитация (AR), легочная регургитация (PR), митральный стеноз (MS) или трикуспидальный стеноз (TS), а непрерывные шумы обычно вызываются неклапанными формами SHD, такими как врожденное аортопульмональное окно, шунты и открытый артериальный проток (ОАП). Отсутствие одного из этих шумов может привести к значительной задержке диагностики и лечения.

Из-за того, что клиницистам сложно надежно скринингить ВПС посредством сбора анамнеза и физикального обследования, диагностика ВПС в значительной степени зависит от эхокардиографии (эхокардиографии), которая считается золотым стандартом диагностики тяжести ВПС в кардиологическом сообществе. Следствие этого многократное. Во-первых, многие пациенты получают эхосигналы, в которых не было бы необходимости, если бы существовали более совершенные инструменты скрининга и оценки. Во-вторых, эхокардиография составляет непропорционально большой сегмент расходов на здравоохранение. В-третьих, пациенты обременены ответственностью за получение повторных эхо-сигналов из-за отсутствия лучших инструментов для скрининга. Эмоциональное, физическое и финансовое бремя, которое сопровождает такое чрезмерное тестирование, особенно для пациентов, живущих в недостаточно обслуживаемых сообществах, невозможно переоценить.

В целом, существует растущая потребность в улучшенных инструментах предварительного скрининга, которые могли бы выявлять эти состояния, даже когда они бессимптомны, на ранней стадии и более последовательно, со степенью точности, сравнимой с золотым стандартом эхокардиографии. Такой инструмент повысит уверенность клиницистов в их оценке во время медицинских осмотров, что позволит им помочь своим пациентам принимать обоснованные решения о лечении, предлагать методы лечения, изменяющие течение болезни, и в то же время уменьшать зависимость и частоту ненужных и дорогие вспомогательные средства. Наконец, можно ожидать, что благодаря раннему выявлению VHD заболеваемость и смертность снизятся благодаря более раннему вмешательству.

Электронные стетоскопы Eko CORE и Eko DUO, одобренные Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), предлагают клиницистам знакомый и недорогой инструмент, который широко используется пациентами, и в то же время предлагают датчики и технологии, которые могут улучшить скрининг и выявление заболеваний, таких как клапанные пороки, по сравнению с аускультации традиционным стетоскопом. И CORE, и DUO обеспечивают усиление звука во время аускультации, что улучшает способность врача обнаруживать нюансы изменений в тонах и паттернах сердца. CORE позволяет записывать звук для получения фонокардиограммы (ФКГ), в то время как DUO может записывать звук для создания ФКГ, а также одновременную запись электрокардиограммы (ЭКГ) в одном отведении. Оба устройства используют Bluetooth для беспроводной передачи данных ПКГ и ЭКГ в мобильное приложение Eko, которое позволяет клиницистам визуализировать ПКГ и ЭКГ во время аускультации, а также воспроизводить записи звуков сердца, комментировать записанные аудиозаписи, а также сохранять записи и делиться ими. Эти особенности делают электронные стетоскопы Eko уникальными и высокоэффективными в качестве инструментов предварительного скрининга в клинической практике.

Eko Devices разработала и получила одобрение 510(k) FDA для алгоритма машинного обучения (ML), который может определять наличие или отсутствие шума в сердце у взрослых пациентов с VHD с использованием электронных стетоскопов Eko CORE или DUO для записи звуков сердца. . Этот алгоритм был построен с использованием модели глубокой нейронной сети, обученной на 5878 записях PCG, собранных на Eko CORE и Eko DUO от более чем 5318 уникальных пациентов, для классификации записей звуков сердца как содержащих шумы в сердце или не содержащих слышимых шумов, а также для различения тонов сердца хорошего качества. записи звуков сердца плохого качества. Обученная модель прошла независимую проверку в многоцентровом клиническом исследовании, в котором приняли участие 681 пациент с ВГБ с соответствующими эхокардиограммами золотого стандарта. Одобрение FDA было получено в январе 2020 года.

Настоящее исследование направлено на расширение обнаружения шумов, чтобы включить классификацию VHD путем разработки новых алгоритмов машинного обучения, которые способны различать систолические, диастолические и непрерывные шумы, а также классифицировать тип и тяжесть VHD с использованием 4-точечной аускультации с помощью Eko. Электронные стетоскопы CORE и DUO для записи тонов сердца. Эти новые алгоритмы будут интегрировать синхронизированные по времени потоки ЭКГ от DUO, чтобы улучшить различие между тонами сердца S1 и S2 и повысить эффективность определения систолических и диастолических временных интервалов. В сочетании с одобренным FDA алгоритмом определения качества сигнала и обнаружения шума эти новые алгоритмы позволят клиницистам иметь полную систему поддержки принятия решений VHD, основанную на Руководстве по ведению пациентов ACC/AHA, при использовании стетоскопов Eko в их клинической практике.20 Это вооружит клиницистов информацией, которая поможет им выявлять SHD на ранней стадии, принимать решения о клинической помощи с уверенностью и последовательностью, а также улучшать общие результаты лечения пациентов, снижая затраты и повышая эффективность.