Портативные методы измерения в сочетании с искусственным интеллектом для выявления мерцательной аритмии (WB-AF)

Исследование направлено на решение следующих медицинских проблем:

1. Изучить возможность ношения на запястье устройств PPG и нагрудного бандажа для ЭКГ с одним отведением. Особый интерес будет представлять использование ИИ в анализе данных и его влияние на обнаружение аритмии.
2. Разработать современные методы на основе ФПГ и ЭКГ для долгосрочного мониторинга ФП.

Основными вопросами исследования являются:

1. Можно ли использовать измерение ЭКГ и ФПГ в одном отведении для выявления мерцательной аритмии?
2. Может ли анализ аритмии с помощью искусственного интеллекта (ИИ) надежно обнаруживать изменения ритма на основе записи ФПГ и ЭКГ, ориентированных на клиента?
3. Подходят ли биомаркеры, измеренные в образце крови, для оценки продолжительности недавно развившейся ФП?

Конкретными методологическими целями являются:

1. Разработать и протестировать основанные на искусственном интеллекте методы обнаружения аритмии и диагностики ФП
2. ИИ можно использовать для скрининга и диагностики мерцательной аритмии.
3. Изучение кинетики сердечных биомаркеров при недавно начавшейся ФП
4. Построить статистическую модель для оценки продолжительности эпизода аритмии.

Целью разработки метода исследования является оценка достоверности измерения частоты сердечных сокращений при ЭКГ в одном отведении и измерения пульсовой волны у здоровых и больных с заболеваниями сердца. В исследовании разрабатываются вычислительные методы, основанные на облегченной технологии измерения, для надежного выявления наиболее распространенной сердечной аритмии, мерцательной аритмии. Диагностика и лечение мерцательной аритмии являются решающими факторами для предотвращения инсульта.

Кардиоверсия (CV) — это лечебная процедура, используемая для возвращения аномального ритма ФП к нормальному синусовому ритму (SF) при недавно начавшейся ФП. Ее можно проводить с помощью электрической кардиоверсии или с помощью антиаритмических препаратов. Если пациент не получает пероральные антикоагулянты (ОАК), кардиоверсию необходимо провести в течение 48 часов после появления аритмии. А именно, через 48 часов риск инсульта существенно возрастает. Если у пациента ФП длилась более 48 часов, необходимо начать прием ОАК и использовать его в течение трех недель, прежде чем можно будет выполнять КВ.

В рамках исследования будут набраны пациенты с впервые возникшей мерцательной аритмией (<48 часов), которым назначено сердечно-сосудистое ревматизм. Исследование будет проходить в отделении неотложной помощи университетской больницы Куопио (KUH). Во время исследования актуальная информация о пациенте. Исследовательские пациенты уже прошли 12-канальную клиническую регистрацию ЭКГ, включенную в стандартный процесс лечения, для диагностики недавно возникшей ФП.

В реальных исследованиях устройство Холтер-ЭКГ прикрепляется к груди пациента с помощью пяти мокрых электродов, которые используются в качестве золотого стандарта для мониторинга ритма. Облегченные методы измерения сравниваются с результатом регистрации Холтер-ЭКГ. Кроме того, на запястье пациента накладывают фотоплетизмограммы для регистрации ФПГ и одноотводный датчик ЭКГ с сухим электродом грудной клетки пациента.

Кроме того, в соответствии с протоколом исследования будет присоединена канюля для внутривенных вливаний для образцов крови, взятых до и после сердечно-сосудистых заболеваний.

В исследовании сравнивается способность этих облегченных методов измерения обнаруживать сердечные ритмы по сравнению с регистрацией по Холтеру.

Приборы, используемые для измерения:

1. Датчик ЭКГ Faros 360 с мокрыми электродами (Mega Elektroniikka, http://www.megaemg.com/ Куопио Суоми). Faros 360 Holter — это медицинское устройство класса 2a, одобренное CE и FDA 510(k), которое крепится к груди пациента с помощью пяти одноразовых влажных электродов.

2. Одноразовый прибор ЭКГ Suunto Movesense (Suunto Oy, http://www.suunto.com) Вантаа Суоми). Movesense — это потребительское устройство с сертификатом CE, которое используется с двумя сухими электродами для измерения ЭКГ.

   В предыдущем исследовании (Afib24h) сообщалось о Valvira, и исследование получило разрешение на клиническое исследование устройства (комбинация Movesense + нагрудный ремень).

3. Браслет активности Empatica E4 (Empatica Ltd http://www.empatica.com) Milan Italia), которое является потребительским устройством с сертификатом CE. Empatica E4 также представляет собой фотоплетизмограмму, которая оптически измеряет количество крови, циркулирующей в кровеносном сосуде.

Исследователь прикрепляет устройства к пациенту. После этого исследователь начинает регистрацию на устройствах Faros 360 (устройство 1) и Empatica E4 (устройство 3).

Определение частоты сердечных сокращений с помощью измерения ЭКГ чаще всего осуществляется путем обнаружения комплексов QRS. За последние десятилетия было разработано множество таких детекторов QRS. Измерение ЭКГ с помощью сухих электродов вызывает значительно больше нарушений движений по сравнению с измерениями с влажными электродами, так как даже небольшие движения устройства вызывают значительные изменения сигнала ЭКГ. Кроме того, особенно при использовании больших пальцев в качестве точек измерения, шум ЭМГ от мышц заметно выше по сравнению с измерениями с влажным электродом.

В этом проекте используются методы, разработанные в более ранних проектах мобильной ЭКГ для обнаружения шума и QRS, чтобы обеспечить надежное обнаружение комплексов QRS и нерегулярности сердечного ритма при измерениях с помощью сухого электрода. Кроме того, ранее разработанные методы определения частоты сердечных сокращений оцениваются и подтверждаются измерениями фибрилляции предсердий и нормального синусового ритма.

В этом исследовании изучается возможность обнаружения пульса при обнаружении мерцательной аритмии. Фотоплетизмограмма измеряет поглощение света тканью. Поглощение света кровью больше, чем поглощение окружающими тканями. Когда сердце бьется, капилляры расширяются и сужаются в зависимости от изменения объема крови. Фотоплетизмография позволяет измерять частоту сердечных сокращений, обнаруживая изменения поглощения.

Фотоплетизмограмма, как и мобильное устройство ЭКГ, особенно чувствительна к движению, даже небольшое движение светодиода/фотодиода вызывает значительное изменение интенсивности света.

Также физиологические изменения вызывают нарушение измерения частоты сердечных сокращений, например, при изменении эластичности сосудов изменяется время пульса, что приводит к нарушению измерения.

В отличие от высокочастотного проколотого комплекса QRS, пульсовая волна представляет собой низкочастотную вариацию вверх-вниз, что создает собственные проблемы для точного измерения частоты сердечных сокращений.

Предсердия при мерцательной аритмии работают недостаточно, поэтому желудочки не полностью наполняются кровью. Кроме того, мерцательная аритмия вызывает неравномерность проведения импульсов от предсердий к желудочкам, что приводит к неравномерности пульса. Количество перекачиваемой крови варьируется от одного удара к удару, что затрудняет обнаружение пульсовой волны.

В рамках этого проекта разрабатываются методы точного измерения частоты сердечных сокращений по серии пульсовых волн.

Разработка метода направлена ​​на учет нарушений, связанных с движением измерителя, неравномерностью пульсовой волны, характерной для мерцательной аритмии.

Основной целью разработки метода является определение пульса настолько точно, чтобы неравномерность пульса, обусловленную мерцательной аритмией, можно было отличить от нормального синусового ритма и точно выявить изменение ритма.

При мерцательной аритмии электрические импульсы беспорядочно поступают к желудочкам, в результате чего частота сердечных сокращений становится нерегулярной и неравномерной. Большая кампания Ассоциации кардиологов «Почувствуй свой пульс — предотврати инсульт» основана на распознавании частоты сердечных сокращений или пульса. Распознавание пульса, безусловно, является самым дешевым методом выявления мерцательной аритмии, но этот метод дает большое количество ложноположительных результатов. С помощью измерения ЭКГ обнаружение мерцательной аритмии намного надежнее. Для этой цели были разработаны автоматизированные алгоритмы обнаружения мерцательной аритмии.

Идентификация активации предсердий при длительных измерениях Холтеровской ЭКГ, как правило, очень сложна из-за плохого соотношения сигнал-шум (движение, мышечные артефакты и частично перекрывающаяся гораздо более сильная желудочковая активность). По этой причине большинство алгоритмов обнаружения мерцательной аритмии основаны на выявлении нерегулярности пульса. Для параметризации неравномерности сердечного ритма (RR-интервала) было введено несколько относительно простых, но надежных методов временного уровня. Например, метод на основе RdR, в котором интервалы RR (частота сердечных сокращений) представлены как функция последовательных изменений интервалов RR (изменение частоты сердечных сокращений). RdR-график определяет фрагментацию паттерна в результате нерегулярных изменений сердечного ритма. Кроме того, существуют методы, которые оценивают внутреннюю когерентность временных рядов RR. Различные нелинейные методы также были введены для параметризации изменения частоты сердечных сокращений, что позволяет более широко описать динамику изменения частоты сердечных сокращений (без ограничения предположения о линейности). Одним из классов нелинейных методов являются различные величины энтропии, которые особенно интересны для выявления мерцательной аритмии и нерегулярного сердечного ритма. Величины энтропии можно использовать для оценки регулярности и предсказуемости временных рядов RR. Как правило, надежный расчет энтропийных величин требует относительно большого времени измерения, но также были введены энтропийные величины, подходящие для анализа коротких измерений.

Этот исследовательский проект разрабатывает новые алгоритмы обнаружения мерцательной аритмии для измерения мобильной ЭКГ и измерения пульсовой волны на основе уже существующих методов. Алгоритмы должны учитывать предсердные и желудочковые преждевременные комплексы. Игнорирование этого увеличивает неравномерность временного ряда RR и, таким образом, увеличивает количество ложноположительных фибрилляций предсердий.

Натрийуретические пептиды – это гормоны, секретируемые сердцем. Предсердный натрийуретический пептид (ANP) секретируется из предсердий, а мозговой натрийуретический пептид (BNP) из предсердий и желудочков. BNP и NT-pro-BNP отщепляются от своего предшественника с помощью pro-BNP. Оба используются в диагностике сердечной недостаточности. Было обнаружено, что у пациентов с ФП без других сердечных заболеваний повышен BNP. Высокочувствительные сердечные тропонины T (hs-cTnT) и I (hs-cTnI) являются кардиоспецифическими биомаркерами, секретируемыми клетками миокарда, и их уровни коррелируют со степенью повреждения кардиомиоцитов. Было показано, что у пациентов с персистирующей ФП повышен уровень тропонинов, что указывает на неспецифическое повреждение кардиомиоцитов. Однако нет существенных доказательств, указывающих на корреляцию между кинетикой TnI и другими биомаркерами, связанными с ФП, которые не связаны с персистирующей ФП. Уровни TnT, по-видимому, снижаются после успешной кардиоверсии. Следовательно, кинетика сердечных тропонинов, особенно ТнТ, может быть полезна для прогнозирования продолжительности эпизода ФП.

Исследование направлено на то, чтобы определить, можно ли использовать пептиды для оценки продолжительности мерцательной аритмии. Это может быть использовано для планирования будущего лечения мерцательной аритмии.

Кроме того, в этом проекте изучается кинетика сердечных биомаркеров и их связь с продолжительностью ФП.