ניתוח הקלטות אלקטרוקרדיוגרפיה ארוכות טווח לאיתור הפרעות קצב בעכברים
23 במאי 2021
כאן אנו מציגים פרוטוקול שלב אחר שלב לגישה חצי אוטומטית לניתוח נתוני אלקטרוקרדיוגרפיה ארוכת טווח (ECG) עבור פרמטרים בסיסיים של א.ק.ג. והפרעות קצב נפוצות. הנתונים מתקבלים על ידי משדרי טלמטריה מושתלים בעכברים חיים וערים ומנותחים באמצעות פונמה ומודולי הניתוח שלה.
ניתוח של מערכי נתונים גדולים של א.ק.ג., במיוחד כאשר אתה מסנן עבור כל הפרעת קצב, הוא מאתגר מאוד ודורש עבודה רבה. הגישה החצי אוטומטית שלנו מאפשרת סינון הרבה יותר מהיר ונוח להפרעות קצב בעכברים. גישה חצי אוטומטית זו מובילה לתוצאות מדויקות יותר.
ההליך יודגם על ידי אפרנה צ'יבוקולה, דוקטורנטית במעבדה שלי. התחל על ידי ניתוח פרמטרים בסיסיים של אק"ג. לחץ על הגדרת נושא או פרטי ערוץ כדי לבחור כל אחד מהפרמטרים הנגזרים.
כאשר עכברים עוקבים אחר שעון ביולוגי, נתחו שני אק"גים במנוחה ביום. אחד בשעות היום ואחד בלילה כדי לשלוט באפקטים צירקדיים, תוך בחירת זמנים מתאימים בהתאם למחזור האור הדלקתי או הכבוי במתקן החי. בחר מקטע של האק"ג עם איכות אות טובה ודופק יציב בגרף מגמות הדופק במסגרת זמן סבירה מוגדרת סביב נקודת זמן זו.
אשר את הדיוק של מסיכות האימות, או התאם ידנית ל- 20 מתחמי QRS עוקבים, והוסף סימני אימות חסרים. לצורך חישובים ותצוגות חזותיות נוספות, סמן את השורות המכילות את הערכים של 20 מתחמי QRS עוקבים אלה ברשימת הפרמטרים הנגזרים, והעתק לגיליון אלקטרוני או לתוכנת סטטיסטיקה. פתח תובנות נתונים על ידי לחיצה על נתוני ניסוי תובנות וצפה בלוח החיפוש בחלק העליון.
לאחר מכן הציגו את החלונית 'תוצאות'. שימו לב למספר כניסות החיפוש המוצגות כהיסטוגרמה בתחתית החלונית. בהתחשב בכך שקצב הלב הרגיל של עכבר הוא 500 עד 724 פעימות לדקה, הגדר כלל חיפוש, Bradycardia, כדי לזהות ברדיקרדיה.
לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני בתוך רשימת החיפוש ובחר צור חיפוש חדש כדי לפתוח את תיבת הדו-שיח של ערך החיפוש. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני בתוך התיבה הלבנה ובחר הוסף משפט חדש. באמצעות התפריטים הנפתחים ושדות הטקסט, הגדר את כלל החיפוש, Bradycardia Single, כערך קטן מ- 500, ולחץ על בסדר כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה.
החל כלל חיפוש זה על-ידי לחיצה וגרירה שלו לערוץ העניין מימין. מכיוון שברדיקרדיה דורשת יותר ממרווח RR ארוך אחד, הגדר כלל חיפוש נוסף Bradycardia, כדי להסביר זאת. לחץ על בסדר כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה.
החל כלל חיפוש זה על-ידי לחיצה וגרירה שלו לערוץ העניין מימין. כדי לאשר ברדיקרדיה, ולדחות תוצאות כוזבות, סקור כל תוצאה באופן ידני על ידי לחיצה שמאלית על צורת הגל. לחץ על STRG בתוספת R כדי לדחות את התוצאה שנבחרה, אשר לאחר מכן תיעלם מהרשימה.
כדי להגדיר כלל חיפוש לזיהוי טכיקרדיה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני בתוך רשימת החיפוש ובחר צור חיפוש חדש כדי לפתוח את תיבת הדו-שיח של ערך החיפוש. לאחר מכן לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני בתוך התיבה הלבנה ובחר הוסף משפט חדש. באמצעות התפריטים הנפתחים ושדות הטקסט, הגדר את כלל החיפוש, Tachycardia Single, כערך גדול מ- 724, ולחץ על אישור כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה.
החל כלל חיפוש זה על-ידי לחיצה עליו וגרירתו לערוץ העניין שמאלה. מכיוון שטכיקרדיה דורשת יותר ממרווח RR קצר אחד, הגדר כלל חיפוש נוסף, טכיקרדיה, כדי להסביר זאת, ולחץ על בסדר כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה. החל כלל חיפוש זה על-ידי לחיצה וגרירה שלו לערוץ העניין מימין.
כדי לאשר טכיקרדיה, ולדחות תוצאות שגויות, סקור כל תוצאה באופן ידני על ידי לחיצה שמאלית על צורת הגל והשתמש בקיצור הדרך STRG בתוספת R כדי לדחות את התוצאה שנבחרה. כדי לזהות בלוקים סינו-ונטריים ואטריובנטריקולריים, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני בתוך רשימת החיפוש ובחר צור חיפוש חדש כדי לפתוח את תיבת הדו-שיח של ערך החיפוש. לאחר מכן לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני בתוך החלונית הלבנה ובחר הוסף משפט חדש.
באמצעות התפריטים הנפתחים ושדות הטקסט, הגדר את כלל החיפוש, השהה, כערך גדול מ- 300, ולחץ על בסדר כדי להוסיף כלל חיפוש זה לרשימה החל כלל חיפוש זה על-ידי לחיצה וגרירה שלו לערוץ העניין שמאלה. כדי לאשר השהיה, החליטו אם ההשהיה היא בלוק חדרי סינואטריאלי או אטריו, ודחו תוצאות שגויות. סקור כל תוצאה באופן ידני על ידי לחיצה שמאלית על צורת הגל ולחץ על STRG פלוס R כדי לדחות את התוצאה שנבחרה, אשר תיעלם מרשימת התוצאות.
גישה זו אפשרה זיהוי של תקופות של קצב לב מופחת, הולכה אטריובנטריקולרית וחדרית מוגברת, כמו גם שינוי repolarization בעכברים שטופלו בתרופה חדשה. יתר על כן, הפרוטוקול שימש לקביעת מהלך הזמן של התרחשות הפרעת קצב בצורה של עקבות המיוצגים בקצב סינוסים רגיל, השהיית סינוס, שלוש דרגות של בלוק אטריובנטריקולרי ופרפור פרוזדורים. הקריאות הסופיות הן רבות ותלויות בתכנון המחקר ובנושא המחקר.
בפרפור פרוזדורים, נטל המחלה הכולל נקבע כסמן פרוגנוסטי וניתן לחשב אותו מנתונים שהתקבלו עם פרוטוקול זה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול חצי-אוטומטי, שלב אחר שלב, לניתוח נתוני טלמטריה של ECG לטווח ארוך בעכברים לצורך זיהוי הפרעות קצב הלב (arrhythmias). באמצעות תוכנת Ponemah והמודולים ECG Pro ו-Data Insights, גישה זו מייעלת את הזיהוי והתיקוף של אירועי הפרעות קצב, ובכך משפרת הן את המהירות והן את הדיוק בניתוח מערכי נתונים גדולים שהופקו מעכברים ערים הנעים בחופשיות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- אלקטרופיזיולוגיה לבבית
- מודלים פרה-קליניים של בעלי חיים
- מחקר הפרעות קצב הלב
רקע
- הפרעות קצב לב הן שכיחות, והטיפולים הנוכחיים גורמים לעיתים קרובות לתופעות לוואי משמעותיות או בעלות יעילות מוגבלת.
- הבנת המנגנונים של הפרעות קצב מחייבת שימוש במודלים חזקים של בעלי חיים; עכברים הם אידיאליים למחקרי גנטיקה ומנגנונים.
- טלמטריה להשתלה מאפשרת ניטור ECG רציף וארוך טווח בעכברים.
- ניתוח ידני של מאגרי נתוני ECG גדולים הוא תהליך עתיר עבודה ומאתגר.
מטרת המחקר
- מתן סבב עבודה (workflow) הניתן לשחזור וחצי-אוטומטי לזיהוי הפרעות קצב בנתוני טלמטריה של ECG בעכברים.
- הדגמה של השימוש בתוכנת Ponemah לצורך ניתוח ECG יעיל ומדויק.
- סיוע בזיהוי אירועים של הפרעות קצב ושיפור איכות הנתונים במחקרים פרה-קליניים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הקלטת ECG רציפה בעכברים הנעים בחופשיות באמצעות מכשירים טלמטריים להשתלה.
- ניתוח מאפיינים אוטומטי בתוכנת Ponemah לזיהוי פרמטרי ECG (גלי P, Q, R, T ומרווחים).
- סקירה ידנית והתאמה של ההערות האוטומטיות להבטחת הדיוק.
- כללי חיפוש מותאמים אישית ב-Data Insights לזיהוי ברדיקרדיה, טכיקרדיה ובלוקים בהולכה.
- תיקוף ידני של אירועי הפרה במקצב שזוהו על מנת לפסול תוצאות חיוביות שגויות.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול החצי-אוטומטי מאיץ משמעותית את סריקת ההפרעות הקצביות בהשוואה לשיטות ידניות.
- זיהוי מדויק של ברדיקרדיה, טכיקרדיה, חסמי סינו-עליליים ואוריקולו-ונטריקולריים, ופרפור פרוזדורי ב-ECG של עכברים.
- הפרוטוקול מאפשר הערכה של השפעות תרופתיות על קצב הלב, ההולכה והרפולריזציה.
- חישוב של נטל ההפרעות הקצביות, כגון משך סהרי של פרפור פרוזדורי, הוא בר-ביצוע באמצעות גישה זו.
מסקנות
- סבב העבודה המתואר משפר את היעילות והדיוק בזיהוי הפרעות קצב מתוך מאגרי נתונים גדולים של ECG בעכברים.
- שילוב של ניתוח אוטומטי עם סקירה ידנית מבטיח זיהוי מהימן של אירועי הפרעת קצב.
- פרוטוקול זה תומך במחקר פרה-קליני מתקדם של מנגנוני הפרעות קצב והתערבויות טיפוליות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למשקיעים ומנהלים
ניתוח בתפוקה גבוהה ובאופן חצי-אוטומטי של טלמטריה של ECG לטווח ארוך בעכברים נותן מענה לבקע קריטי במחקרים של בטיחות לב פרה-קלינית ומנגנוני הפרעות קצב. זרימת עבודה זו משפרת את רמת הביטחון בחיזויים בעת תיקוף מטרות ותומכת בקידום מותאם סיכונים של טיפולים חדשניים, על ידי מתן אפשרות להערכה כמותית ורובסטית של אלקטרופיזיולוגיה לבבית במודלים הרלוונטיים למחלה. שילוב של סקירה אוטומטית וידנית מבטיח את שלמות הנתונים ואת השחזוריות לאורך צינורות המחקר של הגילוי והמחקר התרגומי.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של מנגנוני הפרעות קצב לב ותיקוף של מטרות פונקציונליות במודלים של עכברים מהונדסים גנטית.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי כימות של פנוטיפים אלקטרופיזיולוגיים הקשורים למטרות מועמדות.
- מסייע בביסוס ביטחון ניבוי בהערכת בטיחות לבבית בשלבים מוקדמים ובמחקרים מכניסטיים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין מערכי נתונים כמותיים ומאומתים של ECG לצורך סריקת תרכובות והערכה פרמקולוגית בהמשך התהליך.
- מבצע סטנדרטיזציה של קריטריונים לזיהוי הפרעות קצב לב ותומך ביכולת השחזור באמצעות סקירה אוטומטית וידנית.
- מאפשר סריקה רחבה, בעלת תפוקה גבוהה, של השפעות תרופות על הולכת הלב וקצבו.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאים מדדי עומס הפרעות קצב פרה-קליניים לסממנים ביולוגיים תרגומיים לה progression של המחלה ולהשפעה טיפולית.
- מספק רצף מגילוי מכניסטי ועד לתיקוף פרה-קליני של פגיעות לבביות.
- תומך בקבלת החלטות מותאמות סיכון לקידום מועמדים בעלי פרופילי בטיחות לבבית חיוביים.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
תהליך עבודה זה לניתוח ECG חצי-אוטומטי מגשר בין שלבי הגילוי המוקדמים, זיהוי מובילים (lead identification) והערכת בטיחות פרה-קלינית, על ידי כך שהוא מאפשר פנוטיפיקה כמותית ואמינה של הפרעות קצב לב במודלים של עכברים.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בבדיקת היפותזות ובצמצום סיכונים מכניסטיים על ידי כימות פנוטיפים של הפרעות קצב בעכברים שעברו שינוי גנטי.
- סריקה: מספקת תוצרי ECG כמותיים וניתנים לשחזור לצורך הערכת תרכובות ומיון בטיחותי.
- אנליטיקה: מספקת תוצרי סטטיסטיקה ומדדי עומס של הפרעות קצב להשוואת תנאים ניסיוניים והשפעות של תרופות.
- מחקר תרגומי: מתאימה נקודות סיום של הפרעות קצב בשלב הפרה-קליני לסמנים ביולוגיים קליניים לשיפור הרציפות התרגומית.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה ניתנת לשחזור וניתנת להרחבה למחקרי אלקטרופיזיולוגיה של הלב על פני תוכניות מרובות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף של מטרות לבביות.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה ומאיץ את ניתוח נתוני ה-ECG, ובכך משפר את השחזוריות ואת יכולת ההרחבה.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות יעילה יותר לגבי המשך או הפסקת פיתוח (go/no-go) ומפחית סיכוני בטיחות לבביים בשלבים מאוחרים.
- השפעה על פורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכון ובקידום מועמדים בעלי פרופילים לבביים חיוביים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בפירוש ECG ובפנוטיפיקה של הפרעות קצב במודלים של בעלי חיים קטנים.
- נדרשת גישה למערכות טלמטריה להשתחלה ולתוכנות ניתוח ייעודיות (Ponemah, ECG Pro, Data Insights).
- נדרש סטנדרטיזציה בין-צוותית של כללי החיפוש ושל פרוטוקולי סקירה ידנית לצורך השחזרות.
- ייתכן שיידרש ביצוע התאמות עבור זני עכברים שונים או מודלים של מחלות כדי להבטיח את איכות הנתונים.
- סקירה ידנית נותרת חיונית כדי לדחות תוצאות חיוביות שגויות ולשמור על תקינות הנתונים.
