Artykuł metodologiczny

Rejestr bipolarnego trójodprowadzeniowego elektrokardiogramu skierowany przez pacjenta przy użyciu smartwatcha z funkcją EKG

DOI:

10.3791/60715

⸱

11 grudnia 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Cardiology and Critical Care Medicine, Johannes Wesling University Hospital, Ruhr University Bochum

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisujemy protokół rejestracji trójodprowadzeniowego dwubiegunowego elektrokardiogramu przez smartwatch, który działa identycznie jak przewody Einthovena ze standardowych elektrokardiogramów. Dzięki temu pacjenci mogą samodzielnie rejestrować elektrokardiogramy natychmiast po wystąpieniu objawów.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zaburzenia rytmu serca i choroby sercowo-naczyniowe są poważnym problemem zdrowia publicznego w krajach rozwiniętych. Głównym celem medycyny prewencyjnej jest zmniejszenie śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych poprzez wczesne wykrycie migotania przedsionków (AF), które może powodować udar mózgu, lub wczesne wykrycie zagrażającego życiu niedokrwienia mięśnia sercowego w ostrym zespole wieńcowym. Wykrycie arytmii jest często trudne, jeśli objawy występują, gdy pacjenci nie mają szans na natychmiastowe badanie diagnostyczne elektrokardiogramu (EKG) lub jeśli okres obserwacji jest krótki lub natychmiastowa wizyta u lekarza nie jest możliwa. Smartwatche i inne urządzenia ubieralne są w stanie zarejestrować jednoodprowadzeniowy zapis EKG, ale jednoodprowadzeniowe EKG często nie wystarcza do diagnozy zaburzeń sercowo-naczyniowych. Nawet diagnoza migotania przedsionków może być trudna w przypadku informacji pochodzących tylko z pojedynczego odprowadzeniowego dwubiegunowego EKG. Niektóre inteligentne urządzenia wykorzystują fotopletyzmografię do wykrywania rytmu serca, ale ta technika może dawać tylko pośrednie wskazówki dotyczące podstawowego rytmu serca, jest podatna na zakłócenia i nie może być używana do wykrywania niedokrwienia mięśnia sercowego. Trójodprowadzeniowe bipolarne EKG, takie jak odprowadzenia Einthovena stosowane w zwykłych EKG, mogą dostarczyć przydatnych informacji dotyczących wykrywania arytmii, a nawet diagnozy innych chorób sercowo-naczyniowych, takich jak niedokrwienie. W związku z tym opisujemy protokół rejestracji trójodprowadzeniowego EKG Einthovena kierowanego przez pacjenta za pomocą smartwatcha.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Smartwatche lub inne tak zwane "urządzenia do noszenia" wykazują rosnącą popularność i gwałtowny wzrost codziennego użytkowania w krajach zachodnich. Prawie 80% Amerykanów amerykańskiego pochodzenia posiada smartfona, a ponad 10% ma smartwatch1. Dzięki czujnikowi fotopletyzmograficznemu wykorzystującemu światło LED i fotodiody, niektóre smartwatche mogą rejestrować częstotliwość impulsów i nieregularności1. Ta funkcja umożliwia wykrywanie arytmii, zwłaszcza AF, z dużą dokładnością diagnostyczną2,3. W celu autentycznego wykrywania arytmii EKG opracowano przenośne, przenośne i noszone urządzenia EKG, które umożliwiają zapisy EKG wspomagane smartfonem. Niemniej jednak urządzenia te umożliwiają aktywowany przez pacjenta zapis elektrokardiogramów tylko wtedy, gdy przestrzeganie przez pacjenta noszenia urządzenia EKG jest bardzo wysokie4,5,6,7.

Tak więc, optymalnym narzędziem do nadzoru medycznego pacjenta byłoby inteligentne urządzenie do codziennego użytku. Niektóre smartwatche najnowszej generacji umożliwiają jednoodprowadzeniowy zapis EKG porównywalny do dwubiegunowego odprowadzenia Einthoven I ze standardowego 12-kanałowego EKG, przy użyciu tylnej części zegarka jako dodatniej i koronki jako elektrody ujemnej8. Zapis EKG jest kontrolowany przez pacjenta i aktywowany w przypadku wystąpienia objawów. Następnie aplikacja tworzy dokument PDF do dalszej analizy przez pracownika służby zdrowia. Niemniej jednak użycie tylko jednoodprowadzeniowego EKG do rozróżnienia załamków P w diagnostyce rytmu zatokowego jest czasami niewystarczające9 do wykrywania załamka P i często wymagane jest wiele odprowadzeń EKG5. Ponadto wielokanałowy zapis EKG jest obowiązkowy w diagnostyce większości ostrych lub przewlekłych chorób strukturalnych serca, takich jak zawał mięśnia sercowego (MI), zatorowość płucna lub objawy ostrej niewydolności serca.

Ponad 100 lat temu, Einthoven opracował metodę zapisu dwubiegunowego trzykanałowego EKG class10. To trzykanałowe EKG daje możliwość zidentyfikowania elektrycznej osi serca i być może również niedokrwienia mięśnia sercowego, szczególnie w dolnych obszarach mięśnia sercowego11. Dlatego w codziennej praktyce klinicznej dwubiegunowe odprowadzenia Einthovena I-III są niezbędnymi elementami 12-odprowadzeniowego EKG i umożliwiają określenie rytmu serca lub wykrycie niedokrwienia mięśnia sercowego.

Wczesna diagnoza, a zwłaszcza wczesne leczenie zawału mięśnia sercowego, znacznie się poprawiło w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Niemniej jednak, zwłaszcza wcześnie po wystąpieniu objawów, wielu pacjentów waha się przed skontaktowaniem się z profesjonalną pomocą. W związku z tym pierwszy kontakt medyczny i rozpoczęcie odpowiedniego leczenia jest często opóźnione12. Rejestracja i transmisja EKG skierowanego do pacjenta wcześnie po wystąpieniu objawów może przyspieszyć specyficzne leczenie, a tym samym umożliwić lepsze wyniki leczenia pacjenta7. Do tej pory wykrywanie niedokrwienia przez inteligentne urządzenia jest ograniczone, ponieważ można rejestrować głównie jednoodprowadzeniowe (Einthoven I) lub, jak w naszym badaniu, maksymalne trójodprowadzeniowe (Einthoven I-III) EKG, które reprezentują tylko ograniczony obszar mięśnia sercowego.

W kilku badaniach wykorzystano urządzenia przeznaczone do wykrywania migotania przedsionków u pacjentów z sercem, takie jak przenośne rejestratory EKG, smartfony, a od niedawna także smartwatche1,2,5,9. W badaniach Apple Heart Study i WATCH AF wykorzystano fotopletyzmograficzny czujnik światła LED smartwatcha do wykrywania nieregularnego lub zmiennego pulsu, który koreluje z arytmią, taką jak AF1,2. Niewystarczająca jakość sygnału była czynnikiem ograniczającym w tych próbach, co prowadziło do wysokiego wskaźnika rezygnacji2. W innym badaniu smartwatcha wykorzystano fotopletyzmografię do wykrywania AF, ale wykazało również zmniejszoną dokładność diagnostyczną w porównaniu ze zwykłymi EKG13.

Wykrywanie AF poprzez rejestrację nieprawidłowości tętna jest czynnikiem ograniczającym fotopletyzmografię, ponieważ zmiany w biciu serca spowodowane dodatkowymi skurczami lub arytmią zatokową mogą również powodować nieprawidłowości tętna. Tak więc zapis EKG przez smartfon lub smartwatch może zwiększyć czułość i swoistość wykrywania arytmii. Kilka urządzeń kompatybilnych ze smartfonami może rejestrować bipolarne jednoodprowadzeniowe EKG symulujące odprowadzenie Einthoven I5,9. W jednym z badań dwubiegunowe urządzenie EKG w smartfonie zostało użyte do badania przesiewowego AF9. W tym badaniu niewielkie napięcie załamków P w odprowadzeniu I doprowadziło do nieprawidłowego określenia AF, co jest ograniczeniem, gdy dostępne jest tylko jednoodprowadzeniowe EKG9. Aparaty EKG do badań przesiewowych AF testowano również u pacjentów hospitalizowanych na oddziałach kardiologicznych i geriatrycznych5. Dokładność diagnostyczna zautomatyzowanych algorytmów była nieoptymalna, a dodatkowe 12-odprowadzeniowe EKG były często obowiązkowe. Większość z tych urządzeń ma ograniczenie tylko do jednego zapisu odprowadzenia EKG (Einthoven I), co nie zawsze jest wystarczające do zapewnienia wykrycia arytmii lub repolaryzacji.

Tylko jedna mała seria pięciu pacjentów wykazała, że konwencjonalne 12-odprowadzeniowe EKG można zapisać za pomocą konwencjonalnego dwubiegunowego smartfona po modyfikacji dla jednobiegunowych zapisów odprowadzeń z zakładkami EKG i przewodami z zaciskami krokodylkowymi4. Pokazywały one zapisy EKG z dobrą jakością sygnału, ale czynnikiem ograniczającym jest konieczność modyfikacji urządzenia, co komplikuje samodzielny zapis EKG skierowany na pacjenta.

Dla kontrastu, przeprowadziliśmy pierwsze badanie rejestrujące EKG za pomocą smartwatcha z trzema dwubiegunowymi odprowadzeniami Einthovena jako dowód słuszności koncepcji u zdrowych osób. Udało nam się wykazać wysoki stopień spójności między przewodami smartwatcha a odprowadzeniami Einthoven ze standardowego EKG przy użyciu następującego prostego protokołu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie zostało przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską i zatwierdzone przez Komisję Etyki Aerztekammer Westfalen-Lippe (numer referencyjny 2019-456).

1. Badanie

  1. Poinstruuj badanych, jak korzystać ze smartwatcha w celu prawidłowego zapisu EKG.

2. Zapis standardowego 12-odprowadzeniowego EKG przez zwykłe urządzenie

  1. Do standardowego zapisu EKG należy używać powszechnie używanego aparatu EKG.
  2. Ustaw prędkość podawania papieru na 50 mm/s.
  3. Zapis EKG należy wykonać po 5-minutowym okresie odpoczynku w pozycji leżącej.
  4. Umieść elektrodę na prawym ramieniu w pobliżu prawego ramienia.
  5. Umieść elektrodę na lewym ramieniu w pobliżu lewego ramienia.
  6. Umieść elektrodę prawej nogi w pobliżu prawej kostki.
  7. Umieść elektrodę lewej nogi w pobliżu lewej kostki.
  8. Umieść elektrodę V1 w czwartej przestrzeni międzyżebrowej po prawej stronie linii przymostkowej.
  9. Umieść elektrodę V2 w czwartej przestrzeni międzyżebrowej na lewej linii przymostkowej.
  10. Umieść elektrodę V3 między V2 i V4.
  11. Umieść elektrodę V4 w piątej przestrzeni międzyżebrowej na linii środkowej obojczyka.
  12. Umieść elektrodę V5 w piątej przestrzeni międzyżebrowej na przedniej linii pachowej.
  13. Umieść elektrodę V6 w piątej przestrzeni międzyżebrowej na linii środkowej pachy.
  14. Zapisz standardowe 12-odprowadzeniowe EKG za pomocą standardowego urządzenia EKG.
    UWAGA: Pacjent nie powinien się ruszać podczas zapisu EKG, aby zapobiec artefaktom EKG.

3. Nagrywanie przewodów I-III Einthovena za pomocą smartwatcha z funkcją EKG

  1. Rejestruj EKG smartwatcha bezpośrednio po nagraniu standardowego EKG.
  2. Włącz aplikację smartwatcha do zapisów EKG. 30-sekundowe EKG zostanie zarejestrowane bezpośrednio po prawidłowym kontakcie skóry ze smartwatchem.
  3. Nagraj Einthoven I, kładąc tył smartwatcha na lewym nadgarstku, a prawy palec wskazujący na koronce (Rysunek 1A).
  4. Nagraj Einthovena II, umieszczając tył smartwatcha na lewym podbrzuszu, a prawy palec wskazujący na koronie (Rysunek 1B).
  5. Nagraj Einthoven III, umieszczając tył smartwatcha na lewym podbrzuszu, a lewy palec wskazujący na koronie (Rysunek 1C).
    UWAGA: Prawy i lewy palec wskazujący nie powinny stykać się ze skórą lewego nadgarstka lub lewej dolnej części brzucha w celu odpowiedniego zapisu EKG. Pacjent nie powinien się ruszać podczas zapisu EKG, aby zapobiec artefaktom EKG.

4. Analiza EKG

  1. Zarejestrowane EKG smartwatcha są przechowywane cyfrowo za pomocą aplikacji na smartfona.
  2. Skorzystaj z funkcji "wyślij PDF do swojego lekarza", aby utworzyć dokument PDF z każdym odprowadzeniem EKG do smartwatcha. Wydrukuj cyfrowe smartwatch EKG na papierze w celu porównania ze standardowym EKG na zadrukowanym papierze.
  3. Sklasyfikuj wszystkie zarejestrowane EKG smartwatcha jako o umiarkowanej jakości sygnału, jeśli co najmniej trzy kolejne kompleksy QRS wykazują jakość sygnału bez zakłóceń i nie ma żadnych artefaktów w liniach izoelektrycznych między zespołami QRS.
  4. Klasyfikuj EKG smartwatcha jako dobrej jakości sygnału, jeśli co najmniej dziesięć kompleksów QRS wykazuje jakość sygnału wolną od zakłóceń i nie ma artefaktów w liniach izoelektrycznych między kompleksami QRS.

5. Analiza statystyczna

  1. Przeprowadzanie analiz statystycznych przy użyciu IBM SPSS Statistics.
    UWAGA: Zmienne jakościowe są wyświetlane jako liczby bezwzględne i procenty. Zmienne ciągłe są przedstawiane jako średnia ± odchylenie standardowe. Różnice w metrycznych zmiennych wynikowych oceniano za pomocą jednokierunkowo powtarzanej analizy wariancji (ANOVA) i sparowanego testu t. W przypadku zmiennych binarnych zastosowano test χ2.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W kohorcie 100 zdrowych osób (66 kobiet) badaliśmy wykonalność naszego protokołu nagrywania na smartwatchu. Charakterystykę badanych przedstawiono w tabeli 1. Po krótkim instruktażu wszyscy ochotnicy poradzili sobie z procedurą zapisu EKG za pomocą smartwatcha. Wszystkie 300 smartwatchy EKG nadawały się do dalszej analizy z co najmniej odpowiednią jakością sygnału do celów diagnostycznych. Spośród wszystkich EKG 277 (92%) było dobrej jakości, a 23 (8%) umiarkowanej jakości sygnału. Trzech zaślepionych ka...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Inteligentne urządzenia, takie jak smartfony i smartwatche, są coraz częściej używane w życiu codziennym i opiece medycznej1. Te nowe urządzenia i aplikacje mogą mieć znaczący wpływ na świadomość zdrowotną populacji, ale ich skuteczne wykorzystanie musi zostać przetestowane w badaniach8. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, nasza grupa jako pierwsza opracowała tę metodę jednoodprowadzeniowych zapisów EKG odpowiadających konwencjonalnym odprowadzeniom EKG I-III Einthovena przy ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie nie otrzymało zewnętrznego finansowania. Dziękujemy Lisie Tiedemann, Ester Krist i Tobiasowi Anke za wsparcie techniczne.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Apple Watch Series 4Applebipolarnego EKG
IBM SPSS STATISTICSIBM wersja 25 dla komputerów Mac
MAC 5500GE HealthcareStandard 12-kanałowy aparat
Smartwatch z funkcją EKG

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Turakhia, M. P., et al. Rationale and design of a large-scale, app-based study to identify cardiac arrhythmias using a smartwatch: The Apple Heart Study. American Heart Journal. 207, 66-75 (2019).
  2. Dorr, M., et al. The WATCH AF Trial: SmartWATCHes for Detection of Atrial Fibrillation. JACC Clinical Electrophysiology. 5 (2), 199-208 (2019).
  3. Hochstadt, A., et al. Continuous heart rate monitoring for automatic detection of atrial fibrillation with novel bio-sensing technology. Journal of Electrocardiology. 52, 23-27 (2019).
  4. Baquero, G. A., Banchs, J. E., Ahmed, S., Naccarelli, G. V., Luck, J. C. Surface 12 lead electrocardiogram recordings using smart phone technology. Journal of Electrocardiology. 48 (1), 1-7 (2015).
  5. Desteghe, L., et al. Performance of handheld electrocardiogram devices to detect atrial fibrillation in a cardiology and geriatric ward setting. Europace. 19 (1), 29-39 (2017).
  6. Samol, A., et al. Prevalence of unknown atrial fibrillation in patients with risk factors. Europace. 15 (5), 657-662 (2013).
  7. Nigolian, A., Dayal, N., Nigolian, H., Stettler, C., Burri, H. Diagnostic accuracy of multi-lead ECGs obtained using a pocket-sized bipolar handheld event recorder. Journal of Electrocardiology. 51 (2), 278-281 (2018).
  8. Foster, K. R., Torous, J. The Opportunity and Obstacles for Smartwatches and Wearable Sensors. IEEE Pulse. 10 (1), 22-25 (2019).
  9. Lau, J. K., et al. iPhone ECG application for community screening to detect silent atrial fibrillation: a novel technology to prevent stroke. International Journal of Cardiology. 165 (1), 193-194 (2013).
  10. Einthoven, W., Fahr, G., De Waart, A. On the direction and manifest size of the variations of potential in the human heart and on the influence of the position of the heart on the form of the electrocardiogram. American Heart Journal. 40 (2), 163-211 (1950).
  11. Burch, G. E. History of precordial leads in electrocardiography. European Journal of Cardiology. 8 (2), 207-236 (1978).
  12. Leslie, W. S., Urie, A., Hooper, J., Morrison, C. E. Delay in calling for help during myocardial infarction: reasons for the delay and subsequent pattern of accessing care. Heart. 84 (2), 137-141 (2000).
  13. Tison, G. H., et al. Passive Detection of Atrial Fibrillation Using a Commercially Available Smartwatch. JAMA Cardiology. 3 (5), 409-416 (2018).
  14. Samol, A., et al. Recording of Bipolar Multichannel ECGs by a Smartwatch: Modern ECG Diagnostic 100 Years after Einthoven. Sensors (Basel). 19 (13), (2019).
  15. Avila, C. O. Novel Use of Apple Watch 4 to Obtain 3-Lead Electrocardiogram and Detect Cardiac Ischemia. Permanente Journal. 23, (2019).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

trzyodprowadzeniowe EKGEKG w smartwatchuodprowadzenia Einthovenazapis EKGarytmia sercaniedokrwienie mi nia sercowegokontakt ze sk rpozycja spoczynkowatransmisja PDF

Powiązane artykuły