Abstrakt
Baggrund. Korrekt håndtering af hyperkalæmi, der fører til dødelig hjertearytmi, er blevet vigtigere på grund af den øgede forekomst af hyperkalæmi-udsatte sygdomme. Selvom T-bølge ændringer i hyperkalæmi er velkendte, er deres anvendelighed diskutabel., Vi vurderede, hvor godt T-bølgebaserede egenskaber ved elektrokardiogrammer (EKG ‘ er) er korreleret med estimerede serumkaliumniveauer ved hjælp af EKG-data fra klinisk praksis i den virkelige verden. Metode. Vi indsamlede EKG ‘ er fra et lokalt EKG-arkiv (MUSE)) fra 1994 til 2017 og ekstraherede EKG-bølgeformerne. 1 million rapporter blev 124.238 udført inden for 5 minutter før eller efter blodindsamling til estimering af serumkalium. Vi valgte tilfældigt 500 EKG ‘ er og to evaluatorer målte amplituden (T-amp) og højre hældning af T-bølgen (t-højre hældning) på fem blybølgeformer (v3, v4, V5, V6 og II)., Lineære korrelationer af T-amp, T-højre hældning og deres normaliserede funktion (T-norm) med serumkaliumniveauer blev evalueret ved hjælp af Pearson-korrelationskoefficientanalyse. Resultat. Pearson korrelationskoefficienter for T-bølge-baserede funktioner med serumkalium mellem de to evaluatorer var 0,99 for T-amp og 0,97 for T-højre hældning. Koefficienten for sammenhængen mellem T-amp, T-højre hældning og T-norm og serumkalium varierede fra -0,22 til 0,02., I den normale EKG-undergruppe (normalt EKG eller på anden måde normalt EKG) var der ingen sammenhæng mellem T-bølgebaserede træk og serumkaliumniveau. Konklusion. T-bølgebaserede egenskaber var ikke korreleret med serumkaliumniveau, og deres anvendelse i reel klinisk praksis er i øjeblikket begrænset.
1. Introduktion
hyperkalæmi er en elektrolytforstyrrelse, der kan føre til dødelig hjertearytmi., Korrekt håndtering af hyperkalæmi er blevet vigtigere på grund af den øgede forekomst af hyperkalæmi-udsatte sygdomme, såsom diabetes mellitus, koronararteriesygdom og kronisk nyresygdom . Hyperkaliæmi, og hypokaliæmi eller udsving i kalium-niveauer er forbundet med en øget risiko for dødelighed og livstruende arytmier . Desuden kan sygelighed, indlæggelse og død følge selv mindre ændringer i kaliumniveauet hos patienter med nyre-eller hjertesygdom .
mange af de vigtigste lægemidler, der anvendes til sygdomsbehandling, ændrer serumkaliumniveauer., Medicin rettet mod renin-angiotensin – aldosteronsystemet har været bærebjælken i behandlingen af hjerte-kar-sygdomme eller til forebyggelse af kronisk nyresygdomsprogression. Den Ottende Fælles Nationale Udvalg retningslinjer anbefaler aldosteron receptor-blokkere som vigtige lægemidler til sekundær forebyggelse af hjertesvigt, fordi aldosteron-antagonister kan reducere dødeligheden på grund af hjertesvigt . Det er imidlertid ironisk, at brugen af aldosteronantagonister øger dødeligheden på grund af hyperkalæmi, hvilket understreger vigtigheden af korrekt håndtering af hyperkalæmi ., Ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler er andre lægemidler, der forårsager alvorlig hyperkalæmi, men administreres uden korrekt elektrolytniveau overvågning. Derudover er andre risici forbundet med kaliumrige fødevarer, som ofte kan være dødelige hos patienter med nyresygdom i sluttrinnet.ændringer i elektrokardiogrammønstre (EKG) vides at være direkte forbundet med serumkaliumniveauer . Mild til moderat hyperkalæmi kan føre til forlængelse af PR-interval og udvikling af peak T-bølger. Alvorlig hyperkalæmi kan forårsage, at complexrs-komplekset udvides., Fladede eller inverterede T-bølger, en U-bølge, ST-depression og et bredt PR-interval observeres hos patienter med hypokalæmi. På grund af langvarig ventrikulær repolarisering forekommer en fremtrædende U-bølge, eller et forlænget intervalt-interval kan observeres, når U-bølger overlejres på en T-bølge.
ændringer i EKG-mønstre på grund af et forhøjet kaliumniveau er tydelige i den eksperimentelle indstilling. Imidlertid har mange undersøgelser rapporteret, at disse mønstre ikke er pålidelige klinisk ., Nogle tidligere undersøgelser har rapporteret, at præstationen af kaliumniveauestimering ved hjælp af EKG-oplysninger fra læger var dårlig. Følsomheder af hyperkaliæmi påvisning af to læger var 0.43 og 0.34 ; selv når forsøgspersonerne havde moderat til svær hyperkaliæmi (kalium-niveau >6.5 mmol/L), følsomheder, der var kun 0.62 og 0.55. Ifølge en anden retrospektiv gennemgang var t-bølgeændringer vurderet af en kardiolog heller ikke godt korreleret med serumkaliumniveau, og de fleste T-bølgeændringer var uspecifikke .,
baseret på kendte t-bølgemønstre har andre undersøgelser imidlertid forsøgt at bestemme kaliumniveauer ved hjælp af maskinlæring . Ifølge disse undersøgelser, som omfattede patienter, der får hæmodialyse, enkelt-lead EKG-data (V3, V4, V5 eller), er så præcis som 12-lead EKG-data med rapporterede absolutte fejl på 0,5±0.42 og 0.46±0.39 mmol/L hhv. Disse undersøgelser antyder, at EKG-mønstre, især formen på T-bølgen, kan være nyttige til bestemmelse af serumkaliumniveauer i kliniske omgivelser., Disse undersøgelser har imidlertid den begrænsning, at modellen, der blev anvendt, blev udviklet og valideret med et begrænset antal patienter (26 patienter til udvikling og 19 til validering), og forsøgspersonerne var begrænset til patienter i hæmodialyse.
desuden har ingen undersøgelse efter vores bedste viden direkte evalueret, hvor godt T-waveave-baserede funktioner korrelerer med serumkaliumniveau i den reelle kliniske praksisindstilling., I den foreliggende undersøgelse gennemførte vi kvantitativ evaluering af EKG ‘ er fanget i klinisk praksis i den virkelige verden for at afgøre, om T-bølgebaserede funktioner er nyttige til estimering af serumkaliumniveau i generel klinisk praksis.
2. Metoder
kravet om informeret samtykke blev frafaldet, og undersøgelsen blev godkendt af Ajou University Hospital Institutional Revie.Board (IRB) (IRB-nummer AJIRB-med-MDB-17-273). Vi brugte kun de-identificerede data og analyserede oplysningerne retrospektivt.
2, 1., Data Source
Vi har brugt en klinisk forsknings database, der omfattede patientdemografi, diagnoser, medicin-recepter, og laboratorie testresultater udvundet fra elektroniske patientjournaler på en videregående universitetshospital i Korea (Ajou universitetshospital) mellem September 1994 og December 2017 (Figur 1). Databasen indgår 134,011,566 recepter, 32,956,672 diagnoser, og 278,011,281 laboratorie testresultater fra 2,940,379 patienter.
EKG består typisk af alfanumeriske værdier og kurveform grafer (figur 2(a))., Alfanumeriske værdier inkluderede demografi, patientidentifikationsnummer, Dato for elektrokardiografi og EKG-parametre (RR, intervalst-intervaller osv.). Kurveform grafer er tidsseriedata, der repræsenterer ændringer i elektroniske signaler fra hjertet over et par sekunder. Efter at alle data fra EKG ‘ erne, som blev gemt i PDF-format i det lokale EKG-arkiv (MUSE system-system), blev indsamlet, blev den del, der indeholder bølgeformen, ekstraheret og omdannet til SVG-format ., Derefter konverterede vi vector-og y-koordinaterne for vektorbilleder til en ækvivalent tidsserie (500 datapunkter i sekundet, 500 h.) via lineær interpolation for at bevare et dataformat, der ligner det, der opnås fra sensoren direkte.
2.2., Data Forbehandling
En web-baseret værktøj blev udviklet for at måle amplitude (T-amp; forskellen i millivolt (mV) mellem toppen og enden af T-tak) og den rigtige hældning og T-bølge (T-rigtige hældning, hældningen på den stejleste del af den nedadgående del af T-takken). Dette værktøj hjalp os med at evaluere og effektivt styre måleresultaterne for hvert EKG-signal (figur 2(b)) hurtigt. Værktøjet viser en 3-sekunders EKG bølgeform, så brugeren kan måle T-amp og T-højre hældning., Med hensyn til de 500 udvalgte EKG ‘ er blev T-amp og T-højre hældning på bølgeformerne på fem ledninger (v3, v4, V5, V6 og II) manuelt og uafhængigt målt af to evaluatorer ved hjælp af dette værktøj.
bølgeformer i EKG ‘ erne inkluderede normalt to eller tre slag. Evaluatorer valgte takt for baseline, der var mest stabil og havde mindre støj. T-amp og T-højre hældning blev målt på udvalgte beats. Målinger af forskelle mellem de to evaluatorer, der var større end middel+2 standard standardafvigelse (SD) eller mindre end middel–2.SD, blev udelukket fra yderligere analyse (figur 2(C) og 2(d))., Graden af korrelation mellem de to evaluatorer blev bestemt ved Pearson korrelationskoefficient analyse.
2, 3. Funktionsekstraktion
vi udelukkede EKG ‘ er, som havde uoverensstemmelser i deres fortolkning mellem de to evaluatorer i en eller flere kundeemner. T-amp og T-højre hældningsværdier målt af de to evaluatorer blev gennemsnit og brugt som endelige værdier for T-amp og T-højre hældning af tilsvarende EKG ‘ er. Ifølge følgende formel, som blev brugt til at normalisere funktioner til estimering af serumkaliumniveau i en undersøgelse af .achi et al.,, to funktioner blev normaliseret og integreret i en funktion:
først målte eller beregnede vi de tre funktioner (T-amp, T-højre hældning og T-norm) i hver ledning af EKG ‘ erne. For det andet blev ledningen, der havde den mest fremtrædende T-bølge (den største T-amp) blandt V3, V4 og V6 og II, kaldet Pt, valgt og brugt som det repræsentative træk ved hvert EKG.
2.4. Funktion Evaluering og Statistisk Analyse
En-vejs variansanalyse og Post-Hoc Tyrkiet ‘ s test blev udført for at evaluere forskellen mellem den målte T-amp og T-rigtige hældning værdier mellem forskellige emner., En p-værdi <0, 05 blev betragtet som signifikant.
vi vurderede den lineære korrelation mellem T-bølgefunktioner og det faktiske serumkaliumniveau ved hjælp af Pearson-korrelationskoefficientanalyse. For at udelukke effekten af underliggende sygdomme, som kan påvirke hjerterytmen, gennemførte vi undergruppeanalyse, hvor kun EKG—resultater, der viser normalt EKG (n=191) eller på anden måde normalt EKG (n=40)—den normale EKG-undergruppe-var inkluderet. De detaljerede fortolkningslister over ellers normalt EKG og tællingen pr. fortolkning findes i tabel S1.,MS-s .l 2017 (Microsoft Corp.) blev brugt til datastyring, og R (version 3.2.2, Foundation for Statistical Computing) blev brugt til data forbehandling og statistisk analyse.
3. Resultater
3.1. Datasæt til analyse
T-amp og T-højre hældning fra 500 EKG ‘ er blev målt af to evaluatorer. Målingerne mellem to evaluatorer var godt korrelerede med hensyn til både T-amp og T-højre, som vist i figur 2(C) og 2(d)., Efter at have ekskluderet EKG ‘er, der var uoverensstemmende mellem de to evaluatorer, blev data fra 330 EKG’ er (inklusive 231 EKG ‘ er fra den normale EKG-undergruppe) endelig valgt. Forsøgspersonernes baselinekarakteristika er vist i tabel 1.
absolutte værdier af målt T-amp og T-højre hældning var højest i bly V3 og lavest i bly II for både det samlede antal forsøgspersoner (n=330) og for den normale EKG-undergruppe (n=231). Værdierne var markant højere i prækordiale føre end i bly II i begge grupper (p<0.001).
3, 2., Lineær korrelation mellem T-Bølgebaserede egenskaber og serumkaliumniveauet
3.3. Lineær Korrelation i Normale EKG-Undergruppe
Efter fra unormale ekg ‘er (kun normal ekg’ er eller på anden måde normale ekg ‘er), viste resultaterne, at det samme mønster som dem fra det samlede antal af ekg’ er valgt, svarende til resultaterne i det samlede antal af ekg ‘ er, Pearson korrelationskoefficienter af T-amp var positive og T-rigtige hældning og T-normen var negativ i alle emner., Men der var ingen sammenhæng mellem T-bølge-baserede funktioner og serum-kalium-niveau i denne undergruppe som koefficient værdier varierede fra -0.17 til 0,16 (Figur 3 og Tabel 2).
4. Diskussion
denne undersøgelse vurderede direkte graden af korrelation mellem blodkaliumkoncentration og T-bølgebaserede egenskaber ved EKG ‘ er. Manuelt gennemgik T-bølgebaserede egenskaber ved EKG ‘ er udført i daglig praksis korrelerede ikke med serumkaliumniveau. Desuden opdagede vi i den normale EKG-undergruppe ikke nogen sammenhæng.,
i denne undersøgelse blev T-amp og T-højre hældning fra bølgeformerne på fem ledninger (V3, V4, V5, V6 og II) valgt og evalueret. Bølgeformerne for de fire ledninger (V3-V6) blev anvendt i tidligere undersøgelser til estimering af serumkaliumniveauet. Bly II bruges mest populært til patientovervågning. Vi havde således til formål at evaluere muligheden for at anvende funktionerne i en klinisk indstilling, hvor patienter overvåges, f.eks.,
mønsteret af værdier, der blev ekstraheret som funktioner (T-amp og T-højre hældning fra bly II, v3, v4, V5 og V6), viste velkendte mønstre. Det er kendt, at amplituden af T-bølgen er maksimal i bly V3 . Hertil kommer, at T-takken i prækordiale kundeemner (<10 mm eller <1 mV) er normalt større end i lem (<5 mm eller 0,5 mV) fører ., I vores resultater, at kun mindre end 2% i det samlede patient-gruppen (6 i bly II, 5-føre V3, 5-føre V4, 1 i føre V5, og 0 i føre V6 blandt 330 ekg ‘er) og den normale EKG-undergruppe (2 i bly II, 4 i føre V3, 1 i føre V4, 0 i føre V5, og 0 i føre V6 blandt 231 normale ekg’ er) oversteg 0,5 mV i det ben, bly eller 1 mV i prækordiale kundeemner, hhv., Desuden er den gennemsnitlige værdi af de målte T-amp var højest i V3 og prækordiale kundeemner var væsentligt højere end i de føre lemmer (lead II) i en-vejs variansanalyse og i Post-Hoc Tyrkiet ‘ s test (p<0.001). Det kunne betyde, at de ekstraherede værdier er pålidelige og kunne bruges til yderligere analyse.i lighed med resultaterne fra tidligere forskning udført i kliniske omgivelser havde T-bølgebaserede egenskaber ingen klar sammenhæng med serumkaliumniveau., Ifølge en tidligere undersøgelse blev ændringer i EKG-mønster, der tyder på hyperkalæmi, kun noteret hos 46% af patienterne, hvis kaliumniveau lå mellem 6 og 9, 3 me./l. Flere andre sagsrapporter understøttede også konstateringen af, at signifikante EKG-ændringer ikke er relateret til markant forhøjede kaliumniveauer . Derudover har patienter, vi møder i daglig praksis, forskellige forvirrende faktorer, såsom medicin, comorbiditeter og demografi., Fordi disse forvirrende faktorer kan ændre EKG-data, gør de det vanskeligt at opdage mønstre, der klart er forbundet med serumkaliumniveau. På grund af dette, den følsomhed til påvisning af hyperkaliæmi af to læger i en skadestue var meget lav på 0.43 og 0.34 .
i undergruppeanalysen af normalt EKG eller på anden måde normalt EKG viste resultaterne det samme mønster uden sammenhæng mellem T-bølgefunktioner og serumkaliumniveau. Vi mener, at dette ikke kan skyldes forurening med unormale EKG ‘ er., Selvom vi selektivt anvendte serumkaliumniveaubestemmelsesmodellen til normalt EKG, kan det være vanskeligt at få pålidelig ydelse.
Zachi et al. forsøgte også at estimere serumkaliumniveau baseret på T-bølgefunktioner, og estimeringsydelsen faldt, da den udviklede model blev anvendt på en anden uafhængig testgruppe . Højere ydelse blev observeret, når estimeringsmodellen blev anvendt på de patienter, der blev brugt til modeludvikling, men på forskellige tidspunkter., Denne konstatering antyder, at unikke EKG-mønstre er forårsaget af forskellige egenskaber hos hver patient; derfor bør en personlig model snarere end en, der generelt kan anvendes, udvikles.
den dybe læringsmetode kan være en alternativ model. Deep learning, en maskinlæringsmodel, har vist sig som det mest populære design i forskellige applikationer, herunder computersyn og naturlig sprogbehandling., Især kan konvolutionelle neurale netværk fungere som funktionsekstraktorer fra data , selv i mangel af forudgående kendskab til domænet, og den tilbagevendende neurale netværksmodel identificerer tidsmæssige afhængigheder i tidsserieproblemer . Feature udvinding og tid afhængigheder kan effektivt fanget ved at kombinere begge modeller. Hvis den dybe læringsbaserede model anvendes, kan mere forskellige og komplekse funktioner udvindes fra EKG.
vores undersøgelse har nogle begrænsninger., Først, T-amp og T-højre hældning blev målt manuelt snarere end automatisk, fordi der har været problemer med at bestemme slutningen af T-bølgen. Fordi slutningen af T-bølgen transiterer meget langsomt fra omkring signalet, er lokalisering af slutningen af T-bølgen et af de mest udfordrende spørgsmål i evalueringen af EKG-bølgeformen . Ved at have to uafhængige evaluatorer udføre målingerne og derefter kun bruger accordant resultater, vi forsøgte at sikre pålideligheden af vores resultater. For det andet var længden af den bølgeform, der blev brugt i undersøgelsen, kort (cirka 3 sekunder)., Vores data kan være relativt begrænsede og mindre tolerante over for støj eller artefakter. Endelig overvejede vi ikke andre EKG-mønstre, såsom wideningrs-udvidelse eller p-bølgefladning, som også kan observeres ved hyperkalæmi. Imidlertid er T-bølgeændring kendt som det mest repræsentative og tidligste tegn på hyperkalæmi.
5., Konklusioner
Som det fremgår af resultater fra tidligere forskning, at vores undersøgelse viste også, at T-bølge-baserede funktioner, ikke var korreleret med serum-kalium niveauer i den virkelige verden klinisk praksis i den koreanske befolkning, selv i den normale EKG-undergruppe, vi kunne ikke påvise nogen sammenhæng. Derfor er brugen af disse funktioner i estimeringen af serumkaliumniveau i reel klinisk praksis meget begrænset.
datatilgængelighed
data for måling af T-bølgebaserede funktioner, der bruges til at understøtte resultaterne af denne undersøgelse, er inkluderet i den supplerende informationsfil.,
interessekonflikter
forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.
Tak
Denne forskning blev støttet af tilskud fra Korea Health Technology R&U-Projekt gennem Korea Health Industry Development Institute (KHIDI), der finansieres af Ministeriet for Sundhed & Velfærd, Republikken Korea (Bevilling nr. HI16C0982 og HI17C0970).