absztrakt
háttér. A halálos szívritmuszavarhoz vezető hiperkalémia megfelelő kezelése fontosabbá vált a hyperkalemia-hajlamos betegségek fokozott prevalenciája miatt. Bár a hiperkalémia T-hullámváltozásai jól ismertek, hasznosságuk vitatható., Megvizsgáltuk, hogy az elektrokardiogramok (ECGs) T-hullám alapú jellemzői mennyire korrelálnak a becsült szérum káliumszintekkel a valós klinikai gyakorlat EKG-adatai alapján. Módszerek. 1994-től 2017-ig egy helyi EKG adattárból (MUSE™) gyűjtöttük össze az ECG hullámformákat. Körülbelül 1 millió jelentés közül 124 238-at végeztek a szérum káliumszint becslésére szolgáló vérgyűjtés előtt vagy után 5 percen belül. Véletlenszerűen 500 ECGs-t választottunk ki, és két kiértékelő mérte meg a T-hullám amplitúdóját (T-amp) és jobb lejtését (t-jobb lejtő) öt vezető hullámformán (V3, V4, V5, V6 és II)., A T-amp, T-jobb lejtés lineáris korrelációját, valamint normalizált tulajdonságukat (t-norm) a szérum káliumszinttel a Pearson korrelációs együttható elemzésével értékelték. Eredmények. A Pearson korrelációs együtthatói a T-hullám alapú tulajdonságokra a szérum káliummal a két értékelő között a T-amp esetében 0,99, a T-jobb lejtőn pedig 0,97 voltak. A T-amp, A T-jobb lejtő és a T-norm, valamint a szérum kálium közötti összefüggés együtthatója -0,22-0,02 között mozgott., A normál EKG alcsoportban (normál EKG vagy más módon normál EKG) nem volt összefüggés a T-hullám alapú jellemzők és a szérum káliumszint között. Következtetések. A T-hullám alapú jellemzők nem korreláltak a szérum káliumszinttel, és a valódi klinikai gyakorlatban történő alkalmazásuk jelenleg korlátozott.
1. Bevezetés
a Hyperkalemia egy elektrolit-zavar, amely halálos szívritmuszavarhoz vezethet., A hiperkalémia megfelelő kezelése fontosabbá vált a hiperkalémiára hajlamos betegségek, például diabetes mellitus, koszorúér-betegség, krónikus vesebetegség megnövekedett prevalenciája miatt . A hyperkalaemia és a hypokalaemia vagy a káliumszint ingadozása a mortalitás és az életveszélyes arrhythmiák fokozott kockázatával jár . Ezenkívül a morbiditás, a kórházi ápolás és a halál a vese-vagy szívbetegségben szenvedő betegek káliumszintjének kisebb változásait is követheti .
a betegség kezelésére használt kulcsfontosságú gyógyszerek közül sok megváltoztatja a szérum káliumszintet., A renin-angiotenzin-aldoszteron rendszerre irányuló gyógyszerek a szív-és érrendszeri betegségek kezelésének vagy a krónikus vesebetegség progressziójának megelőzésének alapját képezték. A nyolcadik vegyes Nemzeti Bizottság iránymutatásai az aldoszteron receptor blokkolókat kulcsfontosságú gyógyszerekként javasolják a szívelégtelenség másodlagos megelőzésére, mivel az aldoszteron antagonisták csökkenthetik a szívelégtelenség miatti halálozást . Ironikus azonban, hogy az aldoszteron antagonisták alkalmazása növeli a hiperkalémia okozta mortalitást, ami hangsúlyozza a hiperkalémia megfelelő kezelésének fontosságát ., A nem szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszerek más gyógyszerek, amelyek súlyos hiperkalémiát okoznak,de megfelelő elektrolitszint-ellenőrzés nélkül adják be. Ezenkívül más kockázatok is társulnak a káliumban gazdag ételekhez, amelyek gyakran végzetesek lehetnek végstádiumú vesebetegségben szenvedő betegeknél.
az elektrokardiogram (EKG) mintázatának változásai ismerten közvetlenül kapcsolódnak a szérum káliumszinthez . Az enyhe-közepes hyperkalaemia PR-intervallum megnyúláshoz és csúcs T-hullámok kialakulásához vezethet. A súlyos hiperkalémia a QRS komplex kiszélesedését okozhatja., Hipokalémiában szenvedő betegeknél lapos vagy fordított t-hullámokat, U hullámot, st depressziót, széles PR-intervallumot figyeltek meg. Az elhúzódó kamrai repolarizáció miatt kiemelkedő U hullám fordul elő, vagy hosszabb QT-intervallum figyelhető meg, ha az U hullámokat t-hullámra helyezik.
az EKG-minták emelkedett káliumszint miatt bekövetkező változásai a kísérleti környezetben egyértelműek. Számos tanulmány azonban arról számolt be, hogy ezek a minták klinikailag nem megbízhatóak ., Néhány korábbi tanulmány arról számolt be, hogy az orvosok EKG-adatait használó káliumszint-becslés teljesítménye gyenge volt. A érzékenységét, hyperkalaemia észlelési két orvosok voltak 0.43, valamint 0.34 ; akkor is, ha az érintettek közepes, illetve súlyos hyperkalaemia (kálium-szint >6.5 mmol/L), az érzékenység csak 0.62, valamint 0.55. Egy másik retrospektív áttekintés szerint a kardiológus által értékelt T-hullámváltozások szintén nem voltak jól korreláltak a szérum káliumszinttel, és a legtöbb T-hullámváltozás nem specifikus volt .,
ismert t-hullámminták alapján azonban más tanulmányok megkísérelték meghatározni a káliumszintet gépi tanulás segítségével . Ezek szerint a vizsgálatban részt vevő betegek hemodialízis, egy-elvezetéses EKG adatok (V3, V4, vagy V5) olyan pontos, mint 12-elvezetéses EKG adatok jelentett abszolút hibák 0,5±0.42 0,46±0.39 mmol/L , ill. Ezek a vizsgálatok arra utalnak, hogy az EKG-minták, különösen a T-hullám alakja, hasznosak lehetnek a szérum káliumszint meghatározásában klinikai körülmények között., Azonban ezeknek a vizsgálatoknak az a korlátja, hogy az alkalmazott modellt korlátozott számú beteg (26 fejlesztés alatt álló beteg és 19 validálás) esetében fejlesztették ki és validálták, és az alanyok csak hemodialízisben részesülő betegekre korlátozódtak.
továbbá, a legjobb tudásunk szerint egyetlen tanulmány sem értékelte közvetlenül, hogy a T-hullám alapú jellemzők mennyire korrelálnak a szérum káliumszinttel a valódi klinikai gyakorlatban., A jelen tanulmányban a valós klinikai gyakorlatban rögzített ECG-k mennyiségi értékelését végeztük annak meghatározására, hogy a T-hullám alapú jellemzők hasznosak-e a szérum káliumszint becsléséhez az általános klinikai gyakorlatban.
2. Módszerek
lemondtak a beleegyezés követelményéről, és a vizsgálatot az Ajou Egyetemi Kórház intézményi felülvizsgálati Bizottsága (IRB) hagyta jóvá (IRB szám AJIRB-MED-MDB-17-273). Csak azonosítatlan adatokat használtunk, és visszamenőlegesen elemeztük az információkat.
2.1., Adatforrás
klinikai kutatási adatbázist használtunk, amely tartalmazza a betegek demográfiai adatait, diagnózisait, gyógyszer-receptjeit és laboratóriumi vizsgálati eredményeit, amelyeket a koreai felsőfokú Oktató Kórház (Ajou Egyetemi Kórház) elektronikus egészségügyi nyilvántartásából vontak ki 1994 szeptembere és 2017 decembere között (1.ábra). Az adatbázis tartalmazza 134,011,566 recepteket, 32,956,672 diagnózis, valamint 278,011,281 laboratóriumi vizsgálati eredményei 2,940,379 betegek.
az EKG jellemzően alfanumerikus értékekből és hullámforma grafikonokból áll (2.ábra a))., Az alfanumerikus értékek közé tartozott a demográfia, a beteg azonosító száma, az elektrokardiográfia időpontja, valamint az EKG paraméterek (RR, QT intervallumok stb.). A hullámforma grafikonok idősoros adatok, amelyek a szívből származó elektronikus jelek néhány másodperc alatt bekövetkező változásait mutatják. Miután összegyűjtöttük az ECGs-ből származó összes adatot, amelyet PDF formátumban tároltunk a helyi EKG adattárban (MUSE™ rendszer), a hullámformát tartalmazó részt kivontuk, majd SVG formátumba alakítottuk át ., Ezt követően a vektoros képek x – és y-koordinátáit egyenértékű idősorokká (másodpercenként 500 adatpont, 500 Hz) alakítottuk át lineáris interpolációval, hogy az érzékelőtől közvetlenül kapott adatformátumhoz hasonló adatformátumot tároljunk.
A körülbelül 1 millió összegyűjtött Ekg, 124,238 kapott 5 percen belül (időablak), mielőtt vagy miután a vérvétel a szérum kálium-becslés. Ezek közül véletlenszerűen 500 ECGs-t választottunk ki a kézi értékeléshez.
2.2., Adat előfeldolgozás
egy web – alapú eszközt fejlesztettek ki a T-hullám amplitúdójának (T-amp; A millivoltok (MV) különbsége a csúcs és a T-hullám vége között) és a T-hullám jobb lejtőjének (t-jobb lejtő; a lejtés a T hullám csökkenő részének legmeredekebb részén) mérésére. Ez az eszköz segített az egyes EKG-jelek mérési eredményeinek gyors értékelésében és hatékony kezelésében (2.ábra B)). Az eszköz egy 3 másodperces EKG hullámformát jelenít meg, amely lehetővé teszi a felhasználó számára a T-amp és T-jobb lejtés mérését., Kapcsolatban 500 kiválasztott Ekg, T-amp, valamint a T-pont lejtőn a hullámformák öt vezet (V3, V4, V5, V6-os, illetve II) kézzel függetlenül által mért két értékelők használja ezt az eszközt.
az ECGs hullámformái általában két vagy három ütést tartalmaztak. Az értékelők az alapvonal legstabilabb ütemét választották ki, kevesebb zajjal. A T-amp és a T-jobb lejtést a kiválasztott ütemeken mértük. A további elemzésből kizárták a két értékelő közötti, az átlag+2×standard deviációnál (SD) nagyobb vagy az átlag–2×SD-nél kisebb különbségek mérését (2.C) és 2. D) ábra)., A két értékelő közötti korreláció mértékét a Pearson korrelációs együttható elemzése határozta meg.
2.3. Feature Extraction
kizártuk az ECG-ket, amelyek értelmezésében eltérések voltak a két értékelő között egy vagy több vezetésben. A két értékelő által mért T-amp és T-jobb lejtési értékeket átlagolták és a megfelelő ECGs T-amp és T-jobb lejtésének végső értékeként használták. A következő képlet szerint, amelyet a szérum káliumszint becslésére szolgáló jellemzők normalizálására használtak a zachi et al., két jellemzők normalizált, valamint integrált egyik jellemzője:
Először is, mért vagy számított három funkciók (T-amp, T-jó lejtő, valamint a T-norma) minden vezető az Ekg. Másodszor, a vezető, hogy volt a legjelentősebb T-hullám (a legnagyobb T-amp) között V3, V4, V6, és II, nevű Pt, választották ki, és használják, mint a reprezentatív jellemzője minden EKG.
2.4. Jellemzőértékelés és statisztikai elemzés
a variancia egyirányú elemzése és a post-Hoc Tukey tesztje a mért T-amp és T-jobb lejtési értékek közötti különbség értékelésére került sor a különböző vezetékek között., A p-érték <0, 05 szignifikánsnak tekinthető.
a T-hullám jellemzői és a szérum káliumszint közötti lineáris korrelációt Pearson korrelációs együttható analízissel értékeltük. Az alapbetegségek hatásának kizárása érdekében, amelyek befolyásolhatják a szívritmust, alcsoport elemzést végeztünk, amelyben csak a normál EKG (n=191) vagy más normál EKG (n=40)—a normál EKG alcsoport—szerepelt. Az egyébként normál EKG részletes értelmezési listáját és az értelmezésenkénti számozást az S1 táblázat tartalmazza.,
MS-SQL 2017 (Microsoft Corp.) adatkezelésre, R (version 3.2.2, Foundation for Statistical Computing) adatfeldolgozásra és statisztikai elemzésre használták.
3. Eredmények
3.1. A
T-amp és T-jobb lejtés elemzésére szolgáló adatkészleteket két értékelő mérte. A két értékelő közötti mérések jól korreláltak mind a T-amp, mind a t-right tekintetében, amint azt a 2.C) és a 2. D) ábra mutatja., Kizárása után Ekg, hogy discrepant, a kettő között értékelők, adatokat 330 Ekg (beleértve 231 így készült a normál EKG alcsoport) végül kiválasztott. Az alanyok kiindulási jellemzőit az 1. táblázat mutatja.
a mért T-amp és T-jobb lejtés abszolút értékei az ólom V3-ban voltak a legmagasabbak, a legalacsonyabb pedig a II. ólomban mind a vizsgálati alanyok száma (n=330), mind a normál EKG-alcsoport (n=231) esetében. Az értékek szignifikánsan magasabbak voltak a prekordiális ólomban, mint az ólom II-ben mindkét csoportban (p<0, 001).
3.2., Lineáris korreláció a T-hullám alapú jellemzők és a szérum káliumszint
3.3 között. Lineáris Korrelációs Normál EKG Alcsoport
kizárása Után kóros Ekg (csak normál Ekg vagy más normális Ekg), az eredmények azt mutatták, hogy a minta ugyanaz, mint azok száma, az így készült kiválasztott; hasonló találatok száma Ekg, a Pearson korrelációs együtthatók a T-amp pozitív volt, valamint a T-pont lejtőn, valamint a T-norma negatív volt minden vezet., Ebben az alcsoportban azonban nem volt összefüggés a T-hullám alapú jellemzők és a szérum káliumszint között, mivel az együttható értékek -0,17-0,16 között mozogtak (3.ábra és 2. táblázat).
4. Vita
Ez a vizsgálat közvetlenül értékelte a vér káliumkoncentrációja és az ECGs T-hullám alapú jellemzői közötti korreláció mértékét. A napi gyakorlatban végzett ECG-k manuálisan felülvizsgált T-hullám alapú jellemzői nem korreláltak a szérum káliumszinttel. Sőt, a normál EKG alcsoportban Nem találtunk összefüggést.,
ebben a vizsgálatban az öt vezető (V3, V4, V5, V6 és II) hullámformáinak T-amp és T-jobb lejtését választották ki és értékelték. A négy vezető (V3-V6) hullámformáit a korábbi vizsgálatokban a szérum káliumszint becslésére használták. Az ólom II-t a betegek monitorozásában használják a legnépszerűbben. Így arra törekedtünk, hogy értékeljük annak lehetőségét, hogy a funkciókat olyan klinikai környezetben alkalmazzuk, ahol a betegeket megfigyelik, például egy intenzív osztályon.,
az értékek mintája, amelyet jellemzőként extraháltak (T-amp és T-jobb lejtés az ólom II-ből, V3, V4, V5 és V6-ból), jól ismert mintákat mutatott. Ismeretes, hogy a T hullám amplitúdója maximális az ólom V3-ban . Ezenkívül a T hullám a prekordiális vezetékekben (<10 mm vagy <1 mV) általában nagyobb, mint a végtagban (<5 mm vagy 0,5 mV) vezet ., Az eredmények, csak kevesebb, mint 2% – a, a teljes betegcsoportban (6 vezető II., 5. vezesd a 3-as, 5-vezető V4, 1 vezető V5, 0, az ólom-V6 között 330 Ekg), valamint a normál EKG alcsoport (2 vezető II., 4. ólom V3, 1 vezető V4, 0, az ólom-V5, 0, az ólom-V6 között 231 normális Ekg) meghaladta a 0,5 mV a végtag vezető vagy az 1 mV a precordial vezet, ill., Ezenkívül a mért T-amp átlagos értéke a v3-ban volt a legmagasabb, és a prekordiális vezetéké lényegesen magasabb, mint a végtagi ólomé (lead II) a variancia egyirányú elemzésében és a post-Hoc Tukey tesztjében (p<0,001). Ez azt jelentheti, hogy az extrahált értékek megbízhatóak, és felhasználhatók további elemzésre.
a klinikai környezetben végzett korábbi kutatások eredményeihez hasonlóan a T-hullám alapú jellemzők nem voltak egyértelmű kapcsolatban a szérum káliumszinttel., Egy korábbi vizsgálat szerint az EKG-mintázat változásait, amelyek hiperkalémiára utalnak, csak a betegek 46% – ánál figyelték meg, akiknek káliumszintje 6-9, 3 mEq/L között mozgott . Számos más esettanulmány is alátámasztotta azt a megállapítást, hogy a jelentős EKG-változások nem kapcsolódnak a jelentősen megemelkedett káliumszinthez . Ezen túlmenően, a betegek találkozunk a napi gyakorlatban különböző zavaró tényezők, mint például a gyógyszerek, társbetegségek, demográfiai., Mivel ezek a zavaró tényezők megváltoztathatják az EKG-adatokat, megnehezítik a szérum káliumszinthez egyértelműen társuló minták felfedezését. Emiatt a hiperkalémia észlelésének érzékenysége két sürgősségi osztályon dolgozó orvosnál nagyon alacsony volt 0,43 – nál és 0,34-nél .
a normál EKG vagy más módon normál EKG alcsoport analízisében az eredmények azt mutatták, hogy a T-hullám jellemzői és a szérum káliumszint között nincs korreláció. Úgy gondoljuk, hogy ez nem lehet az abnormális EKG-k által okozott szennyeződés miatt., Bár szelektíven alkalmaztuk a szérum káliumszint-meghatározási modellt a normál EKG-ra, nehéz lehet megbízható teljesítményt elérni.
Zachi et al. a szérum káliumszint T-hullám jellemzői alapján történő becslését is megkísérelték, a becslési teljesítmény pedig csökkent, amikor a kifejlesztett modellt egy másik független tesztcsoportra alkalmazták . Nagyobb teljesítményt figyeltek meg, amikor a becslési modellt alkalmazták azokra a betegekre, akiket modellfejlesztésre használtak, de különböző időpontokban., Ez a megállapítás azt sugallja, hogy az egyedi EKG-mintákat az egyes betegek különböző jellemzői okozzák; ezért inkább személyre szabott modellt kell kidolgozni, mint általában alkalmazható modellt.
a mély tanulási megközelítés alternatív modell lehet. A deep learning, egy gépi tanulási modell a legnépszerűbb dizájn a különböző alkalmazásokban, beleértve a számítógépes látást és a természetes nyelvfeldolgozást., Különösen a konvolúciós neurális hálózatok működhetnek jellemzőként az adatokból még a domain előzetes ismerete hiányában is , a visszatérő neurális hálózati modell pedig az idősorok problémáinak időbeli függőségeit azonosítja . Feature extraction and time dependencies can be effectively captured by combining both models. Ha a mély tanulás-alapú modellt használjuk, akkor az EKG-ból változatosabb és összetettebb funkciók vonhatók ki.
tanulmányunknak vannak bizonyos korlátai., Először is, a T-amp és T-jobb meredekséget nem automatikusan, hanem manuálisan mértük, mert problémák merültek fel a T-hullám végének meghatározásával kapcsolatban. Mivel a T-hullám vége nagyon lassan halad át a jel körül, a T-hullám végének megkeresése az egyik legnagyobb kihívást jelentő kérdés az EKG hullámforma értékelésében . Azzal, hogy két független Értékelő végezte el a méréseket, majd csak accordant eredményeket használtunk, megpróbáltuk biztosítani eredményeink megbízhatóságát. Másodszor, a vizsgálatban használt hullámforma hossza rövid volt (körülbelül 3 másodperc)., Adataink viszonylag korlátozottak és kevésbé toleránsak lehetnek a zajjal vagy a tárgyakkal szemben. Végül nem vettük figyelembe más EKG-mintákat, például a QRS kiszélesedését vagy a P hullám simítását, ami szintén megfigyelhető a hiperkalémiában. A T-hullám változása azonban a hiperkalémia legreprezentatívabb és legkorábbi jele.
5., Következtetések
Mint látható, a megállapítások a korábbi kutatások, a tanulmány azt is kimutatta, hogy a T-hullám-alapú szolgáltatások nem korrelál a szérum kálium szint a valós klinikai gyakorlatban a koreai lakosság; még a normális EKG alcsoport, nem tudtunk mérni bármilyen összefüggés. Ezért ezeknek a jellemzőknek a használata a szérum káliumszint becslésében a valós klinikai gyakorlatban nagyon korlátozott.
az adatok rendelkezésre állása
a vizsgálat eredményeit alátámasztó T-hullám alapú jellemzők mérésének adatai szerepelnek a kiegészítő információs fájlban.,
összeférhetetlenség
a szerzők nem nyilvánítanak összeférhetetlenséget.
elismerések
ezt a kutatást a Korea Health Technology r&D projekt támogatta a Korea Health Industry Development Institute (KHIDI) által, amelyet az Egészségügyi Minisztérium finanszírozott & jóléti, Koreai Köztársaság (Grant nos. HI16C0982 és HI17C0970).