Abstrakt
Bakgrunn. Riktig håndtering av hyperkalemi som fører til fatale hjertearytmi har blitt mer viktig på grunn av den økte utbredelsen av hyperkalemi utsatt for sykdommer. Selv om T-bølge endringer i hyperkalemi er kjent for sine nytten er diskutabel., Vi vurdert hvor godt T-bølge-baserte funksjoner av electrocardiograms (ECGs) er korrelert med anslått serum kalium ved hjelp av EKG-data fra den virkelige verden klinisk praksis. Metoder. Vi samlet inn ECGs fra en lokal EKG-repository (MUSE™) fra 1994 til 2017 og hentet den EKG-kurver. Av om lag 1 million rapporter, 124,238 ble gjennomført i løpet av 5 minutter før eller etter blodprøvetaking for serum kalium estimering. Vi tilfeldig valgt 500 ECGs og to evaluatorer målt amplitude (T-amp) og høyre skråningen av T-bølgen (T-høyre skråningen) på fem føre bølgeformer (V3, V4, V5, V6, og II)., Lineære sammenhenger av T-amp, T-høyre skråningen, og deres normalisert funksjon (T-norm) med serum kalium ble evaluert ved hjelp av Pearson korrelasjonskoeffisient analyse. Resultat. Pearson korrelasjon koeffisienter for T-bølge-baserte funksjoner med serum kalium mellom de to evaluatorer var 0.99 for T-amp og 0.97 for T-høyre skråningen. Koeffisienten for sammenhengen mellom T-amp, T-høyre skråningen, og T-norm, og serum kalium varierte fra -0.22 til 0,02., I normal EKG undergruppe (normal EKG eller ellers normalt EKG), det var ingen korrelasjon mellom T-bølge-baserte funksjoner og serum kalium nivå. Konklusjon. T-bølge-baserte funksjoner var ikke korrelert med serum kalium nivå, og deres bruk i det virkelige klinisk praksis er i dag begrenset.
1. Innledning
Hyperkalemi er en elektrolytt sinnsforvirring som kan føre til fatale hjertearytmi., Riktig håndtering av hyperkalemi har blitt mer viktig på grunn av den økte utbredelsen av hyperkalemi utsatt for sykdommer, for eksempel diabetes mellitus, coronary arterien sykdom og kronisk nyresykdom . Hyperkalemi og hypokalemi eller svingninger i kalium nivåer er assosiert med en økt risiko for dødelighet og livstruende arytmier . Videre, sykdom, sykehusinnleggelse og død kan følge selv mindre endringer i kalium nivå hos pasienter med nyre-eller hjertesykdom .
Mange av de viktigste medikamenter som brukes for sykdom behandling endre serum kalium., Medikamenter rettet mot renin-angiotensin-aldosteron-systemet har vært bærebjelken i behandling for hjerte-og karsykdommer eller for forebygging av kronisk nyresykdom progresjon. Den Åttende Felles Nasjonale Komiteen retningslinjer anbefaler aldosteron-reseptorblokkere som viktige legemidler for sekundær forebygging av hjertesvikt fordi aldosteron-antagonister kan redusere dødelighet på grunn av hjertesvikt . Men, det er ironisk at bruk av aldosteron antagonister øker dødelighet på grunn av hyperkalemi, noe som understreker viktigheten av riktig håndtering av hyperkalemi ., Ikke-steroide anti-inflammatoriske legemidler er andre medisiner som forårsaker alvorlig hyperkalemi, men administreres uten skikkelig elektrolytt nivå overvåking. I tillegg, andre risikoer som er forbundet med kalium-rik mat, som ofte kan være dødelig i pasienter med end-stage renal disease.
Endringer i elektrokardiogram (EKG) mønstre er kjent for å være direkte forbundet med serum kalium . Mild til moderat hyperkalemi kan føre til PR-intervall forlengelse og utvikling av peak T-bølger. Alvorlig hyperkalemi kan oppstå på QRS-komplekset til å utvides., Flat eller omvendt T-bølger, en U-bølgen, ST depresjon, og et bredt PR-intervall er observert hos pasienter med hypokalemi. På grunn av langvarig ventrikulære repolarization, en fremtredende U bølge oppstår, eller en forlenget QT intervall kan bli observert når U-bølger er lagt på en T-bølge.
Endringer i EKG-mønstre som følge av en forhøyet kalium nivå er tydelige i den eksperimentelle settingen. Men mange studier har rapportert at disse mønstrene er ikke pålitelig klinisk ., Noen tidligere studier har rapportert at resultatene av kalium nivå estimering ved hjelp av EKG beskjed av leger var dårlig. Den overfølsomhet av hyperkalemi deteksjon av to leger var 0.43 og 0.34 ; selv når motivet hadde moderat til alvorlig hyperkalemi (kalium nivå >6.5 mmol/L), problemområdene var bare 0.62 og 0.55. I henhold til en annen retrospektiv gjennomgang, T-bølge endringer vurderes av en kardiolog ble heller ikke godt korrelert med serum kalium nivå, og de fleste T-bølge endringer var uspesifikke .,
Basert på kjente T-bølge mønstre, men andre studier har forsøkt å finne ut kalium med maskinlæring . I henhold til disse studier som involverer pasienter som gjennomgår hemodialyse, enkelt-føre EKG-data (V3, V4, V5 eller) er så presis som 12-føre EKG-data med rapportert absolutte feil på 0,5±0.42 og 0.46±0.39 mmol/L , henholdsvis. Disse studiene tyder på at EKG-mønstre, spesielt i form av T-bølgen, kan være nyttig i vurderingen av serum-kaliumnivået i kliniske settinger., Men disse studiene har den begrensning at den modellen som ble ansatt ble utviklet og validert med et begrenset antall pasienter (26 pasienter for utvikling og 19 for validering), og fagene var begrenset til pasienter på hemodialyse.
Videre, til det beste av vår kunnskap, ingen studier har direkte evaluert hvordan T-bølge-baserte funksjoner korrelerer med serum kalium nivå i den virkelige klinisk praksis innstillingen., I den foreliggende studien, vi gjennomført kvantitativ evaluering av ECGs fanget i den virkelige verden klinisk praksis for å finne ut om T-bølge-baserte funksjoner er nyttige for å estimere serum kalium nivå i vanlig klinisk praksis.
2. Metoder
kravet om informert samtykke ble frafalt og studien ble godkjent av Ajou universitetssykehus Institutional Review Board (IRB) (IRB-nummer AJIRB-MED-MDB-17-273). Vi bare brukt de identifiserte data og analysert informasjon i ettertid.
2.1., Data Source
Vi har brukt et klinisk forskning database som inkluderte pasientdemografi, diagnoser, bedøve resepter, og laboratorium testresultater ekstrahert fra de elektroniske helse registreringer av en universitets-og universitetssykehus i Korea (Ajou universitetssykehus) mellom September 1994 og desember 2017 (Figur 1). Databasen inkludert 134,011,566 resepter, 32,956,672 diagnoser, og 278,011,281 laboratorium testresultater fra 2,940,379 pasienter.
– >
EKG består vanligvis av alfanumeriske verdier og bølgeform grafer (Figur 2(a))., Alfanumeriske verdier inkludert demografi, pasientens id-nummer, dato for electrocardiography, og EKG-parametere (RR, QT-intervall, etc.). Waveform grafene er tidsserier av data som representerer endringer i elektroniske signaler fra hjertet i løpet av et par sekunder. Etter at alle data fra ECGs, som ble lagret i PDF-format i den lokale EKG-repository (MUSE™ – systemet), ble samlet inn, den delen som inneholder bølgeform ble hentet og forvandlet til SVG-format ., Senere, vi har konvertert x – og y-koordinatene til en vektor bilder inn i et like langt tid serie (500 data poeng per sekund, 500 Hz) via lineær interpolering for å beholde et dataformat som ligner den som er innhentet fra sensor som er rett.
– >
om lag 1 million samlet ECGs, 124,238 ble oppnådd innen 5 minutter (tiden vindu) før eller etter blodprøvetaking for serum kalium estimering. Av disse, har vi en tilfeldig valgt 500 ECGs for manuell vurdering.
2.2., Data Preprosessering
Et web-basert verktøy som ble utviklet for å måle amplitude (T-amp; forskjellen i millivolts (mV) mellom topp og slutten av T-bølgen) og høyre skråningen av T-bølgen (T-høyre skråningen; skråningen på den bratteste delen av synkende del av T-bølge). Dette verktøyet hjalp oss med å evaluere og effektivt administrere måling av resultater av hver EKG-signalet (Figur 2(b)) raskt. Verktøyet viser en 3-andre EKG-bølgeformen, slik at den bruker for å måle T-amp-og T-høyre skråningen., Om 500 valgt ECGs, T-amp-og T-høyre skråningen på bølgeformer av fem fører (V3, V4, V5, V6, og II) var manuelt og uavhengig målt ved to evaluatorer ved hjelp av dette verktøyet.
Bølgeformer i ECGs vanligvis tatt to eller tre runder. Evaluatorer valgt beat of the baseline som var mest stabil og hadde mindre støy. T-amp-og T-høyre skråningen ble målt på utvalgte beats. Målinger av forskjellene mellom de to evaluatorer som var større enn bety+2×standardavvik (SD) eller mindre enn bety–2×SD ble ekskludert fra videre analyser (Figur 2(c) og 2(d))., Graden av korrelasjon mellom de to evaluatorer ble bestemt ved Pearson korrelasjonskoeffisient analyse.
2.3. Egenskapsuttrekking
Vi ekskludert ECGs, som hadde avvik i deres tolkning mellom de to evaluatorer i ett eller flere emner. T-amp-og T-høyre skråningen verdier målt av to evaluatorer var i gjennomsnitt og brukt som endelige verdier av T-amp-og T-høyre skråningen av tilsvarende ECGs. I henhold til følgende formel, som ble brukt til å normalisere funksjoner for å estimere serum kalium nivå i en studie av Zachi et al., to funksjonene ble normalisert og integrert i en funksjon:
for det Første, vi målt eller beregnet tre funksjoner (T-amp, T-høyre skråningen, og T-norm) i hvert føre til ECGs. For det andre, den leder som hadde den mest fremtredende T-bølge (den største T-amp) blant V3, V4 og V6 og II, heter Pt, ble valgt og brukt som den representative funksjonen av hver EKG.
2.4. Funksjonen Evaluering og Statistisk Analyse
En-veis analyse av varians og Post-Hoc Tukey ‘ s test ble utført for å evaluere forskjellen mellom målt T-amp-og T-høyre skråningen verdier mellom ulike emner., En p-verdi <0.05 ble vurdert som vesentlig.
Vi har vurdert lineær korrelasjon mellom T-bølge funksjoner og den faktiske serum kalium nivå ved hjelp av Pearson korrelasjonskoeffisient analyse. For å utelukke effekten av underliggende sykdommer, noe som kan påvirke hjerte-rytme, og vi gjennomførte undergruppe analyse som bare EKG-resultater som viser normal EKG (n=191) eller ellers normalt EKG (n=40)—normal EKG-undergruppe—var inkludert. Detaljert tolkning lister av ellers normalt EKG og teller per tolkning er gitt i Tabell S1.,
MS-SQL-2017 (Microsoft Corporation) ble brukt for data management og R (versjon 3.2.2, Grunnlaget for Statistical Computing) ble brukt for data preprosessering og statistisk analyse.
3. Resultater
3.1. Datasett for Analyse
T-amp-og T-høyre skråningen fra 500 ECGs ble målt ved to evaluatorer. Målingene mellom to evaluatorer var godt korrelert både i forhold til T-amp-og T-høyre, som vist i figur 2(c) og 2(d)., Etter å ekskludere ECGs som var stor uoverensstemmelse mellom de to evaluatorer, data fra 330 ECGs (inkludert 231 ECGs fra det normale EKG undergruppe) ble til slutt valgt. Baseline karakteristikker av personer er vist i Tabell 1.
Absolutte verdier målt T-amp-og T-høyre skråningen var høyest i føre V3 og lavest i føre II for både det totale antall personer (n=330) og for normal EKG undergruppe (n=231). Verdiene var vesentlig høyere i prekordiale føre enn i føre II i begge gruppene (p<0.001).
3.2., Lineær Korrelasjon mellom T-Bølge-Baserte Funksjoner og Serum Kalium Nivå
3.3. Lineær Korrelasjon i Normal EKG Undergruppe
Etter å ekskludere unormal ECGs (bare vanlig ECGs eller ellers normal ECGs), resultatene viste samme mønster som de fra totalt antall ECGs valgt; i likhet med resultatene i det totale antallet ECGs, Pearson korrelasjon koeffisienter av T-amp var positive, og de av T-høyre skråningen og T-norm var negativ i alle emner., Det var imidlertid ingen sammenheng mellom T-bølge-baserte funksjoner og serum kalium nivå i denne undergruppen som koeffisient verdiene varierte fra -0.17 å 0.16 (Figur 3 og Tabell 2).
4. Diskusjon
Denne studien direkte vurdert graden av korrelasjon mellom blod kalium konsentrasjon og T-bølge-baserte funksjoner av ECGs. Manuelt gjennomgått T-bølge-baserte funksjoner av ECGs gjennomført i daglig praksis ikke korrelerer med serum kalium nivå. Videre, i normal EKG undergruppe, hadde vi ikke finner noen sammenheng.,
I denne studien, T-amp-og T-høyre skråningen fra bølgeformer av fem fører (V3, V4, V5, V6, og II) ble valgt ut og evaluert. Bølgeformene av de fire fører (V3-V6) ble brukt i tidligere studier for vurdering av serum kalium nivå. Føre II er mest populært brukt i pasienten overvåking. Dermed, vi tok sikte på å vurdere muligheten av å bruke funksjonene til en klinisk setting hvor pasienten overvåkes, for eksempel i en intensivavdeling.,
mønster av verdier, som ble trukket ut som funksjoner (T-amp-og T-høyre skråningen fra ledelsen II, V3, V4, V5 og V6), viste kjente mønstre. Det er kjent at amplituden av T-bølgen er maksimal i føre V3 . I tillegg, T-bølge i prekordiale fører (<10 mm eller <1 mV) er vanligvis større enn i de lemmer (<5 mm eller 0,5 mV) fører ., I våre resultater, bare mindre enn 2% i den totale pasientgruppe (6 i føre II, 5 i føre V3, 5 i føre V4, 1 i føre V5, og 0 i føre V6 blant 330 ECGs) og normal EKG undergruppe (2 i føre II, 4 i føre V3, 1 i føre V4, 0 i føre V5, og 0 i føre V6 blant 231 normal ECGs) over 0.5 mV i helse føre eller 1 mV i prekordiale fører, henholdsvis., Videre er gjennomsnittlig verdi av målt T-amp var høyest i V3 og prekordiale fører var betydelig høyere enn det som er lemmer bly (bly II) i en-veis analyse av varians og i Post-Hoc Tukey ‘ s test (p<0.001). Det kan bety at de hentet ut verdier er pålitelig og kan brukes til videre analyse.
Lignende funn fra tidligere forskning i kliniske settinger, T-bølge-baserte funksjoner hadde ingen klar sammenheng med serum kalium nivå., I henhold til en tidligere studium, endringer i EKG mønster, som er betont av hyperkalemi, ble registrert i bare 46% av pasienter som kalium nivå varierte mellom 6 og 9.3 mEq/L . Flere andre tilfelle rapporter støttet også finne at betydelige EKG-forandringer er ikke i slekt å markant forhøyet kalium . I tillegg er pasienter som vi møter i daglig praksis har variert konfunderende faktorer, slik som medisiner, comorbidities og demografi., Fordi disse konfunderende faktorer kan endre EKG-data, de gjøre å oppdage mønstre som er klart er forbundet med serum kalium nivå mer vanskelig. På grunn av dette, følsomhet i å oppdage hyperkalemi av to leger i akuttmottaket var svært lav på 0.43 og 0.34 .
I undergruppen analyse av normal EKG eller ellers normalt EKG, resultatene viste samme mønster av ingen korrelasjon mellom T-bølge funksjoner og serum kalium nivå. Vi tror at dette kan være på grunn av forurensning ved unormal ECGs., Selv om vi selektivt brukes serum kalium nivå fastsettelse modellen til normal EKG, kan det være vanskelig å få pålitelige resultater.
Zachi et al. også forsøkt å anslå serum kalium nivå basert på T-bølge funksjoner, og estimering ytelse redusert når den utviklede modellen ble brukt til en annen uavhengig testgruppe . Høyere ytelse ble observert når estimering av modellen ble brukt til pasienter som ble brukt for å utvikle modellen, men på ulike tidspunkter., Dette funnet tyder på at unike EKG-mønstre er forårsaket av ulike egenskaper for hver pasient, og det er derfor en personlig modell snarere enn en som kan bli generelt brukes skal være utviklet.
Den dype læring tilnærming vil kunne være et alternativ modell. Dyp læring, en maskin læring modell, har dukket opp som den mest populære design i ulike programmer, inkludert computer vision og naturlig språk prosessering., Spesielt convolutional nevrale nettverk kan fungere som har extractors fra data selv i fravær av tidligere kunnskap om domenet , og de tilbakevendende nevrale nettverk modell identifiserer timelige avhengigheter i gang-serien problemer . Egenskapsuttrekking og tid avhengigheter kan være effektivt fanget ved å kombinere begge modellene. Hvis dybdekunnskap-basert modell er brukt, mer varierte og komplekse funksjoner kan være hentet fra EKG.
Vår studie har noen begrensninger., Første, T-amp-og T-høyre skråningen ble målt manuelt heller enn å automatisk fordi det har vært problemer med å bestemme slutten av T-bølgen. Fordi enden av T-bølgen transporter veldig sakte fra hele signal, finne slutten av T-bølgen er en av de mest utfordrende spørsmålene i evalueringen av EKG-bølgeformen . Ved å ha to uavhengige evaluatorer utføre målinger og deretter bruke bare accordant resultater, forsøkte vi å sikre pålitelighet av våre resultater. For det andre, lengden på bølgeformen brukt i studien var kort (ca 3 sekunder)., Våre data kan være relativt begrenset og mindre toleranse for støy eller gjenstander. Til slutt gjorde vi ikke vurdere andre EKG-mønstre, slik som QRS utvidelse eller P-bølge utflating, som kan også være observert i hyperkalemi. Imidlertid, T-bølge endringen er kjent som den mest representative og tidligste tegn på hyperkalemi.
5., Konklusjoner
Som vist med funn fra tidligere forskning, vår studie viste også at T-bølge-baserte funksjoner var ikke korrelert med serum-kaliumnivået i den virkelige verden klinisk praksis i den koreanske befolkningen, også i normal EKG undergruppe, for vi kunne ikke påvise noen sammenheng. Derfor, bruk av disse funksjonene i beregning av serum kalium nivå i reell klinisk praksis er svært begrenset.
Data
Data om måling av T-bølge-baserte funksjoner som brukes til å støtte funnene i denne studien er inkludert i supplerende opplysninger fil.,
Interessekonflikter
forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.
Erkjennelsene
Denne forskningen ble støttet av tilskudd til Helse-Korea Teknologi R&D-Prosjekt gjennom Helse-Korea Industry Development Institute (KHIDI), finansiert av Departementet for Helse – & Velferd, Republikken Korea (Grant nr. HI16C0982 og HI17C0970).