Abstract
Achtergrond. Een goed beheer van hyperkaliëmie die leidt tot fatale hartritmestoornissen is belangrijker geworden vanwege de verhoogde prevalentie van hyperkaliëmie-gevoelige ziekten. Hoewel T-golf veranderingen in hyperkaliëmie bekend zijn, is hun nut discutabel., We evalueerden hoe goed T-golf-gebaseerde kenmerken van elektrocardiogrammen (ECG ‘ s) zijn gecorreleerd met geschatte serumkaliumspiegels aan de hand van ECG-gegevens uit de klinische praktijk in de praktijk. Methode. We verzamelden ECG ‘ s van een lokale ECG repository (MUSE™) van 1994 tot 2017 en extraheerden de ECG-golfvormen. Van ongeveer 1 miljoen meldingen werden 124.238 uitgevoerd binnen 5 minuten voor of na de bloedinzameling voor de bepaling van het serumkalium. We hebben willekeurig 500 ECG ‘ s geselecteerd en twee beoordelaars hebben de amplitude (T-amp) en rechterhelling van de T-golf (t-rechterhelling) gemeten op vijf loodgolfvormen (V3, V4, V5, V6 en II)., Lineaire correlaties van T-amp, T-rechter helling, en hun genormaliseerde functie (T-norm) met serum kaliumspiegels werden geëvalueerd met behulp van Pearson correlatiecoëfficiënt analyse. Resultaat. Pearson correlatiecoëfficiënten voor op t-Golf gebaseerde functies met serumkalium tussen de twee evaluatoren waren 0,99 voor T-amp en 0,97 voor t-right slope. De coëfficiënt voor de associatie tussen T-amp, T-rechter helling, en T-norm, en serum kalium varieerde van -0,22 tot 0,02., In de normale ECG-subgroep (normaal ECG of anderszins normaal ECG) was er geen correlatie tussen Op T-golf gebaseerde kenmerken en serumkaliumspiegel. Conclusie. T-wave-gebaseerde kenmerken waren niet gecorreleerd met serum kalium niveau, en het gebruik ervan in de echte klinische praktijk is momenteel beperkt.
1. Inleiding
hyperkaliëmie is een elektrolytontsporing die kan leiden tot fatale hartritmestoornissen., Een goed beheer van hyperkaliëmie is belangrijker geworden vanwege de verhoogde prevalentie van hyperkaliëmie-gevoelige ziekten, zoals diabetes mellitus, coronaire hartziekte en chronische nierziekte . Hyperkaliëmie en hypokaliëmie of schommelingen in kaliumspiegels worden geassocieerd met een verhoogd risico op mortaliteit en levensbedreigende aritmieën . Bovendien kunnen morbiditeit, ziekenhuisopname en overlijden zelfs kleine veranderingen in kaliumniveau volgen bij patiënten met nier-of hartziekte .
veel van de belangrijkste geneesmiddelen die worden gebruikt voor de behandeling van ziekten veranderen de serumkaliumspiegels., Medicijnen gericht op het renine-angiotensine-aldosteron systeem zijn de steunpilaar van de behandeling voor hart-en vaatziekten of voor de preventie van chronische nierziekte progressie. De achtste richtlijnen van het gezamenlijk Nationaal Comité bevelen aldosteronreceptorblokkers aan als belangrijke geneesmiddelen voor secundaire preventie van hartfalen, omdat aldosteronantagonisten de mortaliteit als gevolg van hartfalen kunnen verminderen . Het is echter ironisch dat het gebruik van aldosteronantagonisten mortaliteit verhoogt als gevolg van hyperkaliëmie, wat het belang benadrukt van een goed beheer van hyperkaliëmie ., Niet-steroidal anti-inflammatory drugs zijn andere medicijnen die ernstige hyperkaliëmie veroorzaken maar worden beheerd zonder juiste elektrolyt niveau controle. Bovendien worden andere risico ‘ s geassocieerd met kaliumrijk voedsel, dat vaak fataal kan zijn bij patiënten met terminale nierziekte.
veranderingen in elektrocardiogram (ECG) patronen zijn bekend dat ze direct verband houden met serumkaliumspiegels . Milde tot matige hyperkaliëmie kan leiden tot verlenging van het PR-interval en de ontwikkeling van piek-T-golven. Ernstige hyperkaliëmie kan leiden tot de QRS complex te verwijden., Afgeplatte of omgekeerde T-golven, een U-Golf, St-depressie en een breed PR-interval worden waargenomen bij patiënten met hypokaliëmie. Vanwege langdurige ventriculaire repolarisatie, een prominente u-golf optreedt, of een verlengd QT-interval kan worden waargenomen wanneer u-golven worden gesuperponeerd op een T-golf.
veranderingen in ECG patronen als gevolg van een verhoogde kaliumspiegel zijn duidelijk in de experimentele setting. Toch hebben veel studies gemeld dat deze patronen zijn niet betrouwbaar klinisch ., Sommige eerdere studies hebben gemeld dat de prestaties van kaliumspiegel schatting met behulp van ECG-informatie door artsen was slecht. De gevoeligheden van hyperkaliëmie detectie door twee artsen waren 0,43 en 0,34; zelfs wanneer proefpersonen matige tot ernstige hyperkaliëmie hadden (kaliumspiegel >6,5 mmol/l), waren de gevoeligheden slechts 0,62 en 0,55. Volgens een andere retrospectieve beoordeling, waren T-golf veranderingen beoordeeld door een cardioloog ook niet goed gecorreleerd met serum kaliumspiegel, en de meeste T-golf veranderingen waren niet specifiek .,
gebaseerd op bekende T-golfpatronen hebben andere studies echter geprobeerd om kaliumspiegels te bepalen met behulp van machine learning . Volgens deze onderzoeken waarbij patiënten hemodialyse ondergingen, zijn ECG-gegevens met enkelvoudige lood (V3, V4 of V5) even nauwkeurig als ECG-gegevens met 12 lood met gemelde absolute fouten van respectievelijk 0,5±0,42 en 0,46±0,39 mmol/l. Deze studies suggereren dat ECG-patronen, vooral de vorm van de T-golf, nuttig kunnen zijn bij het bepalen van serumkaliumspiegels in klinische settings., Echter, deze studies hebben de beperking dat het model dat werd gebruikt werd ontwikkeld en gevalideerd met een beperkt aantal patiënten (26 patiënten voor de ontwikkeling en 19 voor de validatie), en de proefpersonen waren beperkt tot patiënten die hemodialyse.
Bovendien heeft, voor zover ons bekend, geen enkel onderzoek direct geëvalueerd hoe goed T-golfgebaseerde kenmerken correleren met serumkaliumspiegel in de echte klinische praktijk., In deze studie hebben we een kwantitatieve evaluatie uitgevoerd van ECG ‘ s die zijn vastgelegd in de klinische praktijk in de praktijk om te bepalen of T-wave-gebaseerde functies nuttig zijn voor het schatten van serumkalium in de algemene klinische praktijk.
2. Methoden
Er werd afgezien van de vereiste geïnformeerde toestemming en de studie werd goedgekeurd door de Ajou University Hospital Institutional Review Board (IRB) (IRB-nummer AJIRB-MED-MDB-17-273). We hebben alleen geanonimiseerde gegevens gebruikt en de informatie achteraf geanalyseerd.
2.1., Gegevensbron
tussen September 1994 en December 2017 maakten we gebruik van een klinische onderzoeksdatabase met patiëntendemografie, diagnoses, medicijnvoorschriften en laboratoriumtestresultaten uit de elektronische medische dossiers van een tertiair academisch ziekenhuis in Korea (Ajou University Hospital) (figuur 1). De database omvatte 134.011.566 voorschriften, 32.956.672 diagnoses en 278.011.281 laboratoriumtestresultaten van 2.940.379 patiënten.
het ECG bestaat doorgaans uit alfanumerieke waarden en golfvormgrafieken(Figuur 2 (a))., Alfanumerieke waarden omvatten demografische gegevens, het patiëntidentificatienummer, de datum van elektrocardiografie en ECG-parameters (RR, QT-intervallen, enz.). Golfvormgrafieken zijn tijdreeksgegevens die veranderingen in elektronische signalen van het hart over een paar seconden weergeven. Nadat alle gegevens van de ECG ‘ s, die in PDF-formaat werden opgeslagen in de lokale ECG-repository (MUSE™ system), werden verzameld, werd het deel met de golfvorm geëxtraheerd en getransformeerd naar SVG-formaat ., Vervolgens hebben we de x – en y-coördinaten van vectorbeelden omgezet in een tijdreeks op gelijke afstand (500 datapunten per seconde, 500 Hz) via lineaire interpolatie om een dataformaat te behouden dat vergelijkbaar is met dat van de sensor direct.
van ongeveer 1 miljoen verzamelde ECG ‘ s werden 124.238 verkregen binnen 5 minuten (tijdvenster) voor of na de bloedinzameling voor de bepaling van het serumkalium. Hiervan hebben we willekeurig 500 ECG ‘ s geselecteerd voor handmatige evaluatie.
2.2., Data Preprocessing
een web-based tool werd ontwikkeld om amplitude (T-amp; het verschil in millivolts (mV) tussen de piek en het einde van de T-golf) en de rechter helling van de T-golf (t-rechter helling; de helling op het steilste deel van het dalende deel van de T-golf) te meten. Deze tool hielp ons snel de meetresultaten van elk ECG-signaal (Figuur 2(b)) te evalueren en efficiënt te beheren. De tool toont een 3-seconden ECG-golfvorm, waardoor de gebruiker T-amp en T-rechts helling kan meten., Met betrekking tot de 500 geselecteerde ECG ‘ s werden T-amp en T-right helling op de golfvormen van vijf leads (V3, V4, V5, V6 en II) handmatig en onafhankelijk gemeten door twee beoordelaars met behulp van deze tool.
golfvormen in de ECG ‘ s omvatten meestal twee of drie slagen. De beoordelaars selecteerden de beat van de baseline die het meest stabiel was en minder ruis had. T-amp en T-rechts helling werden gemeten op geselecteerde beats. Metingen van verschillen tussen de twee beoordelaars die groter waren dan het gemiddelde+2×standaarddeviatie (SD) of kleiner dan het gemiddelde–2×SD werden van verdere analyse uitgesloten (figuren 2(c) en 2(d))., De mate van correlatie tussen de twee beoordelaars werd bepaald door de Pearson correlatiecoëfficiënt-analyse.
2.3. Feature Extraction
We hebben ECG ‘ s uitgesloten, die verschillen hadden in hun interpretatie tussen de twee evaluatoren in een of meer leads. T-amp en T-right helling waarden gemeten door de twee beoordelaars werden gemiddeld en gebruikt als eindwaarden van T-amp en T-right helling van overeenkomstige ECG ‘ s. Volgens de volgende formule, die werd gebruikt om kenmerken te normaliseren voor het schatten van serumkalium niveau in een studie door Zachi et al., twee functies werden genormaliseerd en geïntegreerd in één functie:
eerst hebben we de drie functies (T-amp, T-Right slope, en T-norm) in elke lead van de ECG ‘ s gemeten of berekend. Ten tweede, de lead die de meest prominente T-golf (de grootste T-amp) onder V3, V4, en V6, en II, genaamd Pt had, werd geselecteerd en gebruikt als de representatieve functie van elk ECG.
2.4. Feature evaluatie en statistische analyse
Eenrichtingsanalyse van variantie en Post-Hoc Tukey ‘ s test werden uitgevoerd om het verschil tussen gemeten T-amp en T-rechts helling waarden tussen verschillende leads te evalueren., Een p-waarde <0,05 werd als significant beschouwd.
we hebben de lineaire correlatie tussen T-golf kenmerken en de werkelijke serum kaliumspiegel geëvalueerd met behulp van Pearson correlatiecoëfficiënt analyse. Om het effect van onderliggende ziekten uit te sluiten, die het hartritme kunnen beïnvloeden, hebben we subgroepanalyse uitgevoerd waarin alleen ECG—resultaten werden opgenomen die een normaal ECG (n=191) of anderszins een normaal ECG (n=40)—de normale ECG-subgroep-lieten zien. De gedetailleerde interpretatielijsten van normaal ECG en de telling per interpretatie zijn opgenomen in Tabel S1.,
MS-SQL 2017 (Microsoft Corp.) werd gebruikt voor gegevensbeheer, en R (versie 3.2.2, Foundation for Statistical Computing) werd gebruikt voor gegevensvoorverwerking en statistische analyse.
3. Resultaten
3.1. Datasets voor analyse
t-amp en T-rechter helling van 500 ECG ‘ s werden gemeten door twee beoordelaars. De metingen tussen twee beoordelaars waren goed gecorreleerd in termen van zowel T-amp als t-right, zoals blijkt uit Figuur 2(c) en figuur 2(d)., Na het uitsluiten van ECG ’s die verschillen tussen de twee beoordelaars, werden uiteindelijk gegevens van 330 ECG’ s (waaronder 231 ECG ‘ s van de normale ECG-subgroep) geselecteerd. De uitgangskenmerken van de proefpersonen worden weergegeven in Tabel 1.
Absolute waarden van gemeten T-amp en T-rechter helling waren het hoogst in lead V3 en het laagst in lead II voor zowel het totale aantal proefpersonen (n=330) als voor de normale ECG-subgroep (n=231). De waarden waren significant hoger in precordiaal lood dan in lood II in beide groepen (p<0,001).
3.2., Lineaire correlatie tussen Op T-Golf gebaseerde kenmerken en het Serumkaliumgehalte
3.3. Lineaire correlatie in normale ECG-subgroep
na het uitsluiten van abnormale ECG ’s (alleen normale ECG’ s of anderszins normale ECG ‘s) vertoonden de resultaten hetzelfde patroon als die van het totale aantal geselecteerde ECG’ s; vergelijkbaar met de resultaten in het totale aantal ECG ‘ s waren de Pearson correlatiecoëfficiënten van T-amp positief en die van T-rechter helling en T-norm negatief in alle leads., Er was echter geen correlatie tussen Op T-golf gebaseerde kenmerken en serumkaliumspiegel in deze subgroep aangezien de coëfficiënt waarden varieerden van -0,17 tot 0,16 (Figuur 3 en Tabel 2).
4. Discussie
Deze studie evalueerde direct de mate van correlatie tussen bloedkaliumconcentratie en op T-golf gebaseerde kenmerken van ECG ‘ s. Handmatig beoordeelde op T-wave gebaseerde kenmerken van ECG ‘ s uitgevoerd in de dagelijkse praktijk correleerden niet met serumkaliumspiegel. Bovendien hebben we in de normale ECG-subgroep geen correlatie gevonden.,
in dit onderzoek werden de T-amp en de T-rechterhelling van de golfvormen van vijf leads (V3, V4, V5, V6 en II) geselecteerd en geëvalueerd. De golfvormen van de vier leads (V3-V6) werden in eerdere studies gebruikt om het serumkaliumgehalte te schatten. Lood II wordt het meest gebruikt bij patiëntenmonitoring. Zo wilden we de mogelijkheid evalueren om de kenmerken toe te passen op een klinische omgeving waar patiënten worden gemonitord, zoals in een intensive care unit.,
het waardenpatroon, dat werd geëxtraheerd als kenmerken (T-amp en T-rechter helling uit lead II, V3, V4, V5 en V6), liet bekende patronen zien. Het is bekend dat de amplitude van T-golf maximaal is in lood V3 . Bovendien is de T-golf in de precordiale leads (<10 mm of <1 mV) meestal groter dan die in de limb (<5 mm of 0,5 mV) leads ., In onze resultaten overschreed slechts minder dan 2% in de totale patiëntengroep (6 in lood II, 5 in lood V3, 5 in lood V4, 1 in lood V5 en 0 in lood V6 bij 330 ECG ‘s) en de normale ECG-subgroep (2 in lood II, 4 in lood V3, 1 in lood V4, 0 in lood V5 en 0 in lood V6 bij 231 normale ECG’ s) respectievelijk 0,5 mV in de loodlijn van het ledemaat of 1 mV in de precordiale leads., Bovendien was de gemiddelde waarde van gemeten T-amp het hoogst in V3 en die van precordiale leads was significant hoger dan die van het ledemaatlood (lead II) in eenrichtingsanalyse van variantie en in Post-Hoc Tukey ‘ s test (p<0,001). Het zou kunnen betekenen dat de geëxtraheerde waarden betrouwbaar zijn en voor verdere analyse kunnen worden gebruikt.
net als de bevindingen van eerder onderzoek dat in klinische settings werd uitgevoerd, hadden kenmerken op basis van T-golf geen duidelijk verband met de serumkaliumspiegel., Volgens een eerdere studie werden veranderingen in het ECG-patroon, die wijzen op hyperkaliëmie, waargenomen bij slechts 46% van de patiënten bij wie de kaliumspiegel varieerde tussen 6 en 9,3 mEq/L . Verschillende andere casusrapporten ondersteunden ook de bevinding dat significante ECG-veranderingen niet gerelateerd zijn aan duidelijk verhoogde kaliumspiegels . Bovendien hebben patiënten die we in de dagelijkse praktijk ontmoeten diverse verstorende factoren, zoals medicijnen, comorbiditeiten en Demografie., Omdat deze verstorende factoren ECG-gegevens kunnen veranderen, maken ze het ontdekken van patronen die duidelijk geassocieerd zijn met serumkaliumspiegel moeilijker. Wegens dit, waren de gevoeligheden van het ontdekken van hyperkalemia door twee artsen in een spoedeisende hulpafdeling zeer laag bij 0.43 en 0.34 .
in de subgroepanalyse van normaal ECG of anderszins normaal ECG toonden de resultaten hetzelfde patroon zonder correlatie tussen T-golfkenmerken en serumkaliumspiegel. Wij zijn van mening dat dit niet te wijten kan zijn aan besmetting met abnormale ECG ‘ s., Hoewel we selectief het serumkalium niveau determinatie model toegepast op normaal ECG, kan het moeilijk zijn om betrouwbare prestaties te krijgen.
Zachi et al. ook werd geprobeerd het serumkaliumgehalte te schatten op basis van T-wave-kenmerken, en de schattingsprestaties namen af toen het ontwikkelde model werd toegepast op een andere onafhankelijke testgroep . Hogere prestaties werden waargenomen wanneer het schattingsmodel werd toegepast op de patiënten die voor de ontwikkeling van het model werden gebruikt, maar op verschillende tijdstippen., Deze bevinding suggereert dat unieke ECG patronen worden veroorzaakt door verschillende kenmerken van elke patiënt; daarom, een gepersonaliseerd model in plaats van een die over het algemeen kan worden toegepast moet worden ontwikkeld.
de deep learning-benadering zou een alternatief model kunnen zijn. Deep learning, een machine learning model, is naar voren gekomen als het meest populaire ontwerp in diverse toepassingen, met inbegrip van computer visie en natuurlijke taalverwerking., In het bijzonder , convolutionele neurale netwerken kunnen fungeren als functie extractors uit gegevens, zelfs bij afwezigheid van voorkennis van het domein, en het terugkerende neurale netwerk model identificeert tijdelijke afhankelijkheden in tijdreeksproblemen . Functie-extractie en tijdsafhankelijkheden kunnen effectief worden vastgelegd door beide modellen te combineren. Als het deep learning-based model wordt gebruikt, kunnen meer diverse en complexe functies worden geëxtraheerd uit ECG.
onze studie heeft enkele beperkingen., Ten eerste werden T-amp en T-rechts helling handmatig gemeten in plaats van automatisch omdat er problemen zijn geweest met het bepalen van het einde van de T-golf. Omdat het einde van de T-golf heel langzaam van rond het signaal overgaat, is het lokaliseren van het einde van de T-golf een van de meest uitdagende kwesties in de evaluatie van de ECG-golfvorm . Door twee onafhankelijke beoordelaars de metingen te laten uitvoeren en vervolgens alleen de juiste resultaten te gebruiken, hebben we geprobeerd de betrouwbaarheid van onze resultaten te garanderen. Ten tweede was de lengte van de golfvorm die in het onderzoek werd gebruikt kort (ongeveer 3 seconden)., Onze gegevens kunnen relatief beperkt zijn en minder tolerant voor ruis of artefacten. Tot slot hebben we geen andere ECG patronen, zoals QRS verbreding of P golf afvlakking, die ook kan worden waargenomen in hyperkaliëmie. De verandering van de T-golf staat echter bekend als het meest representatieve en vroegste teken van hyperkaliëmie.
5., Conclusies
zoals blijkt uit de bevindingen van eerder onderzoek, toonde onze studie ook aan dat op T-golf gebaseerde kenmerken niet gecorreleerd waren met serumkaliumspiegels in de klinische praktijk in de Koreaanse populatie; zelfs in de normale ECG-subgroep konden we geen correlatie detecteren. Daarom is het gebruik van deze kenmerken bij de schatting van de serumkaliumspiegel in de echte klinische praktijk zeer beperkt.
beschikbaarheid van gegevens
gegevens over de meting van op T-golf gebaseerde kenmerken die worden gebruikt ter ondersteuning van de bevindingen van deze studie zijn opgenomen in het bestand met aanvullende informatie.,
belangenconflicten
De auteurs verklaren geen belangenconflicten.
Dankbetuigingen
dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van het Korea Health Technology R&D Project via het Korea Health Industry Development Institute (Chidi), gefinancierd door het Ministerie van Volksgezondheid & welzijn, Republiek Korea (subsidies nrs. HI16C0982 en HI17C0970).