Abstract
context. Gestionarea corectă a hiperkaliemiei care duce la aritmie cardiacă fatală a devenit mai importantă din cauza prevalenței crescute a bolilor predispuse la hiperkaliemie. Deși modificările undei T în hiperkaliemie sunt bine cunoscute, utilitatea lor este discutabilă., Am evaluat cât de bine sunt corelate caracteristicile bazate pe undele T ale electrocardiogramelor (ECG) cu valorile estimate ale potasiului seric, utilizând date ECG din practica clinică din lumea reală. Metode. Am colectat ECG – uri dintr-un depozit ECG local (MUSE™) din 1994 până în 2017 și am extras formele de undă ECG. Din aproximativ 1 milion de rapoarte, 124238 au fost efectuate în decurs de 5 minute înainte sau după colectarea sângelui pentru estimarea potasiului seric. Am selectat aleatoriu 500 de ECG-uri și doi evaluatori au măsurat amplitudinea (T-amp) și panta dreaptă a undei T (T-panta dreaptă) pe cinci forme de undă de plumb (V3, V4, V5, V6 și II)., Corelațiile liniare ale T-amp, panta t-dreapta și caracteristica lor normalizată (norma T) cu nivelurile serice de potasiu au fost evaluate utilizând analiza coeficientului de corelație Pearson. Rezultate. Coeficienții de corelație Pearson pentru caracteristicile pe bază de undă T cu potasiu seric între cei doi evaluatori au fost 0.99 pentru T-amp și 0.97 pentru panta t-dreapta. Coeficientul pentru asocierea dintre T-amp, T-panta dreaptă și T-norma și potasiul seric a variat de la -0,22 la 0,02., În subgrupul ECG normal (ECG normal sau ECG normal în alt mod), nu a existat o corelație între caracteristicile bazate pe undele T și nivelul potasiului seric. Concluzii. Caracteristicile bazate pe undele T nu au fost corelate cu concentrația plasmatică a potasiului, iar utilizarea lor în practica clinică reală este în prezent limitată.
1. Introducere
hiperkaliemia este o tulburare electrolitică care poate duce la aritmie cardiacă fatală., Gestionarea corectă a hiperkaliemiei a devenit mai importantă din cauza prevalenței crescute a bolilor predispuse la hiperkaliemie, cum ar fi diabetul zaharat, boala coronariană și boala renală cronică . Hiperkaliemia și hipokaliemia sau fluctuațiile nivelului de potasiu sunt asociate cu un risc crescut de mortalitate și aritmii care pun viața în pericol . Mai mult, morbiditatea, spitalizarea și moartea pot urma chiar și modificări minore ale nivelului de potasiu la pacienții cu afecțiuni renale sau cardiace .multe dintre medicamentele cheie utilizate pentru tratamentul bolii modifică nivelul seric al potasiului., Medicamentele care vizează sistemul renină-angiotensină-aldosteron au fost pilonul principal al tratamentului pentru bolile cardiovasculare sau pentru prevenirea progresiei bolii renale cronice. Al optulea ghid comun al Comitetului Național recomandă blocanții receptorilor de aldosteron ca medicamente cheie pentru prevenirea secundară a insuficienței cardiace, deoarece antagoniștii de aldosteron pot reduce mortalitatea datorată insuficienței cardiace . Cu toate acestea, este ironic faptul că utilizarea antagoniștilor de aldosteron crește mortalitatea datorată hiperkaliemiei, ceea ce subliniază importanța gestionării adecvate a hiperkaliemiei ., Medicamentele antiinflamatoare nesteroidiene sunt alte medicamente care provoacă hiperkaliemie severă, dar sunt administrate fără o monitorizare adecvată a nivelului de electroliți. În plus, alte riscuri sunt asociate cu alimente bogate în potasiu, care pot fi adesea fatale la pacienții cu boală renală în stadiu final.se știe că modificările modelelor electrocardiogramei (ECG) sunt asociate direct cu valorile potasiului seric . Hiperkaliemia ușoară până la moderată poate duce la prelungirea intervalului PR și la dezvoltarea undelor T de vârf. Hiperkaliemia severă poate determina extinderea complexului QRS., Undele T aplatizate sau inversate, un val U, depresia ST și un interval PR larg sunt observate la pacienții cu hipokaliemie. Din cauza repolarizării ventriculare prelungite, apare o undă u proeminentă sau poate fi observat un interval QT prelungit atunci când undele U sunt suprapuse pe o undă T.modificările modelelor ECG datorate unui nivel crescut de potasiu sunt clare în cadrul experimental. Cu toate acestea, multe studii au raportat că aceste modele nu sunt fiabile clinic ., Unele studii anterioare au raportat că performanța estimării nivelului de potasiu utilizând informațiile ECG de către medici a fost slabă. Sensibilitățile de hiperpotasemie detectarea de către doi medici au fost 0,43 și 0,34 ; chiar și atunci când subiecții au moderată până la severă, hiperkaliemia (nivelul de potasiu >6.5 mmol/L), sensibilitate au fost doar 0.62 și de 0,55. Conform unei alte revizuiri retrospective, modificările undei T evaluate de un cardiolog nu au fost, de asemenea, bine corelate cu nivelul de potasiu seric, iar majoritatea modificărilor undei T au fost nespecifice .,cu toate acestea, pe baza modelelor cunoscute de unde T, alte studii au încercat să determine nivelurile de potasiu folosind învățarea automată . Conform acestor studii care au implicat pacienți supuși hemodializei, datele ECG cu un singur plumb (V3, V4 sau V5) sunt la fel de precise ca datele ECG cu 12 plumb, cu erori absolute raportate de 0,5±0,42 și , respectiv, 0,46±0,39 mmol/l. Aceste studii sugerează că modelele ECG, în special forma undei T, ar putea fi utile în determinarea potasiului seric în setările clinice., Cu toate acestea, aceste studii au limitarea că modelul care a fost angajat a fost elaborat și validat cu un număr limitat de pacienți (26 de pacienți pentru dezvoltarea și 19 pentru validare), iar subiecții au fost limitate la pacienții hemodializați.mai mult decât atât, din cunoștințele noastre, niciun studiu nu a evaluat în mod direct cât de bine se corelează caracteristicile bazate pe undele T cu nivelul de potasiu seric în cadrul practicii clinice reale., În studiul de față, am efectuat evaluarea cantitativă a ECG capturate în practica clinică din lumea reală pentru a determina dacă caracteristicile bazate pe undele T sunt utile pentru estimarea nivelului seric de potasiu în practica clinică generală.
2. Metode
cerința de obținere a consimțământului informat, a fost anulată, iar studiul a fost aprobat de către Universitatea Ajou Spital Institutional Review Board (IRB) (IRB numărul AJIRB-MED-MDB-17-273). Am folosit doar date dezidentificate și am analizat informațiile retrospectiv.
2.1., Sursa de date
Am folosit-o clinică de date de cercetare care a inclus datele demografice ale pacientului, diagnosticul, retetele de droguri, și rezultatele testelor de laborator extrase din dosarele electronice de sănătate ale unui terțiar spital universitar din Coreea (Universitatea Ajou Spital) între septembrie 1994 și decembrie 2017 (Figura 1). Baza de date incluse 134,011,566 prescripții, 32,956,672 diagnostice, și 278,011,281 rezultatele testelor de laborator din 2,940,379 pacienți.
ECG constă de obicei din valori alfanumerice și grafice de formă de undă (Figura 2(a))., Valorile alfanumerice au inclus date demografice, numărul de identificare al pacientului, data electrocardiografiei și parametrii ECG (RR, intervale QT etc.). Graficele de formă de undă sunt date din seriile de timp care reprezintă modificări ale semnalelor electronice din inimă în câteva secunde. După ce toate datele din ECG, care au fost stocate în format PDF în depozitul ECG local (sistemul Muse™), au fost colectate, partea care conține forma de undă a fost extrasă și transformată în format SVG ., Ulterior, am convertit coordonatele X și y ale imaginilor vectoriale într-o serie de timp echidistantă (500 Puncte de date pe secundă, 500 Hz) prin interpolare liniară pentru a păstra un format de date similar cu cel obținut direct de la senzor.
Din aproximativ 1 milion de ECG colectate, 124238 au fost obținute în decurs de 5 minute (interval de timp) înainte sau după colectarea sângelui pentru estimarea potasiului seric. Dintre acestea, am selectat aleatoriu 500 de ECG-uri pentru evaluarea manuală.
2. 2., Preprocesarea datelor
un instrument bazat pe web a fost dezvoltat pentru a măsura amplitudinea (T-amp; diferența de milivolți (mV) între vârf și capătul undei T) și panta dreaptă a undei T (T-panta dreaptă; panta la cea mai abruptă parte a porțiunii descendente a undei T). Acest instrument ne-a ajutat să evaluăm și să gestionăm eficient rezultatele măsurătorilor fiecărui semnal ECG (Figura 2(b)) rapid. Instrumentul afișează o formă de undă ECG de 3 secunde, permițând utilizatorului să măsoare panta T-amp și T-dreapta., În ceea ce privește cele 500 de ECG-uri selectate, panta T-amp și T-dreapta pe formele de undă a cinci conductori (V3, V4, V5, V6 și II) au fost măsurate manual și independent de doi evaluatori folosind acest instrument.
formele de undă din ECG includ de obicei două sau trei bătăi. Evaluatorii au selectat ritmul liniei de bază care a fost cel mai stabil și a avut mai puțin zgomot. T-amp și panta T-dreapta au fost măsurate pe batai selectate. Măsurătorile diferențelor dintre cei doi evaluatori care au fost mai mari decât media + 2×deviația standard (DS) sau mai mici decât media–2×DS au fost excluse din analiza ulterioară [figurile 2 (c) și 2(d)]., Gradul de corelație dintre cei doi evaluatori a fost determinat prin analiza coeficientului de corelație Pearson.
2. 3. Extragerea caracteristicilor
am exclus ECG-urile, care au avut discrepanțe în interpretarea lor între cei doi evaluatori într-unul sau mai multe clienți potențiali. Valorile pantei T-amp și T-dreapta măsurate de cei doi evaluatori au fost medii și utilizate ca valori finale ale pantei T-amp și ale pantei t-dreapta a ECG-urilor corespunzătoare. Conform următoarei formule, care a fost utilizată pentru a normaliza caracteristicile pentru estimarea nivelului seric de potasiu într-un studiu realizat de Zachi et al.,, două caracteristici au fost normalizate și integrate într-o singură caracteristică:
În primul rând, am măsurat sau calculat cele trei caracteristici (T-amp, T-panta dreaptă și T-norma) în fiecare plumb al ECG. În al doilea rând, plumbul care a avut cea mai proeminentă undă T (cel mai mare T-amp) dintre V3, V4 și V6 și II, numit Pt, a fost selectat și utilizat ca caracteristică reprezentativă a fiecărui ECG.
2. 4. Evaluarea caracteristicilor și analiza statistică
analiza unidirecțională a varianței și testul Tukey Post-Hoc au fost efectuate pentru a evalua diferența dintre valorile măsurate ale pantei T-amp și T-dreapta între diferite piste., O valoare p <0,05 a fost considerată semnificativă.
am evaluat corelația liniară dintre caracteristicile undelor T și nivelul real al potasiului seric folosind analiza coeficientului de corelație Pearson. Pentru a exclude efectul bolilor subiacente, care pot afecta ritmul cardiac, am efectuat analiza subgrupului în care au fost incluse doar rezultatele ECG care arată ECG normal (n=191) sau ECG normal (n=40)—subgrupul ECG normal. Listele detaliate de interpretare ale ECG altfel normale și numărul pe interpretare sunt furnizate în tabelul S1.,MS-SQL 2017 (Microsoft Corp.) a fost utilizat pentru gestionarea datelor, iar R (versiunea 3.2.2, Fundația pentru calcul statistic) a fost utilizat pentru preprocesarea datelor și analiza statistică.
3. Rezultate
3.1. Seturile de date pentru analiză
T-amp și t-right slope din 500 ECG au fost măsurate de doi evaluatori. Măsurătorile dintre doi evaluatori au fost bine corelate atât în ceea ce privește T-amp, cât și T-right, așa cum se arată în figurile 2(c) și 2(d)., După excluderea ECG-urilor care au fost discrepante între cei doi evaluatori, au fost selectate în cele din urmă date de la 330 ECG (inclusiv 231 ECG din subgrupul ECG normal). Caracteristicile inițiale ale subiecților sunt prezentate în tabelul 1.
valorile Absolute ale pantei măsurate T-amp și T-dreapta au fost cele mai ridicate în plumb V3 și cele mai scăzute în plumb II atât pentru numărul total de subiecți (n=330), cât și pentru subgrupul ECG normal (n=231). Valorile au fost semnificativ mai mari în plumbul precordial decât în plumbul II în ambele grupuri (p<0, 001).
3. 2., Corelație liniară între caracteristicile pe bază de undă T și concentrația plasmatică a potasiului
3. 3. Corelație liniară în condiții Normale ECG Subgrup
După excluderea anormale ale Ecg (normal Ekg sau altfel normal Ekg), rezultatele au arătat același model ca cele din numărul total de Ekg selectate; similar cu rezultatele din numărul total de Ekg, la coeficienți de corelație Pearson de T-amp au fost pozitive și cele ale T-versantul drept și T-norma au fost negative în toate derivațiile., Cu toate acestea, nu a existat o corelație între caracteristicile pe bază de undă T și valoarea potasiului seric în acest subgrup, deoarece valorile coeficienților au variat între -0,17 și 0,16 (Figura 3 și Tabelul 2).
4. Discuție
Acest studiu a evaluat direct gradul de corelație dintre concentrația de potasiu din sânge și caracteristicile bazate pe undele T ale ECG. Evaluarea manuală a caracteristicilor bazate pe undele T ale ECG efectuate în practica zilnică nu s-a corelat cu nivelul potasiului seric. Mai mult, în subgrupul normal ECG, nu am detectat nicio corelație.,
în acest studiu, au fost selectate și evaluate panta T-amp și T-dreapta de la formele de undă ale cinci conductori (V3, V4, V5, V6 și II). Formele de undă ale celor patru conductori (V3-V6) au fost utilizate în studiile anterioare pentru estimarea potasiului seric. Plumbul II este cel mai popular utilizat în monitorizarea pacienților. Astfel, ne-am propus să evaluăm posibilitatea aplicării caracteristicilor într-un cadru clinic în care pacienții sunt monitorizați, cum ar fi într-o unitate de terapie intensivă.,
modelul valorilor, care a fost extras ca Caracteristici (T-amp și T-panta dreaptă din plumbul II, V3, V4, V5 și V6), a arătat modele bine cunoscute. Se știe că amplitudinea undei T este maximă în plumbul V3 . În plus, undei T în precordiale duce (<10 mm sau <1 mV) este de obicei mai mare decât în cele ale membrelor (<5 mm sau 0,5 mV) duce ., În rezultatele noastre, doar mai puțin de 2% în grupul total de pacienți (6 în plumb II, 5 în plumb V3, 5 în plumb V4, 1 în plumb V5 și 0 în plumb V6 între 330 ECG) și subgrupul ECG normal (2 în plumb II, 4 în plumb V3, 1 în plumb V4, 0 în plumb V5 și 0 în plumb V6 între 231 ECG normal) au depășit 0,5 mV în plumbul, În plus, valoarea medie a măsurat T-amp a fost mai mare în V3 și că de precordiale conduce a fost semnificativ mai mare decât cea a membrelor plumb (plumb II) într-o analiză de varianță și în Post-Hoc cu testul Tukey (p<0.001). Ar putea însemna că valorile extrase sunt fiabile și ar putea fi utilizate pentru analize suplimentare.
Similar cu constatările cercetărilor anterioare efectuate în setări clinice, caracteristicile bazate pe undele T nu au avut o relație clară cu valoarea potasiului seric., Conform unui studiu anterior, modificările modelului ECG, care sunt sugestive pentru hiperkaliemie, au fost observate la doar 46% dintre pacienții al căror nivel de potasiu a variat între 6 și 9, 3 mEq/L . Mai multe alte rapoarte de caz au susținut, de asemenea, constatarea că modificările ECG semnificative nu sunt legate de niveluri semnificativ crescute de potasiu . În plus, pacienții pe care îi întâlnim în practica zilnică au diverși factori de confuzie, cum ar fi medicamentele, comorbiditățile și demografia., Deoarece acești factori confuzivi pot modifica datele ECG, ele îngreunează descoperirea tiparelor care sunt în mod clar asociate cu concentrația plasmatică a potasiului. Din acest motiv, sensibilitățile detectării hiperkaliemiei de către doi medici într-un departament de urgență au fost foarte scăzute la 0,43 și 0,34 .
în analiza subgrupului ECG normal sau ECG normal, rezultatele au arătat același model de lipsă de corelație între caracteristicile undei T și nivelul potasiului seric. Credem că acest lucru nu se poate datora contaminării cu ECG anormale., Deși am aplicat selectiv modelul de determinare a potasiului seric pe ECG normal, ar putea fi dificil să obținem performanțe fiabile.
Zachi și colab. de asemenea, s-a încercat estimarea potasiului seric pe baza caracteristicilor undei T, iar performanța de estimare a scăzut atunci când modelul dezvoltat a fost aplicat unui alt grup de testare independent . Performanță mai mare a fost observată atunci când modelul de estimare a fost aplicat pacienților care au fost utilizați pentru dezvoltarea modelului, dar în momente diferite., Această constatare sugerează că modelele ECG unice sunt cauzate de caracteristicile diferite ale fiecărui pacient; prin urmare, ar trebui dezvoltat un model personalizat, mai degrabă decât unul care poate fi aplicat în general.abordarea deep learning ar putea fi un model alternativ. Învățarea profundă, un model de învățare automată, a apărut ca cel mai popular design în diverse aplicații, inclusiv viziunea computerului și procesarea limbajului natural., În special, rețelele neuronale convoluționale pot acționa ca extractori de caracteristici din date chiar și în absența cunoașterii prealabile a domeniului , iar modelul rețelei neuronale recurente identifică dependențele temporale în problemele seriilor de timp . Extragerea caracteristicilor și dependențele de timp pot fi capturate eficient prin combinarea ambelor modele. Dacă se utilizează modelul bazat pe învățarea profundă, caracteristicile mai diverse și mai complexe pot fi extrase din ECG.
studiul nostru are unele limitări., În primul rând, T-amp și T-dreapta pantă au fost măsurate manual, mai degrabă decât în mod automat, deoarece au existat probleme cu determinarea sfârșitul undei T. Deoarece sfârșitul undei T tranzitează foarte lent din jurul semnalului, localizarea capătului undei T este una dintre cele mai dificile probleme în evaluarea formei de undă ECG . Prin faptul că doi evaluatori independenți au efectuat măsurătorile și apoi au utilizat numai rezultate conforme, am încercat să asigurăm fiabilitatea rezultatelor noastre. În al doilea rând, lungimea formei de undă utilizată în studiu a fost scurtă (aproximativ 3 secunde)., Datele noastre ar putea fi relativ limitate și mai puțin tolerante la zgomot sau artefacte. În cele din urmă, nu am luat în considerare alte modele ECG, cum ar fi lărgirea QRS sau aplatizarea undelor P, care poate fi observată și în hiperkaliemie. Cu toate acestea, schimbarea undei T este cunoscută drept cel mai reprezentativ și mai timpuriu semn al hiperkaliemiei.
5., Concluzii
după cum arată rezultatele cercetărilor anterioare, studiul nostru a arătat, de asemenea, că caracteristicile bazate pe undele T nu au fost corelate cu nivelurile serice de potasiu în practica clinică din lumea reală la populația coreeană; chiar și în subgrupul ECG normal, nu am putut detecta nicio corelație. Prin urmare, utilizarea acestor caracteristici în estimarea potasiului seric în practica clinică reală este foarte limitată.
disponibilitatea datelor
datele privind măsurarea caracteristicilor bazate pe undele T utilizate pentru a susține rezultatele acestui studiu sunt incluse în fișierul cu informații suplimentare.,
conflicte de interese
autorii nu declară conflicte de interese.
Aprecieri
Această cercetare a fost susținută prin subvenții de la Coreea de Sănătate Tehnologia R&D Proiect prin Coreea de Industria de Sănătate Institutul de Dezvoltare (KHIDI), finanțat de către Ministerul Sănătății & Bunăstare, Republica Coreea (Grant nr. HI16C0982 și HI17C0970).