Miljoenen patiënten met hartfalen worden om de paar maanden opnieuw opgenomen in ziekenhuizen om medicijnen aan te passen. Het stuurt de medische kosten torenhoog en patiënten lijden onnodig. Een nieuwe weegschaal zou clinici de gegevens kunnen geven die ze nodig hebben om ziekenhuisopnames te verminderen en patiënten op afstand te behandelen voordat ze te veel lijden.

"Goedemorgen. Bill. Alsjeblieft. Stap op de weegschaal. Raak de metalen pads aan." Het apparaat registreert een elektrocardiogram van Bill's vingers en - nog belangrijker - pulserende circulatie waardoor zijn lichaam subtiel op en neer beweegt. Machine learning-tools berekenen dat de symptomen van hartfalen van Bill zijn verergerd.

Dit is hoe onderzoekers van het Georgia Institute of Technology zich voorstellen dat hun experimentele apparaat op een dag patiënten zal bereiken, en in een nieuwe studie, ze rapporteerden proof-of-concept succes bij het opnemen en verwerken van gegevens van 43 patiënten met hartfalen. Een toekomstige verkoopbare versie van de medische controleschaal zou idealiter een arts op de hoogte stellen, wie zou Bill bellen om thuis zijn medicatie aan te passen, hopelijk bespaart hij hem een ​​lang verblijf in het ziekenhuis en onnodig lijden.

Het pulserende en dobberende signaal wordt een ballistocardiogram (BCG) genoemd, een meting die onderzoekers ongeveer 100 jaar geleden vaker namen, maar opgaven omdat de beeldvormingstechnologie deze ver overtrof. De onderzoekers maken het weer bruikbaar met moderne berekeningen.

"Ons werk is de eerste keer dat BCG's zijn gebruikt om de status van patiënten met hartfalen te classificeren. " zei Omer Inan, de hoofdonderzoeker van de studie en een universitair hoofddocent aan de School of Electrical and Computer Engineering van Georgia Tech.

Zorgcrisis

Hartfalen treft 6,5 miljoen Amerikanen en is een langzaam voortschrijdende ziekte. waarbij het hart steeds minder effectief werkt. Veel mensen kennen het als congestief hartfalen omdat een belangrijk symptoom vochtophoping is, die de longen kunnen overweldigen, ademhaling belemmeren en mogelijk de dood veroorzaken.

Patiënten ondergaan herhaalde ziekenhuisopnames om medicijnen aan te passen wanneer hun toestand daalt, of "decompenseert, " waardoor hartfalen een belangrijke oorzaak is van ziekenhuisopnames en zorgkosten. Thuismonitoring vermindert ziekenhuisopnames, maar vereist momenteel een invasieve procedure.

Onderzoek van Georgia Tech lag aan de basis van de lancering van zo'n implanteerbaar thuisbewakingsapparaat voor hartfalen in 2011. Maar deze nieuwe oplossing zou mogelijk afzien van de procedure, kost veel minder, en veel eenvoudiger te gebruiken zijn, waardoor de weerstand van patiënten tegen thuismonitoring wordt verlaagd.

Gezien het vroege stadium, de BCG-EKG-schaal van het onderzoek presteerde goed in ziekenhuistesten, maar ook in thuistesten, wat veelbelovend was, aangezien de oplossing voornamelijk gericht is op eventueel thuisgebruik.

Het onderzoeksteam, waaronder medewerkers van de Universiteit van Californië, San Francisco, en Northwestern University, publiceerden hun resultaten in het tijdschrift IEEE-transacties over biomedische technologie . Het onderzoek werd gefinancierd door het National Heart, Lung and Blood Institute bij de National Institutes of Health.

Ballisto krabbel

Het ECG-gedeelte van de experimentele schaal is niet nieuw, noch de geweldige diagnostische informatie, maar het alleen zegt niet genoeg over hartfalen. Het BCG-gedeelte is grotendeels nieuw, en het lijkt waardevol voor het monitoren van hartfalen, maar ook een uitdaging om vast te leggen en te interpreteren.

"Het ECG (EKG) heeft karakteristieke golven die clinici al 100 jaar begrijpen, en nu, computers lezen het vaak, "Zei Inan. "Elementen van het BCG-signaal zijn nog niet echt goed bekend, en ze zijn helemaal niet gemeten bij patiënten met hartfalen."

Het ECG is elektrisch; het lichaam voert zijn signalen goed af, en de opnames zijn duidelijk.

De BCG is een mechanisch signaal; lichaamsvet dempt het, en het wordt geconfronteerd met veel interferentie in het lichaam, zoals weefselvariaties en spierbewegingen. BCG's zijn ook luidruchtiger bij mensen met hart- en vaatziekten.

Patiënten met hartfalen zijn vaak zwakker, en aanvankelijk, de onderzoekers waren bang dat ze tijdens thuistesten op de weegschaal zouden wiebelen, nog meer ruis toevoegen aan de BCG's. Maar de opnames waren zeer productief.

Hoewel een BCG-uitlezing gekrabbel is in vergelijking met de bijna uniforme etsen van een ECG, BCG's hebben een aantal patronen die parallel lopen aan een ECG. Bijvoorbeeld, de grote opwaartse piek in een ECG wordt gevolgd door de grote "J-golf" van de BCG.

Inconsistent kloppend

De onderzoekers verwerkten BCG's met drie machine learning-algoritmen, patronen onthullen die verschillen wanneer hartfalen van een patiënt wordt gecompenseerd, dat is, gezonder, vanaf het moment dat het wordt gedecompenseerd.

"Bij iemand met gedecompenseerd hartfalen, het cardiovasculaire systeem kan de verminderde hartfunctie niet meer compenseren, en dan is de bloedstroom door de slagaders meer wanordelijk, en we zien het in het mechanische signaal van de BCG, " zei Inan. "Dat verschil komt niet naar voren in het ECG omdat het een elektrisch signaal is."

"Het belangrijkste kenmerk was de mate waarin de BCG variabel is, wat een inconsistente bloedstroom zou betekenen. Als je de opname opdeelt in intervallen van 20 seconden en de afzonderlijke segmenten veel van elkaar verschillen, dat is een goede markering van decompensatie, ' zei Inan.