Boezemfibrilleren is de meest voorkomende vorm van hartritmestoornissen, alleen al in de VS treft tot 6 miljoen mensen. Veelvoorkomende behandelingen voor ernstige vormen van het onregelmatige kloppend fenomeen zijn controversieel, en geleid door detectiemethoden die nog niet gestandaardiseerd of volledig verfijnd zijn. Maar nieuw onderzoek van een diverse groep interdisciplinaire wetenschappers, deze week gepubliceerd in het tijdschrift Chaos , biedt een computationele benadering voor het begrijpen van de belangrijke factoren die betrokken zijn bij het meten van cardiale excitatiegolven.

Hoewel aritmieën een symptoom kunnen zijn dat gepaard gaat met meerdere aandoeningen, hun fundamentele gedrag komt voort uit golven van excitatie en hoe ze zich voortplanten door hartspierweefsel. Deze golven kunnen spiraalgeometrieën aannemen, rotoren genoemd, die belangrijk worden geacht voor het initiëren en in stand houden van atriale fibrillatie.

Voor sommige ernstige gevallen, behandeling kan ablatie omvatten - het effectief vernietigen van - gelokaliseerde gebieden van hartweefsel waar cardiologen vermoedelijke rotors identificeren. Hoewel ablatie van rotoren een aantal tevreden patiënten opeist, het algehele succes ervan is nog steeds controversieel. Dit is gedeeltelijk te wijten aan meningsverschillen met betrekking tot diagnostische benaderingen die worden gebruikt om de onderliggende verschijnselen te karakteriseren en rotoren te identificeren.

Leon Glass en Alvin Shrier, beide professoren in de fysiologie aan de McGill University in Canada, hebben rotoren bestudeerd in hartcellen van embryonale kuikens. Samen met Min Ju You, destijds een student, kosmoloog Matt Dobbs, en twee andere onderzoekers, ze identificeerden misleidende effecten die voortkomen uit de methoden die worden gebruikt om de dynamiek in kaart te brengen.

"Cardiologen meten de lokale activiteit op een aantal verschillende plaatsen en proberen op basis daarvan te reconstrueren wat er gebeurt, " zei Glass. "De vraag is wat de fouten in die procedure zijn. Er ontstaan ​​problemen omdat er geen duidelijk begrip is van het meetanalyseproces. Je hebt altijd een bepaalde ruimtelijke resolutie, een bepaalde temporele resolutie. ..."

Glass en zijn team ontwikkelden een algoritmische techniek om de activeringen van spiraalgolven in kaart te brengen, gemeten in 1-centimeter brede monolaagmonsters van embryonale kippenhartcellen, gelabeld met calciumgevoelige fluorescerende kleurstoffen die de rotoren stralend maken voor directe optische detectie.

Dit vereenvoudigde model maakt metingen mogelijk met een veel hogere precisie dan de op katheters gebaseerde detectiemethoden die worden gebruikt bij levende (menselijke) patiënten, maar dit is eigenlijk een factor die het onderzoeksteam probeerde te benadrukken. Met hun algoritme ze waren in staat om enkele van de misleidende effecten van steekproeffouten en resolutieverschillen aan te tonen.

"Als je een heterogeen medium hebt, zoals het echte weefsel is, dan kunnen er complicaties optreden als gevolg van meerdere geleidingssnelheden en gecompliceerde geometrieën van voortplanting van golven uit verschillende bronnen, " zei Glass. "Er kunnen valse positieven zijn, misschien zie je iets dat er misschien niet echt is, [of] er kunnen valse negatieven zijn, het kan zijn dat je iets niet ontdekt dat er echt is, en voor al deze zijn er gegevensvereisten in termen van de ruimtelijke resolutie die je nodig hebt om rotoren te detecteren."

Door rekening te houden met statistische overwegingen, hun computationele reconstructies bieden een aantal waardevolle inzichten voor rotoridentificatie. Voor een eenvoudigere dynamiek, ze tonen eenvoudige aanpassingen van drempels op basis van de detectieresolutie die valse positieven kunnen voorkomen.

Voor meer complexe dynamiek met meerdere op elkaar inwerkende rotoren, ze waren in staat om aan te tonen wanneer artefacten verantwoordelijk kunnen zijn voor fout-positieve uitlezingen van zogenaamde fase-singulariteiten die verband houden met de oorsprong van een rotor. Omdat deze singulariteiten vaak de focus zijn bij het bepalen waar ablatie moet worden gericht, hun bevindingen benadrukken wat zou kunnen bijdragen aan veel van de onzekerheid in het veld.

"We voelen dat om te proberen op te lossen wat er in het menselijk hart gebeurt, dat het voor groepen nodig zal zijn om te proberen de technieken die ze gebruiken bij de gegevensverwerking expliciet te maken, ' zei Glas.

Gezien het feit dat de moeilijkheden bij rotoridentificatie van substraatheterogeniteiten en complexe golfgeometrieën uitdagend worden gemaakt door lage opnameresoluties, en dat deze complicaties alleen vergroot zullen worden in real-time analyses van zieke menselijke harten, Glass herhaalde een sentiment dat rechtstreeks in de conclusie van het artikel werd gemaakt:"We dringen er bij de gemeenschap op aan om openbare algoritmen voor rotoridentificatie te ontwikkelen die kritisch kunnen worden geëvalueerd in zowel onderzoek als klinische contexten."