Registrazione diretta del paziente di un elettrocardiogramma bipolare a tre piombo utilizzando uno smartwatch con funzione ECG

Summary

Descriviamo un protocollo per la registrazione diretta dal paziente di un elettrocardiogramma bipolare a tre piombo da parte di uno smartwatch che funziona in modo identico ai cavi Einthoven degli elettrocardiogrammi standard. Ciò consente ai pazienti di registrare elettrocardiogrammi da soli immediatamente dopo l'insorgenza dei sintomi.

Abstract

Le aritmie cardiache e le malattie cardiovascolari sono un grave problema di salute pubblica nei paesi sviluppati. Uno degli obiettivi principali della medicina preventiva è la riduzione della morte cardiovascolare mediante la diagnosi precoce della fibrillazione atriale (AF), che può causare ictus, o la diagnosi precoce di ischemia miocardiale potenzialmente letale nella sindrome coronarica acuta. Il rilevamento dell'aritmia è spesso difficile se i sintomi si verificano quando i pazienti non hanno alcuna possibilità di test diagnostici immediati immediati (ECG) o se il periodo di osservazione è breve o una visita immediata dal medico non è possibile. Gli smartwatch e altri dispositivi indossabili sono in grado di registrare una singola registrazione ECG di piombo, ma un Singolo ECG di piombo spesso non è sufficiente per la diagnosi di disturbi cardiovascolari. Anche la diagnosi di AF può essere difficile con solo informazioni da un singolo piombo bipolare ECG. Alcuni dispositivi intelligenti utilizzano la fotopletismografia per rilevare il ritmo cardiaco, ma questa tecnica può solo dare accenni indiretti del ritmo cardiaco sottostante, è soggetta a interferenze e non può essere utilizzata per il rilevamento di ischemia miocardiale. Un ECG bipolare a tre piombo come i cavi Einthoven utilizzati negli ECG regolari può aggiungere informazioni utili per quanto riguarda il rilevamento dell'aritmia o anche la diagnosi di altre malattie cardiovascolari come l'ischemia. Pertanto, descriviamo un protocollo per la registrazione diretta dal paziente di un ECG a tre piombo Einthoven utilizzando uno smartwatch.

Introduction

Gli smartwatch o altri cosiddetti "dispositivi indossabili" mostrano una crescente popolarità e un uso quotidiano in forte aumento nei paesi occidentali. Quasi l'80% degli US-Americans possiede uno smartphone e più del 10% ha uno smartwatch¹. A causa di un sensore fotopletismografico che utilizza LED-luce e fotodiodi, alcuni smartwatch possono registrare la frequenza degli impulsi e le irregolarità¹. Questa funzione consente il rilevamento di aritmie, in particolare AF, con elevata precisione diagnostica^2,3. Per un autentico rilevamento dell'aritmia ECG, sono stati sviluppati dispositivi ECG portatili, palmari e indossabili per consentire registrazioni ECG assistite da smartphone. Tuttavia, questi dispositivi consentono la registrazione attivata dal paziente di elettrocardiogrammi solo se la conformità dei pazienti per il trasporto del dispositivo ECG è estremamente elevata^4,5,6,7.

Così, lo strumento ottimale per la sorveglianza medica di un paziente sarebbe un dispositivo intelligente per l'uso quotidiano. Alcuni smartwatch di ultima generazione consentono una registrazione ECG a comando singolo paragonabile al piombo bipolare Einthoven I da un ECG standard a 12 canali utilizzando il retro dell'orologio come positivo e la corona come l'elettrodo negativo⁸. La registrazione ECG è controllata e attivata dal paziente in caso di sintomi. Successivamente, un'applicazione crea un documento PDF per un'ulteriore analisi da parte di un operatore sanitario. Tuttavia, l'utilizzo di un solo ECG a comando singolo per la discriminazione delle onde P per la diagnosi del ritmo del sinusale è talvolta^{insufficiente 9} per il rilevamento dell'onda P e spesso sono necessari più cavi ECG⁵. Inoltre, la registrazione ECG multicanale è obbligatoria per la diagnosi della maggior parte delle malattie cardiache strutturali acute o croniche come l'infarto miocardico (MI), l'embolia polmonare o i segni di insufficienza cardiaca acuta.

Più di 100 anni fa, Einthoven ha sviluppato un metodo per la registrazione di un ECG¹⁰a tre canali bipolare. Questo ECG a tre canali offre l'opportunità di identificare l'asse del cuore elettrico e possibilmente anche l'ischemia miocardiale, soprattutto nelle regioni inferiori del miocardio¹¹. Pertanto, nella pratica clinica quotidiana che Einthoven conduce I-III sono parti essenziali dell'ECG a 12 derivazioni e consentono la determinazione del ritmo cardiaco o il rilevamento di ischemia miocardiale.

La diagnosi precoce e soprattutto il trattamento precoce dell'infarto miocardico sono notevolmente migliorati negli ultimi decenni. Tuttavia, soprattutto presto dopo l'insorgenza dei sintomi, molti pazienti esitano a contattare l'aiuto professionale. Così, primo contatto medico e l'avvio di un trattamento adeguato è spesso ritardato¹². La registrazione e la trasmissione di un ECG diretto dal paziente all'inizio dell'insorgenza dei sintomi potrebbe accelerare il trattamento specifico e quindi consentire un migliore esito del paziente⁷. Fino ad ora, il rilevamento dell'ischemia da dispositivi intelligenti è limitato, perché principalmente a comando singolo (Einthoven I), o come nel nostro studio, è possibile registrare gli ECG massimi a tre piombi (Einthoven I-III), che rappresentano solo un'area limitata del miocardio.

Diversi studi hanno utilizzato dispositivi diretti dal paziente come registratori ECG portatili, smartphone e, molto recentemente, per il rilevamento di AF nei pazienti cardiaci^1,2,5,9. Lo studio Apple Heart e lo studio WATCH AF hanno utilizzato il sensore fotopletismografico a LED dello smartwatch per il rilevamento di un impulso irregolare o variabile, correlato all'aritmia come AF^1,2. Una qualità del segnale insufficiente è stato il fattore limitante in queste prove, portando ad un alto tasso di abbandono². Un altro studio smartwatch ha usato la fotopletismografia per il rilevamento DiF, ma ha anche mostrato una precisione diagnostica ridotta rispetto ai normali ECG¹³.

Il rilevamento di AF mediante la registrazione delle irregolarità dell'impulso è il fattore limitante della fotopletismografia, perché le variabilità del battito cardiaco a causa di sistole extra o aritmia del seno possono anche causare irregolarità del polso. Pertanto, la registrazione di un ECG da uno smartphone o uno smartwatch può aumentare la sensibilità e la specificità del rilevamento dell'aritmia. Diversi dispositivi compatibili con smartphone possono registrare un ECG bipolare a guida singola che simula Einthoven lead I^5,9. In uno studio, un dispositivo ECG smartphone bipolare è stato utilizzato per lo screening AF⁹. In questo studio, una piccola tensione di onde P in piombo ho portato a una determinazione errata AF, una limitazione quando solo un ECG a comando singolo è disponibile⁹. I dispositivi ECG per lo screening AF sono stati testati anche in pazienti ricoverati in ospedale nei reparti cardiologici e geriatrici⁵. L'accuratezza diagnostica degli algoritmi automatizzati era solo non ottimale e gli ECG a 12 lead aggiuntivi erano spesso obbligatori. La maggior parte di questi dispositivi ha la limitazione di una sola registrazione di piombo ECG (Einthoven I), che non è sempre sufficiente per garantire aritmia o rilevamento di ripolarizzazione.

Solo una piccola serie di casi di cinque pazienti ha dimostrato che un ECG convenzionale a 12 derivazioni è registrabile da un dispositivo smartphone bipolare convenzionale dopo la modifica per le registrazioni di piombo unipolare con schede ECG e fili con clip di alligatore⁴. Hanno mostrato registrazioni ECG con una buona qualità del segnale, ma il fattore limitante è la necessità di modifiche del dispositivo che complica la registrazione auto-ECG diretta dal paziente.

Al contrario, abbiamo eseguito il primo studio per la registrazione di un ECG con uno smartwatch con i tre cavi einthoven bipolari come prova di concetto in soggetti sani. Siamo stati in grado di mostrare un alto grado di coerenza tra i cavi smartwatch e i cavi Einthoven da un ECG standard utilizzando il seguente semplice protocollo.

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Protocol

Questo studio è stato eseguito secondo le Dichiarazioni di Helsinki e approvato dal Comitato Etico dell'Aerztekammer Westfalen-Lippe (numero di riferimento 2019-456).

1. Studio

1. Istruire i soggetti su come utilizzare lo smartwatch per una corretta registrazione ECG.

2. Registrazione di un ECG standard a 12 piombo da parte di un dispositivo comune

1. Utilizzare un dispositivo ECG comune per la registrazione ECG standard.
2. Regolare la velocità di percorrerla su 50 mm/s.
3. Eseguire la registrazione ECG dopo un periodo di riposo di 5 min in posizione supina.
4. Posizionare l'elettrodo del braccio destro vicino alla spalla destra.
5. Posizionare l'elettrodo del braccio sinistro vicino alla spalla sinistra.
6. Posizionare l'elettrodo della gamba destra vicino alla caviglia destra.
7. Posizionare l'elettrodo della gamba sinistra vicino alla caviglia sinistra.
8. Posizionare l'elettrodo V1 nel quarto spazio intercostale sulla linea parasternale destra.
9. Posizionare l'elettrodo V2 nel quarto spazio intercostale sulla linea parasternale sinistra.
10. Posizionare l'elettrodo V3 tra V2 e V4.
11. Posizionare l'elettrodo V4 nel quinto spazio intercostale sulla linea mediacoviculare.
12. Posizionare l'elettrodo V5 nel quinto spazio intercostale sulla linea ascellare anteriore.
13. Posizionare l'elettrodo V6 nel quinto spazio intercostale sulla linea ascellare.
14. Registrare un ECG standard a 12 lead con il dispositivo ECG standard.
    NOTA: Il paziente non deve muoversi durante la registrazione ECG per evitare artefatti ECG.

3. Registrazione di Einthoven porta I-III da uno smartwatch con funzione ECG

1. Registrare gli ECG degli smartwatch direttamente dopo aver registrato gli ECG standard.
2. Abilitare l'applicazione dello smartwatch per le registrazioni ECG. Un ECG 30 s sarà registrato direttamente dopo un corretto contatto con la pelle con lo smartwatch.
3. Registrare Einthoven I posizionando la parte posteriore dello smartwatch sul polso sinistro e l'indice destro sulla corona (Figura 1A).
4. Registrare Einthoven II posizionando la parte posteriore dello smartwatch sull'addome inferiore sinistro e l'indice destro sulla corona (Figura 1B).
5. Registrare Einthoven III posizionando la parte posteriore dello smartwatch sull'addome inferiore sinistro e l'indice sinistro sulla corona (Figura 1C).
   NOTA: L'indice destro e sinistro non deve contattare la pelle del polso sinistro o dell'addome inferiore sinistro per un'adeguata registrazione ECG. Il paziente non deve muoversi durante la registrazione ECG al fine di prevenire gli artefatti ECG.

4. Analisi degli ECG

1. Gli ECG di smartwatch registrati vengono memorizzati digitalmente utilizzando l'app per smartphone.
2. Utilizzare la funzione "Invia PDF al medico" per creare un documento PDF di ogni singolo cavo Smartwatch ECG lead. Stampa lo smartwatch digitale ECG su carta per confrontare con l'ECG standard su carta stampata.
3. Classificare tutti gli ECG di smartwatch registrati come di qualità del segnale moderata se almeno tre complessi QRS consecutivi mostrano una qualità del segnale priva di rumore e non ci sono artefatti nelle linee isoelettriche tra i complessi QRS.
4. Classificare gli ECG di smartwatch come di buona qualità del segnale se almeno dieci Complessi QRS mostrano una qualità del segnale priva di rumore e non ci sono artefatti nelle linee isoelettriche tra i complessi QRS.

5. Analisi statistica

1. Eseguire analisi statistiche utilizzando LE statistiche IBM SPSS.
   NOTA: le variabili categoriche vengono visualizzate come numeri assoluti e percentuali. Le variabili continue sono presentate come media - deviazione standard. Le differenze delle variabili dei risultati metriche sono state valutate mediante analisi ripetuta di un modo della varianza (ANOVA) e del test t accoppiato. In caso di variabili binarie, è stato utilizzato il test di .

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Results

In una coorte di 100 soggetti sani (66 femmine) abbiamo studiato la fattibilità del nostro protocollo di registrazione degli smartwatch. Le caratteristiche dei soggetti sono indicate nella tabella 1. Dopo un breve tutorial tutti i volontari hanno gestito la procedura di registrazione ECG con lo smartwatch. Tutti i 300 ECG di smartwatch erano utilizzabili per un'ulteriore analisi con una qualità del segnale almeno adeguata ai fini della diagnostica. Dei totale ECG, 277 (92%) di buona qualità e 23 (8%) ...

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Discussion

Dispositivi intelligenti come smartphone e smartwatch sono sempre più utilizzati nella vita quotidiana e nelle cure mediche¹. Questi nuovi dispositivi e app possono avere un impatto significativo sulla consapevolezza della salute della popolazione, ma il loro uso efficace deve essere testato negli studi⁸. Per quanto ne sappiamo, il nostro gruppo è stato il primo a sviluppare questo metodo di registrazioni ECG a comando singolo corrispondente al convenzionale Einthoven ECG...

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Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Apple Watch Series 4	Apple	Smartwatch with bipolar ECG function
IBM SPSS Statistics	IBM	version 25 for Mac
MAC 5500	GE Healthcare	Standard 12 channel ECG device