Name: patient directed recording of a bipolar three-lead electrocardiogram using a smartwatch with ecg function
Uploaded: 2019-12-11T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Patient Directed Recording of a Bipolar Three-Lead Electrocardiogram using a Smartwatch with ECG Function at JoVE.com

Diese Forschung erhielt keine externe Finanzierung. Wir danken Lisa Tiedemann, Ester Krist und Tobias Anke für die technische Unterstützung.

Diese Studie wurde gemäß den Erklärungen von Helsinki durchgeführt und von der Ethikkommission der Aerztekammer Westfalen-Lippe (Referenznummer 2019-456) genehmigt.
1. Studie
<ol><li>Weisen Sie die Probanden an, wie Sie die Smartwatch für die richtige EKG-Aufzeichnung verwenden.</li>
</ol>2. Aufzeichnung eines 12-leiterförmigen Standard-EKG mit einem gemeinsamen Gerät
<ol><li>Verwenden Sie ein gemeinsames EKG-Gerät für die Standard-EKG-Aufzeichnung.</li>
	<...

<ol>
	<li>Turakhia, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rationale+and+design+of+a+large-scale,+app-based+study+to+identify+cardiac+arrhythmias+using+a+smartwatch:+The+Apple+Heart+Study.">Rationale and design of a large-scale, app-based study to identify cardiac arrhythmias using a smartwatch: The Apple Heart Study.</a> American Heart Journal. 207, 66-75 (2019).</li><li>Dorr, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+WATCH+AF+Trial:+SmartWATCHes+for+Detection+of+Atrial+Fibrillation.">The WATCH AF Trial: SmartWATCHes for Detection of Atrial Fibrillation.</a> JACC Clinical Electrophysiology. 5 (2), 199-208 (2019).</li><li>Hochstadt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+heart+rate+monitoring+for+automatic+detection+of+atrial+fibrillation+with+novel+bio-sensing+technology.">Continuous heart rate monitoring for automatic detection of atrial fibrillation with novel bio-sensing technology.</a> Journal of Electrocardiology. 52, 23-27 (2019).</li><li>Baquero, G. A., Banchs, J. E., Ahmed, S., Naccarelli, G. V., Luck, J. 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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=History+of+precordial+leads+in+electrocardiography.">History of precordial leads in electrocardiography.</a> European Journal of Cardiology. 8 (2), 207-236 (1978).</li><li>Leslie, W. S., Urie, A., Hooper, J., Morrison, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delay+in+calling+for+help+during+myocardial+infarction:+reasons+for+the+delay+and+subsequent+pattern+of+accessing+care.">Delay in calling for help during myocardial infarction: reasons for the delay and subsequent pattern of accessing care.</a> Heart. 84 (2), 137-141 (2000).</li><li>Tison, G. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+Detection+of+Atrial+Fibrillation+Using+a+Commercially+Available+Smartwatch.">Passive Detection of Atrial Fibrillation Using a Commercially Available Smartwatch.</a> JAMA Cardiology. 3 (5), 409-416 (2018).</li><li>Samol, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+of+Bipolar+Multichannel+ECGs+by+a+Smartwatch:+Modern+ECG+Diagnostic+100+Years+after+Einthoven.">Recording of Bipolar Multichannel ECGs by a Smartwatch: Modern ECG Diagnostic 100 Years after Einthoven.</a> Sensors (Basel). 19 (13), (2019).</li><li>Avila, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Use+of+Apple+Watch+4+to+Obtain+3-Lead+Electrocardiogram+and+Detect+Cardiac+Ischemia.">Novel Use of Apple Watch 4 to Obtain 3-Lead Electrocardiogram and Detect Cardiac Ischemia.</a> Permanente Journal. 23, (2019).</li></ol>

Intelligente Geräte wie Smartphones und Smartwatches werden zunehmend im Alltag und in der medizinischen Versorgung eingesetzt1. Diese neuen Geräte und Apps können einen erheblichen Einfluss auf das Gesundheitsbewusstsein der Bevölkerung haben, aber ihre effektive Verwendung muss in Studien getestet werden8. Nach bestem Wissen und Gewissen war unsere Gruppe die erste, die diese Methode der einzeiligen EKG-Aufnahmen entsprechend den herkömmlichen Einthoven EKG-Leitungen...

Smartwatches oder andere sogenannte "Wearable Devices" zeigen in westlichen Ländern eine steigende Popularität und einen stark steigenden täglichen Einsatz. Fast 80% der US-Amerikaner besitzen ein Smartphone und mehr als 10% eine Smartwatch1. Durch einen photoplethysmographischen Sensor mit LED-Licht und Photodioden können einige Smartwatches Pulsfrequenz und Unregelmäßigkeiten aufzeichnen1. Diese Funktion ermöglicht die Detektion von Arrhythmien, insbesondere AF, mit hoher diagnostischer Genauigkeit2,3. Für die authentische EKG-Arrhythmieerkennung wurden tragbare, handgeführte und tragbare EKG-Geräte entwickelt, um Smartphone-unterstützte EKG-Aufnahmen zu ermöglichen. Dennoch erlauben diese Geräte die patientenaktivierte Aufzeichnung von Elektrokardiogrammen nur, wenn die Compliance der Patienten für das Tragen des EKG-Geräts extrem hoch ist4,5,6,7.
Somit wäre das optimale Werkzeug für die medizinische Überwachung eines Patienten ein intelligentes Gerät für den täglichen Gebrauch. Einige Smartwatches der letzten Generation ermöglichen eine einführende EKG-Aufnahme, vergleichbar mit bipolarem Blei Einthoven I von einem Standard 12-Kanal-EKG, wobei die Rückseite der Uhr als positiv und die Krone als negativer Elektrode8verwendet werden. Die EKG-Aufzeichnung wird patientengesteuert und aktiviert, wenn Symptome auftreten. Danach erstellt eine Anwendung ein PDF-Dokument zur weiteren Analyse durch einen Arzt. Dennoch reicht die Verwendung eines einführenden EKG zur Diskriminierung von P-Wellen zur Diagnose des Sinusrhythmus manchmalnicht aus, 9 für die Erkennung der P-Welle und oft sind mehrere EKG-Leitungen erforderlich5. Darüber hinaus ist die Multichannel-EKG-Aufzeichnung obligatorisch für die Diagnose der meisten akuten oder chronischen strukturellen Herzerkrankungen wie Myokardinfarkt (MI), Lungenembolie oder Anzeichen einer akuten Herzinsuffizienz.
Vor mehr als 100 Jahren entwickelte Einthoven eine Methode zur Aufzeichnung eines bipolaren Dreikanal-EKG10. Dieses dreikanalige EKG bietet die Möglichkeit, die elektrische Herzachse und möglicherweise auch die Myokardischämie zu identifizieren, insbesondere in minderwertigen Regionen des Myokards11. Daher sind in der klinischen täglichen Praxis bipolare Einthoven-Leitungen I-III wesentliche Bestandteile des 12-leiter-EKG und ermöglichen die Herzrhythmusbestimmung oder den Nachweis von Myokard-Ischämie.
Die frühdiagnose und vor allem die frühzeitige Behandlung des Myokardinfarkts hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert. Dennoch zögern viele Patienten, sich besonders früh nach auftretenden Symptomen mit professioneller Hilfe in Verbindung zu setzen. So verzögert sich der erste medizinische Kontakt und die Einleitung einer angemessenen Behandlung oft12. Die Registrierung und Übertragung eines patientengesteuerten EKG früh nach Auftreten der Symptome könnte eine spezifische Behandlung beschleunigen und somit ein besseres Patientenergebnis ermöglichen7. Bisher ist die Ischämie-Erkennung durch intelligente Geräte begrenzt, da hauptsächlich Ein-Blei-EKGs (Einthoven I) oder wie in unserer Studie maximal drei-Leiter-EKGs (Einthoven I-III) erfasst werden können, die nur einen begrenzten Bereich des Myokards darstellen.
Mehrere Studien verwendeten patientengesteuerte Geräte wie tragbare EKG-Recorder, Smartphones und vor kurzem Smartwatches, für die Erkennung von AF bei Herzpatienten1,2,5,9. Die Apple Heart Study und die WATCH AF Studie verwendeten den photoplethysmografischen LED-Lichtsensor der Smartwatch zur Erkennung eines unregelmäßigen oder variablen Pulses, der mit Arrhythmie wie AF1,2korreliert. Unzureichende Signalqualität war der begrenzende Faktor in diesen Studien, was zu einer hohen Abbrecherquote2führte. Eine weitere Smartwatch-Studie nutzte Photoplethysmographie zur AF-Erkennung, zeigte aber auch eine reduzierte Diagnosegenauigkeit im Vergleich zu normalen EKGs13.
Die Detektion von AF durch die Registrierung von Pulsunregelmäßigkeiten ist der begrenzende Faktor der Photoplethysmographie, da Herzschlagvariabilitäten aufgrund zusätzlicher Systole oder Sinusarrhythmie auch Pulsunregelmäßigkeiten verursachen können. So kann die Aufzeichnung eines EKG mit einem Smartphone oder einer Smartwatch die Empfindlichkeit und Spezifität der Arrhythmieerkennung erhöhen. Mehrere Smartphone-kompatible Geräte können ein bipolares Ein-Blei-EKG aufnehmen, das Einthoven-Lead I5,9simuliert. In einer Studie wurde ein bipolares Smartphone-EKG-Gerät für AF-Screening9verwendet. In dieser Studie führte eine kleine Spannung von P-Wellen in Blei I zu einer falschen AF-Bestimmung, eine Einschränkung, wenn nur ein ein-Lead-EKG verfügbar ist9. EKG-Geräte für das AF-Screening wurden auch bei stationären Patienten auf kardiologischen und geriatrischen Stationen 5getestet. Die Diagnosegenauigkeit der automatisierten Algorithmen war nur suboptimal und zusätzliche 12-Leiter-EKGs waren oft obligatorisch. Die meisten dieser Geräte haben die Begrenzung von nur einer EKG-Bleiaufnahme (Einthoven I), was nicht immer ausreicht, um Arrhythmie oder Repolarisationserkennung zu gewährleisten.
Nur eine kleine Serie von fünf Patienten zeigte, dass ein herkömmliches 12-Blei-EKG mit einem herkömmlichen bipolaren Smartphone-Gerät nach Modifikation für unipolare Bleiaufnahmen mit EKG-Tabs und Drähten mit Alligatorclips4beschreibbar ist. Sie zeigten EKG-Aufnahmen mit guter Signalqualität, aber der begrenzende Faktor ist die Notwendigkeit von Gerätemodifikationen, die patientengesteuerte Selbst-EKG-Aufnahmen erschweren.
Im Gegensatz dazu haben wir die erste Studie zur Aufzeichnung eines EKG mit einer Smartwatch mit den drei bipolaren Einthoven-Leads als Machbarkeitsnachweis bei gesunden Probanden durchgeführt. Mit dem folgenden einfachen Protokoll konnten wir eine hohe Konsistenz zwischen den Smartwatch-Leads und den Einthoven-Leitungen von einem Standard-EKG nachweisen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Apple Watch Series 4</td>
			<td>Apple</td>
			<td>Smartwatch with bipolar ECG function</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IBM SPSS Statistics</td>
			<td>IBM</td>
			<td>version 25 for Mac</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MAC 5500</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>Standard 12 channel ECG device</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

patient directed recording of a bipolar three-lead electrocardiogram using a smartwatch with ecg function

Herzrhythmusstörungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind ein großes Problem der öffentlichen Gesundheit in den Industrieländern. Ein wichtiges Ziel in der Präventivmedizin ist die Reduktion des kardiovaskulären Todes durch Früherkennung von Vorhofflimmern (AF), das Schlaganfall oder früherkennung lebensbedrohlicher Myokardischämie bei akutem Koronarsyndrom verursachen kann. Der Nachweis von Arrhythmie ist oft eine Herausforderung, wenn Symptome auftreten, wenn Patienten keine Chance auf sofortige Elektrokardiogramm -diagnosen haben, oder wenn der Beobachtungszeitraum kurz ist oder ein sofortiger Arztbesuch nicht möglich ist. Smartwatches und andere tragbare Geräte sind in der Lage, eine einzelne Blei-EKG-Aufzeichnung aufzuzeichnen, aber ein einzelnes Blei-EKG reicht oft nicht für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen aus. Auch die Diagnose von AF kann schwierig sein, nur mit Informationen aus einem einzigen bipolaren EKG. Einige intelligente Geräte verwenden Photoplethysmographie für die Erkennung von Herzrhythmus, aber diese Technik kann nur indirekte Hinweise auf den zugrunde liegenden Herzrhythmus geben, ist anfällig für Interferenzen, und kann nicht für den Nachweis von Myokard-Ischämie verwendet werden. Ein drei-leiterbipolares EKG wie die Einthoven-Leitungen, die in regulären EKGs verwendet werden, kann nützliche Informationen über den Arrhythmienachweis oder sogar die Diagnose anderer Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Ischämie hinzufügen. Daher beschreiben wir ein Protokoll zur patientengesteuerten Aufzeichnung eines Einthoven-Drei-Leiter-EKG mit einer Smartwatch.

In einer Kohorte von 100 gesunden Probanden (66 frauenhaft) haben wir die Machbarkeit unseres Smartwatch-Aufnahmeprotokolls untersucht. Die Merkmale der Probanden sind in Tabelle 1dargestellt. Nach einem kurzen Tutorial leiteten alle Freiwilligen das EKG-Aufnahmeverfahren mit der Smartwatch. Alle 300 Smartwatch-EKGs waren für die weitere Analyse mit zumindest ausreichender Signalqualität für Diagnosezwecke einsetzbar. Von den gesamten EZB-Zielen entfielen 277 (92%) waren von guter Qualität und 23 (8%...

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Patient Directed Recording of a Bipolar Three-Lead Electrocardiogram using a Smartwatch with ECG Function

Wir beschreiben ein Protokoll zur patientengesteuerten Registrierung eines dreileitenden bipolaren Elektrokardiogramms durch eine Smartwatch, die identisch mit den Einthoven-Leitungen aus Standard-Elektrokardiogrammen funktioniert. Dies ermöglicht es Patienten, Elektrokardiogramme sofort nach auftretenden Symptomen selbst aufzuzeichnen.

Patientengerichtete Aufzeichnung eines bipolaren Drei-Leiter-Elektrokardiogramms mit einer Smartwatch mit EKG-Funktion

Cardiac arrhythmias and cardiovascular diseases are a major public health problem in developed countries. A major goal in preventive medicine is the ...

Dieses Protokoll ermöglicht es Probanden, die eine Smartwatch mit EKG-Funktion besitzen, drei bipolare Signal-Lead-EKGs aufzuzeichnen, die mit Einthoven vergleichbar sind, führt eins bis drei von einem Standard-EKG. Diese Technik kann helfen, Herzrhythmusstörungen oder Myokard-Ischämie zu erkennen. Die Probanden könnten einem Arzt helfen, EKG-Anomalien unmittelbar nach Auftreten der Symptome zu erkennen.Diese Methode kann grundsätzlich auf alle bipolaren EKG-Aufnahmegeräte und Smartwatches mit EKG-Funktion angewendet werden, mit Ausnahme des Protokolls zum Senden von PDF an den Arzt, das für die Geräte-App spezifisch ist. Es ist wichtig, dass das Subjekt in der Lage ist, einen guten Hautkontakt zu erzeugen, vor allem bei der Aufnahme von Leads zwei und drei. Es kann schwierig sein, Einthoven führt zwei und drei zu erfassen, weil die Uhr in den unteren Bauch des Individuums gelegt werden muss.Daher ist eine Ruheposition obligatorisch. Demonstriert wird das Verfahren von Sven Kaese, einem Kollegen aus unserer Abteilung. Um ein Standard-EKG aufzuzeichnen, verwenden Sie ein gemeinsames EKG-Gerät und stellen Sie die Papierlaufgeschwindigkeit auf 50 Millimeter pro Sekunde ein.Führen Sie die Aufnahme nach einer fünfminütigen Ruhezeit in einer Supine-Position durch. Platzieren Sie die Elektroden des rechten und linken Arms in der Nähe der Schultern und der rechten und linken Beinelektroden in der Nähe der Knöchel. Platzieren Sie dann die Elektroden V1 und V2 im vierten interkostalen Raum an der rechten bzw. linken parasternalen Linie.Platzieren Sie die V4-Elektrode im fünften interkostalen Raum an der Mittelklavenlinie und die V3-Elektrode zwischen V2 und V4. Dann legen Sie die V5-Elektrode im fünften interkostalen Raum an der vorderen Achsellinie und die V6-Elektrode an der mittleren Achsellinie. Sobald alle Elektroden an Ort und Stelle sind, nehmen Sie ein Standard-12-Blei-EKG mit dem EKG-Gerät auf. Nehmen Sie das Smartwatch-EKG sofort nach der Aufzeichnung des Standard-EKG auf.Aktivieren Sie die Anwendung für die EKG-Aufnahme, die ein 30-Sekunden-EKG nach ordnungsgemäßem Hautkontakt mit der Smartwatch aufzeichnet. Zeichnen Sie Einthoven ein, indem Sie die Rückseite der Smartwatch am linken Handgelenk und den rechten Zeigefinger auf die Krone legen. Dann, Rekord Einthoven zwei durch die Platzierung auf den linken Unterbauch und den rechten Zeigefinger auf der Krone.Schließlich, Rekord Einthoven drei in der gleichen Position, aber mit dem linken Zeigefinger auf der Krone. Stellen Sie sicher, dass der rechte und linke Zeigefinger nicht mit der Haut des Handgelenks des Unterbauchs in Berührung kommen und dass sich das Motiv während der Aufnahme nicht bewegt. Verwenden Sie die Funktion PDF an Ihren Arzt senden, um ein PDF-Dokument von jedem Smartwatch-EKG-Lead zu erstellen.Drucken Sie dann das digitale EKG auf Papier, um es mit dem Standard-EKG zu vergleichen. Klassifizieren Sie alle Smartwatch-EKGs als moderate Qualität, wenn mindestens drei aufeinander folgende QRS-Komplexe eine geräuschfreie Signalqualität aufweisen und es keine Artefakte in den isoelektrischen Leitungen zwischen komplexen komplexen gibt. Wenn dies für 10 QRS-Komplexe zutrifft, klassifizieren Sie das EKG als gute Qualität.Führen Sie dann eine statistische Analyse der EKGs durch. Das Smartwatch-Aufnahmeprotokoll wurde an 100 gesunden Probanden getestet, die alle nach einem kurzen Tutorial das EKG-Aufnahmeverfahren leiteten. Von den insgesamt aufgezeichneten EKGs waren 92 % von guter Signalqualität und 8 % der moderaten Signalqualität.Trotz unterschiedlicher Schreibgeschwindigkeiten der Standard- und Smartwatch-EKG-Kurven waren die Morphologien der drei Kanäle eindeutig identisch. Drei blinde Kardiologen wurden gebeten, die Smartwatch-EKGs den entsprechenden Einthoven-Leads in jedem Fach zuzuweisen und alle drei korrekt die EKGs von 89 Teilnehmern zuzuweisen. Alle Zuordnungsfehler wurden in den EKGs mit guter Signalqualität gemacht, aber die Fehler traten bei statistisch älteren Probanden auf.Beim Versuch dieses Verfahrens ist das Wichtigste, Aufnahmen unter Ruhebedingungen durchzuführen, um die beste EKG-Signalqualität zu erhalten. Brust-Blei-EKG-Aufnahmen können auch mit mobilem Gerät aufgezeichnet werden, um zusätzliche Informationen über die Innenwand des linken Ventrikels zu geben. Diese Technik kann ein weit verbreitetes diagnostisches Potenzial in einer ambulanten Umgebung für Herzerkrankungen ermöglichen.

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