AIと携帯型ECG:心不全リスク評価の新しいフロンティア
ポータブルECGを使ったAIモデルは、コミュニティの心不全リスクを特定できるよ。
Rohan Khera, L. S. Dhingra, A. Aminorroaya, A. Pedroso Camargos, A. Khunte, V. Sangha, D. McIntyre, C. K. Chow, F. W. Asselbergs, L. C. C. Brant, S. M. Barreto, A. L. P. Ribeiro, H. Krumholz, E. K. Oikonomou
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目次
心不全(HF)は多くの人に影響を与える深刻な状態だよ。治療法はあるけど、誰がHFを発展させるかを予測する方法を見つけるのは難しいことがあるんだ。今のHFリスクを判断する方法は、複雑なテストや専門的な評価が必要で、地域の多くの人がアクセスしにくいんだよね。
現在の方法と限界
医療者はHFを発展させるリスクを見積もるためにいろんなスコアやテストを使ってる。これらの方法のいくつかは、詳細な医療歴や身体検査、心電図(ECG)などのテストを含むんだ。でも、これらの評価が複雑すぎて、医療サービスにアクセスできない人は除外されちゃって、地域でHFをスクリーニングするのが難しくなるんだ。
さらに、いくつかの血液検査がHFのリスクが高いことを示すことができるけど、血液サンプルが必要で、それを取るのが難しい人もいるから、広範な医療資源を必要とせずにHFの高リスクの人を特定する信頼できる方法にギャップが生まれるんだよ。
新しいツールの提案
技術の進歩で、ECGを記録できるポータブルデバイスが一般的になってきた。これらのデバイスはクリニックの外で心臓の健康をモニタリングするのに役立つ。AIを使ってECGデータを分析することで、心臓の問題の隠れた兆候を浮き彫りにできる可能性があるんだ。ただ、ECGは動きや他の要因によるノイズを拾っちゃうことがあって、読み取りの精度に影響を与えることがある。
この問題に対処するために、研究者たちはモデルのトレーニングプロセスにランダムノイズを混ぜる新しいアプローチを開発した。これによって、AIはノイズのあるECGでもうまく機能することができるんだ。初期の取り組みでは、単一誘導ECGと心エコー図を使って左室駆出分画(LVEF)が低下している心臓の問題を検出することに焦点を当てた。
AIモデルのテスト
研究者たちは、心臓の問題の兆候を認識するように訓練されたAIモデルがHFを発展させるリスクも予測できるだろうと考えた。彼らは、アメリカ、イギリス、ブラジルなどの異なる国でECGテストを受けた様々な人々のグループに研究を行った。
目的は、AIが外来サービスを訪れた人や広いコミュニティの人々のHFリスクを正確に評価できるかを見ることだった。
データ収集
研究では、ECGテストを受けた数つの大規模なグループを見た:
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イェール・ニューヘイブン健康システム(YNHHS):患者を長期間追跡する多様な医療システム。
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UKバイオバンク:イギリスの全国的な研究で、多くの参加者がいる。
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ブラジル成人健康の縦断的研究(ELSA-Brasil):ブラジルの大規模な地域研究。
研究者たちは、以前にHFの診断を受けていないECGテストを受けた人々を調査して、リスクのある人々に焦点を当てた。
研究結果
主な結果は、新たに発症したHFで、病院の記録を通じて特定された。研究者たちは、他の心臓の健康や合併症の可能性のある指標も見た、例えば他の心血管の問題での入院や全体の死亡率など。
AIモデルの露出
AIモデルは、HFリスクを予測するために12誘導ECGのリードIのデータを使った。モデルは、健康な心機能を持つ人とリスクのある人を区別する能力が高かった。AIモデルからのポジティブな結果は、HFにかかる可能性が大幅に高くなることに関連していた。
異なるグループでの結果
研究した3つのグループ全体で、AIモデルでポジティブなスクリーニングを受けた人々は、ネガティブなスクリーニングの人々と比べてHFを発展させるリスクがはるかに高いことが示された。これは、健康に関連する様々なリスク要因を考慮した後でも成立していた。
YNHHSグループでは、22%以上の人がポジティブにスクリーニングされた。AIモデルの予測は、これらの人々がHFのために入院が必要になる可能性が5倍以上高いことを示していた。イギリスとブラジルの研究でも同様のパターンが見られ、AIモデルの信頼性をさらに支持していた。
他のリスクスコアとの比較
AIモデルは、HFリスクを予測するための従来の方法よりも成長した。研究者たちは、それをHFを予防するためのプールコホート方程式(PCP-HFスコア)と比較したけど、これは広く使われているけど効果的なためにはもっと情報が必要なんだ。AIモデルはHFリスクを予測する能力がよりシンプルで効率的で、様々なグループでより良い結果をもたらした。
将来の影響
今回の発見は、ポータブルECGに基づくAIモデルが、地域の様々な環境でHFの高リスクの人々を特定するのに役立つ可能性を示している。これにより、予防策やHFリスクを管理するためのターゲット医療戦略が改善されるかもしれない、特に従来の医療サービスへのアクセスが限られている地域で。
ポータブルECGデバイスの普及により、これらの方法は地域健康スクリーニングの標準的な実践として導入される可能性がある。迅速な評価ができることで、リスクのある人々に対してより良い健康結果と早期の介入が可能になるよ。
コミュニティベースの適用
ポータブルECGデバイスの使いやすさは、広範なコミュニティスクリーニングイニシアティブを促進できる。高血圧管理など、以前に健康問題をターゲットにしたプログラムをHFリスク評価を含むように適応できる。
これにより、普段は予防ケアを求めない人々にアプローチできて、より多くの人が自分の心臓の健康について理解できるようになる。
結論
この研究は、単一誘導ECGを使用してHFリスクを予測するAIモデルの可能性に関する強力な証拠を提供している。このアプローチは、従来の方法よりも侵襲性が低く、アクセスしやすい。技術の実用的な応用に焦点を当てることで、公衆衛生に大きな影響を与えるチャンスがあり、特にサービスが不十分なコミュニティでみんなの健康を改善できる。
考慮すべき限界
発見は期待できるけど、いくつかの限界がある。ポータブルデバイスがECGをキャプチャする方法は臨床環境とは異なるかもしれないから、AIモデルの現実世界での有効性を検証するためにもっと研究が必要なんだ。
それに、AIアプローチは大きな可能性を示しているけど、現実世界のHFの結果に影響を与える能力をさらに評価する必要がある。それでも、AIとポータブルECG技術の組み合わせは、心臓の健康スクリーニングとリスクのある人々へのケア改善にとって大きなチャンスを提供するよ。
オリジナルソース
タイトル: Artificial Intelligence Enabled Prediction of Heart Failure Risk from Single-lead Electrocardiograms
概要: ImportanceDespite the availability of disease-modifying therapies, scalable strategies for heart failure (HF) risk stratification remain elusive. Portable devices capable of recording single-lead electrocardiograms (ECGs) can enable large-scale community-based risk assessment. ObjectiveTo evaluate an artificial intelligence (AI) algorithm to predict HF risk from noisy single-lead ECGs. DesignMulticohort study. SettingRetrospective cohort of individuals with outpatient ECGs in the integrated Yale New Haven Health System (YNHHS) and prospective population-based cohorts of UK Biobank (UKB) and Brazilian Longitudinal Study of Adult Health (ELSA-Brasil). ParticipantsIndividuals without HF at baseline. ExposuresAI-ECG-defined risk of left ventricular systolic dysfunction (LVSD). Main Outcomes and MeasuresAmong individuals with ECGs, we isolated lead I ECGs and deployed a noise-adapted AI-ECG model trained to identify LVSD. We evaluated the association of the model probability with new-onset HF, defined as the first HF hospitalization. We compared the discrimination of AI-ECG against two risk scores for new-onset HF (PCP-HF and PREVENT equations) using Harrels C-statistic, integrated discrimination improvement (IDI), and net reclassification improvement (NRI). ResultsThere were 192,667 YNHHS patients (age 56 years [IQR, 41-69], 112,082 women [58%]), 42,141 UKB participants (65 years [59-71], 21,795 women [52%]), and 13,454 ELSA-Brasil participants (56 years [41-69], 7,348 women [55%]) with baseline ECGs. A total of 3,697 developed HF in YNHHS over 4.6 years (2.8-6.6), 46 in UKB over 3.1 years (2.1-4.5), and 31 in ELSA-Brasil over 4.2 years (3.7-4.5). A positive AI-ECG screen was associated with a 3- to 7-fold higher risk for HF, and each 0.1 increment in the model probability portended a 27-65% higher hazard across cohorts, independent of age, sex, comorbidities, and competing risk of death. AI-ECGs discrimination for new-onset HF was 0.725 in YNHHS, 0.792 in UKB, and 0.833 in ELSA-Brasil. Across cohorts, incorporating AI-ECG predictions in addition to PCP-HF and PREVENT equations resulted in improved Harrels C-statistic ({Delta}PCP-HF=0.112-0.114; {Delta}PREVENT=0.080-0.101). AI-ECG had IDI of 0.094-0.238 and 0.090-0.192, and NRI of 15.8%-48.8% and 12.8%-36.3%, vs. PCP-HF and PREVENT, respectively. Conclusions and RelevanceAcross multinational cohorts, a noise-adapted AI model defined HF risk using lead I ECGs, suggesting a potential portable and wearable device-based HF risk-stratification strategy. KEY POINTSO_ST_ABSQuestionC_ST_ABSCan single-lead electrocardiograms (ECG) predict heart failure (HF) risk? FindingsWe evaluated a noise-adapted artificial intelligence (AI) algorithm for single-lead ECGs across multinational cohorts, spanning a diverse US health-system and community-based cohorts in the UK and Brazil. A positive AI-ECG screen was associated with 3- to 7-fold higher HF risk, independent of age, sex, and comorbidities. The AI model achieved incremental discrimination and improved reclassification over two established clinical risk scores for HF prediction. MeaningA noise-adapted AI model for single-lead ECG predicted the risk of new-onset HF, representing a scalable HF risk-stratification strategy for portable and wearable devices.
著者: Rohan Khera, L. S. Dhingra, A. Aminorroaya, A. Pedroso Camargos, A. Khunte, V. Sangha, D. McIntyre, C. K. Chow, F. W. Asselbergs, L. C. C. Brant, S. M. Barreto, A. L. P. Ribeiro, H. Krumholz, E. K. Oikonomou
最終更新: 2024-12-21 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.05.27.24307952
ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.05.27.24307952.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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