Schwerpunkt auf der Früherkennung von drei Herzerkrankungen mithilfe von EKG-KI

Zu oft kann das erste Anzeichen einer Herz-Kreislauf-Erkrankung ein schwerwiegendes Ereignis wie ein Herzinfarkt, ein Schlaganfall oder ein Herzstillstand sein. Jetzt nutzen Forscher und Kliniker der Mayo Clinic die Technologie der künstlichen Intelligenz (KI), um Herzprobleme früher zu erkennen und verbessern damit die Leistungsfähigkeit eines diagnostischen Tests, den es schon seit über einem Jahrhundert gibt – das Elektrokardiogramm (EKG).

Die Früherkennung einer Herzerkrankung kann einen erheblichen Unterschied in der Lebensqualität und Langlebigkeit eines Patienten machen, doch das Fehlen eindeutiger Symptome erhöht die Komplexität. Das KI-gestützte EKG bietet eine Möglichkeit, Herzerkrankungen möglicherweise früher zu erkennen und das Fortschreiten der Erkrankung mithilfe eines Tests zu verfolgen, der relativ kostengünstig, leicht verfügbar und oft bereits Teil der elektronischen Gesundheitsakte eines Patienten ist.

Die Mayo Clinic hat EKG-KI-Algorithmen entwickelt, die derzeit in der Forschung eingesetzt werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Patienten für Herzerkrankungen wie Vorhofflimmern, Amyloidose, Aortenstenose, niedrige Ejektionsfraktion, hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) und mehr vorherzusagen. Die KI kann auch mithilfe herkömmlicher 12-Kanal- und Einzelkanal-EKGs von Smartwatches und tragbaren Geräten das biologische Alter eines Patienten vorhersagen.

Eine herausragende Anwendung ist die Verwendung von EKG-KI zur Erkennung einer niedrigen Ejektionsfraktion, die gemeinhin als schwache Herzpumpe bezeichnet wird. Der 12-Kanal-Algorithmus zur Erkennung dieser Erkrankung ist von der Food and Drug Administration (FDA) für den klinischen Einsatz freigegeben und an Anumana lizenziert. Ein Single-Lead-Algorithmus für Handgeräte, die äußerlich an der Brust angebracht werden, ist für die kommerzielle Entwicklung an Eko Health lizenziert.

Diagnose einer schwachen Herzpumpe

Ungefähr 3 % der Amerikaner leiden an einer behandelbaren Erkrankung, die als niedrige Ejektionsfraktion bezeichnet wird und bei der das Herz geschwächt ist und weniger Blut in den Körper pumpt. Die zugrunde liegenden Ursachen und Symptome sind oft behandelbar, aber die Betroffenen werden sich ihrer Erkrankung möglicherweise erst bewusst, wenn sich Symptome wie Kurzatmigkeit, Müdigkeit und Schwellungen in den Beinen verschlimmern. Unbehandelt kann eine niedrige Ejektionsfraktion zu einer Verschlechterung der Herzinsuffizienz führen, die Lebensqualität beeinträchtigen und möglicherweise so schwerwiegend werden, dass eine Herztransplantation erforderlich wird oder es zu einem Herzstillstand kommt.

Leider können die Symptome einer schwachen Herzpumpe mit denen einer normalen Schwangerschaft verwechselt werden. An der Mayo Clinic in Florida nutzt Demilade Adedinsewo, MB, Ch.B., eine Kardiologin, KI als Werkzeug, um bei Frauen eine Erkrankung namens peripartale Kardiomyopathie zu erkennen, eine schwache Herzpumpe, die sich während der Schwangerschaft oder kurz nach der Geburt entwickeln kann. Herzmuskelschwäche kann mit KI anhand eines herkömmlichen 12-Kanal-EKGs und eines KI-fähigen digitalen Stethoskops, das Einzelkanal-EKGs und Herztonaufzeichnungen erfasst, vorhergesagt werden.

„Unsere Forschung mit geburtshilflichen Patienten in Nigeria legt nahe, dass tragbare Technologien wie das KI-gestützte digitale Stethoskop das Potenzial haben, doppelt so viele Fälle von peripartaler Kardiomyopathie zu erkennen wie bei der Routineversorgung“, sagt Dr. Adedinsewo.

„Es könnte ein leistungsstarkes Instrument sein, um mehr Frauen in unterversorgten städtischen und ländlichen Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt tragbare Kardiomyopathie-Diagnostik zugänglich zu machen. Der Zugang ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Beseitigung gesundheitlicher Ungleichheiten in den USA, da schwarze Frauen ein bis zu sechzehnfach höheres Risiko haben, daran zu erkranken.“ peripartale Kardiomyopathie im Vergleich zu weißen Frauen.“

Amyloidansammlung im Herzen

Amyloidose ist eine seltene Krankheit, bei der Proteine ​​fehlgefaltet werden und Amyloidablagerungen in Organen, Nerven und Gewebe bilden. Es gibt verschiedene Arten, aber wenn sich im Herzen genügend Amyloid ansammelt, führt dies zu Herzversagen und Symptomen wie Kurzatmigkeit, Flüssigkeitsansammlung und Ohnmacht. Patienten können auch Herzrhythmusstörungen haben und benötigen möglicherweise einen Herzschrittmacher. Eine frühzeitige Diagnose ist von entscheidender Bedeutung, denn obwohl Amyloidose nicht heilbar ist, kann sie mit neuen medizinischen Therapien behandelt werden, die die Menge des produzierten Amyloids drastisch reduzieren und das Fortschreiten der Krankheit stoppen können.

Mithilfe der EKG-KI können Ärzte der Mayo Clinic potenziell Patienten identifizieren, die sich im Frühstadium einer kardialen Amyloidose befinden. Die Technologie wird in der Forschung eingesetzt und verfügt über die FDA-Auszeichnung „Breakthrough Device“.

„Wir haben einige Untersuchungen durchgeführt, die darauf hinweisen, dass wir, wenn wir künstliche Intelligenz nur auf das Elektrokardiogramm anwenden, vorschlagen können, ob der Patient die Diagnose hat, oft bevor ein Arzt sie überhaupt vermutet hat. Wir glauben also, dass dies eine Möglichkeit ist, eine Diagnose zu stellen.“ Frühdiagnose“, sagt Dr. Martha Grogan, Kardiologin an der Mayo Clinic in Rochester, Minnesota. „Jetzt muss es in den klinischen Kontext gestellt werden. Es ist nicht nur dieses eine KI-EKG, sondern es kann uns wirklich helfen, Amyloidose zu vermuten.“

„Es ist ein sehr leistungsfähiges Tool, weil es kostengünstig ist. Es ist fast überall erhältlich. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass bereits ein einziger Hinweis, den man auf einer Uhr oder einem einfachen Mobilgerät durchführen kann, uns diese Vorhersage einer Amyloidose liefern kann“, sagt Grogan. „Man könnte sich also vorstellen, dass in unterversorgten Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt ein einfaches EKG dabei helfen könnte, festzustellen, ob ein Patient an Amyloidose leidet, insbesondere in diesen Hochrisikogruppen.“

Hypertrophe Kardiomyopathie

Hypertrophe Kardiomyopathie ist eine der häufigsten genetisch bedingten Herzerkrankungen und betrifft 1 von 200 bis 500 Menschen. HCM tritt auf, wenn die Herzwände mit der Zeit dicker werden, was die elektrischen Signale des Herzens stören und das Risiko eines plötzlichen Herztodes erhöhen kann. Leider bemerken Menschen oft erst im Fortschreiten der Krankheit Symptome. Es ist, als hätte man einen stillen Eindringling in seinem Herzen.

Die Früherkennung ist entscheidend, aber auch eine Herausforderung. HCM zeigt sich nicht immer bei einfachen Tests, wie zum Beispiel einem 12-Kanal-EKG. Die meisten Patienten würden nicht zu ressourcenintensiveren Tests wie einem Echokardiogramm oder einer MRT überwiesen, es sei denn, es würde ein Problem vermutet. Aber EKG-KI kann HCM erkennen, indem es subtile Muster erkennt, die selbst erfahrene Ärzte möglicherweise übersehen.

„Die Anwendung dieses KI-Algorithmus auf Routine-EKGs ist ein vielversprechendes Mittel, um die Früherkennung von HCM im Rahmen einer Herzgesundheitsuntersuchung praktischer, genauer und zugänglicher zu machen“, sagt Konstantinos Siontis, MD, Herzelektrophysiologe an der Mayo Clinic in Rochester. „Sportler mit noch nicht diagnostiziertem HCM, bei denen möglicherweise ein höheres Risiko für gefährliche Herzrhythmusstörungen während des Trainings besteht, könnten von einer Früherkennung profitieren. Und da HCM häufig in Familien vorkommt, kann die frühzeitige Erkennung bei einer Person dazu führen, dass andere gefährdete Familienmitglieder identifiziert werden.“