Miljontals hjärtsviktspatienter läggs in på sjukhus igen med några månaders mellanrum för att anpassa medicinerna. Det ger sjukvårdskostnaderna skyhöga och patienterna lider i onödan. En ny badrumsvåg kan ge kliniker den information de behöver för att minska sjukhusvistelser och behandla patienter på distans innan de lider för mycket.

"God morgon. Bill. Snälla. Stig upp på vågen. Rör vid metallkuddarna." Enheten spelar in ett elektrokardiogram från Bills fingrar och – ännu viktigare – pulserande cirkulation som får hans kropp att guppa subtilt upp och ner. Maskininlärningsverktyg beräknar att Bills symtom på hjärtsvikt har förvärrats.

Det är så här forskare vid Georgia Institute of Technology föreställer sig att deras experimentella enhet når patienter en dag, och i en ny studie, de rapporterade proof-of-concept framgång med att registrera och bearbeta data från 43 patienter med hjärtsvikt. En framtida säljbar version av den medicinska övervakningsskalan skulle helst meddela en läkare, vem skulle ringa Bill för att justera sin medicin hemma, förhoppningsvis bespara honom en lång sjukhusvistelse och onödigt lidande.

Den pulserande och guppande signalen kallas ett ballistokardiogram (BCG), en mätning som forskare gjorde vanligare för cirka 100 år sedan men gav upp eftersom bildtekniken vida överträffade den. Forskarna gör det användbart igen med moderna beräkningar.

"Vårt arbete är första gången som BCG har använts för att klassificera status för hjärtsviktspatienter, sa Omer Inan, studiens huvudutredare och en docent vid Georgia Techs School of Electrical and Computer Engineering.

Sjukvårdskris

Hjärtsvikt drabbar 6,5 miljoner amerikaner och är en långsamt fortskridande sjukdom, där hjärtat arbetar mindre och mindre effektivt. Många känner till det som hjärtsvikt eftersom ett stort symptom är vätskeansamling, som kan överväldiga lungorna, hindrar andningen och kan orsaka dödsfall.

Patienter uthärdar upprepade sjukhusvistelser för att justera mediciner när deras tillstånd sjunker, eller "dekompenserar, " vilket gör hjärtsvikt till en viktig drivkraft för sjukhusinläggningar och sjukvårdskostnader. Hemövervakning minskar sjukhusvistelser men kräver för närvarande en invasiv procedur.

Georgia Tech forskning låg bakom lanseringen av en sådan implanterbar hjärtsviktsapparat för hemövervakning 2011. Men denna nya lösning skulle potentiellt avstå från proceduren, kostar mycket mindre, och vara mycket enklare att använda – sänka patienternas motstånd mot hemövervakning.

Med tanke på dess tidiga skede, studiens BCG-EKG-skala fungerade bra i sjukhustester men även i tester hemma, vilket var lovande, eftersom lösningen huvudsakligen är inriktad på eventuell hemanvändning.

Forskargruppen, som inkluderade medarbetare från University of California, San Francisco, och Northwestern University, publicerade sina resultat i tidskriften IEEE-transaktioner på biomedicinsk teknik . Forskningen finansierades av National Heart, Lung and Blood Institute vid National Institutes of Health.

Ballisto klottrar

EKG-delen av den experimentella skalan är inte ny eller dess stora diagnostiska information, men det ensamt säger inte tillräckligt om hjärtsvikt. BCG-delen är mestadels ny, och det verkar värdefullt för hjärtsviktsövervakning men också utmanande att spela in och tolka.

"EKG (EKG) har karakteristiska vågor som läkare har förstått i 100 år, och nu, datorer läser det ofta, ", sa Inan. "Element i BCG-signalen är inte riktigt kända än, och de har inte alls mätts på patienter med hjärtsvikt."

EKG är elektriskt; kroppen leder sina signaler bra, och inspelningarna är tydliga.

BCG är en mekanisk signal; kroppsfett dämpar det, och det möter en hel del störningar i kroppen som vävnadsvariationer och muskelrörelser. BCG är också bullrigare hos personer med hjärt-kärlsjukdom.

Patienter med hjärtsvikt tenderar att vara svagare, och till en början, forskarna var oroliga för att de skulle vingla på vågen under hemmatester, lägga till ännu mer brus till BCG:erna. Men inspelningarna var väldigt produktiva.

Även om en BCG-avläsning är klottrad jämfört med ett EKG:s nästan enhetliga etsningar, BCG har några mönster som är parallella med ett EKG. Till exempel, den stora spetsen uppåt i ett EKG följs av BCG:s stora "J-våg".

Inkonsekvent bultande

Forskarna bearbetade BCG med tre maskininlärningsalgoritmer, avslöjar mönster som skiljer sig när en patients hjärtsvikt kompenseras, det är, friskare, från när den är dekompenserad.

"Hos någon med dekompenserad hjärtsvikt, det kardiovaskulära systemet kan inte längre kompensera för den nedsatta hjärtfunktionen, och då är blodflödet genom artärerna mer oordnat, och vi ser det i den mekaniska signalen från BCG, " Sa Inan. "Den skillnaden syns inte i EKG eftersom det är en elektrisk signal."

"Den viktigaste egenskapen var graden till vilken BCG är variabel, vilket skulle innebära inkonsekvent blodflöde. Om du skär upp inspelningen i 20-sekundersintervaller och de enskilda segmenten skiljer sig mycket från varandra, det är en bra markör för dekompensation, sa Inan.