Förmaksflimmer är den vanligaste formen av hjärtarytmi, påverkar upp till 6 miljoner människor bara i USA. Vanliga behandlingar för svåra former av fenomenet oregelbundet slag är kontroversiella, och styrs av detektionsmetoder som ännu inte är standardiserade eller helt förfinade. Men ny forskning från en mångsidig grupp tvärvetenskapliga forskare, publicerades denna vecka i tidskriften Kaos , erbjuder en beräkningsmetod för att förstå de viktiga faktorerna som är involverade i mätning av hjärtexcitationsvågor.

Även om arytmier kan vara ett symptom associerat med flera sjukdomar, deras grundläggande beteende uppstår från vågor av excitation och hur de fortplantar sig genom hjärtmuskelvävnad. Dessa vågor kan anta spiralgeometrier, kallade rotorer, som anses vara viktiga för att initiera och upprätthålla förmaksflimmer.

För vissa allvarliga fall, behandling kan inkludera ablation – effektivt förstöra – lokaliserade områden av hjärtvävnad där kardiologer identifierar presumtiva rotorer. Även om ablation av rotorer kräver ett antal nöjda patienter, dess övergripande framgång är fortfarande kontroversiell. Detta beror delvis på oenighet relaterade till diagnostiska metoder som används för att karakterisera de underliggande fenomenen och identifiera rotorer.

Leon Glass och Alvin Shrier, båda professorerna i fysiologi vid McGill University i Kanada, har studerat rotorer i hjärtceller från embryonala kycklingar. Tillsammans med Min Ju You, en student vid den tiden, kosmologen Matt Dobbs, och två andra forskare, de identifierade vilseledande effekter som härrör från de metoder som används för att kartlägga dynamiken.

"Kardiologer mäter lokal aktivitet på ett antal olika platser och försöker rekonstruera vad som händer utifrån det, ", sa Glas. "Frågan är vad är felen i det förfarandet. Problem uppstår eftersom det inte finns en klar förståelse för mätningsanalysprocessen. Du kommer alltid att ha en viss rumslig upplösning, en viss tidsmässig upplösning. ..."

Glass och hans team utvecklade en algoritmisk teknik för att kartlägga spiralvågsaktiveringarna mätt i 1-centimeter breda monolagerprover av embryonala kycklinghjärtceller, märkta med kalciumkänsliga fluorescerande färgämnen som gör rotorerna strålande för direkt optisk detektering.

Denna förenklade modell ger mätningar med mycket högre precision än de kateterbaserade detektionsmetoder som används hos levande (mänskliga) patienter, men detta är faktiskt en faktor som forskargruppen försökte lyfta fram. Med sin algoritm, de kunde visa några av de vilseledande effekterna av provtagningsfel och upplösningsavvikelser.

"När du har ett heterogent medium, som den verkliga vävnaden är, då kan det uppstå komplikationer på grund av flera ledningshastigheter och komplicerade geometrier för utbredning av vågor från olika källor, " sa Glass. "Det kan finnas falska positiva resultat, du kanske ser något som kanske inte riktigt finns där, [eller] det kan finnas falska negativa resultat, du kanske misslyckas med att upptäcka något som verkligen finns där, och för alla dessa finns det datakrav när det gäller den rumsliga upplösningen som du behöver för att upptäcka rotorer."

Genom att ta statistiska hänsyn, deras beräkningsrekonstruktioner ger ett antal värdefulla insikter för rotoridentifiering. För enklare dynamik, de visar enkla justeringar av tröskelvärden baserat på detektionsupplösningen kan förhindra falska positiva.

För mer komplex dynamik med flera samverkande rotorer, de kunde demonstrera när artefakter kan stå för falska positiva läsningar av så kallade fassingulariteter associerade med ursprunget till en rotor. Eftersom dessa singulariteter ofta är i fokus för att bestämma var man ska rikta in ablation, deras resultat belyser vad som kan bidra till mycket av osäkerheten på området.

"Vi känner att för att försöka lösa det som händer i det mänskliga hjärtat, att det kommer att vara nödvändigt för grupper att försöka explicitera de tekniker som de använder i databehandlingen, " sa Glas.

Med tanke på att svårigheterna med rotoridentifiering från substratheterogeniteter och komplexa våggeometrier görs utmanande av låga inspelningsupplösningar, och att dessa komplikationer endast kommer att förstoras i realtidsanalyser av sjuka människohjärtan, Glass upprepade en känsla direkt i artikelns slutsats:"Vi uppmanar samhället att utveckla offentliga algoritmer för rotoridentifiering som kan utvärderas kritiskt i såväl forskning som kliniska sammanhang."