Golfvormanalyse voor vasculaire evaluatie en cardiovasculaire vooruitgang in onderzoek en verbetering

Hartklepaandoening (VHD) komt veel voor in geïndustrialiseerde landen.
Aortastenose (AS) en mitralisinsufficiëntie (MR) zijn de twee meest voorkomende
vormen van VHD die wereldwijd miljoenen mensen treffen. De prevalentie wordt
geschat op 5-20% en neemt toe met de leeftijd en andere risicofactoren zoals
hart- en vaatziekten en hypertensie. De gevolgen van VHD kunnen hartfalen,
beroerte, aritmieën en infectieuze endocarditis zijn, wat kan leiden tot
aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit. Vroege diagnose en behandeling zijn
belangrijk om deze uitkomsten te voorkomen of te minimaliseren.

De behandeling van VHD hangt af van het type en de ernst van de aandoening. In
gevallen van milde VHD kunnen veranderingen in levensstijl en medicijnen
voldoende zijn om de symptomen te beheersen, terwijl in andere gevallen een
operatie nodig kan zijn. De meest gebruikelijke chirurgische behandelingen voor
hartklepaandoeningen omvatten klepreparatie en klepvervanging. Minimaal
invasieve procedures, zoals transcatheter-aortaklepvervanging (TAVR) of
percutane interventies om MR te behandelen, zoals transcatheter
edge-to-edge-reparatie (TEER) met MitraClip* zijn ook beschikbaar voor bepaalde
typen VHD. De keuze van de behandeling hangt af van de leeftijd van de
individuele patiënt, de algehele gezondheid en de specifieke kenmerken van hun
toestand.

Wanneer VHD onbehandeld blijft, wordt het geassocieerd met verschillende
ernstige en mogelijk levensbedreigende complicaties, waaronder hartfalen,
beroerte en aritmieën. Het is mogelijk dat de behandeling van VHD na de
manifestatie van symptomen bij sommige patiënten niet optimaal is, omdat
pathofysiologische veranderingen onomkeerbaar kunnen zijn. Een vroege diagnose
zou nuttig kunnen zijn bij het bespoedigen van de behandeling, waardoor
mogelijk onomkeerbare veranderingen, zoals achteruitgang van de
linkerventrikelfunctie, kunnen worden voorkomen. Momenteel is trans-thoracale
echocardiografie (TTE) de gouden standaard om de diagnose te bevestigen en de
ernst van VHD te beoordelen. TTE is echter niet haalbaar voor het screenen van
asymptomatische patiënten en het is bovendien bekend dat het sterk afhankelijk
is van de vaardigheden van de operator. Een eenvoudigere, niet-invasieve en
haalbare manier om (vroege) VHD te detecteren zou daarom zeer waardevol zijn en
zou mogelijk kunnen worden gebruikt in de eerste lijn en poliklinieken om
patiënten te screenen op ernstige klepafwijkingen.

VHD wordt in verband gebracht met veranderingen in de distale arteriële
drukgolfvormen. AS veroorzaakt bijvoorbeeld een vertraagde drukstijging in de
aorta en een toename van de systolische ejectieperiode, weerspiegeld door een
verlenging van de opwaartse slagtijd van de linkerventrikel, en een afname van
de steilheid van de drukhelling. Dit beïnvloedt de algemene vorm van de
drukgolfvorm zoals gemeten in de centrale aorta, maar deze verandering in
morfologie wordt overgedragen en kan ook meer distaal in de vaatboom worden
gemeten. Onlangs hebben we een haalbaarheidsstudie (CoArt-studie) uitgevoerd
waarin we een diagnostisch machine learning-model hebben gemaakt om patiënten
met as te detecteren, gebaseerd op

op niet-invasieve bloeddrukfuncties. Het model kon geen tot milde AS
onderscheiden van matige tot ernstige AS met een sensitiviteit van 0,81,
specificiteit van 0,75 en AUROC van 0,82 in een sterk vooraf gedefinieerde
populatie. Verdere validatie in een meer algemene populatie is belangrijk,
evenals voortdurende verbetering van het model voor de diagnose van andere VHD.

Aorta-aneurysma's (AA) leiden ook tot veranderingen in de drukgolfvorm door de
voortplanting ervan door de vaatboom te beïnvloeden. AA van de aorta ascendens
of aneurysma's van de abdominale aorta (AAA) zijn meestal asymptomatisch totdat
er een ruptuur of aortadissectie optreedt, die beide gepaard gaan met een
extreem hoge mortaliteit. Bijgevolg is de vroege detectie en monitoring van AA
van groot belang bij het terugdringen van mortaliteit en morbiditeit. Momenteel
worden AA meestal gedetecteerd als toevallige bevindingen door middel van
echografie, computertomografie of magnetische resonantiebeeldvorming, waarvoor
deskundige kennis vereist is. Het is in silico haalbaar gebleken om een op
machine learning gebaseerd algoritme te ontwikkelen voor vroege detectie van
AA. Het ontwikkelen van een klinisch model op basis van niet-invasieve
bloeddrukgolfvormen kan dienen als een niet-invasieve, gemakkelijk toepasbare
tool voor vroege screening en zo levens redden.

Hoofddoel:

Ons algemene doel is het ontwikkelen van een gebruiksvriendelijke en
interpretatieve methode voor de vroege detectie van hartklepaandoeningen en
thoracaal aorta-aneurysma op basis van arteriële bloeddrukgolfvormen, die
niet-invasief worden verzameld. Daarom zullen we (intern en extern) een machine
learning-algoritme ontwikkelen en valideren dat belangrijke cardiovasculaire
pathologieën (matig tot ernstig - mild tot geen) kan detecteren bij patiënten
die een chirurgische correctie moeten ondergaan. We identificeerden de meest
relevante pathologieën, met betrekking tot prevalentie en potentiële
detecteerbaarheid.

a) aortaklepstenose

b) aortaklepinsufficiëntie

c) mitralisklepinsufficiëntie

d) thoracaal aorta-aneurysma

e) gezonde controles (gematcht op leeftijd)

Secundaire doelstelling(en):

Om te bepalen of er verschillen zijn in de nauwkeurigheid van het model tussen
mannen vrouwen, en het model dienovereenkomstig opnieuw te kalibreren

Om te bepalen of er verschillen zijn in de nauwkeurigheid van het model met
betrekking tot de oorzaak van thoracaal aorta-aneurysma, zoals genetisch
(weefselelasticiteitstekorten) of leeftijdsgebonden (verkalking/verstijving van
het vaatstelsel)

Om te bepalen of er verschil zit in de golfvorm karakteristieken wanneer de
patiënt in liggende of zittende positie is.

We zullen een prospectief cohortonderzoek (dataverzamelingsonderzoek) uitvoeren
in twee fasen. De verschillende fasen van het onderzoek zijn afgebeeld in
figuur 1. Op basis van onze ervaring met eerdere algoritmeontwikkeling
verwachten we per voorspelde afwijking tot 10 variabelen per model te
analyseren. Volgens de veelgebruikte vuistregel "10 voorvallen per variabele",
zullen we 100 patiënten per bestudeerde afwijking opnemen.

- Fase 1: Procedurespecifieke, interne validatie. In deze fase wordt het
algoritme ontwikkeld met inbegrip van een zeer selectieve populatie van
patiënten die al gediagnosticeerd zijn met de ziekte en gepland staan voor een
operatie. Patiënten met aortaklepstenose of -insufficiëntie,
mitralisklepinsufficiëntie, thoracale AA en een gezonde controlegroep van elk
100 patiënten.

- Fase 2A: externe validatie van het algoritme; 150 patiënten verdacht van VHD
of AA en gepland voor diagnostische evaluatie zijn opgenomen.

- Fase 2B: externe validatie in een ander centrum; 150 patiënten verdacht van
VHD of AA en gepland voor diagnostische evaluatie zijn opgenomen.

Arteriële drukgolfvormen zullen worden gemeten bij patiënten bij
ziekenhuisopname om golfvormgegevens te verkrijgen terwijl ze wakker zijn.
Elektronische gegevensverzameling van continue niet-invasieve arteriële
drukgolfvormsignalen vindt plaats met het CS/EV1000-systeem. Daarnaast hebben
we geanonimiseerde medische dossiers van patiënten nodig, inclusief gegevens
van TTE en/of computertomografie/Magnetic Resonance Imaging. In fase 1 en 2
vinden geen ingrepen plaats.

De grafieken van de medische dossiers van de patiënt bevatten demografische
informatie en met tussenpozen

geregistreerde pre-, intra- en postoperatieve gegevens.

Demografische informatie omvat, maar is niet beperkt tot, het volgende:

- Leeftijd, lengte, gewicht, geslacht, BMI

- Procedures

- Comorbiditeiten

- Toelatingsstatus, enz.

- Patiëntgeschiedenis

- Premedicatie

- Medicatie

- Bloeddruk vóór opname

Intermitterend geregistreerde pre-, intra- en postoperatieve klinische gegevens
omvatten, maar zijn niet beperkt tot, het volgende (gebaseerd op de
bewakingsapparatuur die wordt gebruikt als standaardzorg voor een specifieke
patiënt):

- Alle hemodynamische parameters, waaronder hartslag, bloeddruk, SpO2, enz.

- Alle gebruikte inductie- en postinductiemedicatie, dosering en
injectiesnelheid, inclusief vasopressoren

- Alle ventilatorvariabelen inclusief ademhalingsfrequentie en
ventilatorinstellingen

- Laboratorium- en microbiologische testen

- Patient resultaten

- Hemodynamische en respiratoire bijwerkingen

De dataverzameling vindt plaats in het Amsterdam UMC, locatie AMC in Nederland.
De externe validatiedataset wordt verzameld in een later te bepalen ziekenhuis.

We schatten dat opname tot 36 maanden zal duren vanaf de start van de studie
(doel januari 2023)

Deelname aan het onderzoek omvat niet-invasieve metingen van
bloeddrukgolfvormen. De procedures hebben geen extra risico's of voordelen. Er
zijn geen onderzoeksapparaten gebruikt in deze studie. Er zijn geen andere
risico's verbonden aan het gebruik van de CS/EV1000/HemoSphere-monitor dan
beschreven in de gebruiksaanwijzing. Er zijn ook geen risico's verbonden aan de
studieprocedures.

De bevindingen van de studie houden potentiële voordelen in voor zowel
individuen als gezondheidszorgsystemen. De ontwikkeling van een niet-invasieve,
gemakkelijk toepasbare screeningstool voor VHD en AA zou een vroege diagnose en
interventie kunnen versnellen, wat zou kunnen leiden tot betere
patiëntresultaten en minder morbiditeit en mortaliteit