ИИ находит новый сигнал на ЭКГ, который предсказывает внезапную сердечную смерть лучше стандартных тестов

Ежегодно сотни тысяч людей умирают от внезапной остановки сердца — электрическая система сердца перестает работать без предупреждения, часто у людей без известных сердечных заболеваний. Врачи долго не имели надежного способа выявить тех, кто в группе риска. Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Беркли с помощью искусственного интеллекта обнаружили едва уловимый сигнал, скрытый в рутинных электрокардиограммах (ЭКГ).

Что обнаружили исследователи

Под руководством Зиада Обермайера из Школы общественного здравоохранения UC Berkeley команда обучила глубокую сверточную нейронную сеть на более чем 440 000 12-канальных ЭКГ из Швеции, сопоставленных с данными свидетельств о смерти . ИИ научился распознавать паттерны электрической активности сердца, которые не видят врачи и которые не улавливает ни один стандартный клинический тест. Он выявил ранее неизвестный сигнал на ЭКГ: «сглаженную» конечную часть зубца R в отведении aVL — едва заметное искажение, ранее не описанное в медицинской литературе .

Модель не просто нашла новый маркер — она нашла тот, который действительно важен. В группе высокого риска, выявленной ИИ, годовой уровень внезапной сердечной смерти составил 7,0%, тогда как для пациентов самого высокого риска по стандартному тесту на фракцию выброса левого желудочка (ФВЛЖ) этот показатель составил 4,6% .

Как обучали и проверяли модель

Исследователи подошли к разработке модели строго. Они сопоставили более 440 000 ЭКГ из шведских медицинских записей с данными о смерти, чтобы ИИ мог выучить, какие паттерны волн предшествуют внезапной сердечной смерти . Архитектура глубокого обучения анализировала полный 12-канальный сигнал, а не сводные измерения — это позволило найти тонкие нелинейные паттерны, невидимые для человека.

Чтобы убедиться, что результаты применимы не только к Швеции, модель проверили на тысячах независимых записей пациентов из США и Тайваня. Прогнозы подтвердились в разных группах населения и системах здравоохранения — это веское доказательство обобщаемости .

Почему обнаруживать внезапную сердечную смерть так сложно

Внезапная остановка сердца принципиально отличается от инфаркта. Инфаркт — это закупорка артерии, лишающая сердечную мышцу кислорода; остановка сердца — это электрический сбой: электрический ток в сердце перестает генерироваться без предупреждения .

Люди умирают так быстро, что изучить, что делало сердце за мгновения до этого, почти невозможно. Вскрытие может показать структурные проблемы (закупоренные сосуды, рубцовую ткань), но, как отмечают исследователи, «фактическая работа сердца до смерти остается черным ящиком» .

Современный золотой стандарт оценки риска — измерение фракции выброса левого желудочка (ФВЛЖ), процента крови, который сердце выбрасывает за одно сокращение, — это грубый инструмент. Многие из тех, кто умирает от внезапной остановки сердца, имеют нормальную ФВЛЖ, и многие с низкой ФВЛЖ никогда не испытывают остановки . Стандартный подход не выявляет большинство тех, кому нужна помощь.

Практические результаты по сравнению со стандартными тестами

Показатель	Стандартный тест ФВЛЖ	Модель ИИ (группа высокого риска)
Годовой уровень внезапной сердечной смерти в группе высокого риска	4,6%	7,0%
Совпадение с тестом ФВЛЖ	—	У большинства пациентов из группы высокого риска по ИИ была нормальная фракция выброса — ИИ обнаружил независимый сигнал риска
Новый выявленный паттерн	Нет	Сглаженный терминальный зубец R в отведении aVL, ранее не описанный

ИИ выявил группу высокого риска, составляющую около 2,2% обследованной популяции. Годовой уровень внезапной сердечной смерти 7,0% в этой группе сопоставим или превышает порог риска, используемый в клинических испытаниях имплантируемых дефибрилляторов (ИКД) . Это означает, что многие пациенты, которых не выявляют текущие рекомендации, могут быть кандидатами на установку спасающих жизнь устройств.

Что дальше

Исследование указывает на три четких следующих шага:

1. Клиническое применение для решений об установке дефибриллятора: ЭКГ — дешевый, неинвазивный метод, доступный почти в любой клинике мира. Модель ИИ может помочь врачам решить, кому нужен имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор (ИКД). Как выразился Обермайер: «Если бы вы знали, что вы один из тех, кто упадет замертво, вы бы пошли к кардиологу и вам бы имплантировали дефибриллятор. Проблема в том, что врачи не могут понять, кому он нужен, пока не стало слишком поздно» .

2. Новое понимание физиологии: Новый паттерн, обнаруженный ИИ — без подсказки, что искать — открывает новое направление исследований. Понимание точного электрического механизма, стоящего за сглаженным зубцом R в отведении aVL, может раскрыть, почему некоторые сердца внезапно дают сбой. «Мы можем не только принимать более правильные решения, но и начать понимать, что на самом деле происходит с этими пациентами до того, как их сердце остановится», — сказал Обермайер .

3. Проспективные испытания перед широким внедрением: Хотя внешняя валидация на данных из трех стран является убедительным доказательством, модель необходимо протестировать в проспективных клинических испытаниях, прежде чем она войдет в рутинную клиническую практику. Работа исследовательской группы демонстрирует тот тип строгой, межпопуляционной валидации, который делает это открытие особенно многообещающим .