Summary
Wir beschreiben ein Protokoll zur patientengesteuerten Registrierung eines dreileitenden bipolaren Elektrokardiogramms durch eine Smartwatch, die identisch mit den Einthoven-Leitungen aus Standard-Elektrokardiogrammen funktioniert. Dies ermöglicht es Patienten, Elektrokardiogramme sofort nach auftretenden Symptomen selbst aufzuzeichnen.
Abstract
Herzrhythmusstörungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind ein großes Problem der öffentlichen Gesundheit in den Industrieländern. Ein wichtiges Ziel in der Präventivmedizin ist die Reduktion des kardiovaskulären Todes durch Früherkennung von Vorhofflimmern (AF), das Schlaganfall oder früherkennung lebensbedrohlicher Myokardischämie bei akutem Koronarsyndrom verursachen kann. Der Nachweis von Arrhythmie ist oft eine Herausforderung, wenn Symptome auftreten, wenn Patienten keine Chance auf sofortige Elektrokardiogramm -diagnosen haben, oder wenn der Beobachtungszeitraum kurz ist oder ein sofortiger Arztbesuch nicht möglich ist. Smartwatches und andere tragbare Geräte sind in der Lage, eine einzelne Blei-EKG-Aufzeichnung aufzuzeichnen, aber ein einzelnes Blei-EKG reicht oft nicht für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen aus. Auch die Diagnose von AF kann schwierig sein, nur mit Informationen aus einem einzigen bipolaren EKG. Einige intelligente Geräte verwenden Photoplethysmographie für die Erkennung von Herzrhythmus, aber diese Technik kann nur indirekte Hinweise auf den zugrunde liegenden Herzrhythmus geben, ist anfällig für Interferenzen, und kann nicht für den Nachweis von Myokard-Ischämie verwendet werden. Ein drei-leiterbipolares EKG wie die Einthoven-Leitungen, die in regulären EKGs verwendet werden, kann nützliche Informationen über den Arrhythmienachweis oder sogar die Diagnose anderer Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Ischämie hinzufügen. Daher beschreiben wir ein Protokoll zur patientengesteuerten Aufzeichnung eines Einthoven-Drei-Leiter-EKG mit einer Smartwatch.
Introduction
Smartwatches oder andere sogenannte "Wearable Devices" zeigen in westlichen Ländern eine steigende Popularität und einen stark steigenden täglichen Einsatz. Fast 80% der US-Amerikaner besitzen ein Smartphone und mehr als 10% eine Smartwatch1. Durch einen photoplethysmographischen Sensor mit LED-Licht und Photodioden können einige Smartwatches Pulsfrequenz und Unregelmäßigkeiten aufzeichnen1. Diese Funktion ermöglicht die Detektion von Arrhythmien, insbesondere AF, mit hoher diagnostischer Genauigkeit2,3. Für die authentische EKG-Arrhythmieerkennung wurden tragbare, handgeführte und tragbare EKG-Geräte entwickelt, um Smartphone-unterstützte EKG-Aufnahmen zu ermöglichen. Dennoch erlauben diese Geräte die patientenaktivierte Aufzeichnung von Elektrokardiogrammen nur, wenn die Compliance der Patienten für das Tragen des EKG-Geräts extrem hoch ist4,5,6,7.
Somit wäre das optimale Werkzeug für die medizinische Überwachung eines Patienten ein intelligentes Gerät für den täglichen Gebrauch. Einige Smartwatches der letzten Generation ermöglichen eine einführende EKG-Aufnahme, vergleichbar mit bipolarem Blei Einthoven I von einem Standard 12-Kanal-EKG, wobei die Rückseite der Uhr als positiv und die Krone als negativer Elektrode8verwendet werden. Die EKG-Aufzeichnung wird patientengesteuert und aktiviert, wenn Symptome auftreten. Danach erstellt eine Anwendung ein PDF-Dokument zur weiteren Analyse durch einen Arzt. Dennoch reicht die Verwendung eines einführenden EKG zur Diskriminierung von P-Wellen zur Diagnose des Sinusrhythmus manchmalnicht aus, 9 für die Erkennung der P-Welle und oft sind mehrere EKG-Leitungen erforderlich5. Darüber hinaus ist die Multichannel-EKG-Aufzeichnung obligatorisch für die Diagnose der meisten akuten oder chronischen strukturellen Herzerkrankungen wie Myokardinfarkt (MI), Lungenembolie oder Anzeichen einer akuten Herzinsuffizienz.
Vor mehr als 100 Jahren entwickelte Einthoven eine Methode zur Aufzeichnung eines bipolaren Dreikanal-EKG10. Dieses dreikanalige EKG bietet die Möglichkeit, die elektrische Herzachse und möglicherweise auch die Myokardischämie zu identifizieren, insbesondere in minderwertigen Regionen des Myokards11. Daher sind in der klinischen täglichen Praxis bipolare Einthoven-Leitungen I-III wesentliche Bestandteile des 12-leiter-EKG und ermöglichen die Herzrhythmusbestimmung oder den Nachweis von Myokard-Ischämie.
Die frühdiagnose und vor allem die frühzeitige Behandlung des Myokardinfarkts hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert. Dennoch zögern viele Patienten, sich besonders früh nach auftretenden Symptomen mit professioneller Hilfe in Verbindung zu setzen. So verzögert sich der erste medizinische Kontakt und die Einleitung einer angemessenen Behandlung oft12. Die Registrierung und Übertragung eines patientengesteuerten EKG früh nach Auftreten der Symptome könnte eine spezifische Behandlung beschleunigen und somit ein besseres Patientenergebnis ermöglichen7. Bisher ist die Ischämie-Erkennung durch intelligente Geräte begrenzt, da hauptsächlich Ein-Blei-EKGs (Einthoven I) oder wie in unserer Studie maximal drei-Leiter-EKGs (Einthoven I-III) erfasst werden können, die nur einen begrenzten Bereich des Myokards darstellen.
Mehrere Studien verwendeten patientengesteuerte Geräte wie tragbare EKG-Recorder, Smartphones und vor kurzem Smartwatches, für die Erkennung von AF bei Herzpatienten1,2,5,9. Die Apple Heart Study und die WATCH AF Studie verwendeten den photoplethysmografischen LED-Lichtsensor der Smartwatch zur Erkennung eines unregelmäßigen oder variablen Pulses, der mit Arrhythmie wie AF1,2korreliert. Unzureichende Signalqualität war der begrenzende Faktor in diesen Studien, was zu einer hohen Abbrecherquote2führte. Eine weitere Smartwatch-Studie nutzte Photoplethysmographie zur AF-Erkennung, zeigte aber auch eine reduzierte Diagnosegenauigkeit im Vergleich zu normalen EKGs13.
Die Detektion von AF durch die Registrierung von Pulsunregelmäßigkeiten ist der begrenzende Faktor der Photoplethysmographie, da Herzschlagvariabilitäten aufgrund zusätzlicher Systole oder Sinusarrhythmie auch Pulsunregelmäßigkeiten verursachen können. So kann die Aufzeichnung eines EKG mit einem Smartphone oder einer Smartwatch die Empfindlichkeit und Spezifität der Arrhythmieerkennung erhöhen. Mehrere Smartphone-kompatible Geräte können ein bipolares Ein-Blei-EKG aufnehmen, das Einthoven-Lead I5,9simuliert. In einer Studie wurde ein bipolares Smartphone-EKG-Gerät für AF-Screening9verwendet. In dieser Studie führte eine kleine Spannung von P-Wellen in Blei I zu einer falschen AF-Bestimmung, eine Einschränkung, wenn nur ein ein-Lead-EKG verfügbar ist9. EKG-Geräte für das AF-Screening wurden auch bei stationären Patienten auf kardiologischen und geriatrischen Stationen 5getestet. Die Diagnosegenauigkeit der automatisierten Algorithmen war nur suboptimal und zusätzliche 12-Leiter-EKGs waren oft obligatorisch. Die meisten dieser Geräte haben die Begrenzung von nur einer EKG-Bleiaufnahme (Einthoven I), was nicht immer ausreicht, um Arrhythmie oder Repolarisationserkennung zu gewährleisten.
Nur eine kleine Serie von fünf Patienten zeigte, dass ein herkömmliches 12-Blei-EKG mit einem herkömmlichen bipolaren Smartphone-Gerät nach Modifikation für unipolare Bleiaufnahmen mit EKG-Tabs und Drähten mit Alligatorclips4beschreibbar ist. Sie zeigten EKG-Aufnahmen mit guter Signalqualität, aber der begrenzende Faktor ist die Notwendigkeit von Gerätemodifikationen, die patientengesteuerte Selbst-EKG-Aufnahmen erschweren.
Im Gegensatz dazu haben wir die erste Studie zur Aufzeichnung eines EKG mit einer Smartwatch mit den drei bipolaren Einthoven-Leads als Machbarkeitsnachweis bei gesunden Probanden durchgeführt. Mit dem folgenden einfachen Protokoll konnten wir eine hohe Konsistenz zwischen den Smartwatch-Leads und den Einthoven-Leitungen von einem Standard-EKG nachweisen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Diese Studie wurde gemäß den Erklärungen von Helsinki durchgeführt und von der Ethikkommission der Aerztekammer Westfalen-Lippe (Referenznummer 2019-456) genehmigt.
1. Studie
- Weisen Sie die Probanden an, wie Sie die Smartwatch für die richtige EKG-Aufzeichnung verwenden.
2. Aufzeichnung eines 12-leiterförmigen Standard-EKG mit einem gemeinsamen Gerät
- Verwenden Sie ein gemeinsames EKG-Gerät für die Standard-EKG-Aufzeichnung.
- Stellen Sie die Laufgeschwindigkeit des Papiers auf 50 mm/s ein.
- Führen Sie die EKG-Aufnahme nach einer 5-min-Ruhezeit in einer Supine-Position durch.
- Legen Sie die rechte Armelektrode in der Nähe der rechten Schulter.
- Platzieren Sie die linke Armelektrode in der Nähe der linken Schulter.
- Legen Sie die rechte Beinelektrode in der Nähe des rechten Knöchels.
- Platzieren Sie die linke Beinelektrode in der Nähe des linken Knöchels.
- Platzieren Sie die V1-Elektrode im vierten interkostalen Raum an der rechten parasternalen Linie.
- Platzieren Sie die V2-Elektrode im vierten interkostalen Raum an der linken parasternalen Linie.
- Platzieren Sie die V3-Elektrode zwischen V2 und V4.
- Platzieren Sie die V4-Elektrode im fünften interkostalen Raum an der Mittelklavenlinie.
- Platzieren Sie die V5-Elektrode im fünften interkostalen Raum an der vorderen Achsellinie.
- Platzieren Sie die V6-Elektrode im fünften interkostalen Raum an der Mittelachsellinie.
- Zeichnen Sie ein standardmäßiges 12-Leiter-EKG mit dem Standard-EKG-Gerät auf.
HINWEIS: Der Patient sollte sich während der EKG-Aufnahme nicht bewegen, um EKG-Artefakte zu verhindern.
3. Aufnahme von Einthoven führt I-III durch eine Smartwatch mit EKG-Funktion
- Zeichnen Sie Smartwatch-EKGs direkt nach der Aufzeichnung der Standard-EKGs auf.
- Aktivieren Sie die Anwendung der Smartwatch für EKG-Aufnahmen. Ein 30 s EKG wird direkt nach richtigem Hautkontakt mit der Smartwatch aufgezeichnet.
- Zeichnen Sie Einthoven I auf, indem Sie die Rückseite der Smartwatch am linken Handgelenk und den rechten Zeigefinger auf die Krone legen (Abbildung 1A).
- Zeichnen Sie Einthoven II auf, indem Sie die Rückseite der Smartwatch auf den linken Unterbauch und den rechten Zeigefinger auf die Krone legen (Abbildung 1B).
- Zeichnen Sie Einthoven III auf, indem Sie die Rückseite der Smartwatch auf den linken Unterbauch und den linken Zeigefinger auf die Krone legen (Abbildung 1C).
HINWEIS: Der rechte und linke Zeigefinger sollte nicht mit der Haut des linken Handgelenks oder des linken Unterbauchs in Kontakt treten, um eine ausreichende EKG-Aufnahme zu gewährleisten. Der Patient sollte sich während der EKG-Aufnahme nicht bewegen, um EKG-Artefakte zu verhindern.
4. Analyse der EKGs
- Aufgezeichnete Smartwatch-EKGs werden über die Smartphone-App digital gespeichert.
- Verwenden Sie die Funktion "PDF an Ihren Arzt senden", um ein PDF-Dokument von jedem einzelnen Smartwatch EKG-Lead zu erstellen. Drucken Sie das digitale Smartwatch-EKG auf Papier, um es mit dem Standard-EKG auf bedrucktem Papier zu vergleichen.
- Klassifizieren Sie alle aufgezeichneten Smartwatch-EKGs als mäßige Signalqualität, wenn mindestens drei aufeinander folgende QRS-Komplexe geräuschfreie Signalqualität aufweisen und es keine Artefakte in den isoelektrischen Leitungen zwischen QRS-Komplexen gibt.
- Klassifizieren Sie Smartwatch-EKGs als gute Signalqualität, wenn mindestens zehn QRS-Komplexe geräuschfreie Signalqualität aufweisen und es keine Artefakte in isoelektrischen Leitungen zwischen QRS-Komplexen gibt.
5. Statistische Analyse
- Führen Sie statistische Analysen mit IBM SPSS Statistics durch.
HINWEIS: Kategoriale Variablen werden als absolute Zahlen und Prozentsätze angezeigt. Kontinuierliche Variablen werden als Mittelwert dargestellt, Standardabweichung. Die Unterschiede der metrischen Ergebnisvariablen wurden durch eine einseitige wiederholte Varianzanalyse (ANOVA) und gepaarten t-Test bewertet. Bei binären Variablen wurde der Test für 2 verwendet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In einer Kohorte von 100 gesunden Probanden (66 frauenhaft) haben wir die Machbarkeit unseres Smartwatch-Aufnahmeprotokolls untersucht. Die Merkmale der Probanden sind in Tabelle 1dargestellt. Nach einem kurzen Tutorial leiteten alle Freiwilligen das EKG-Aufnahmeverfahren mit der Smartwatch. Alle 300 Smartwatch-EKGs waren für die weitere Analyse mit zumindest ausreichender Signalqualität für Diagnosezwecke einsetzbar. Von den gesamten EZB-Zielen entfielen 277 (92%) waren von guter Qualität und 23 (8%) von mäßiger Signalqualität. Drei blinde Kardiologen wurden gebeten, die Smartwatch-EKGs den entsprechenden Einthoven-Leitungen in jedem Fach zuzuordnen. Sie haben korrekt 278 (93%) zugewiesen Smartwatch-EKGs an die entsprechenden Einthoven-Lead I, II und III aus dem 12-führenden EKG (Bereich von 93%-97%). Alle blinden Kardiologen ordneten die EKGs von 89 Teilnehmern (89%) korrekt zu den entsprechenden Einthoven-Leitungen. Ein Vergleich der Single-Leads mit den entsprechenden Einthoven-Leitungen ist in Abbildung 2dargestellt. Bei 11 Freiwilligen traten Zuordnungsfehler auf. In fünf dieser Fächer ordnete mehr als ein Kardiologe die Ein-Lead-EKGs fälschlicherweise den entsprechenden Einthoven-Leitungen zu. Die Fleiss-Kappa-Analyse zeigte eine moderate Interrater-Zuverlässigkeit (kappa = 0,437; p < 0,001). Der intraklassikuläre Korrelationskoeffizient betrug 0,703. Alle Zuordnungsfehler wurden bei Probanden mit vergleichbaren Amplituden und Morphologien in den beiden Smartwatch-EKGs oder den entsprechenden Standard-EKG-Leitungen gemacht. Mindestens eine EKG-Leitung wurde bei allen Teilnehmern von allen Kardiologen korrekt zugeordnet. Alle Zuordnungsfehler wurden in den EKGs mit guter Signalqualität gemacht. Somit bestand kein Zusammenhang zwischen der Qualität der EKG-Aufnahmen und der korrekten Zuordnung. Zuordnungsfehler traten bei statistisch älteren Probanden auf (46 x 10 vs.37 x 11 Jahre; Mittelwert sD). Kein anderer in Tabelle 1 aufgeführter Betreffparameter war einer falschen Zuordnung zugeordnet.
Abbildung 1: Aufnahmepositionen der Smartwatch für die drei Einthoven-Leads. (A) Aufnahme von Einthoven führen I zwischen dem linken Armhandgelenk und dem rechten Zeigefinger. (B) Aufzeichnung von Einthoven-Führung II zwischen dem linken unteren Bauchbereich und dem rechten Zeigefinger. (C) Aufnahme von Einthoven-Führung III zwischen dem linken unteren Bauchbereich und dem linken Zeigefinger. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Vergleich eines typischen Standard-EKG mit Einthoven I-III führt (schwarze EKG-Kurven) mit den Smartwatch-EKGs (rote EKG-Kurven). Trotz einer anderen Schreibgeschwindigkeit von 50 mm/s der schwarzen EKG-Kurven als der Standard-EKG und 25 mm/s der roten EKG-Kurven der Smartwatch-EKGs sind die Morphologien der drei Kanäle eindeutig identisch. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Alle | Männlich | Weiblich | P | |
| Größe (cm) | 171-19 | 176 bis 32 | 169-6 | 0.053 |
| Gewicht (kg) | 74 bis 14 | 83 bis 14 | 69 bis 11 | <0,001 |
| BSA (m2) | 1,86 bis 0,26 | 1,98 bis 0,36 | 1,79 bis 0,15 | 0.001 |
| BMI (kg/m2) | 24,5 bis 4,1 | 25,0 bis 4,0 | 24,3 bis 4,1 | 0.396 |
| Alter (Jahre) | 38 bis 12 | 38 bis 10 | 38 bis 13 | 0.933 |
| QRS-Achse (°) | 51 bis 31 | 42 bis 35 | 56 x 29 | 0.040 |
| HR 12 Blei-EKG (bpm) | 71 bis 12 | 72 bis 11 | 70 bis 13 | 0.420 |
| HR-Leitung I (bpm) | 71 bis 11 | 72 bis 9 | 70 bis 11 | 0.301 |
| HR-Leitung II (bpm) | 72 bis 11 | 73 bis 10 | 71 bis 11 | 0.372 |
| HR-Leitung III (bpm) | 72 bis 11 | 74 bis 10 | 70 bis 11 | 0.096 |
Tabelle 1: Betreffmerkmale. BSA = Körperoberfläche; BMI = Body-Mass-Index; HR = Herzfrequenz; Blei I = Einthoven-Führung I; Blei II = Einthoven-Führung II; Blei III = Einthoven-Führung III.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Intelligente Geräte wie Smartphones und Smartwatches werden zunehmend im Alltag und in der medizinischen Versorgung eingesetzt1. Diese neuen Geräte und Apps können einen erheblichen Einfluss auf das Gesundheitsbewusstsein der Bevölkerung haben, aber ihre effektive Verwendung muss in Studien getestet werden8. Nach bestem Wissen und Gewissen war unsere Gruppe die erste, die diese Methode der einzeiligen EKG-Aufnahmen entsprechend den herkömmlichen Einthoven EKG-Leitungen I-III mit einer Smartwatch14entwickelte.
Ein wichtiger Bestandteil des Protokolls zur patientengesteuerten EKG-Aufzeichnung ist eine ausreichende Anleitung zur Nutzung der Smartwatch und der entsprechenden App. Patienten müssen angewiesen werden, wo die Rückseite der Uhr am Handgelenk des linken Arms oder des linken Unterbauchs und der Zeigefinger der linken oder rechten Hand auf der Krone der Smartwatch platziert werden soll. Zur Optimierung der Smartwatch-EKG-Qualität sollte dem Benutzer geraten werden, sich während der EKG-Aufnahme nicht zu bewegen, um EKG-Artefakte zu verhindern. Weiterhin sollte der Zeigefinger nicht mit dem Handgelenk oder dem Bauch in Berührung kommen. Darüber hinaus sollte die EKG-Aufzeichnung von Smartwatchs in einer Supine-Position durchgeführt werden, ähnlich wie bei Standard-EKG-Aufnahmen. Wenn Patienten aufgrund von Artefakten eine unzureichende EKG-Qualität des aufgezeichneten EKG erkennen, kann die Optimierung des Hautkontakts die Signalqualität verbessern. Nach einem kurzen Tutorial konnten alle 100 Teilnehmer die dreiköpfigen EKG-Aufnahmen selbst durchführen, indem sie die Smartwatch in den gewünschten Positionen positionierten. Daher kann eine breitere Verwendung einer Smartwatch für patientengesteuerte Drei-Blei-EKG-Aufzeichnung in der Bevölkerung insgesamt nach einem kurzen Tutorial machbar sein. Dieses Training kann z. B. durch einen kurzen Videoclip oder ein illustriertes Handbuch durchgeführt werden. Unsere Studienkohorte war mittleren Alters und kann mit intelligenten Geräten vertrauter sein als ältere Probanden. Daher kann in einer Kohorte älterer Patienten eine angemessene Verwendung einer Smartwatch für EKG-Aufnahmen aufgrund von Schwierigkeiten bei der Nutzung des Geräts oder der App, der unterschiedlichen Positionierung der Smartwatch und einer möglichen Unfähigkeit, aufgrund von Komorbiditäten wie der Parkinson-Krankheit noch in einer Supine-Position zu liegen, eine Herausforderung darstellen. Eine aktuelle Studie verglich zwei Hand-EKG-Geräte und zeigte, dass etwa 7% der kardiologischen Patienten und 21,4% der geriatrischen Patienten die korrekte Verwendung des Geräts nicht schafften5.
Die Qualität aller aufgezeichneten Smartwatch-EKGs reichte für eine weitere Bewertung aus. Eine gute Signalqualität wurde in 92% und moderate Signalqualität in 8% der Smartwatch-EKGs gefunden. Von unseren Smartwatch-EKGs wurden 93% von allen geblendeten Kardiologen korrekt den entsprechenden Einthoven-Leitungen I-III aus 12-Kanal-Standard-EKGs zugeordnet. Morphologische und quantitative EKG-Parameter wie P-Welle, QRS-Komplex und T-Welle der Smartwatch-Aufnahmen waren sehr gut mit den entsprechenden Standard-EKG-Leitungen vergleichbar. Bei älteren Probanden traten Zuordnungsfehler auf, aber physiognomische Parameter und physikalische Aspekte wie Geschlecht oder elektrische Herzachse hatten keinen Einfluss auf die korrekte EKG-Zuweisung. Bei älteren Patienten waren Zuordnungsfehler nicht auf unzureichende Signalqualität zurückzuführen, sondern auf vergleichbare EKG-Morphologien in zwei der drei Leitungen.
Eine Einschränkung der Technologie und des Protokolls unserer Studie ist, dass mehrere Schritte für die Aufzeichnung einer drei-Leiter-Smartwatch EKG erforderlich sind. Die Komplexität der Positionierung der Smartwatch und des rechten oder linken Zeigefingers auf der Uhr sowie die korrekte Anwendung der benötigten App können die weit verbreitete Nutzung in der allgemeinen Bevölkerung behindern. Darüber hinaus erfordert die smartwatch, die in unserer Studie verwendet wird, auch die Verwendung eines Smartphones aus dem gleichen Unternehmen. Daher kann diese Smartwatch nicht in Kombination mit anderen kommerziell erhältlichen Smartphones oder Smart-Geräten verwendet werden.
Eine Einschränkung unseres Protokolls ist, dass wir nur einen visuellen Vergleich der aufgezeichneten Smartwatch-Leads mit den Standard-EKGs durchgeführt haben. Bisher haben wir keinen computergestützten Algorithmus zum Vergleich der bipolaren Smartwatch-EKGs mit den Standard-Einthoven-Leitungen entwickelt, die von einem Standard-EKG-Gerät aufgezeichnet wurden. Bisher konnten wir nur Einthoven führt I-III mit der Smartwatch aufzeichnen. Aus diesem Grund konnten wir nur EKGs eines begrenzten Bereichs des Herzens erfassen, der das minderwertige und anterolaterale Myokard umfasst. Darüber hinaus haben wir keine Messungen bei Patienten mit Herzerkrankungen durchgeführt. Die Verwendung von patientengesteuerten Smartwatch-EKG-Aufnahmen in der breiteren Bevölkerung könnte die Diagnose akuter Herzerkrankungen verbessern und beschleunigen und die Dauer des medizinischen Kontakts verkürzen. Beachten Sie, dass Benutzer und Patienten daran erinnert werden sollten, dass die Smartwatch-EKG-Aufzeichnung während eines Arztbesuchs kein 12-Leiter-EKG ersetzt.
Ein Vorteil der Smartwatch ist, dass Patienten mit dokumentierter oder vermuteter AF sie im täglichen Leben tragen können. Neben einem Smartphone müssen auch andere intelligente Geräte für die bipolare EKG-Aufzeichnung mitgeführt werden, was deren breitere Nutzung in der Bevölkerung einschränken kann. Multichannel Smartwatch EKG-Aufzeichnung kann die Überwachung des Herzrhythmus bei Patienten optimieren, wenn die P-Wellen nicht ausreichend in Blei I erkannt werden können. Breiter Einsatz von Smartwatches für die AF-Erkennung kann die medizinische Behandlung für diese Gruppe von Patienten verbessern, da 25% aller Schlaganfälle durch AF verursacht werden, was die häufigste Rhythmusstörung in westlichen Populationenist 1. Darüber hinaus sind viele Personen unwissentlich gefährdet: Bei 18% der AF-bedingten Schlaganfälle wurde AF zum ersten Mal nach dem Schlaganfall1diagnostiziert.
Jüngste Studien1,2 zeigten eine gute Genauigkeit der Smartwatch AF-Erkennung basierend auf Photoplethysmographie. Die Apple Heart Study zeichnete Pulsstörungen durch Smartwatch-Photoplethysmographie als Ersatzmarker für die Erkennung von AF1auf. Die Autoren zeigten, dass die Smartwatch zuverlässig Pulsstörungen zur Entlarvung asymptomatischer AF1,9aufgezeichnet hat. Die WATCH AF Studie verwendet auch eine Smartwatch mit Photoplethysmographie für AF-Erkennung2. Diese Studie zeigte auch eine sehr hohe Genauigkeit für die AF-Erkennung durch eine Smartwatch2. Eine Einschränkung des verwendeten Algorithmus war jedoch eine hohe Ausfallrate aufgrund der eingeschränkten Signalqualität2. Eine zusätzliche Studie mit der Smartwatch Photoplethysmographie Technik bestätigte die Fähigkeit, AF aufzuzeichnen, zeigte aber auch eine reduzierte Qualität der AF-Erkennung im Vergleich zu einem Standard-EKG-Gerät13. Eine wesentliche Einschränkung der angewandten Photoplethysmographie in diesen Studien ist, dass Pulsunregelmäßigkeiten als Ersatzmarker für die AF-Erkennung verwendet werden. Herz-Extra-Systole können auch Pulsstörungen verursachen, die fälschlicherweise als AF interpretiert werden können und somit eine ausreichende AF-Erkennung behindern. Daher kann die Technik der bipolaren EKG-Aufzeichnung der Smartwatch die Genauigkeit der Erkennung von Herzrhythmusstörungen im Vergleich zur Smartwatch-Photoplethysmographie-Technik verbessern. Diese echten Ein-Blei-EKG-Aufnahmen können von mehreren Hand-Elektrokardiogramm-Geräten als zusätzliche Werkzeuge für Smartphones durchgeführt werden. Eines dieser Geräte kann Einthoven-Lead I aufnehmen und zeigte eine hohe Empfindlichkeit und Spezifität für die AF-Erkennung im community-basierten AF-Screening9. Falsche positive AF-Erkennung wurde durch reduzierte P-Wellenspannung in der einzigen verfügbaren Blei einthoven I9verursacht. Eine weitere Studie untersuchte mehrere einleitende EKG-Handgeräte zum Screening von AF bei kardiologischen und geriatrischen Patienten in Krankenhauseinheiten5. Diese Studie bot eine eingeschränkte diagnostische Genauigkeit der Gerätealgorithmen und dass zusätzliche 12-Leiter-EKG-Aufnahmen durchgeführt werden mussten, um die Diagnostische Genauigkeit zu erhöhen. Eine Einschränkung der einteiligen EKG-Geräte ist, dass nur Einthoven-Blei I eingesetzt werden kann, was eine ausreichende P-Wellenerkennung verhindert. Darüber hinaus werden diese Geräte als zusätzliches Werkzeug zu einem Smartphone verwendet, was eine breitere Nutzung in der Bevölkerung einschränken kann, da der Benutzer das EKG-Gerät zusätzlich zum Smartphone tragen muss.
Ein Vorteil der Smartwatches ist, dass sie wie eine normale Uhr getragen werden, was bei der Integration dieser Geräte in den Alltag nützlich sein kann. Dies kann zu einer breiteren Nutzung dieser Smartwatches in der Bevölkerung beitragen, was die patientengesteuerte EKG-Aufzeichnung erhöhen kann. Im Vergleich zur Photoplethysmographie der älteren Smartwatches und der einteiligen EKG-Geräte für Smartphones kann eine echte bipolare Drei-Blei-EKG-Aufzeichnung durch die Smartwatch in unserer Studie die Erkennung von Herzrhythmusstörungen und Myokardischämie verbessern, da mehr EKG-Daten verfügbar sind. Unser Smartwatch-EKG-Protokoll kann die patientengerichtete AF-Erkennung verbessern und somit die orale Antikoagulation dieser Patienten optimieren, was wiederum die AF-bedingten Schlaganfallraten senken kann. Darüber hinaus können Smartwatch-EKG-Aufnahmen die Früherkennung der Myokard-Ischämie durch die Patienten selbst optimieren, was zu einer verbesserten Einleitung einer angemessenen Behandlung und des Ergebnisses im Myokardinfarkt15führen kann. Studien zeigen, dass 75% der MI-Patienten sich mehr als eine Stunde nach Auftreten der Symptome an den Notarzt melden12. Studien zeigten, dass eine Verzögerung zwischen Symptombeginn und medizinischem Kontakt auftrat, weil die Patienten nicht erkannten, dass die Symptome durch eine Herzerkrankung verursacht wurden, oder glaubten, dass die Symptome harmlos waren12. In dieser Untergruppe von MI-Patienten kann die Verwendung von Smartwatch-EKG-Aufzeichnung durch die Patienten selbst zur frühen Erkennung von Myokard-Ischämie beitragen und die Zeit verringern, die Patienten für die Aufnahme von medizinischem Kontakt in Anspruch nehmen, was anschließend die Behandlung und das Ergebnis von MI verbessert.
Da unsere Studie die Machbarkeit der Aufzeichnung eines drei-Leiter-Smartwatch-EKG bei gesunden Probanden bewertet hat, sollten weitere Studien die Machbarkeit von Smartwatch-EKG-Aufnahmen bei Patienten mit Herzerkrankungen bewerten. In diesen Studien sollte untersucht werden, ob die drei-Leiter-Smartwatch-EKG-Aufnahmen (Einthoven I-III) tatsächlich den Nachweis von Herzrhythmusstörungen im Vergleich zu einer einführenden EKG-Aufnahme (Einthoven I) und einem 12-Leiter-EKG von einem Standardgerät verbessern. Der Vergleich der diagnostischen Genauigkeit der drei-Blei-Smartwatch-EKG-Aufnahmen sollte bei Patienten mit AF, Vorhofflimmern und vorzeitigen supraventrikulären Kontraktionen durchgeführt werden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Forschung erhielt keine externe Finanzierung. Wir danken Lisa Tiedemann, Ester Krist und Tobias Anke für die technische Unterstützung.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Apple Watch Series 4 | Apple | Smartwatch with bipolar ECG function | |
| IBM SPSS Statistics | IBM | version 25 for Mac | |
| MAC 5500 | GE Healthcare | Standard 12 channel ECG device |
References
- Turakhia, M. P., et al. Rationale and design of a large-scale, app-based study to identify cardiac arrhythmias using a smartwatch: The Apple Heart Study. American Heart Journal. 207, 66-75 (2019).
- Dorr, M., et al. The WATCH AF Trial: SmartWATCHes for Detection of Atrial Fibrillation. JACC Clinical Electrophysiology. 5 (2), 199-208 (2019).
- Hochstadt, A., et al. Continuous heart rate monitoring for automatic detection of atrial fibrillation with novel bio-sensing technology. Journal of Electrocardiology. 52, 23-27 (2019).
- Baquero, G. A., Banchs, J. E., Ahmed, S., Naccarelli, G. V., Luck, J. C. Surface 12 lead electrocardiogram recordings using smart phone technology. Journal of Electrocardiology. 48 (1), 1-7 (2015).
- Desteghe, L., et al. Performance of handheld electrocardiogram devices to detect atrial fibrillation in a cardiology and geriatric ward setting. Europace. 19 (1), 29-39 (2017).
- Samol, A., et al. Prevalence of unknown atrial fibrillation in patients with risk factors. Europace. 15 (5), 657-662 (2013).
- Nigolian, A., Dayal, N., Nigolian, H., Stettler, C., Burri, H. Diagnostic accuracy of multi-lead ECGs obtained using a pocket-sized bipolar handheld event recorder. Journal of Electrocardiology. 51 (2), 278-281 (2018).
- Foster, K. R., Torous, J. The Opportunity and Obstacles for Smartwatches and Wearable Sensors. IEEE Pulse. 10 (1), 22-25 (2019).
- Lau, J. K., et al. iPhone ECG application for community screening to detect silent atrial fibrillation: a novel technology to prevent stroke. International Journal of Cardiology. 165 (1), 193-194 (2013).
- Einthoven, W., Fahr, G., De Waart, A. On the direction and manifest size of the variations of potential in the human heart and on the influence of the position of the heart on the form of the electrocardiogram. American Heart Journal. 40 (2), 163-211 (1950).
- Burch, G. E.
- Leslie, W. S., Urie, A., Hooper, J., Morrison, C. E. Delay in calling for help during myocardial infarction: reasons for the delay and subsequent pattern of accessing care. Heart. 84 (2), 137-141 (2000).
- Tison, G. H., et al. Passive Detection of Atrial Fibrillation Using a Commercially Available Smartwatch. JAMA Cardiology. 3 (5), 409-416 (2018).
- Samol, A., et al. Recording of Bipolar Multichannel ECGs by a Smartwatch: Modern ECG Diagnostic 100 Years after Einthoven. Sensors (Basel). 19 (13), (2019).
- Avila, C. O. Novel Use of Apple Watch 4 to Obtain 3-Lead Electrocardiogram and Detect Cardiac Ischemia. Permanente Journal. 23, (2019).
