Российские ученые разработали подход, который с 87% точностью выявляет вызванные постковидным синдромом нарушения сердечного ритма. Для этого авторы использовали мобильную систему — сенсорный пояс, который добровольцы носили каждый день. Система собирает данные и передает их на сервер через смартфон.
Разработка поможет выявить постковидное состояние без проведения анализа крови на антитела для лечения последствий COVID-19.
Симптомы постковидного синдрома, такие как нарушения работы желудочно-кишечного тракта, боли в суставах, слабость и потеря памяти, сохраняются длительное время. Обычно этот синдром выявляют с помощью анализа крови на антитела, однако эти белковые молекулы не сохраняются так долго, как симптомы, и через полгода антитела к вирусу COVID-19 обнаружить уже не удается.
Поэтому ученые ищут другие способы выявления постковидного состояния. Более ранние исследования показали, что аномалии сердечного ритма — резкие его колебания в пределах 100 миллисекунд при маленькой амплитуде — указывают на последствия перенесенного COVID-19. Такие специфичные нарушения сердцебиения называются кардиоспайками. На графике электрокардиограммы (ЭКГ) они выглядят как резкие вертикальные линии.
Ученые из Национального исследовательского Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского с коллегами предложили использовать алгоритмы машинного обучения, чтобы выявлять на ЭКГ кардиоспайки. Для анализа использовались сверточные нейронные сети, применяемые для распознавания образов.
Авторы протестировали нейросети на данных 970 человек с диагностированным COVID-19. В выборку включили пациентов, переболевших в период пандемии и имевших поражения легких от 44% до 92% по результатам компьютерной томографии. Данные о частоте сердечного ритма собирали с помощью мобильной системы, состоящей из сенсорного пояса, измеряющего ритмограмму, и смартфона, собирающего данные и передающего их на сервер для дальнейшего анализа.
Затем собранные данные обрабатывала нейросеть и благодаря этому выявлялись кардиоспайки. Ученые убедились, что у пациентов с COVID-19 наблюдалось отчетливое изменение частоты сердечных сокращений, а кардиоспайки действительно указывали именно на COVID-19 или на постковидный синдром. Предложенная архитектура нейросети продемонстрировала точность выявления постковидного состояния, равную 87%.
Чтобы ответить на вопрос, почему именно после COVID-19 появляются кардиоспайки, ученые проанализировали образцы крови пациентов. Исследование показало: вероятнее всего, появление кардиоспайков связано с нарушением вязкости и свертываемости крови. Из-за большей вязкости увеличивается нагрузка на сердечную мышцу и повреждается легочная ткань за счет давления на альвеолы — пузырьки, в которых происходит газообмен с кровью.
Предложенный подход поможет увеличить точность диагностики постковидного состояния, так как нарушения сердечного ритма наблюдаются еще долгое время, вплоть до полугода после перенесенного заболевания. Предложенная авторами система будет особенно актуальна для тех, кто перенес заболевание «на ногах», но потом столкнулся с постковидным состоянием, которое описывается различными симптомами — слабость, одышка, головные боли, боли в суставах, — прямо не указывающими на перенесенный COVID-19.
«Полученные результаты помогут развитию технологии дистанционного скрининга с использованием мобильных устройств и телеметрии сердечного ритма для диагностики и мониторинга COVID-19. В дальнейшем планируется улучшить точность обнаружения кардиоспайков. Кроме того, есть смысл изучить, позволяет ли предложенный метод выявлять экстрасистолы — другой вид нарушения сердечного ритма», — рассказывает участник проекта, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории перспективных методов анализа многомерных данных ИИТММ Сергей Стасенко.
В исследовании также принимали участие сотрудники Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН, Приволжского научно-исследовательского медицинского университета, Нижегородского областного клинического онкологического диспансера и Клинической больницы №2 Нижнего Новгорода.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Sensors.
