Hoe kunnen Google algoritmes toegepast worden op hartritmestoornissen?

Enid Van Nieuwenhuyse (UGent)

Dr. Nele Vandersickel (UGent)  

Prevalentie van hartritmestoornissen

1/4 ouder dan 40 jaar ontwikkelt een hartritmestoornis

Prevalentie van hartritmestoornissen

Symptomen

• Je eigen hart sterk voelen, hartkloppingen hebben

• Flauwvallen

• Licht gevoel in het hoofd, duizelig

• Pijn in de borststreek

• Tekort aan adem

• Bleek worden

• Tijdelijk niet kunnen ademen

Normale functie van het hart

Normale functie van het hart

Normale functie van het hart

Normal ritme van ong 60 slagen/min (bepaald door SA node) => 100.000 beats per day => 3 000 000 000 in een leven!!!

:delay of the signal

Wanneer er iets misloopt met electrische golven: hartritmestoornis

1. ronddraaiende electrische golven

electrische golven kunnen ronddraaien rond een obstakel (een hartklep, littekenweefsel of  de aderen) :  anatomische reentry -> mexican wave!

1. ronddraaiende electrische golven

Wanneer er iets misloopt met electrische golven: hartritmestoornis

Rotors zijn golven van hartexcitatie die ronddraaien zoals een tornado en hartritmestoornissen veroorzaken (Pandit and Jalife, Circulation research (2013))

Ronddraaiende golven gedragen zich als een bron (zoals sinus knoop) en nemen het normale ritme over

1. ronddraaiende electrische golven

Wanneer er iets misloopt met electrische golven: hartritmestoornis

Puntbronnen (focale bronnen) veroorzaken golven met een centrifugale verspreiding en kunnen ook het normale ritme overnemen

Wanneer er iets misloopt met electrische golven: hartritmestoornis

2. puntbronnen: extra sinusknopen

Hoe worden hartritmestoornissen behandeld?

Ablatie: aanbrengen littekenweefsel knipt het ronddraaiende pad

1. ronddraaiende electrische golven

2. puntbronnen: extra sinusknopen

Ablatie: aanbrengen littekenweefsel stopt de focale bron

Hoe worden hartritmestoornissen behandeld?

Hoe worden hartritmestoornissen behandeld?

Ablatie

Ablatie is 1 van meest voorkomende procedures in electrofysiologie

In de electrofysiology bestaan er nog steeds geen goede algoritmes om de locatie van de hartritmestoornissen te vinden

Voorbeeld: atrial tachycardie

• AT is een regelmatige hartritmestoornis
• Symptomen kunnen zijn: hartkloppingen, licht in het hoofd, zweten, tekort aan adem, pijn in de borstkas.
• AT is een veel voorkomende hartritmestoornis:  2.3/1000 mensen.  Ook ablatie van atriale fibrillatie kan resulteren in AT.
• De verschillende bronnen zijn terug

                    1. Ronddraaiende electrische golven:

•   rond een stukje litteken
•   rond de aderen
•   rond de mitraalklep ...
• ...

                    2. Focale bronnen

Voorbeeld: atrial tachycardie

Er worden meerdere meetpunten (bv 500) genomen die een kleurenmap opleveren en manueel geinterpreteerd moeten worden

Voorbeeld: atrial tachycardie

• Ondanks de verbeteringen  in de laatste systemen, blijft het vaak moeilijk om de juiste interpretatie van de kleurenmap te doen
• Dat kan leiden tot delen die foutief geableerd zijn, maar teveel littekenweefsel kan op zich nieuwe hartritmestoornissen veroorzaken

Voorbeeld: atrial tachycardie

Daarom hebben wij een nieuwe manier gevonden om deze bronnen te vinden: we beschrijven de electrische propagatie in het hart als een gericht netwerk:

DG-mapping

Enorm veel applicaties...

Brain

Facebook

Search algorithm

Netwerk theorie

We kunnen die ronddraaiende golven heel gemakkelijk vinden: het zijn gewoon 'cycles' in het netwerk

Netwerk theorie op het hart...

1. ronddraaiende electrische golven

1. ronddraaiende electrische golven

2. puntbronnen: extra sinusknopen

In de electrofysiology bestaan er nog steeds geen goede algorithmes om de locatie van de hartritmestoornissen te vinden

Voorbeeld: atrial tachycardie

Er worden meerdere meetpunten (bv 500) genomen die een kleurenmap opleveren en manueel geinterpreteerd moeten worden

Een echte toepassing!

atriale tachycardie : AT

atriale tachycardie : AT

Een echte toepassing!

een demo!

Een echte toepassing!

We zijn momenteel nieuwe toepassingen aan het ontwikkelen

Een echte toepassing!

We werken samen met AZ-Sint Jan in Brugge:

Een echte toepassing!

Prof. Dr. Mattias Duytschaever

Prof. Dr. Sebastien Knecht

Dr. Jan De Pooter

• 30 cases na ablatie: DG-mapping 100% correct
• 43 real-time cases, maar 30 complex. 

                1. DG-mapping:  88% correct.

                2. Expert + laatste system : 72% correct

                3. Junior + laatste system: 48% correct

Dr. Jan De Pooter

Dr. Teresa Strisciuglio

 Dit is het eerste volledig automatische systeem en heeft de volgende voordelen

1. robuust
2. operator onafhankelijk
3. snel
4. zou een andere techniek kunnen vervangen die gebruikt wordt bij twijfel

Een echte toepassing!

• Atriale fibrillatie (AF): meest voorkomende hartritmestoornis in de wereld, 6voudige kans op een beroerte, leidt tot angst, depressie en vermindering van kwaliteit van leven

• Ablatie: heeft maar 50% success rate!

• Heel onzeker wat het mechanisme is

• Wordt AF door rotors onderhouden? Hevig debat!

Toekomst? AF

• FIRM (Focal Impulse and Rotor Modulation) was ontwikkeld, werkt met een bepaalde techniek phase mapping

• In het begin: hele hoge succesratio (90%)

• FIRM is verkocht voor 250 million dollar aan Abbott

• Maar nu tonen studies aan dat FIRM niet werkt: we zitten terug aan 50% succesratio

Toekomst? AF

Phase mapping?

Kuklik et al, 2017, IEEE Trans Biomed Eng.:

``Great methodological care has to be taken before equating detected phase mapping with rotating waves and using phase mapping detection algorithms to guide catheter ablation of atrial fibrillation''

Toekomst? AF

In computer simulaties hebben we aangetoond dat DG-mapping veel beter is dan phase mapping

Toekomst? AF

Besluit

• Hopelijk is dit het begin van een nieuw onderzoeksgebied
• Google, Facebook en andere netwerken kunnen onze inspiratiebron zijn voor het vinden van nieuwe algoritmes.

nele.vandersickel@ugent.be

Enid Van Nieuwenhuyse

PhD student

Project leader

Group leader

Prof. Dr. AlexanderPanfilov

Clinical expert

Prof. Dr. Mattias Duytschaever

Dr. Nele Vandersickel

Our main team:

Clinical expert

Clinical expert

Prof. Dr. Sebastien Knecht

Dr. Jan De Pooter

Dr. Teresa Strisciuglio