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
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!
OC 3 - P 400 ms | OC 4 - P 260 ms |
---|
OC 4 - P 260 ms |
---|
OC 3 - P 400 ms |
---|
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
- robuust
- operator onafhankelijk
- snel
- 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
Thank you for your time!


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
Directed networks as a novel approach for improving the management of cardiac arrhythmias - general presentation
By Nele Vandersickel
Directed networks as a novel approach for improving the management of cardiac arrhythmias - general presentation
- 650