Background: Myocardial remodeling facilitates the development and maintenance of atrial fibrillation (AF). Trans-thoracic echocardiography (TTE) is an available and easily reproducible method for assessment of patients with cardiovascular disorders. The evaluation of TTE parameters with a neural network-based program (NN) could be used for early detection of AF in asymptomatic patients.
Aim: To establish the potential of a previously developed NN to predict the incident AF in the patients with no past history of heart arrhythmias.
Methods: The study was based on the electrocardiographic data from electronic case record forms of 256 patients (mean age 63.47 ± 16.21 years, 151 (58.98%) women) with no past history of AF, who were treated in the in-patient Department of Cardiology in 2022. The TTE parameters (ascending aorta and left atrium diameters, left ventricular end-diastolic size, pulmonary artery diameter, maximal thickness of the anterior and posterior left ventricular walls in the diastole, transverse diameter of the right atrium, aortal, mitral and tricuspid valve regurgitation grade, left ventricular ejection fraction) were processed by the NN “Prediction of atrial fibrillation based on the trans-thoracic echocardiography data” (Russian state registration certificate for the computer software #2023662423 from 07.06.2023). Depending on the NN output values, the patients were divided into three groups: with a high probability of incident AF (n = 48; NN output value ≤ 0.33), with an intermediate probability of incident AF (n = 185, NN output value 0.34 to 0.66), and with a low probability (n = 23, NN output values ≥ 0.67). The patients were followed up to March 1, 2024 based on their electronic medical records (endpoints: referrals due to AF, AF mentioned as a complication of the underlying disease or as a concomitant disorder, cardiovascular death).
Results: The median time of the follow-up was 16 [14; 21] months. During the study period, AF developed in 8/48 (16%) patients with the NN values ≤ 0.33 and in 4/185 (2.16%) patients with the NN values of 0.34 to 0.66, whereas no AF cases were registered in those with the NN values ≥ 0.67 (0/23). The cardiovascular death rate in the study groups was 17/48 (31.25%), 13/185 (3.78%), and 0/23 (0%), respectively (р < 0.05). The area under the ROC curve (AUC) for incident AF was 0.85, for death 0.84, and for the combination endpoint of incident AF + death 0.86.
Conclusion: The NN used in the study meets the goal of the binary differentiation, i. e. it allows to differentiate the heart structure and function typical for AF from those not typical for AF. Heart chamber dilatation, left ventricular systolic function and valvular regurgitation grade are associated with an increased risk of AF and death. The analysis of TTE parameters by the NN can be used for identification of patients at risk of incident AF with the goal of their additional work-up and monitoring.
Актуальность. Процессы ремоделирования миокарда способствуют развитию и поддержанию фибрилляции предсердий (ФП). Трансторакальная эхокардиография (ТТЭ) – доступный и легко воспроизводимый метод обследования пациентов с патологией сердечно-сосудистой системы. Оценка параметров ТТЭ при помощи нейронной сети (НС) может использоваться для раннего выявления ФП у бессимптомных пациентов.
Цель – определить способность ранее разработанной НС прогнозировать развитие ФП у пациентов, не имеющих аритмий в анамнезе.
Материал и методы. В исследование включены данные электронных медицинских карт 256 пациентов (средний возраст – 63,47 ± 16,21 года, 151 (58,98%) женщина) без ФП в анамнезе по данным электрокардиографии, проходивших лечение в кардиологическом отделении стационара в 2022 г. Показатели ТТЭ (диаметр восходящей аорты, левого предсердия, конечный диастолический размер левого желудочка, диаметр легочной артерии, максимальная толщина передней и задней стенок левого желудочка в диастолу, поперечный размер правого предсердия, степень регургитации на аортальном, митральном и трехстворчатом клапанах, фракция выброса левого желудочка) обработаны НС «Предсказание фибрилляции предсердий по данным трансторакальной эхокардиографии» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023662423 от 07.06.2023). В зависимости от значений, полученных на выходе НС, пациенты разделены на 3 группы: 48 пациентов вошли в группу высокой вероятности развития ФП (значение на выходе НС ≤ 0,33), 185 – в группу промежуточной вероятности развития ФП (значение на выходе НС от 0,34 до 0,66) и 23 – в группу низкой вероятности развития ФП (значение на выходе НС ≥ 0,67). Катамнез отслежен на 01.03.2024 путем анализа динамики данных электронных медицинских карт (обращение за медицинской помощью в связи с ФП, упоминание ФП в качестве осложнения основного заболевания или в качестве сопутствующего заболевания, смерть от сердечно-сосудистой патологии).
Результаты. Медиана наблюдения пациентов составила 16 [14; 21] месяцев. За период мониторинга данных ФП развилась у 8/48 (16%) участников в группе со значением на выходе НС ≤ 0,33 и у 4/185 (2,16%) в группе со значением на выходе НС от 0,34 до 0,66, а в группе со значением на выходе НС ≥ 0,67 случаев развития ФП не зарегистрировано (0/23). Летальность от сердечно-сосудистой патологии в группах составила 17/48 (31,25%), 13/185 (3,78%) и 0/23 (0%) соответственно (р < 0,05). Площадь под ROC-кривой (AUC) для развития ФП составила 0,85, для развития летального исхода – 0,84, для комбинированной конечной точки (развитие ФП + летальный исход) – 0,86.
Заключение. Использованная в исследовании НС выполняет задачу бинарной дифференцировки: позволяет отличить структуру и функцию сердца, характерные для ФП, от структуры и функции сердца, нехарактерных для ФП. Дилатация камер сердца, состояние систолической функции левого желудочка и выраженность клапанной регургитации ассоциированы с повышенным риском развития ФП и летального исхода. Анализ параметров ТТЭ при помощи НС может использоваться для выявления пациентов с риском развития ФП с целью их дополнительного обследования и мониторинга.