היצרות אבי העורקים, היצרות של מסתם אבי העורקים, היא אחת מהפרעות השכיחות והחמורות ביותר במסתמי הלב. בדרך כלל נגרמת מהצטברות של משקעי סידן (או לפעמים עקב מום לב מולד), היצרות זו מגבילה את זרימת הדם מהחדר השמאלי לאבי העורקים ובמקרים חמורים עלולה להוביל לאי ספיקת לב.
פיתוח של טכניקות רגישות וחסכוניות לזיהוי המצב הוא בעל חשיבות עליונה, במיוחד לשימוש באזורים מרוחקים ללא גישה לטכנולוגיה מתוחכמת. כדי לעמוד באתגר זה, חוקרים מהודו וסלובניה יצרו שיטה מדויקת, קלה לשימוש ובעלות נמוכה לזיהוי תפקוד לקוי של מסתמי הלב באמצעות ניתוח רשת מורכב.
"למרכזי בריאות כפריים רבים אין את הטכנולוגיה הדרושה לניתוח מחלות כמו זו", מסביר חבר צוות MS Swapna מ אוניברסיטת נובה גוריקה, בהצהרה לעיתונות. "לטכניקה שלנו, אנחנו רק צריכים סטטוסקופ ומחשב."
תשמע את ההבדל
אדם בריא מפיק שני קולות לב: הראשון ("לוב") עקב סגירת המסתמים המיטרליים והתלת-קוספידיים והשני ("דוב") כאשר מסתמי אבי העורקים והריאה נסגרים, עם הפסקה (האזור הסיסטולי) ביניהם. . האותות הללו מכילים מידע נושא על זרימת הדם בלב, כאשר שינויים בגובה הצליל, בעוצמה, במיקום ובתזמון הצלילים מספקים מידע חיוני הקשור לבריאותו של המטופל.
Swapna ועמיתיו - Vijayan Vijesh, K Satheesh Kumar ו-S Sankararaman מה- אוניברסיטת קראלה - מטרתו לפתח שיטה פשוטה המבוססת על תורת הגרפים לזיהוי אוושה בלב של היצרות אבי העורקים. לשם כך, הם בחנו 60 אותות קול לב דיגיטליים מלבבות רגילים (NMH) ומלבבות עם היצרות אבי העורקים (ASH). הם הכניסו את האותות להתמרת פורייה מהירה (FFT), ניתוחי רשת מורכבים וסיווג מבוסס למידת מכונה, ודיווחו על ממצאיהם ב- כתב העת לפיסיקה יישומית.
החוקרים המירו תחילה כל אות אודיו לסדרת זמן. האות של לב בריא מייצג הראה בבירור את שני צלילי הלב ואת ההפרדה ביניהם, בעוד שאותות מלבות עם היצרות אבי העורקים הראו רשרוש בצורת יהלום.
לאחר מכן, הצוות השתמש ב-FFT כדי להמיר את אותות תחום הזמן לתחום התדר, ובכך סיפק מידע על מרכיבי התדר באוושה, המשתנים עם חוסר תפקוד המסתם. ניתוח FFT עבור NMH הראה שיאים מוגדרים היטב משני אותות הקול בלב תקין. עם זאת, עבור ASH, ספקטרום ה-FFT הכיל מספר רב של אותות בטווח תדרים רחב, ללא פסגות ברורות שניתן להקצות לצלילי ה-lub והדוב. רכיבים נוספים אלו מיוחסים לרעידות המתרחשות ממשקעי סידן החוסמים את מסתם אבי העורקים ויוצרים מערבולות בזרימת הדם.
בעוד שגם תחום הזמן וגם ניתוחי FFT מאפשרים זיהוי ראשוני של שסתומים פגומים, כדי לנתח את אותות הקול עוד יותר, החוקרים השתמשו בנתונים כדי ליצור גרף, או רשת מורכבת של נקודות מחוברות. הם מחלקים את הנתונים למקטעים, כאשר כל חלק מיוצג כצומת בגרף. אם הצליל בחלק זה של הנתונים היה דומה לקטע אחר, נמשך קו בין שני הצמתים.
בלב בריא, הגרף הראה שני מקבצים נפרדים של נקודות, עם הרבה צמתים לא מחוברים. הצמתים הלא מחוברים נובעים ככל הנראה מהיעדר אות תחום זמן באזור הסיסטולי, המעיד על תפקוד תקין של הלב. הרשת של לב עם היצרות אבי העורקים הייתה הרבה יותר מורכבת, עם שני אשכולות בולטים והיעדר צמתים לא מתואמים, המעיד על פגם פוטנציאלי במסתם.
הצוות שלף קבוצה של פרמטרים, הידועים כמאפייני הגרף, מהגרף של כל אות. תכונות אלו (המספר הממוצע של קצוות, קוטר, צפיפות רשת, מעבר ומרכזיות ביניים) יכולות לשמש לאחר מכן על ידי טכניקות למידת מכונה כדי לסווג את האותות כ-ASH או NMH.
MRI מתקדם לבבי מנחה טיפול בתסמונת לב נוקשה
שלושה מסווגים למידת מכונה בפיקוח - K-nearest neighbor (KNN), מכונה וקטורית תומכת ואנסמבל תת-מרחב KNN - הציגו דיוק חיזוי של 100%, 95.6% ו-90.9%, בהתאמה. דיוק גבוה זה מצביע על כך שהשימוש במושגים מתמטיים אלה יכול לספק רגישות ואמינות רבה יותר בהשבעת לב דיגיטלית וניתן להשתמש בו בקלות במרכזי בריאות כפריים.
החוקרים בדקו עד כה את השיטה רק עם נתונים קיימים, לא במסגרת קלינית. כעת הם מפתחים אפליקציה לנייד שניתן לגשת אליה ברחבי העולם. "נכון לעכשיו, אנחנו מנתחים אוושות לב אחרות כדי לבצע ניתוח מקיף של אוושה בלב", אומר סוואפנה עולם הפיזיקה. "לאחר מכן, העבודה תורחב לנתונים מהעולם האמיתי על ידי הקלטה ישירה של הסאונד בעזרת רופא. פיתוח תוכנה ואפליקציה למובייל מגיע בשלב השלישי של העבודה”.
