Машинное обучение для выявления факторов риска аритмии при пролапсе митрального клапана
Пролапс митрального клапана (ПМК) — распространенное заболевание клапанов, поражающее 2–3% населения в целом и обычно имеющее хороший прогноз, если только оно не сопровождается значительной митральной регургитацией или дисфункцией левого желудочка (ЛЖ). Однако у некоторых пациентов с ПМК наблюдается устойчивая желудочковая тахикардия (ЖТ) и внезапная сердечная смерть (ВСС), несмотря на отсутствие умеренной или тяжелой митральной регургитации или дисфункции ЛЖ, состояния, известного как аритмический ПМК. Выявление факторов риска аритмического ПМК является сложной задачей. Клинические и визуализирующие исследования показали связь с расхождением митрального кольца (MAD), тяжестью пролапса и фиброзом миокарда, но значение этих факторов все еще обсуждается. Недавние результаты подчеркивают, что фиброз миокарда, выявляемый с помощью МРТ сердца с поздним усилением гадолиния (LGE), является важным маркером MAD. Сложность особенностей ПМК затрудняет выявление проаритмических характеристик. Чтобы решить эту проблему, в недавнем исследовании было применено машинное обучение без учителя к комплексному набору данных из международного реестра пациентов с ПМК с целью выявить новые фенотипические особенности, связанные с аритмическими исходами, посредством продольного анализа.
Дизайн исследования и отбор пациентов
Это исследование основано на международном многоцентровом продольном ретроспективном регистре, включающем пациентов с пролапсом митрального клапана (ПМК) без значительной митральной регургитации или дисфункции левого желудочка (ЛЖ), которым была проведена МРТ сердца. Одобрение этики было получено от всех 15 участвующих центров, и все пациенты предоставили письменное информированное согласие. Пациенты были включены в исследование, если они были в возрасте 18 лет и старше, имели ПМК, подтвержденный МРТ сердца, и имели клиническую информацию и постоянный мониторинг ЭКГ, доступные в течение трех месяцев после МРТ. Также требовалась визуализация LGE. Критерии исключения включали наличие кардиомиопатии, фракцию выброса ЛЖ менее 40%, ишемическую или врожденную болезнь сердца, воспалительные заболевания сердца, умеренную или большую митральную регургитацию и участие в спортивных соревнованиях. В исследование были включены пациенты с фракцией выброса ЛЖ от 40% до 55%.
Протокол МРТ и выбор переменных
МРТ сердца выполнялась с использованием системы 1,5 Т со специальным программным обеспечением и оборудованием. Измерялись объемы, масса и функция желудочков, а также площади предсердий. ПМК определяли как смещение створки митрального клапана на 2,0 мм и более в левое предсердие. Расхождение митрального кольца (MAD) определялось как расстояние 2,0 мм или более между соединением стенки левого предсердия/митрального клапана и нижнелатеральной стенкой ЛЖ. LGE считалась присутствующей, если она была видна в двух ортогональных проекциях или в одной и той же ориентации изображения после смены направления фазовой частоты, и ее количественно определяли как процент массы ЛЖ. Фенотипические кластеры были созданы с использованием 32 демографических, клинических и сердечных переменных МРТ. История злокачественных желудочковых аритмий на исходном уровне была исключена, как и пять сильно коррелирующих переменных для смягчения коллинеарности, оставив 27 переменных для анализа. Анализ чувствительности исключил пациентов со злокачественными желудочковыми аритмиями на исходном уровне и включил исходное бремя желудочковых аритмий.
Методология кластеризации и статистический анализ
Для определения оптимального количества кластеров использовались различные методы, а окончательное определение обеспечивал пакет NbClust в R. Иерархическая кластеризация k-средних использовалась для идентификации фенотипических групп пациентов со схожими характеристиками, обеспечивая надежность при 1000 инициализациях. Переменные были ранжированы с использованием модели повышения градиента, а аддитивные объяснения SHapley (SHAP) оценивали дискриминационное влияние переменных для каждого кластера. Конечной точкой исследования была совокупность устойчивой ЖТ, (прерванной) ВСС или необъяснимого обморока во время наблюдения. Наблюдение началось со дня проведения МРТ сердца и продолжалось до июня 2020 года. Несердечные случаи смерти подвергались цензуре. Два кардиолога, не видя результатов МРТ, выносили решения. Статистический анализ включал описательную статистику для каждого кластера, показатели заболеваемости, кривые Каплана-Мейера и многомерный анализ пропорциональных рисков Кокса, выполненный с использованием Stata SE версии 17 и R версии 4.2.1. Уровень α 0,05 использовался для всех двусторонних тестов.
Характеристики пациентов и фенотипические кластеры
В исследование были включены 474 пациента с изолированным пролапсом митрального клапана (ПМК), средний возраст 47 лет, гендерное распределение: 51,5% женщин и 48,5% мужчин. Были идентифицированы два фенотипических кластера. В кластере 2 наблюдалась более высокая распространенность пролапса желчных створок, расхождения митрального кольца (MAD), большее смещение створок и большая продольная протяженность MAD по сравнению с кластером 1. Эти структурные различия в кластере 2 были связаны с более высокой распространенностью и степенью позднего усиления гадолиния. (LGE) и большие размеры бивентрикулов и предсердий. Важность переменных для прогнозирования кластеров оценивалась с использованием значений Шепли, при этом наиболее значимыми предикторами были MVP створок, смещение створок, конечные диастолические объемы и степень LGE. В течение медианы наблюдения в течение 39 месяцев у 18 пациентов наблюдались нежелательные явления с общей частотой заболеваемости 12,0 на 1000 человеко-лет. В кластере 1 уровень заболеваемости был ниже (6,4 на 1000 человеко-лет) по сравнению с кластером 2 (21,5 на 1000 человеко-лет), что соответствует коэффициенту риска (ОР) 5,30. После поправки на степень LGE у пациентов кластера 2 по-прежнему наблюдался значительно более высокий риск нежелательных явлений (ОР: 3,79). Анализ чувствительности с участием 456 пациентов подтвердил наличие двух фенотипических кластеров и показал, что желудочковые эктопические сокращения и неустойчивая желудочковая тахикардия вносят незначительный вклад в идентификацию кластеров. С поправкой на степень LGE у пациентов из кластера 2 была более высокая вероятность возникновения побочных эффектов (ОР: 4,03).
Сложность прогнозирования результатов MVP
Исследование подчеркивает сложность прогнозирования неблагоприятных исходов у пациентов с пролапсом митрального клапана (ПМК), у которых нет значительной дисфункции левого желудочка (ЛЖ) или митральной регургитации. В нем признается, что, хотя дисфункция ЛЖ и тяжелая митральная регургитация являются признанными факторами риска, большинство внезапных сердечных смертей (ВСС) у пациентов с ПМК происходит без этих состояний. Используя машинное обучение на данных 474 пациентов, исследование выявило два фенотипических кластера на основе демографических, клинических и кардиологических особенностей МРТ. У пациентов из кластера 2 наблюдались более тяжелые характеристики ПМК, такие как более высокий пролапс створок, более выраженное смещение створок, большие камеры сердца и больший фиброз миокарда, что приводило к четырехкратному увеличению вероятности ВСС, устойчивой желудочковой тахикардии (ЖТ) или необъяснимых обмороков. в течение медианного периода наблюдения более трех лет. У пациентов кластера 1, напротив, наблюдалась меньшая частота этих неблагоприятных исходов.
Прогностические последствия и структурные изменения
Исследование предполагает, что изолированный ПМК обычно не предсказывает плохой прогноз, если только он не связан со значительными структурными изменениями, такими как фиброз миокарда и расширение камер. Несмотря на высокую распространенность фиброза миокарда, его наличие само по себе не является предиктором неблагоприятных исходов. Исследование призывает к более интегрированному подходу, сочетающему несколько морфофункциональных параметров для лучшей стратификации риска. Расхождение митрального кольца (MAD) не внесло существенного вклада в дифференцировку кластеров, что контрастирует с более ранними исследованиями, предполагающими его прогностическую ценность. Различия в выборках исследований и определениях MAD могут объяснить это несоответствие. Степень MAD была более значительной в кластере 2, что подтверждает его связь с аритмиями, вызванными механическим стрессом и последующими электрофизиологическими изменениями. Более крупные желудочки и предсердия у пациентов группы 2 предполагают сложное взаимодействие между генетическими факторами и эффектом «третьей камеры» пролабирующих створок митрального клапана. Расширенные функции МРТ сердца были более прогностическими, чем демографические или клинические характеристики, что подчеркивает необходимость визуализации с высоким разрешением при оценке ПМК.
Ограничения исследования включают потенциальную систематическую ошибку отбора, невозможность включить все параметры визуализации или особенности ЭКГ из-за ограничений данных, а также необходимость дальнейших исследований для подтверждения этих результатов. Тем не менее, исследование рекомендует использовать расширенную визуализацию сердечно-сосудистой системы для улучшения стратификации риска аритмий у пациентов с ПМК без значительной митральной регургитации или дисфункции ЛЖ.
Источник: Radiology - Cardiothoracic Imaging
