تقنيات الصحة الرقمية تتقصى أمراض القلب

تطبيقات طبية متقدمة في متناول اليد

مستشعرات التحسس الضوئي لقياس النبضات - أجهزة رقمية في مجالات الطب والصحة

يتوالى حالياً إصدار الدراسات الطبية باستخدام وسائل «تكنولوجيا الصحة الرقمية» Digital Health Technology لتطبيقات الذكاء الصناعي Artificial Intelligence، وخاصة في مجالات صحة وأمراض القلب والأوعية الدموية.
- دراسات «رقمية»
وضمن عدد 12 فبراير (شباط) من مجلة «السكتة الدماغية» STROKE الصادرة عن رابطة القلب الأميركية AHA، عرضت مجموعة باحثين أميركيين المرحلة الثانية من دراسة الرجفان الأذيني الرقمي Digital - AF II، وكانت بعنوان: «تأثير فحص الرجفان الأذيني القائم على الهواتف الذكية في عامة السكان للوقاية من السكتة الدماغية الأولية». وهي الدراسة التي تعرض أيضاً كمحاضرة ضمن فعاليات المؤتمر الدولي للسكتة الدماغية 2020، الذي يُعقد في لوس أنجليس في الفترة ما بين 19 و21 فبراير الحالي.
وفي أكبر دراسة من نوعها يتم إجراؤها حتى اليوم، قدم باحثون من معهد سكريبس للأبحاث في لاهويا بولاية كاليفورنيا، نتائج دراستهم متابعة معدل نبضات القلب لدى نحو 93 ألف شخص في الولايات المتحدة طوال العام. ووفق ما تم نشره في عدد 5 فبراير الحالي من «مجلة بلوس وان» العلمية PLOS ONE، وضمن سلسة من الدراسات الطبية حول «تكنولوجيا الصحة الرقمية»، أفاد الباحثون في مقدمة دراستهم ما ملخصه: «ومع توفر تقنيات الاستشعار التجارية القابلة للارتداء Wearable Sensor Technologies باستخدام مستشعرات التحسس الضوئي Photoplethysmography (PPG) التي تتشابه دقتها حالياً مع دقة أجهزة تخطيط كهربية القلب ECG المستخدمة في المستشفيات، يمكن قياس معدل ضربات القلب بشكل مستمر؛ مما يجعل من الممكن تحديد معدل ضربات القلب الطبيعي للفرد بدقة والتغيرات المهمة المحتملة فيه مع مرور الوقت».
وضمن عدد 12 فبراير من مجلة «نيشتر» العلمية Nature npj Digital Medicine، قدم باحثون من معهد جورجيا للتكنولوجيا في أتلانتا دراستهم الاكلينيكية بعنوان: «ميكروفونات دقيقة يمكن ارتداؤها من أجل المراقبة الطولية للإشارات الميكانيكية الصوتية للقلب». وقال الباحثون في مقدمة دراستهم: «الإشارات الصوتية الميكانيكية الصادرة من القلب والرئتين Mechano - Acoustic Cardiopulmonary Signals تحتوي على معلومات قيّمة حول عمل الجهاز القلبي الرئوي. وتمتلك أجهزة الاستشعار، التي يتم ارتداؤها دون إزعاج، القدرة على مراقبة هذه الإشارات لفترات طويلة والكشف عن التغيرات المرضية في وقت مبكر وتقديم الرعاية الطبية وفقاً لذلك».
وكان الباحثون من كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو، قد نشروا ضمن عدد 10 يناير (كانون الثاني) الماضي من مجلة «نيشتر» Nature npj Digital Medicine، دراسة المراجعة العلمية لاستخدام تقنيات استشعار التصوير الضوئي PPG في اكتشاف الإصابات بالرجفان الأذيني Atrial Fibrillation، وخاصة مع التقدم في العمر.
- مستشعرات التحسس الضوئي
وقال الباحثون من جامعة كاليفورنيا في نتائج دراستهم: «يبرز تخطيط مستشعرات التحسس الضوئي كطريقة منخفضة التكلفة وغير تدخلية للرصد المستمر لمعدل ضربات القلب. وتقدم مجموعة متنوعة من الأجهزة القابلة للارتداء، مراقبة قائمة على تقنية التصوير الضوئي، بما في ذلك الهواتف الذكية والساعات الذكية».
والرسم البياني لمستشعرات التحسس الضوئي يرصد إشارة ضغط النبض الناتجة من انتشار نبضات ضغط الدم على طول الأوعية الدموية الشريانية. وبالقياس في الشرايين الطرفية، نحصل على معلومات غنية عن نشاط القلب، وحالة القلب والأوعية الدموية، والتفاعل بين الجهاز العصبي الودي Sympathetic Nervous Systems، ومستوى الهيموغلوبين، ومعدل التنفس. ويمكن اشتقاق الكثير من العوامل الفسيولوجية من تقنية التصوير الضوئي، بما في ذلك مستوى تشبع الدم بالأكسجين ومعدل ضربات القلب، وضغط الدم، وحجم الدم الذي يضخه القلب في الدقيقة Cardiac Output. وهذه القدرات «الفذة» لتقنية التصوير الضوئي تفتح الأبواب بشكل أوسع لتطوير أدوات تشخيص إسعافية جديدة تتيح الفحص المبكر لأمراض القلب، بما في ذلك عدم انتظام إيقاع ضربات القلب.
- مراقبة نبض القلب
واستخدم باحثو معهد سكريبس للأبحاث أجهزة رصد معدل نبض القلب القابلة للارتداء بالمعصم Heart Rate Wrist - Worn Tracker، التي تم ارتداؤها من قبل المشمولين في الدراسة، وذلك من أجل الدقة في التتبع والرصد المستمر لكامل نبضات القلب طوال اليوم، ما وفر للباحثين نحو 33 مليون يوم من بيانات معدل نبضات القلب في المجموع. واستخدم الباحثون تلك البيانات لفحص الاختلافات في «معدل ضربات القلب حال الراحة» Resting Heart Rate للأفراد المشمولين في الدراسة خلال فترة عام، وكذلك المقارنة فيما بينهم في ذلك الجانب.
وقال الباحثون في نتائجهم: «وفي هذه الدراسة، فإن هدفنا هو وصف التباين في معدل ضربات القلب أثناء الراحة لدى الشخص نفسه، وفيما بين الأشخاص. وتابعنا معدل ضربات القلب حال الراحة بشكل يومي، ودرسنا مدى ارتباطه بمقدار العمر ومؤشر كتلة الجسم BMI، والجنس، ومدة النوم ووتيرة تغيره بمرور الوقت. كما استكشفنا أيضاً مدى التباين اليومي معدل ضربات القلب حال الراحة بين الأفراد المشمولين بالدراسة، والتغيرات الطويلة والقصيرة الأجل في المسار اليومي لمعدل ضربات القلب حال الراحة لدى الفرد».
وأضافوا: «كان متوسط معدل ضربات القلب يومياً هو 65 نبضة في الدقيقة bpm، وتراوح مداها بين 40 و109 نبضات في الدقيقة بين جميع الأفراد. واختلف متوسط معدل ضربات القلب حال الراحة بشكل كبير حسب العمر والجنس ومؤشر كتلة الجسم ومتوسط مدة النوم. كما لوحظت اختلافات في وقت العام، بأدنى مستوى في يوليو (تموز) وأقصى مستوى في يناير. وبالنسبة لمعظم الأشخاص، بقي معدل ضربات القلب حال الراحة مستقراً نسبياً على المدى القصير، لكن لدى 20 في المائة منهم حصلت تقلبات لمدة تقارب أسبوع في معدل ضربات القلب حال الراحة، بزيادة تقارب 10 نبضة في الدقيقة أو أكثر». وخلصوا في نتائجهم بالقول: «الشخص بالعموم لديه معدل يومي وطبيعي بالنسبة له في عدد ضربات القلب في الدقيقة حال الراحة، وهو ما يمكن أن يختلف عن المعدل الطبيعي لفرد آخر بما قد يصل الفرق فيه إلى حد 70 نبضة في الدقيقة».
- رصد تغيرات ضعف القلب
وفي دراسة باحثي معهد جورجيا للتكنولوجيا تمت متابعة التغيرات في الإشارات الصوتية الميكانيكية الصادرة من القلب والرئتين (التي يسمعها الطبيب أثناء الفحص بالسماعة الطبية) هو وسيلة مفيدة جداً، خاصة في تشخيص المراحل المبكرة من انتكاسات ضعف القلب Early CHF، والتي تشمل عدداً من «التغييرات الفسيولوجية المرضية ما قبل ظهور الأعراض» Pre symptomatic Pathophysiological Changes، التي يصعب إكلينيكياً ملاحظتها، والتي أيضاً قد لا يُلقي لها المريض اهتماماً ملائماً. وأفادوا بأن ملاحظة حصول تلك التغيرات يُسهل للمريض المبادرة بطلب المعونة الطبية والحيلولة دون تطورها إلى حالات متقدمة تتطلب الدخول إلى المستشفى لتلقي المعالجة بصورة مُلحّة. وأضاف الباحثون القول: «وفي هذه الدراسة نقدم مستشعر اهتزاز يتميز بأنه: عالي الدقة ومغلق بإحكام ويمكن ارتداؤه ويجمع بين خصائص مقياس التسارع وميكروفون التلامس؛ وذلك للحصول على إشارات فسيولوجية ميكانيكية عريضة النطاق في المراقبة المتزامنة للعوامل الصحية المتعددة المرتبطة بنظام الجهاز القلبي الرئوي، مثل معدل نبض القلب، ومعدل التنفس، وأصوات القلب، وأصوات الرئة، وحركة الجسم».
واستطردوا موضحين بالقول: «يستخدم ميكروفون التلامس المغلق (ACM) محولات فجوة النانو Nano - Gap Transducersلتحقيق حساسية غير عادية في عرض النطاق الترددي العريض (DC - 12 كيلو هرتز) لنطاق ديناميكي عالٍ».
... وتكشف مبكراً عن الرجفان الأذيني
> أفاد الباحثون في مقدمة دراستهم ما ملخصه: «يُوصى طبياً بفحص مدى وجود الإصابة بالرجفان الأذيني للوقاية من السكتة الدماغية الأولية في المرضى الذين تزيد أعمارهم على 65 عاماً. وثمة عوائق لوجيستية لإجراء فحص رسم تخطيط كهرباء القلب 12 - lead ECG، لكن تطبيقات الهاتف المحمول لتقنيات التحسس الضوئي قد تتغلب على هذه المشكلة؛ مما يوفر فحصاً في متناول اليد وبتكلفة منخفضة. وفي دراستنا الحديثة قمنا بتقييم جدوى فحص الهاتف الذكي والتأثير على الرعاية الإكلينيكية اللاحقة.
وقال الباحثون في ملخص نتائج دراستهم: «يوضح استخدام هذا الفحص الرقمي من قبل عامة السكان باستخدام الهواتف الذكية فقط، إمكانية جمع البيانات عن إيقاع نبض القلب ومدى وجود حالة الرجفان الأذيني بطريقة ممكنة ومنخفضة التكلفة. وإضافة إلى إجراء رسم تخطيط كهرباء القلب واحد، قد يكشف إجراء مراقبة نبض القلب بتقنية التحسس الضوئي في الهاتف المحمول مرتين يومياً الكشف عن عدد كبير من مرضى الرجفان الأذيني الذين لا تبدو عليهم أي أعراض مرضية.
والرجفان الأذيني هو أحد الأنواع الشائعة في اضطرابات إيقاع نبض القلب، التي يتم تشخيصها من رسم تخطيط القلب، وترتفع نسبة الإصابات به بين مرضى القلب، ومع التقدم في العمر. ولأنه حالة تتسبب بعدد من المضاعفات الصحية الشديدة، كالسكتة الدماغية Stroke.
وتحديداً، تشير نتائج الدراسات الطبية الحديثة إلى أن معدلات الإصابة بالرجفان الأذيني في تصاعد مستمر في أنحاء العالم بين كبار السن، وأن واحداً من بين خمسة أشخاص أصيبوا بالسكتة الدماغية يكون لديهم الرجفان الأذيني، كما أن مضاعفات حالات الرجفان الأذيني تمثل 40 في المائة من أسباب دخول حالات اضطرابات إيقاع نبض القلب إلى المستشفى لتلقي المعالجة الطبية. والإشكالية الطبية الأكبر حول صعوبة تشخيص الإصابة الرجفان الأذيني، واحتمالات عدم تلقي المعالجة الضرورية اللازمة، هي كل من حالات «الرجفان الأذيني دون أعراض» Asymptomatic AF، وحالات الرجفان الأذيني الغير دائمة Paroxysmal AF التي تظهر في رسم تخطيط القلب في أوقات، ثم تختفي في أوقات أخرى. وهو ما يوجه جهود أطباء نحو البحث عن وسائل أكثر دقة، وأسهل استخداماً، في تشخيص الإصابات بهذا النوع من اضطرابات إيقاع نبض القلب.
- تطبيقات ذكية لمتابعة مؤشرات صحة القلب يومياً
> ووفق نتائج التقارير الطبية الحديثة لرابطة القلب الأميركية، لا تزال أمراض القلب هي السبب الرئيسي للوفيات على مستوى العالم.
وتشمل تقنيات صحة القلب والأوعية الدموية جميع الأجهزة والإجراءات التي تُمكّن الأطباء من تبسيط تشخيص وعلاج أمراض القلب. ووفقاً لنتائج الكثير من الدراسات الإكلينيكية المختلفة، يمكن للوسائل الرقمية في متابعة مؤشرات أداء القلب والأوعية الدموية، والتي تستخدم تقنيات مستشعرات التحسس الضوئي، أن تُحسّن من نتائج معالجات المرضى، وأن استخدامها قد أدى إلى انخفاض بنسبة 23 في المائة في حالات إعادة الإدخال بالمستشفى.
وبشكل عام، تعتمد مستشعرات التحسس الضوئي Photoplethysmography (PPG) على توفير رسم تخطيطي ضوئي يتم الحصول عليه بصرياً كأداة لقياس التغيرات في الحجم داخل العضو بالجسم.
وضمن مجموعة من أمثلة التطبيقات الطبية لهذه التقنية، الاستخدام الطبي للكشف عن تغيرات حجم الدم المتدفق في عمق الأنسجة السطحية عبر الجلد. ويظل المثال الأكثر شيوعاً هو مقياس تأكسج الدم المتدفق عبر الجلد Pulse Oximeter، أي الجهاز الذي يقيس نسبة تشبع الدم بالأوكسجين O2 Saturation. وفيه يُراقب هذا المقياس نسبة تأكسج الدم في طبقة الأدمة الجلدية Dermis والأنسجة حولها Subcutaneous Tissue.
وهذا الجهاز يعمل على إنارة الجلد، ثم قياس التغيرات في امتصاص الضوء وفق تغيرات الحجم في المنطقة التي يلامسها ويسقط الضوء عليها. وللتوضيح، فإنه ومع كل دورة قلبية، أي مع ضخ كمية من الدم في كل نبضة للقلب، يندفع الدم عبر الشرايين الخارجة من القلب إلى أطراف الجسم، وصولاً إلى الشعيرات الدموية تحت الجلد. ورغم أن ضغط الدم ينخفض كثيراً في تلك المناطق الطرفية من الجسم في الجلد، مقارنة بمقداره العالي داخل شرايين الجسم الكبيرة حال خروجه مباشرة من القلب، إلا أن مقدار ذلك الضغط الدموي المنخفض هو الملائم والكافي لتوزيع الدم في الشعيرات الدموية بالجلد. وبملامسة جهاز مقياس تأكسج الدم للجلد، والضغط عليه برفق، ومع إلقاء هذا الجهاز للضوء باستخدام تقنية «الصمام الثنائي الباعث للضوء» LED، يقوم الجهاز بإجراء قياس ديناميكي متواصل لكمية الضوء المنقولة إليه بالانعكاس أو بالارتداد. ولذا؛ يرصد الجهاز مع كل دورة قلبية رسماً بيانياً ذا قمة وقاع، وتعكس القمة ارتفاع الضغط مع شدة تدفق الدم بانقباض القلب، ويعكس القاع هدوء تدفق الدم حال راحة القلب عن ضخ الدم. ولأن كمية وضغط الدم المتدفق من القلب في كل نبضة، ووصولاً إلى الجلد، يتأثر بعدد من العوامل كالتنفس مثلاً، فإنه يمكن قياس عدد مرات التنفس في الدقيقة باستخدام هذه التقنية الرقمية. ولذا؛ ومن خلال الكاميرا المدمجة بالهاتف المحمول، تتيح تطبيقات الهواتف الذكية Smartphone Applications التي تستخدم تقنية مستشعرات التحسس الضوئي قياس نسبة أوكسجين الدم، ومعدل التنفس، وتمييز إيقاع القلب دون استخدام أجهزة إضافية؛ مما يجعل التكنولوجيا أكثر سهولة وأرخص وبحساسية عالية.