Стартап переносит лечение аритмии в 21 век

Когда у кого-то проблемы с сердцем, врачи обращаются к инструменту, разработанному более 120 лет назад, к электрокардиограмме (ЭКГ). ЭКГ позволяют врачам увидеть, что происходит внутри сердца, без хирургического вмешательства или дорогостоящих инструментов визуализации. Они регистрируют электрические сигналы сердца через кожу с помощью липких электродов, приклеенных к груди пациента. Сигналы появляются на мониторе остроконечными волнами. Врачи могут обнаружить аномальные сердечные ритмы или частоту сердечных сокращений, а также признаки сердечных приступов или высокого кровяного давления, расшифровав эти показания.

Но с 1954 года, когда Американская кардиологическая ассоциация опубликовала свои рекомендации по стандартизации электрокардиограммы в 12 отведениях, в технологию было внесено несколько обновлений. Вопиющим недостатком ЭКГ является ее неточность, поскольку она не показывает точный источник проблемы. Это серьезная проблема при аритмии, которая может привести к инсульту или сердечной недостаточности, потому что лечение зависит от точности.

Главная проблема в том, что мы не знаем, что происходит с каждым пациентом, поэтому не можем их вылечить, — говорит Андреу Климент, соучредитель и генеральный директор стартапа медицинского оборудования Corify Care.

Система Corify Care Acorys® должна стать самым значительным обновлением ЭКГ с 1954 года. Неинвазивный метод, основанный на искусственном интеллекте, улучшит диагностику, снизит затраты и спасет жизни пациентов.

Электрический ритм

Тщательно скоординированная схема управляет сердцебиением. Клетки кардиостимулятора в верхней правой камере, или предсердии, генерируют электрические сигналы, которые передаются в расположенные ниже желудочки. Когда ток проходит через предсердия, они перекачивают кровь в желудочки. Желудочки быстро сокращаются, выталкивая кровь из сердца и через остальные части тела.

Но изменения в сердце, такие как перенапряжение или воздействие лекарств, могут нарушить этот электрический каскад, сбивая сердце с ритма. При аритмии электрические сигналы следуют по другому пути, вращаясь вокруг точки. Врачи обычно обращаются к ЭКГ, чтобы обнаружить это изменение.

«Проблема с определением того, является ли операция правильным вариантом, заключается в том, что единственный способ увидеть, где аритмия делает повороты и является ли операция правильным вариантом, — это проникнуть внутрь сердца».

Андреу Климан, соучредитель и генеральный директор Corify Care

Одной из наиболее распространенных аритмий является мерцательная аритмия (AFib). «AFib — одна из самых трудно поддающихся лечению», — говорит Хавьер Милагро, главный операционный директор Corify. «Это довольно неустойчиво и намного сложнее, чем другие виды аритмий».

Иногда аритмия проходит самостоятельно. Когда этого не происходит, ранние методы лечения включают медикаментозное или шоковое лечение для сброса ритма.

Пациентам может потребоваться хирургическое вмешательство в случаях, когда ФП не проходит с помощью этих методов лечения. Врачи удаляют, прижигая или замораживая, участок ткани сердца, чтобы создать небольшие рубцы, которые нарушают проблемные электрические сигналы и возвращают сердцебиение к норме. Но эта процедура не работает более чем у половины пациентов. Иногда операция не работает, потому что это не правильный вариант лечения.

«Проблема с определением того, является ли операция правильным вариантом, заключается в том, что единственный способ увидеть, где аритмия делает повороты, — это проникнуть внутрь сердца», — говорит Климент.

Врачи могут точно составить карту сердца, но только инвазивно после того, как они уже начали процедуру хирургической катетерной абляции. Они проводят кончиком электрода через мышцу, чтобы записать активность в разных точках, что позволяет определить проблемную область.

«Но что произойдет, если хирург не сможет прижечь эту область? Вы не можете гореть везде», — говорит Климент. «В таком случае катетер поставили зря, потому что эту аритмию не вылечишь».

Если бы врачи могли точно определить источник проблемы до операции, они могли бы лучше нацелить лечение и избежать ненужных процедур. Acorys решает эту проблему.

От прототипа к продукту

Corify Care создавалась более десяти лет. До основания компании Климент и соучредитель Мария Гиллем, главный научный сотрудник Corify, вместе работали в Валенсийском политехническом университете в трансляционной кардиологической лаборатории. Изначально у них не было намерения входить в сферу запуска медицинских устройств и применять свои исследования на практике.

Их ранние работы были сосредоточены на понимании основ биоэлектроники сердца. Они проводили эксперименты на одиночных клетках и культурах клеток. Они использовали MATLAB® для создания математических моделей клеток, а затем перешли к моделям всего сердца.

«Вместо обработки сигнала за сигналом, как это делается в других программах, с помощью MATLAB мы можем обрабатывать все сигналы как единое целое, параллельно».

Хавьер Милагро, главный операционный директор Corify Care

Они также разработали инструменты обработки сигналов для картирования сердца, которые в конечном итоге легли в основу картографических возможностей Acorys, и запатентовали основную технологию в 2015 году. «Но мы никогда не думали, что создадим компанию», — говорит Климент. Два года спустя Климент подал заявку на участие в программе Caixa Impulse. Программа предназначена для постдокторантов-биомедиков с запатентованными технологиями, обучает успешных кандидатов предпринимательству, дает им ускоренный курс в биомедицинской отрасли и обеспечивает начальное финансирование.

В 2018 году Климент составил бизнес-план вместе с Гиллемом и двумя другими соучредителями, Фелипе Атьенсой, главным врачом, и Франсиско Фернандес-Авилесом, президентом научно-консультативного совета Corify. Они работали с инвесторами и основали компанию в 2019 году. После запуска компании они подали заявку на участие в программе запуска MathWorks, чтобы продолжить работу с MATLAB.

Команда быстро росла, и летом 2020 года к ней присоединились Милагро и Дэвид Лундбак, главный технический директор, которым было поручено доработать прототип Acorys. «Все знания уже были там», — говорит Лундбак. «Нам просто нужно было взять прототип и превратить его в продукт».

Им нужно было превратить Acorys в удобную для пользователя систему, которая могла бы создавать трехмерную карту поверхности сердца, показывающую, как электрические сигналы распространяются по ткани. Сначала Acorys было сложно использовать. Только установка заняла около полутора часов. Техник должен был прикрепить 64 электрода один за другим к спине и груди пациента.Видеосистема записывала туловище пациента, а процесс фотограмметрии делал изображения и преобразовывал их в карту туловища.

«Процесс установки был долгим и сложным, — говорит Лундбак. «Мы изучили поток системы, чтобы определить, как сделать ее более функциональной».

В течение следующих полутора лет команда Corify сделала Acorys более эффективной, сократив время настройки до 10 минут и ускорив процесс картирования. Милагро усовершенствовала и систематизировала код, обрабатывающий сердечные сигналы. Ему нужно было выяснить, как фильтровать шумовые сигналы от электродов, такие как электрическая активность в других мышцах или нарушения записи от глубокого дыхания.

Милагро также пришлось столкнуться с тем, что медицинское сообщество называет обратной проблемой электрокардиографии, или проблемой использования записей электрической активности поверхности тела для точного восстановления активности сердца. Зная геометрию туловища и то, какие электрические сигналы исходят из какой части туловища, можно работать в обратном направлении, чтобы реконструировать сердце. Компания Milagro также должна была решить, можно ли использовать эти алгоритмы для всех пациентов. Поскольку каждый человек имеет уникальную форму сердца и туловища, электрическая активность сердца распространяется по-разному у каждого пациента, что Acorys необходимо было учитывать.

Милагро говорит, что учитывая сложность этих задач, MATLAB был ценным инструментом. Команда Corify использовала MATLAB для методов обработки сигналов и машинного обучения для фильтрации шума, получения более чистых данных, которые прошли дальнейшую обработку сигналов для решения обратной задачи. Они обучили алгоритмы данными пациентов и математическими моделями, что позволило Acorys получать электрические сигналы от любого пациента и преобразовывать их в карту сердца.

«Вместо обработки сигнала за сигналом, как это делается в других программах, с помощью MATLAB мы можем обрабатывать все сигналы целиком, параллельно», — говорит Милагро, что также означает, что алгоритмы могут обрабатывать информацию практически в реальном времени.

Лундбек сосредоточился на оборудовании. Вместо десятков электродов и кабелей команда создала лист из 128 электродов, похожий на жилет. Теперь техник просто кладет четыре простыни на тело пациента, закрывая грудь и спину. Маркеры над электродами отображают местные коды, которые модернизированная система камер автоматически распознает.

3D-камера, подключенная к iPad, позволяет сканировать в режиме реального времени в обновленной системе камер. Оператор обходит пациента, используя iPad и систему камер, чтобы сканировать верхнюю часть тела пациента, покрытую электродами. Команда Corify разработала алгоритмы, которые используют эти изображения для моделирования геометрии туловища. Сейчас команда приближается к финальному продукту.

Новая эра в кардиологии

Компоненты системы объединяются в Acorys, чтобы предоставить врачам карту сердца и его электрической активности практически в реальном времени. «Acorys находится на полпути между электрокардиограммой и инвазивной катетерной процедурой, — говорит Милагро. «Мы получаем результаты, аналогичные инвазивному картированию с помощью катетеров, но делаем это неинвазивно, как с ЭКГ».

«Когда вы знаете, что ваша система помогла вылечить кого-то, для всех нас, инженеров, это похоже на волшебство».

Андреу Климан, соучредитель и генеральный директор Corify Care

Карта появляется на мониторе, обновляясь каждые пять секунд, что позволяет врачу оценивать деятельность сердца с течением времени. Различные цвета на карте сердца показывают время электрической активации: красный цвет символизирует более раннюю активацию, а темно-синий показывает более позднюю активацию с радугой цветов между ними.

«Мы можем видеть, как электрическая активность распространяется по сердечной ткани», — говорит Милагро. «Например, при трепетании, которое является разновидностью аритмии, электрическая активность не распространяется обычным образом. На карте кажется, что он поворачивается вокруг определенной точки, показывая врачу, где направить лечение».

Хотя Acorys изначально разрабатывался для мерцательной аритмии, он может анализировать и другие аритмии. Команда разработала различные алгоритмы для этого приложения, потому что каждая аритмия имеет свои особенности.

Компания Corify проверила точность своего продукта во время процедур катетерной абляции, сравнив результаты Acorys с результатами процедуры инвазивного картирования. Пока тесты многообещающие, Acorys не хватает точности инвазивной техники.

Corify регистрирует пациентов для клинических оценок, необходимых для вывода Acorys на рынок. Они работают над получением маркировки СЕ от Европейского Союза и одобрения Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Они надеются сделать Acorys широко доступным к 2023 году.

После одобрения система может улучшить кардиологическую помощь не только при аритмии. «Врачи были рады применять Acorys и при других проблемах с сердцем, — говорит Климент. «Они хотят использовать его картографические возможности, например, для размещения кардиостимулятора».

К настоящему времени, после тестирования в нескольких больницах Испании, клиницисты использовали систему почти у 200 пациентов, и этот инструмент впечатлил кардиологов. Обеспечивая детальное неинвазивное исследование сердца и его электрической активности, Acorys может предотвратить ненужные процедуры абляции, экономя время и деньги пациентов и системы здравоохранения. А когда пациенту действительно нужна операция по поводу аритмии, Acorys может указать ему лекарство.

«Когда вы знаете, что ваша система помогла вылечить кого-то, для всех нас, инженеров, это похоже на волшебство», — говорит Климент.

Первоначально опубликовано на mathworks.com