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17 Jul 2023

Un modèle d'IA du NIST capable de prédire un arrêt cardiaque potentiel chez les pompiers

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Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) et leurs collègues ont utilisé l'apprentissage automatique pour identifier avec précision les rythmes cardiaques anormaux chez les pompiers - ce qui pourrait aider un pompier à sortir à temps pour éviter la mort par arrêt cardiaque.

L'équipe de recherche affirme qu'une fois que le modèle d'IA s'est familiarisé avec les données médicales spécifiques aux pompiers, il a pu identifier 6 000 échantillons d'ECG anormaux avec une précision de 97 %, rapporte le site Nist.gov.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux déboucheront sur un moniteur cardiaque portable que les pompiers pourraient porter pour détecter les signes précurseurs de problèmes cardiaques et les inciter à consulter un médecin avant qu'il ne soit trop tard.

Selon l'article, la plupart des décès des pompiers (américains) en service ne sont pas directement causés par le feu ou l' inhalation de fumée. Environ 40 % des décès en service aux États-Unis seraient dus à des accidents cardiaques soudains, conduisant à un arrêt cardiaque.

(Le nombre relatif d'accidents cardiaques mortels chez les pompiers canadiens est très différent. Voir notre référence à une étude canadienne plus loin dans cet article).

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A nurse scientist applies a 12-lead electrode to measure a career firefighter's electrocardiogram during a physical test. (Photo by Mary Carey, University of Rochester Nursing School)" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b797a97f-ae48-4cd9-bc80-ee0ace41e143" src="/sites/default/files/inline-images/Firefighter_ECG_Measurements.jpeg" />

L'équipe, qui comprend des chercheurs du NIST, de l' université de Rochester et de Google, a publié ses résultats dans le Fire Safety Journal.

"Année après année, les accidents cardiaques soudains sont de loin la première cause de mortalité chez les pompiers", a déclaré Chris Brown, chercheur au NIST. "Les accidents cardiaques provoquent également des blessures qui mettent fin à la carrière et des invalidités à long terme.

Selon la National Fire Protection Association (NFPA), la mort subite d'origine cardiaque a coûté la vie à 36 pompiers en service aux États-Unis en 2022.

Selon un autre article paru sur FireFighterCloseCalls, 45 % des décès de pompiers en service sont dus à des accidents cardiovasculaires aux États-Unis.

La mort subite d'origine cardiaque survient lorsqu'un rythme cardiaque irrégulier provoque l'arrêt du pompage du sang par le cœur, le plus souvent à la suite d'une crise cardiaque. Selon l'article, les accidents cardiaques soudains tuent les pompiers en service deux fois plus que les policiers et quatre fois plus que les autres intervenants d'urgence.

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A group of career firefighters from Rescue Company No. 1 in Buffalo, New York, after a fire call. These firefighters wore electrodes to measure electrocardiogram data (ECG) over a 24-hour period. (Photo by Mary Carey, University of Rochester School of Nursing)" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9a761bdf-d2e9-46ee-9d06-5289c57b51bf" src="/sites/default/files/inline-images/Firefighters_in_ECG_Study.jpeg" />

Lespompiers travaillent dans des environnements particulièrement éprouvants, portant des objets lourds, montant des escaliers et supportant des températures extrêmes avec une capacité limitée à se rafraîchir. Bien qu'ils puissent ressentir une gêne importante, des rapports ont montré que les pompiers tentent souvent de surmonter ces situations sans se rendre compte qu'ils ris quent de subir une mort cardiaque subite.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs du NIST ont pris contact avec leurs collègues de l'école d'infirmières de l'université de Rochester. Il y a dix ans, Mary Carey, chercheuse à Rochester, et ses collègues ont recueilli pendant 24 heures les données de l'électrocardiogramme (ECG) de chacun des 112 pompiers, qui avaient des électrodes attachées à leur poitrine.

Les données de l'ECG couvraient des périodes de service de 16 heures et des périodes de repos de 8 heures pendant lesquelles les pompiers se livraient à leurs activités quotidiennes, telles que répondre à des appels d'incendie et à des appels médicaux, faire de l'exercice, manger, se reposer et dormir.

"Les données que nous avons recueillies sur les pompiers sont uniques", a déclaré Dillon Dzikowicz, coauteur de l'étude à Rochester. "Il est essentiel de disposer de données solides pour faire avancer nos travaux et protéger les pompiers.

Les chercheurs ont ensuite utilisé l'apprentissage automatique et l'ensemble des données de Rochester pour construire ce qu'ils appellent le modèle de surveillance de la santé cardiaque (H2M). Ils ont entraîné H2M avec des segments de 12 secondes d'une grande partie des données ECG. Les battements de cœur individuels dans les ECG ont été classés comme des battements normaux ou anormaux indiquant des rythmes cardiaques irréguliers tels qu'une fibrillation auriculaire ou une tachycardie ventriculaire.

"Le modèle est conçu pour apprendre efficacement les schémas ECG à partir des battements normaux et anormaux", a déclaré Jiajia Li, chercheur invité au NIST.

La plupart des événements cardiaques sont liés à un rétrécissement coronarien sous-jacent

Dans une étude récente, les chercheurs ont conclu qu'environ un cas cardiaque sur cinq était un décès par crise cardiaque ; 82 % de ces décès étaient liés à une maladie coronarienne (rétrécissement des artères cardiaques ou hypertrophie du cœur). Ce phénomène est lié à une augmentation du risque de mort subite d'origine cardiaque.

La salle de presse de Heart.org a publié une étude en 2018, indiquant que les maladies cardiaques sous-jacentes sont courantes chez les pompiers qui meurent d'un arrêt cardiaque.

L'analyse des dossiers d'autopsie des pompiers américains de sexe masculin décédés en service entre 1999 et 2014 a montré que sur 627 décès totaux, 276 résultaient d'un arrêt cardiaque et 351 d'un traumatisme. Au moment de leur décès, les pompiers étaient âgés de 18 à 65 ans.

In this 2013 photo, nurse scientists Becki Vincent and Mary Carey from the University of Rochester collect electrocardiogram data from a firefighter at the Dewey Avenue Firehouse in Rochester, New York. Now, a decade later, researchers at NIST, Rochester and Google have used this data to train an AI model to predict cardiac events.   Credit: Karen O'Hern/University of Rochester School of Nursing

Sur cette photo de 2013, les infirmières scientifiques Becki Vincent et Mary Carey de l'université de Rochester recueillent les données de l'électrocardiogramme d'un pompier à la caserne de Dewey Avenue à Rochester, dans l'État de New York. Dix ans plus tard, des chercheurs du NIST, de Rochester et de Google ont utilisé ces données pour former un modèle d'IA capable de prédire les événements cardiaques.

Crédit : Karen O'Hern/École d'infirmières de l'université de Rochester

Les facteurs environnementaux et de stress contribuent également aux accidents cardiaques

L'exposition à la fumée, à la suie et aux produits chimiques, ainsi qu'un sommeil perturbé et des niveaux élevés de stress professionnel peuvent tous contribuer aux problèmes cardiaques. La recherche indique que le stress lié à la lutte contre les incendies peut déclencher un événement cardiaque chez les personnes souffrant d'une maladie sous-jacente. L'étude comportait des limites, mais les résultats mettent en évidence les dangers des emplois très stressants et physiquement exigeants pour les personnes souffrant de maladies cardiaques sous-jacentes, selon l'article.

Moins de décès d'origine cardiaque chez les pompiers canadiens

Même si le cancer reste la principale cause de décès des pompiers aux États-Unis, les chiffres concernant les décès d'origine cardiaque sont différents au Canada. Une étude publiée par l'Université de Fraser Valley et la Commission des accidents du travail du Canada révèle que les accidents cardiaques représentent une proportion beaucoup plus faible des décès de pompiers au Canada qu'aux États-Unis.

Sur les 738 décès de pompiers signalés au Canada entre 2009 et 2018 par l'ACATC, environ 74,5 % des décès (550) ont été causés par des néoplasmes malins et des tumeurs. En ajoutant 94 autres décès liés au cancer codés comme non spécifiés ou non classés ailleurs, 90% des décès de pompiers au Canada sont attribuables à une forme de cancer , selon l'étude.

Le CTIF recherche activement des chiffres et des statistiques similaires pour les décès de sapeurs-pompiers en Europe et dans d'autres parties du monde. Si vous connaissez des études sur ce sujet (dans n'importe quelle langue), n'hésitez pas à nous contacter .

Crédit photo :

Photo de couverture ci-dessus : Licence libre Pixabay. https://pixabay.com/fi/photos/heart-attack-sairaus-terveyttä-7479253/

Autres photos dans l'article : Mary Carey, École d'infirmières de l'Université de Rochester