學(xué)術(shù)前沿丨人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測在心血管疾病中的應(yīng)用
據(jù)《中國心血管病報告2018》報道，我國心血管病患病率及死亡率仍處于上升階段，心血管病患病人數(shù)2.9億，心血管死亡占所有疾病死亡的40%以上，居首位，高于腫瘤和其他疾病。
其中，急性冠狀動脈綜合征和嚴(yán)重的心律失常最值得關(guān)注，其發(fā)生突然，難以預(yù)測。若能早期捕捉及檢測到心電數(shù)據(jù)并提醒患者及時就診，可以顯著降低心血管死亡。
人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測技術(shù)
遠(yuǎn)程心電監(jiān)測是利用通信、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)，將患者的心電圖儀器記錄到的心電數(shù)據(jù)實(shí)時采集，遠(yuǎn)距離傳輸?shù)叫碾娫\斷中心，進(jìn)行實(shí)時診斷分析，并對危急值進(jìn)行自動報警。
隨著科技水平發(fā)展，遠(yuǎn)程心電監(jiān)測技術(shù)先后經(jīng)歷了電話傳輸心電監(jiān)測系統(tǒng)、基于個人電腦的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)、無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)以及便攜式心電監(jiān)測系統(tǒng)。
遠(yuǎn)程心電監(jiān)測心電數(shù)據(jù)傳輸不受時間、地點(diǎn)限制，數(shù)據(jù)傳輸速度快，保真度高。基于上千萬心電數(shù)據(jù)片段訓(xùn)練的人工智能(AI)分析算法，可以準(zhǔn)確識別每次心跳異常，實(shí)時預(yù)警。
AI技術(shù)的參與，可使遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)醫(yī)療服務(wù)效率大大提高。提升監(jiān)測敏感性與時效性，規(guī)避一定醫(yī)療糾紛；拓展了醫(yī)療服務(wù)邊界，不受醫(yī)院場地限制；同時降低了基層醫(yī)生的技能需求。然而，AI的準(zhǔn)確性和特異性仍有待進(jìn)一步完善，這也是近年來人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測的研究熱點(diǎn)。
通過智能可穿戴設(shè)備聯(lián)合AI，實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測終端和云端大數(shù)據(jù)平臺，將移動可穿戴設(shè)備作為心電信號采集和傳輸?shù)臉蚨耍ㄟ^采集穿戴者心電信號并利用無線通訊技術(shù)將心電信號實(shí)時傳輸至心電診斷中心后，基于大數(shù)據(jù)訓(xùn)練的人工智能化心電診斷系統(tǒng)通過高效準(zhǔn)確的大數(shù)據(jù)比對，從而實(shí)現(xiàn)無地域，無時問限制的全天候?qū)崟r采集與監(jiān)測。
此外，為保證AI的準(zhǔn)確性和特異性，可配備全職醫(yī)生團(tuán)隊(duì)對預(yù)警心電信號進(jìn)行分析，從而提供雙重保障。
人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測在心血管疾病中的臨床應(yīng)用
人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測在心血管疾病中的應(yīng)用已越來越多，并已成為近年來的研究熱點(diǎn)。移動設(shè)備(如移動電話，移動監(jiān)測設(shè)備和個人數(shù)據(jù)支持等)的創(chuàng)新、研究和實(shí)施促進(jìn)支持了醫(yī)療和公共衛(wèi)生實(shí)踐，尤其是在預(yù)防，心臟康復(fù)和教育領(lǐng)域。
同時，伴隨著智能手機(jī)應(yīng)用程序的“爆發(fā)式增長”，全球定位系統(tǒng)(GPS) ，5G通訊技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也可涉及更復(fù)雜的應(yīng)用策略，如心血管疾病預(yù)警等。目前，遠(yuǎn)程心電監(jiān)測適用于高危心源性猝死的患者，各種偶發(fā)或陣發(fā)的心律失常，不明原因的心悸、胸悶、胸痛，圍術(shù)期患者，心臟康復(fù)患者，監(jiān)測抗心律失常藥物療效的患者等。
2.1 人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測在冠心病中的應(yīng)用
統(tǒng)計顯示，多數(shù)ST段抬高型心肌梗死患者死于院外。2017年歐洲心臟病學(xué)會和2013年美國心臟病學(xué)會分別發(fā)表的關(guān)于STEMI的管理指南中指出，影響患者再灌注的主要原因是就醫(yī)延遲，院內(nèi)延遲及區(qū)域間差異。我國STEMI現(xiàn)狀也類似。因此，降低STEMI患者死亡率的關(guān)鍵是縮短患者呼救時間(就醫(yī)延遲和院內(nèi)延遲)和改善區(qū)域不平衡。
監(jiān)測設(shè)備的使用和人工智能平臺的建立，為縮短呼救時間和平衡區(qū)域間的治療差異提供了可能。我們前期成功申請到國家科技部“數(shù)字化診療裝備研發(fā)項(xiàng)目”急性心肌梗死的數(shù)字化診療解決方案，聯(lián)合國內(nèi)多家心電高科技公司進(jìn)行科技攻關(guān)。針對高、中、低危患者給予不同的可穿戴設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程心電監(jiān)測，將患者心電圖實(shí)時發(fā)送至云平臺并進(jìn)行人工智能化的自動預(yù)警，如果疑似STEMI，可得到早期診斷和及時處理。
同時可結(jié)合移動PACS系統(tǒng)(遠(yuǎn)程會診系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息傳輸系統(tǒng)、實(shí)時影像傳輸系統(tǒng)等)，從而縮短患者救治時間并改善區(qū)域間救治不平衡。我們項(xiàng)目合作單位的初步臨床研發(fā)結(jié)果顯示，2017年，25萬人次的心電記錄，250億次心動分析中，系統(tǒng)自動識別1043萬次異常報警，并篩選出符合危機(jī)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行電話預(yù)警(預(yù)警電話呼出17.96萬次)，預(yù)警患者38萬人次。
其中，危急值預(yù)警總數(shù)為38080例，其中ST-T改變27399例(占72.0%，圖1)，共搶救了218例患者，其中急性冠狀動脈綜合征36例(尚未發(fā)表數(shù)據(jù)，表1)。
我院心電診斷中心數(shù)據(jù)顯示，2017年1月1日至2018年 10月31日共有效戴機(jī)6533例，成功實(shí)現(xiàn)了實(shí)時電話預(yù)警3852 次(尚未發(fā)表數(shù)據(jù))。因此，隨著遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，相信會有更多患者從中獲益。
此外，急性心肌梗死患者開通血管后，容易出現(xiàn)室性期前收縮、室性心動過速心室顫動等，也可引起緩慢性心律失常。遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用使患者術(shù)后心電信息及時發(fā)送并處理，挽救了許多患者生命。
2.2 人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測在心律失常中的應(yīng)用
心律失常是常見的心血管疾病，室性心動過速/心室撲動/心室顫動和心臟驟停是引起心源性猝死的主要原因，已成為青壯年人群的主要?dú)⑹帧?017年美國心臟病學(xué)會在預(yù)防心源性猝死的指南中指出，針對心源性猝死高危患者，如尚未達(dá)到植入式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫儀(ICD)植入指征，或有ICD植入指征但存在ICD禁忌證的患者，建議使用可穿戴式遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)，可及時發(fā)現(xiàn)并處理。
此外，還可用于圍術(shù)期監(jiān)測及抗心律失常藥物療效觀察。在ICD植入患者的隨訪中發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程家庭監(jiān)控系統(tǒng)的心律失常發(fā)生和報告方面，較傳統(tǒng)隨訪方式更快捷安全。我們項(xiàng)目合作單位的數(shù)據(jù)也顯示，2017年通過人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測預(yù)警室性心動過速6337例(占16.6%) ，成功搶救了室性心動過速/心室撲動/心室顫動共120例，各類停搏33例(表1)。
此外，遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)顯著提高了心房顫動的檢出率。而心房顫動的后續(xù)治療主要包括藥物治療和導(dǎo)管消融術(shù)。在藥物治療中.患者服用抗心律失常藥物一般需要3-7d才能發(fā)揮療效，此時可通過遠(yuǎn)程心電監(jiān)測來觀察藥物療效，調(diào)整藥物劑量及方案。
在導(dǎo)管消融治療中，可通過遠(yuǎn)程心電監(jiān)測進(jìn)行術(shù)后隨訪，觀察患者是否完全消除心房顫動。通過遠(yuǎn)程心電監(jiān)測可更早地發(fā)現(xiàn)術(shù)后復(fù)發(fā)，使患者盡早接受進(jìn)一步治療，從而提高患者生活質(zhì)量。
心力衰竭是各種器質(zhì)性心血管疾病的最終轉(zhuǎn)歸。心力衰竭患者常會表現(xiàn)出心律失常(心房顫動、室性期前收縮、室性心動過速、心室顫動等)，使心功能進(jìn)一步受損。利用遠(yuǎn)程心電監(jiān)測，可及時預(yù)警病情變化，從而調(diào)整治療方案，有效減少急診及入院率。
《中國心力衰竭診斷和治療指南2018》指出，通過心臟再同步治療(CRT)可糾正心力衰竭患者的心臟失同步以改善心力衰竭，或采用ICD治療預(yù)防心源性猝死。2011年CONNECT研究對1997例植入ICD或CRT-D的患者進(jìn)行了15個月隨訪，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程心電監(jiān)測組的醫(yī)生臨床決策時間與傳統(tǒng)隨訪組相比顯著縮短(4.6d比22d，P<0.01)，并極大程度促進(jìn)了心律失常的檢出率。因此，2015年心律協(xié)會推薦遠(yuǎn)程心電監(jiān)測為所有器械治療隨訪的I類適應(yīng)證。
2.3人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測在心臟康復(fù)中的應(yīng)用
心臟康復(fù)治療是促進(jìn)心血管疾病二級預(yù)防，也是所有心血管疾病患者護(hù)理的重要組成部分。心臟康復(fù)治療主要包括運(yùn)動干預(yù)、社交干預(yù)和心理干預(yù)。美國心臟病學(xué)會和世界各地心肺康復(fù)學(xué)組均推薦遠(yuǎn)程心電監(jiān)測下的運(yùn)動干預(yù)，而且運(yùn)動前也需要進(jìn)行遠(yuǎn)程心電監(jiān)測。
小結(jié)和展望
AI技術(shù)的加入，使遠(yuǎn)程心電網(wǎng)絡(luò)的價值得到進(jìn)一步體現(xiàn)。對于個人而言，首先是就近得到優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的診療，更加便捷；其次，提前篩查盡早診治，降低心血管疾病危害；此外，轉(zhuǎn)診綠色通道，減少等待時間，減少開支。
對于醫(yī)院而言，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源區(qū)域影響力與社會價值：提高基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)及醫(yī)生的技術(shù)水平，提升百姓信任度;通過基層首診與轉(zhuǎn)診模式，緩解就醫(yī)壓力，提升醫(yī)療資源利用率。
對于政府而言，符合中央政策，有助于實(shí)現(xiàn)國家醫(yī)療改革目標(biāo)；檢驗(yàn)結(jié)果互認(rèn)，降低醫(yī)保開支更好地利用資金與資源：最后構(gòu)建區(qū)域心血管預(yù)警網(wǎng)絡(luò)；降低心血管疾病死亡率，造福百姓。
然而，人工智能化遠(yuǎn)程實(shí)時心電監(jiān)測也存在一些問題和局限性。
首先，缺乏有效科學(xué)依據(jù)。技術(shù)的快速發(fā)展和競爭激烈的商業(yè)化市場導(dǎo)致許多技術(shù)缺乏證據(jù)。為了促進(jìn)臨床醫(yī)生和患者對這些技術(shù)的參與，需先進(jìn)行明確驗(yàn)證。目前正在發(fā)表和進(jìn)行的越來越多臨床試驗(yàn)旨在進(jìn)行驗(yàn)證，并縮小不同技術(shù)之間的差距。
其次，在線安全隱患。隨著技術(shù)的發(fā)展，有可能會失去隱私權(quán)，這可能會對個人產(chǎn)生影響。第三，長期影響目前未知。用戶參與程度會隨著時間推移面減弱，因此，需明確對健康的好處是否會長期持續(xù)下去，或者研究維護(hù)策略以確保參與度。另外，還需要探索程序最佳組合和成本效益問題，以幫助醫(yī)療服務(wù)提供商確定是否何時以及如何將這些技術(shù)納人當(dāng)前的醫(yī)療服務(wù)中。
人工智能化遠(yuǎn)程實(shí)時心電監(jiān)測提供了無與倫比的機(jī)會，可以改變醫(yī)療保健的提供方式，從而改善醫(yī)療服務(wù)，為患者及醫(yī)護(hù)人員提供便捷，降低醫(yī)療成本，改善臨床預(yù)后。與傳統(tǒng)醫(yī)療模式相比，人工智能化遠(yuǎn)程實(shí)時心電監(jiān)測可提高效率和結(jié)果，可更有效地提供行為改變干預(yù)措施。但是，仍需要進(jìn)一步和持續(xù)的臨床研究來確定人工智能化遠(yuǎn)程實(shí)時心電監(jiān)測的功效和成本效益，以及如何將其轉(zhuǎn)化為對患者真正可靠、有效的防治手段。