無線心電監(jiān)測設備在腦梗死患者心房顫動(AF)篩查中的應用

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(1復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 上海 200240; 2復旦大學附屬華山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 上海 200040)

腦梗死已成為我國人口主要的致死及致殘原因,其中至少15%是由心房顫動(atrial fibrillation,AF)導致的心源性腦梗死[1]。隨著年齡增加,AF的發(fā)病率明顯增加?？鼓委熆捎行p少60%的腦梗死風險。因此盡早檢測出AF、積極合理的抗凝治療是預防腦梗死再發(fā)、改善預后的重要因素。但是,約半數(shù)患者的AF為陣發(fā)性且無臨床癥狀[2-3],具有不可預測性,因此AF的檢出率仍較低,短時程記錄很難捕捉到,最有效的方法是延長記錄時間,提高陣發(fā)性AF的檢出率。國外研究發(fā)現(xiàn)應用長程心電監(jiān)測設備可顯著提高腦梗死患者中陣發(fā)性AF的檢出比例[4-6]。Yang等[7]通過應用6天的長程心電監(jiān)測使合并AF的腦梗死患者比例由16.5%提高到20.9%。因此,對腦梗死患者的病因篩查,尤其對病因不明的腦梗死患者,大于24 h的長程心電監(jiān)測尤為重要。而基于物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展和非侵入性設備的研發(fā)為提高陣發(fā)性AF的檢出創(chuàng)造了機會。

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一部分,定義為基于標準和交互通信協(xié)議、具有自配置能力的動態(tài)網(wǎng)絡[8]。在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi),具有傳感、驅(qū)動功能的移動及可穿戴設備能與其他類似設備進行交互和通信[9]。智慧醫(yī)療是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等應用于醫(yī)療領域,以患者為中心,利用先進的信息技術(shù)改善醫(yī)療服務質(zhì)量及流程的醫(yī)療體系[10]。云計算依托于虛擬化技術(shù),將所有的系統(tǒng)運算任務分布在大量的服務器及存儲構(gòu)成的云服務平臺資源池中,使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)自身的需要來獲取所需的系統(tǒng)資源、存儲空間及各種信息服務[11],云計算超大規(guī)模的計算和存儲功能使醫(yī)療信息共享成為可能。移動醫(yī)療是基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧醫(yī)療系統(tǒng)的主要應用之一[12],泛指通過使用通信技術(shù)進行醫(yī)療數(shù)據(jù)非本地共享的系統(tǒng),功能涵蓋醫(yī)學急救、監(jiān)護、診斷、治療等方面[13]。數(shù)據(jù)獲取是移動醫(yī)療的基礎,智能移動設備及具有無線醫(yī)療傳感器的可穿戴設備記錄和提取數(shù)據(jù),并通過物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及交互,使患者、家屬和醫(yī)師都可以及時了解患者的健康狀況,以便對病情做出更全面的評估和及時處理。智能手機、手環(huán)、平板電腦等智能移動設備在日常生活中的普及,以及越來越多的可穿戴設備的開發(fā)為便攜舒適的心電監(jiān)測提供了極大的便利。物聯(lián)網(wǎng)正在重新定義我們創(chuàng)建、使用和共享信息的方式。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)使得智慧醫(yī)療得以實現(xiàn)和普及。

非植入式心電監(jiān)測設備

單導聯(lián)心電圖記錄儀 Zio patch是一款由舊金山公司iRhythm開發(fā)的防水黏貼性心電圖記錄儀,大小類似于創(chuàng)可貼,可佩戴于胸前,于2009年獲美國FDA批準上市。在一項采用動態(tài)心電圖監(jiān)測可疑心律失常的研究[14]中顯示,佩戴Zio patch 14天優(yōu)于佩戴傳統(tǒng)Holter動態(tài)心電監(jiān)測儀24 h,在146例患者中,Zio patch檢測出96例,而Holter僅檢測出61例(P<0.001)。除了較高的準確率以外,其優(yōu)勢還在于佩戴Zio patch的患者可以運動和洗澡,患者佩戴舒適、易于接受,而佩戴Holter的患者因胸部導線的束縛而不方便進行運動和洗澡,因而依從性較差。在一項驗證Zio patch的依從性、分析信號時長及診斷率的研究中,26 751例患者平均佩戴Zio patch的時長為8天,99%的信號是可進行分析的有效信號,且隨著時間延長,陣發(fā)性AF的檢出率明顯提高,說明Zio patch具有良好的患者依從性、適應性及較高的診斷率[15]。既往預期兒童中陣發(fā)性AF的檢出率僅有0.3%,但是在3 209例兒童佩戴14天Zio patch后檢出390例心律失常,檢出率高達12%[16]。另一項佩戴Zio patch檢測AF的研究[17]在1 000例年齡≥65歲的老年患者中發(fā)現(xiàn)AF的患病率為6.7%,AF自動識別算法的靈敏度和特異性分別高達98.5%和91.0%。

Rehearse-AF是一項比較間斷或常規(guī)心電監(jiān)測在AF檢出方面的隨機對照研究[18]。間斷監(jiān)測組使用的設備是手持式心電記錄儀AliveCor Kardia記錄儀,其通過連接智能手機將獲取的心電數(shù)據(jù)上傳至云端,由人工及自動算法對數(shù)據(jù)進行分析。間斷監(jiān)測組要求患者持續(xù)1年每周記錄2次心電數(shù)據(jù)并上傳至云端。研究共納入1 001例患者(間斷監(jiān)測組500例,常規(guī)監(jiān)測組501例),平均年齡為(73±5)歲,結(jié)果發(fā)現(xiàn)間斷監(jiān)測組有19例而常規(guī)監(jiān)測組僅有5例診斷為AF(P=0.007),且大部分的間斷監(jiān)測組的患者表示該設備方便使用、不影響日常活動也不增加緊張焦慮。

國內(nèi)也有類似的心電記錄設備?！罢粕闲碾姟笔且豢钜讶〉肅FDA注冊證的專業(yè)可穿戴心電記錄儀[19]。其采用的是單導心電圖監(jiān)測,由ECG采集器與用戶端APP構(gòu)成。有貼片式、手持式、卡片式等多種采集器,使用者通過藍牙或?qū)Ь€直接連接的方式把采集器與安裝了用戶端APP的智能硬件相連(智能手機、平板電腦、智能電視),記錄實時心律情況,生成心電圖;再通過APP把生成的心電圖傳送給“掌上心電”的管理端后,不但可以得到自動數(shù)據(jù)分析后簡單的心電監(jiān)測診斷,還可以實時傳送給相關醫(yī)師,得到第一手來自于醫(yī)師的診斷與建議。范平等[19]對50例門診患者完善常規(guī)心電圖檢查,并配備“掌上心電”E-U08心電記錄儀在院外實時監(jiān)測患者的心電圖,分析發(fā)現(xiàn)“掌上心電”E-U08心電記錄儀的異常心電圖檢出率顯著高于常規(guī)12導聯(lián)心電圖(76%vs.20%),同時“掌上心電”E-U08心電記錄儀的心律失常心電圖(包括AF)檢出率顯著高于常規(guī)12導聯(lián)心電圖(48%vs.12%),結(jié)果表明“掌上心電”E-U08心電記錄儀有助于提高心律失常的檢出率。蔡鋮等[20]則用動態(tài)心電圖和“掌上心電”E-U08/E-A08心電記錄儀對52例經(jīng)導管射頻消融治療的AF患者進行1年的隨訪,結(jié)果表明動態(tài)心電圖和掌上心電所診斷的房顫射頻消融術(shù)后房性心律失常發(fā)生率分別為20.4%和46.3%,差異有統(tǒng)計學意義(P=0.004)。動態(tài)心電圖對房性心律失常事件檢測的靈敏度為37.9%,準確度為66．7%,陰性預測值為58.1%;而掌上心電對房性心律失常事件檢測的靈敏度為86.2%,準確度為92.6%,陰性預測值為86.2%,均高于動態(tài)心電圖。通過調(diào)查問卷詢問患者使用體驗表明掌上心電具有較高的性價比及依從性。用掌上心電篩查AF的“全國高血壓房顫篩查大型項目”正在進行中,結(jié)果值得期待。掌上心電在腦梗死患者AF篩查中的應用也值得進一步探索。

MyDiagnostick也是一種心電記錄儀,其形如棒狀,兩端有金屬手柄的記錄電極。在一項191例受試者參與的研究中,用MyDiagnostick記錄并自動分析識別AF的靈敏度為94%(95%CI:87%～98%),特異性為93%(95%CI:85%～97%)[21]。

基于光電容積脈搏波描記技術(shù)的設備 大多數(shù)腕戴式可穿戴設備都依賴于光學體積描記術(shù)(photoplethysmography,PPG)來估計心率和心律。PPG是一種光學技術(shù),可檢測皮膚表面下組織毛細血管床的血容量變化[22]。PPG波形包含脈搏波形,可能被運動偽影破壞并受到皮膚特征的影響,有待通過結(jié)合加速度計和光譜分析來克服。

三星開發(fā)的Simband包括單通道ECG(內(nèi)置左右手電極)、多波長PPG和三軸加速度計,同時以128 Hz記錄數(shù)據(jù)。一項研究記錄了來自46例受試者的動態(tài)搏動和運動數(shù)據(jù)[23],其中15例患有AF,對PPG波形進行脈沖檢測,并根據(jù)逐搏變化和波形信號質(zhì)量提取11個數(shù)據(jù)特征,使用10倍交叉驗證,獲得用于識別AF的優(yōu)異測試特征,其識別準確率達到95%(靈敏度97%,特異性94%)。

2017年,在HeartRhythm上發(fā)表,Apple watch 3通過使用基于PPG傳感器的深度神經(jīng)網(wǎng)絡檢測AF。該研究納入6 148例Applewatch用戶,將來自這些參與者的數(shù)據(jù)(包括1.39億心率測量值和6 338份ECG記錄)用于訓練神經(jīng)網(wǎng)絡以自動識別AF,并在51例接受心臟復律的患者中進行了驗證。每位患者在復律前和復律后分別佩戴Apple Watch 20 min,采用12導聯(lián)心電圖作為參考標準,其識別AF的靈敏度為98%,特異性為90%。

為了提高PPG信號分析的準確性,越來越多的研究通過改進算法的智能手機應用程序,使基于PPG信號分析的醫(yī)療級智能手機應用程序在AF的篩查中起到更多的作用。前瞻性、雙中心的DETECTAF-PRO研究[24]招募了瑞士和德國兩所大學醫(yī)院的竇性心律及AF患者共592例(344例竇性心律,248例AF),使用智能手機相機在每個患者食指指尖上進行PPG記錄,使用自動算法分析PPG記錄,并與通過AliveCor Kardia記錄儀獲得的網(wǎng)絡心電圖(internet-enabled electrocardiography,iECG)結(jié)果進行比較,基于5 min的PPG記錄算法分析檢測到AF的靈敏度和特異性分別為91.5%和99.6%。

通過設計能夠分析識別面部PPG信號的智能手機應用程序能更加便捷地篩查AF。Yan等[25]分別記錄217例患者的面部和指尖PPG信號,同時完成常規(guī)12導聯(lián)心電圖,其中34.6%的患者用常規(guī)心電圖檢出AF,面部PPG應用也表現(xiàn)出較高靈敏度(95%)和特異性(96%)。面部PPG應用的陽性和陰性預測值分別為92%和97%。這種非接觸式面部PPG記錄方法的便利性對于社區(qū)AF篩查具有吸引力,并且可能有助于遠程AF篩查。

基于加速度計和陀螺儀的設備 不同于常規(guī)的PPG技術(shù),另有研究通過心臟振動描記技術(shù),利用智能手機的加速度計和陀螺儀設備來檢測AF[26]。該研究將智能手機放在仰臥位的患者胸部,慣性測量單元可記錄患者胸部微小的心源性活動,而陀螺儀可以增強心臟信號的信息。Lahdenoja等[26]提出信號預處理、特征提取、功能分析和預想的AF分類結(jié)果。在小規(guī)模的測試中,16例AF患者和23例正常人接受測試,均由配備谷歌Android操作系統(tǒng)的智能手機獲取記錄,該方法檢測AF的準確率為97.4%(靈敏度93.8%,特異性100%)。

基于脈沖式無線電超寬帶雷達技術(shù)的設備 脈沖式無線電超寬帶雷達技術(shù)(impulse-radio ultra-wideband radar,IR-UWB)也被嘗試用于心臟搏動監(jiān)測以識別心律失常[27]。此技術(shù)為通過在電磁波譜中發(fā)射無線電波段并從物體接收被反射的波,雷達系統(tǒng)檢測物體的運動并高精度地跟蹤運動物體。由于帶寬寬,UWB系統(tǒng)可以具有很多優(yōu)點,包括高分辨率、多徑抗性、良好的穿透力和簡單的硬件結(jié)構(gòu)以及非接觸。Lee等[27]對6例健康志愿者及16例既往明確有AF的患者同時用UWB系統(tǒng)及常規(guī)心電圖進行監(jiān)測,數(shù)據(jù)表明對健康志愿者及房顫患者而言,UWB系統(tǒng)記錄的心率和R-R間期與常規(guī)心電圖記錄的數(shù)據(jù)均保持高度一致性,UWB系統(tǒng)可以準確識別出AF。雖然該技術(shù)尚在研究中,但諸多的優(yōu)點使其未來的發(fā)展值得期待。

可穿戴智能服裝 除去智能手表、手環(huán)外,嵌入傳感器的智能服裝也逐漸成為無線心電監(jiān)測的研究熱點,包括智能T恤[28]、智能背心[29]、智能腰帶[30]等不同形式的智能服裝。其難點在于保證更長的續(xù)航能力及在服裝反復清洗過程中保持電極干燥,如何保證數(shù)據(jù)質(zhì)量及安全性也值得進一步研究。

植入式心電監(jiān)測設備 植入式心電監(jiān)測設備主要包括植入式循環(huán)記錄儀(implantable loop recorder,ILR)和植入式心臟監(jiān)測儀(implantable cardiac monitor,ICM)。Sanna等[5]將441例隱源性腦梗死患者隨機分為長程ICM組及常規(guī)隨訪組:在6個月的隨訪中,ICM組中8.9%的患者檢測出AF;而常規(guī)隨訪組中僅有1.4%的患者檢出AF (RR=6.4,95%CI:1.9～21.7,P<0.001)。隨著隨訪時間延長,在3年的隨訪時,ICM組累計AF檢出率高達30%,而常規(guī)隨訪組AF檢出率僅為3%[31]。在SURPRISE研究[32]中,85例隱源性腦梗死患者植入ILR,平均監(jiān)測569天,其中16.1%的患者檢出陣發(fā)性AF。一項比較不同心電監(jiān)測方式在短暫性腦缺血發(fā)作患者中篩查AF的Meta分析[33]表明:相較于非植入式設備,植入式設備有更高的AF檢出率和顯著優(yōu)勢。然而,由于植入式設備的有創(chuàng)性且價格昂貴,目前僅用于臨床研究,大范圍推廣較為困難。

結(jié)語隨著人口老齡化的加劇,AF正在成為日益嚴重的醫(yī)療保健問題。研究證實房顫可導致腦梗死,而有效的抗凝治療,特別是不需要監(jiān)測的新型抗凝藥,為有風險的或已患AF的人群提供了新的希望。AF患病率和發(fā)病率增加以及新技術(shù)的應用都使得開發(fā)具有成本效益的AF檢測和監(jiān)測手段迫在眉睫?；谖锫?lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展和非侵入性設備的研發(fā)為便捷檢測AF、提高陣發(fā)性AF的檢出率提供可廣闊前景。在追求良好的可接受性和可操作性的同時,需要進一步提高心電數(shù)據(jù)的質(zhì)量、提升自動識別算法的準確度及保證數(shù)據(jù)存儲的安全性。期待這些新技術(shù)可以在AF的檢出和心源性腦梗死的預防中作出更大的貢獻。