人工智能化的遠程心電監(jiān)測在心血管疾病中的應用

呂煜焱 丁思霄 趙逸凡 熊婧 張毅 朱夢云 劉偉靜 彭文輝 姚建華 陳維 徐亞偉

200072 上海市第十人民醫(yī)院心內(nèi)科

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[1]。其中，急性冠狀動脈綜合征和嚴重的心律失常最值得關注，其發(fā)生突然，難以預測。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。

1 人工智能化的遠程心電監(jiān)測技術

遠程心電監(jiān)測是利用通信、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息傳輸技術，將患者的心電圖儀器記錄到的心電數(shù)據(jù)實時采集、遠距離傳輸?shù)叫碾娫\斷中心，進行實時診斷分析，并對危急值進行自動報警。隨著科技水平發(fā)展，遠程心電監(jiān)測技術先后經(jīng)歷了電話傳輸心電監(jiān)測系統(tǒng)、基于個人電腦的遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)、基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)、無線遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)以及便攜式心電監(jiān)測系統(tǒng)[2]。

遠程心電監(jiān)測心電數(shù)據(jù)傳輸不受時間、地點限制，數(shù)據(jù)傳輸速度快，保真度高?；谏锨f心電數(shù)據(jù)片段訓練的人工智能(artificial intelligence，AI)分析算法，可以準確識別每次心跳異常，實時預警。AI技術的參與，可使遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)醫(yī)療服務效率大大提高。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的準確性和特異性仍有待進一步完善，這也是近年來人工智能化遠程心電監(jiān)測的研究熱點。通過智能可穿戴設備聯(lián)合AI，實現(xiàn)智能化遠程心電監(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將心電信號實時傳輸至心電診斷中心后，基于大數(shù)據(jù)訓練的人工智能化心電診斷系統(tǒng)通過高效準確的大數(shù)據(jù)比對，從而實現(xiàn)無地域、無時間限制的全天候實時采集與監(jiān)測。此外，為保證AI的準確性和特異性，可配備全職醫(yī)生團隊對預警心電信號進行分析，從而提供雙重保障。

2 人工智能化遠程心電監(jiān)測在心血管疾病中的臨床應用

人工智能化遠程心電監(jiān)測在心血管疾病中的應用已越來越多，并已成為近年來的研究熱點。移動設備(如移動電話、移動監(jiān)測設備和個人數(shù)據(jù)支持等)的創(chuàng)新、研究和實施促進支持了醫(yī)療和公共衛(wèi)生實踐，尤其是在預防、心臟康復和教育領域。同時，伴隨著智能手機應用程序的“爆發(fā)式增長”、全球定位系統(tǒng)(GPS)、5G通訊技術和藍牙技術的進一步發(fā)展，也可涉及更復雜的應用策略，如心血管疾病預警等。目前，遠程心電監(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，圍術期患者，心臟康復患者，監(jiān)測抗心律失常藥物療效的患者等。

2.1 人工智能化遠程心電監(jiān)測在冠心病中的應用

統(tǒng)計顯示，多數(shù)ST段抬高型心肌梗死(ST-elevated myocardial infarction，STEMI)患者死于院外。2017年歐洲心臟病學會[3]和2013年美國心臟病學會[4]分別發(fā)表的關于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[5]。監(jiān)測設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行科技攻關。針對高、中、低?；颊呓o予不同的可穿戴設備進行遠程心電監(jiān)測，將患者心電圖實時發(fā)送至云平臺并進行人工智能化的自動預警，如果疑似STEMI，可得到早期診斷和及時處理。同時可結合移動PACS系統(tǒng)(遠程會診系統(tǒng)、遠程信息傳輸系統(tǒng)、實時影像傳輸系統(tǒng)等)，從而縮短患者救治時間并改善區(qū)域間救治不平衡。我們項目合作單位的初步臨床研發(fā)結果顯示，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1 043萬次異常報警，并篩選出符合危機預警標準的進行電話預警(預警電話呼出17.96萬次)，預警患者38萬人次。其中，危急值預警總數(shù)為38 080例，其中ST-T改變27 399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6 533例，成功實現(xiàn)了實時電話預警3 852次(尚未發(fā)表數(shù)據(jù))。因此，隨著遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)應用范圍的擴大，相信會有更多患者從中獲益。

圖1 2017年度危急值預警分類構成比(數(shù)據(jù)來自項目合作單位)

表1 2017年度遠程心電監(jiān)測危急值統(tǒng)計a

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。遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的應用使患者術后心電信息及時發(fā)送并處理，挽救了許多患者生命。

2.2 人工智能化遠程心電監(jiān)測在心律失常中的應用

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殺手[6]。2017年美國心臟病學會在預防心源性猝死的指南中指出，針對心源性猝死高危患者，如尚未達到植入式心律轉復除顫儀(implantable cardioverter-defibrillator，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程心電監(jiān)測系統(tǒng)，可及時發(fā)現(xiàn)并處理[7]。此外，還可用于圍術期監(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[8]。我們項目合作單位的數(shù)據(jù)也顯示，2017年通過人工智能化遠程心電監(jiān)測預警室性心動過速6 337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，遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)顯著提高了心房顫動的檢出率[9]。而心房顫動的后續(xù)治療主要包括藥物治療和導管消融術。在藥物治療中，患者服用抗心律失常藥物一般需要3～7 d才能發(fā)揮療效，此時可通過遠程心電監(jiān)測來觀察藥物療效，調(diào)整藥物劑量及方案。在導管消融治療中，可通過遠程心電監(jiān)測進行術后隨訪，觀察患者是否完全消除心房顫動。通過遠程心電監(jiān)測可更早地發(fā)現(xiàn)術后復發(fā)，使患者盡早接受進一步治療，從而提高患者生活質(zhì)量[10]。

心力衰竭是各種器質(zhì)性心血管疾病的最終轉歸。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)，使心功能進一步受損[11]。利用遠程心電監(jiān)測，可及時預警病情變化，從而調(diào)整治療方案，有效減少急診及入院率[12]。《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(cardiac resynchronization therapy，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治療預防心源性猝死。2011年CONNECT研究對1 997例植入ICD或CRT-D的患者進行了15個月隨訪，發(fā)現(xiàn)遠程心電監(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(4.6 d比22 d，P<0.01)，并極大程度促進了心律失常的檢出率[13]。因此，2015年心律協(xié)會推薦遠程心電監(jiān)測為所有器械治療隨訪的Ⅰ類適應證[14]。

2.3 人工智能化遠程心電監(jiān)測在心臟康復中的應用

心臟康復治療是促進心血管疾病二級預防，也是所有心血管疾病患者護理的重要組成部分[15]。心臟康復治療主要包括運動干預、社交干預和心理干預。美國心臟病學會和世界各地心肺康復學組均推薦遠程心電監(jiān)測下的運動干預，而且運動前也需要進行遠程心電監(jiān)測[15-16]。

3 小結和展望

AI技術的加入，使遠程心電網(wǎng)絡的價值得到進一步體現(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，轉診綠色通道，減少等待時間，減少開支。對于醫(yī)院而言，擴大優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源區(qū)域影響力與社會價值；第二，提高基層醫(yī)療機構及醫(yī)生的技術水平，提升百姓信任度；第三，通過基層首診與轉診模式，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，有助于實現(xiàn)國家醫(yī)療改革目標；檢驗結果互認，降低醫(yī)保開支，更好地利用資金與資源；最后構建區(qū)域心血管預警網(wǎng)絡，降低心血管疾病死亡率，造福百姓。

然而，人工智能化遠程實時心電監(jiān)測也存在一些問題和局限性。首先，缺乏有效科學依據(jù)。技術的快速發(fā)展和競爭激烈的商業(yè)化市場導致許多技術缺乏證據(jù)。為了促進臨床醫(yī)生和患者對這些技術的參與，需先進行明確驗證。目前正在發(fā)表和進行的越來越多臨床試驗旨在進行驗證、并縮小不同技術之間的差距。其次，在線安全隱患。隨著技術的發(fā)展，有可能會失去隱私權，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而減弱，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)療服務提供商確定是否、何時以及如何將這些技術納入當前的醫(yī)療服務中。

人工智能化遠程實時心電監(jiān)測提供了無與倫比的機會，可以改變醫(yī)療保健的提供方式，從而改善醫(yī)療服務，為患者及醫(yī)護人員提供便捷，降低醫(yī)療成本，改善臨床預后。與傳統(tǒng)醫(yī)療模式相比，人工智能化遠程實時心電監(jiān)測可提高效率和結果，可更有效地提供行為改變干預措施。但是，仍需要進一步和持續(xù)的臨床研究來確定人工智能化遠程實時心電監(jiān)測的功效和成本效益，以及如何將其轉化為對患者真正可靠、有效的防治手段。

利益沖突：無