一流心電大數(shù)據(jù)平臺的創(chuàng)建及發(fā)展前景

盧喜烈

1 心電大數(shù)據(jù)的基本概念

心電大數(shù)據(jù)是醫(yī)學大數(shù)據(jù)的重要組成部分，是以多元形式對海量的心電數(shù)據(jù)組進行分布式數(shù)據(jù)存儲與管理，并運用云計算從龐大的心電數(shù)據(jù)庫中提取有用的心電數(shù)據(jù)。心電大數(shù)據(jù)具有以下4個顯著特點：① 數(shù)據(jù)海量化：數(shù)據(jù)包涵全體住院患者的全息數(shù)據(jù)；② 高速化：可快速、實時收集患者的醫(yī)學信息；③ 多樣化：涵蓋多類型、多格式、多來源、多時間、多空間、多渠道的心電數(shù)據(jù)；④ 高價值：通過深度挖掘大數(shù)據(jù)，可總結(jié)、預測與心電相關(guān)的疾病和治病規(guī)律。

創(chuàng)建具有一流水平的心電大數(shù)據(jù)平臺需要把全國各醫(yī)療單位的心電資源，如心電圖、動態(tài)心電圖、運動心電圖、遠程心電圖等，傳輸?shù)竭h程心電醫(yī)學平臺，并融合臨床信息，進行心電人工智能診斷、大數(shù)據(jù)查詢、科學研究、統(tǒng)計學處理等，從而從海量數(shù)據(jù)中“提純”出高價值的心電信息資源。

2 心電大數(shù)據(jù)平臺建設的重要價值及臨床意義

研究表明，國內(nèi)外發(fā)表的急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)及急性非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)診斷和治療指南等中的許多重要觀點來源于醫(yī)學大數(shù)據(jù)[1]?？梢娦碾姶髷?shù)據(jù)時代已經(jīng)到來。目前，中國各大醫(yī)院和醫(yī)學中心的心電網(wǎng)絡系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)心電數(shù)據(jù)迅速增長，許多大型醫(yī)院的心電網(wǎng)絡系統(tǒng)中存儲的心電圖數(shù)據(jù)已經(jīng)突破百萬份。有的遠程心電醫(yī)學平臺每天上傳的遠程動態(tài)心電數(shù)據(jù)量已經(jīng)達到了2000余例。全國存儲的心電圖數(shù)據(jù)早已經(jīng)突破數(shù)十億例，心電信息浩瀚如海。心電大數(shù)據(jù)已經(jīng)在臨床醫(yī)療、科研和教學中展現(xiàn)出優(yōu)勢。

過去由于醫(yī)學數(shù)據(jù)的收集與處理十分困難，因此只能依靠抽樣研究來發(fā)現(xiàn)新問題。由于不同樣本之間存在差距，故常常出現(xiàn)研究結(jié)論不一致、甚至得出截然相反的結(jié)論等問題。

心電大數(shù)據(jù)作為醫(yī)學大數(shù)據(jù)的重要組成部分，在全面研究真實心電疾病以及其他疾病的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，促進精準醫(yī)療，提升醫(yī)療價值等方面具有十分重要的應用價值。

3 心電大數(shù)據(jù)與臨床醫(yī)學信息的融合

心電大數(shù)據(jù)絕不是孤立存在的，它是與臨床醫(yī)學信息完全融合在一起的。對于心電大數(shù)據(jù)中存儲的每一個數(shù)據(jù)，都要做到精細化設計與管理，并且要將心電大數(shù)據(jù)與醫(yī)學大數(shù)據(jù)融為一體。特別是要融合生化、放射、超聲、CT、冠脈CTA以及心臟電生理檢查、冠脈造影、心臟磁共振、核醫(yī)學信息等臨床數(shù)據(jù)，用完整的臨床信息提升心電大數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

在醫(yī)學大數(shù)據(jù)中，心電圖報告不再是就圖論圖或描述性的心電圖報告，而是密切結(jié)合醫(yī)學全信息的更加精準又充分體現(xiàn)個體化差異的臨床心電圖報告。這里，我們舉例說明心電大數(shù)據(jù)與臨床醫(yī)學檢查結(jié)合對快速診斷心臟疾病的重要性。

例如，某患者由于胸痛3～10 min入院檢查，心電圖上出現(xiàn)前壁ST段顯著抬高，有動態(tài)改變，能定位診斷，T波增大，心電圖危急值報告提示急性前壁心肌缺血損傷；同一例患者胸痛持續(xù)30 min以上不緩解，出現(xiàn)同樣的心電圖改變或新生的Q波，心肌酶異常升高，心臟超聲檢查提示階段性室壁運動障礙，患者溶栓后癥狀減輕或消失，ST段回落大于50%。心電圖報告提示阻塞的冠脈再通，心電圖危急值報告提示急性前壁心肌梗死。該患者的心電圖T波從發(fā)生直立轉(zhuǎn)為正負雙向或倒置，心電圖報告提示急性前壁心肌梗死演變期(恢復期或充分發(fā)展期)。冠脈造影顯示前降支中段病變，狹窄程度95%，對前降支進行擴張術(shù)后，植入支架。經(jīng)過綜合治療，病情穩(wěn)定出院。6個月后復查心電圖，人工智能系統(tǒng)將復查心電圖與往日存儲的心電圖進行快速自動比對，直接得出報告：竇性心律、陳舊性前壁心肌梗死。與前期心電圖比較，無明顯變化。心電圖報告提示陳舊性前壁心肌梗死。1年后，患者因活動時出現(xiàn)胸痛、胸悶再次入院。動態(tài)心電圖監(jiān)測到前壁及前側(cè)壁心肌缺血，平板運動試驗報告顯示前壁與前側(cè)壁陽性，提示冠脈再狹窄或有新的冠脈病變。再如，Brugada波患者1例，既往有暈厥病史或家族中有猝死的人員，自動匹配上電子病歷中的相關(guān)信息后，臨床心電圖報告提示為Brugada綜合征。上述2個病例均為臨床檢查與存儲的心電數(shù)據(jù)快速匹配來獲得診斷結(jié)果的例子。

4 心電人工智能診斷水平的提高

心電大數(shù)據(jù)平臺是建立在心電人工智能診斷基礎(chǔ)之上的，如果存儲的心電信息精準度達不到醫(yī)療級水平的要求，心電大數(shù)據(jù)庫即使建立起來了，也是一個廢庫。另一方面，建設一流的心電大數(shù)據(jù)庫，攻克心電圖自動診斷難關(guān)，人才是關(guān)鍵。這不僅需要上級的支持和引導，還需要心電廠商的通力合作、醫(yī)院的支持和大學的科研平臺支撐，當然也離不開建設一流的心電數(shù)學算法團隊和心電專家團隊，同時還需要神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的程序員團隊和統(tǒng)計學專家團隊。在做好頂層設計的基礎(chǔ)上，通過全方位的研究，不斷提升心電人工智能水平，建設強大的心電算法數(shù)據(jù)庫，為心電大數(shù)據(jù)服務。

計算機判讀心電圖40多年來的實踐證明，計算機協(xié)助出具心電圖報告速度快，可節(jié)省大量的人力和物力，且心電圖測量精度高，采用同一個標準診斷心電圖可有效避免人為因素的影響。采用數(shù)字化技術(shù)將心電信息存儲在服務器上，通過網(wǎng)絡信息系統(tǒng)查詢心電信息，隨時為臨床診斷和治療疾病提供依據(jù)。另外，高質(zhì)量的醫(yī)學科研論文的心電圖數(shù)據(jù)來源于計算機自動生成的心電圖數(shù)據(jù)。因此，如果沒有人工智能診斷系統(tǒng)，將直接影響整個醫(yī)學大數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

精準醫(yī)療是建立在精確的臨床診斷學基礎(chǔ)之上的。臨床上對心電圖診斷的精度要求要高于其他醫(yī)學檢查技術(shù)，要求診斷誤差不超過1 ms。因此，精準醫(yī)療更需要精準的心電學技術(shù)支撐，而更加精準的心電學技術(shù)，來自精準的心電算法。因此，廣泛開展遠程心電監(jiān)測及心電圖危急值報告更需要人工智能診斷技術(shù)。

5 國內(nèi)外心電大數(shù)據(jù)庫建設的現(xiàn)狀

心電圖應用于臨床已有117年的歷史，歐美國家所建立的用于心電圖自動化診斷的數(shù)據(jù)庫由于建庫時間較早，采集的信息不完整。國內(nèi)方面，雖然各大型醫(yī)院都在建設心電大數(shù)據(jù)庫，且存儲了數(shù)以億萬的心電數(shù)據(jù)，但是不能實現(xiàn)資源的互聯(lián)互通，也沒有與臨床信息完全融合，因此都是一個個沒有關(guān)聯(lián)的心電信息孤島。

另一方面，硬件的存儲量對心電信息的存儲影響也很大。比如，動態(tài)心電圖信息量大，硬盤存滿以后，有的使用者將舊數(shù)據(jù)刪除后繼續(xù)使用原來的硬盤，而有的則取下舊盤，換上新盤，這也導致動態(tài)心電信息記錄不完整。為了存儲海量心電信息，心電圖和動態(tài)心電圖的原始數(shù)據(jù)、平板運動試驗數(shù)據(jù)等都應存儲在醫(yī)學信息中心的數(shù)據(jù)庫中，以確保信息的完整性。

6 建設中國心電大數(shù)據(jù)平臺面臨的困難

建設一流水平的心電大數(shù)據(jù)平臺面臨不少困難。行政部門還沒有完成各醫(yī)院和各醫(yī)療中心醫(yī)學信息互通共享的任務，醫(yī)院之間的心電數(shù)據(jù)都是心電信息孤島。另一方面，廠家提供的心電設備的性能、心電采集的參數(shù)和輸入/輸出格式等都不統(tǒng)一。同時，還存在“已經(jīng)存儲的心電數(shù)據(jù)”不能與健康大數(shù)據(jù)融合、心電標準和規(guī)范化還沒有完全實現(xiàn)、缺少高級心電醫(yī)師和工匠型心電技師等諸多問題。

7 建設中國心電大數(shù)據(jù)平臺的措施和未來規(guī)劃

建設完善的心電大數(shù)據(jù)平臺不是幾家醫(yī)院的事情，它是一個需要由政府主導，各醫(yī)療單位參加，并結(jié)合專家指導、心電廠家參與建設的巨大心電學工程。將上述相關(guān)部門組織起來，做好頂層設計，全力以赴，以戰(zhàn)斗的姿態(tài)、科學的施工方案和頑強的拼搏精神來攻克技術(shù)難關(guān)，才能早日建成中國的心電大數(shù)據(jù)平臺，為臨床醫(yī)學、科研、保健、教學和學科建設服務。

建設心電大數(shù)據(jù)平臺，未來需要做的事情很多。首要工作是統(tǒng)一心電標準和規(guī)范，這包括：① 實現(xiàn)心電儀器標準化；② 建立心電信號采集過程中輸出與輸入格式標準；③ 實現(xiàn)心電圖描記和操作技術(shù)規(guī)范化；④ 實現(xiàn)心電導聯(lián)系統(tǒng)標準化，包括常規(guī)12導聯(lián)心電圖、特殊情況下描記18導聯(lián)心電圖、12導聯(lián)或18導聯(lián)動態(tài)心電圖、12導聯(lián)或18導聯(lián)運動心電圖；⑤ 處理好心電信息在采集中的基線漂移、減少各種干擾和偽差，確保采集的心電信息完整而又不失真；⑥ 確保心電數(shù)據(jù)在傳輸與存儲過程中不丟失或過度壓縮；⑦ 統(tǒng)一心電測量技術(shù)標準；⑧ 建立精準的人工心電智能診斷系統(tǒng)；⑨ 建立心電診斷標準；⑩ 實現(xiàn)心電名詞術(shù)語標準化；建立完整的與醫(yī)學信息完全融合的心電數(shù)據(jù)庫。

實現(xiàn)心電技術(shù)的標準化和規(guī)范化，是建設心電大數(shù)據(jù)平臺的基本保證。目前，《實用心電學雜志》正致力于心電學技術(shù)規(guī)范化的推廣與應用，提升心電診斷水平。該刊先后發(fā)表了“常規(guī)心電圖檢查操作指南”、“心電圖測量技術(shù)指南”、“2017ISHNE/HRS動態(tài)心電圖和體外心電監(jiān)測/遠程監(jiān)測專家共識”、“心電圖診斷術(shù)語規(guī)范化中國專家共識(2019)”、“動態(tài)心電圖報告規(guī)范專家共識(2019)”等文章[2-3]，為創(chuàng)建心電大數(shù)據(jù)庫奠定了良好的基礎(chǔ)。

未來心電大數(shù)據(jù)的建設規(guī)劃中，要做好一流水平的心電大數(shù)據(jù)的頂層設計方案，以國家部署和衛(wèi)健委的相關(guān)文件為指導，建設標準、實用、智能、精準、便民、互通、共享、服務、監(jiān)管等一體化的全民醫(yī)學大數(shù)據(jù)中的心電大數(shù)據(jù)平臺。以“一卡通”為目標，實現(xiàn)醫(yī)學信息的互聯(lián)互通，包括心電信息的互聯(lián)互通，登錄健康大數(shù)據(jù)平臺可快速、便捷、準確地獲得心電學信息。以人臉識別或掃描二維碼、在線公安庫核驗身份為主要認證手段，確保用戶信息安全。建立全民健康數(shù)據(jù)中心，建設全區(qū)域統(tǒng)一的電子病歷庫、數(shù)字化心電數(shù)據(jù)庫和電子健康檔案庫，最終建成全員醫(yī)學數(shù)據(jù)庫。全部心電信息化基礎(chǔ)設施使用國家的云資源，包括云主機、云存儲、云數(shù)據(jù)庫等。

8 結(jié)語

建設標準、實用、智能、精準、便民、互通、共享、服務、監(jiān)管等一體化的全民醫(yī)學大數(shù)據(jù)中的心電大數(shù)據(jù)平臺是健康中國的需要，心電大數(shù)據(jù)是健康大數(shù)據(jù)的重要組成部分，心電大數(shù)據(jù)平臺的建設直接影響醫(yī)學大數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此，迫切需要建設一流水平的心電大數(shù)據(jù)平臺，為人類健康服務。

心電大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，心電大數(shù)據(jù)中蘊藏著具有無限價值的心電信息，將在醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用！心電大數(shù)據(jù)的未來發(fā)展前景十分廣闊。