人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測臨床應(yīng)用與現(xiàn)狀

徐勇飛，霍亞南，沈思蘭，姚瑤，王玲萍，趙琳慧

（江西省人民醫(yī)院南昌醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院1.遠(yuǎn)程會診中心；2.內(nèi)分泌骨質(zhì)疏松科；3.心電生理科；4.黨委辦公室；5.南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，南昌 330006）

根據(jù)聯(lián)合國2019年報(bào)道世界上老年人口達(dá)到7.03億，預(yù)計(jì)在2050年將達(dá)到15億[1]。中國老年人口增長迅速，在2019年底達(dá)到1.76億，占全國總?cè)藬?shù)12.6%[2]，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口老齡化及生活方式改變，心血管疾病危險(xiǎn)因素逐漸增加，導(dǎo)致心血管發(fā)病率持續(xù)上升。根據(jù)《中國心血管健康疾病與疾病報(bào)2020》推算（CerebroVaxcular Disease，CVD）現(xiàn)患人數(shù)3.3億[3]。CVD是目前全球居民主要致死原因之一[4]。給社會及個(gè)人帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。心率失常是導(dǎo)致心臟病患者發(fā)病和死亡的主要原因之一[5]，根據(jù)心電圖ECG對心率失常進(jìn)行分類對冠心病的預(yù)防和診斷至關(guān)重要[6-7]。遠(yuǎn)程心電監(jiān)測基于心電云平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離心電信號監(jiān)測，實(shí)時(shí)診斷并傳回異常信息的智能化網(wǎng)絡(luò)心電監(jiān)護(hù)。院前遠(yuǎn)程心電監(jiān)測對CVD高危患者的優(yōu)勢尤為明顯[8]。人工智能（Artificial Intelligence，AI）化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測可以實(shí)現(xiàn)自動分析全導(dǎo)聯(lián)心電圖，并能準(zhǔn)確地識別心搏和形態(tài)聚類并發(fā)出預(yù)警報(bào)告。通過AI遠(yuǎn)程心電監(jiān)測可以提高心律失常檢出率，降低心率失常的漏診率及誤診率，早期發(fā)現(xiàn)心率失常和防治心血管相關(guān)疾病。本文就人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測臨床應(yīng)用與現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測國內(nèi)外研究進(jìn)展

遠(yuǎn)程心電監(jiān)測首次是由Daniel David于1988年建立的電話心電遠(yuǎn)程監(jiān)測（Tele Telephone ECG TTECG）。隨著互聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療科技的迅速發(fā)展，遠(yuǎn)程心電監(jiān)測建立了以家庭為單位的心電監(jiān)測和遠(yuǎn)程健康系統(tǒng)，并應(yīng)用于基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)，在院前急救、院外診斷發(fā)揮著重要的作用。近年來，國家衛(wèi)生研究所將使用數(shù)字技術(shù)的實(shí)用試驗(yàn)作為優(yōu)先事項(xiàng)[9]。人工智能的應(yīng)用和相關(guān)研究逐漸增加，同時(shí)人工智能已成為發(fā)達(dá)國家的國家戰(zhàn)略，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、營養(yǎng)學(xué)、醫(yī)院管理、健康管理、心電監(jiān)測、病理學(xué)和診療活動等相關(guān)醫(yī)療領(lǐng)域。

1.1 國外人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測現(xiàn)狀Einthoven被譽(yù)為“心電圖之父”，在1903年發(fā)明的弦線式心電圖描記器，第一次記錄到人體心電圖，并于1906年通過電話線成功的傳輸了ECG信號。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電極、無線連接和電池的發(fā)展促進(jìn)了ECG模式的發(fā)展。例如：Meng在2006基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)用于遠(yuǎn)程心電圖監(jiān)測的遠(yuǎn)程心臟病學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)[10]。Mustafa于2019開發(fā)一個(gè)輕量級的模型來有效和安全地處理心電圖信號，使心電圖信號可以在世界任何地方傳輸[11]。美國心臟協(xié)會的白皮書證實(shí)數(shù)字臨床試驗(yàn)具有巨大的潛力[12]，例如：Emilly認(rèn)為年齡是影響心電圖疾病的危險(xiǎn)因素，提出人工智能(AI)預(yù)測的心電圖年齡可以作為心血管健康的一個(gè)衡量指標(biāo)[13]，Yao基于心電圖的AI算法進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究[14]；AI應(yīng)用于ECG的研究逐漸增多。

1.2 國內(nèi)人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測現(xiàn)狀 我國的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測發(fā)展可以分電話傳輸、基于Internet的PC控制、GPRS移動通信遠(yuǎn)程心電監(jiān)測3個(gè)階段。遠(yuǎn)程心電監(jiān)測最早在1996年由福建省兩所醫(yī)院聯(lián)合醫(yī)院引入[15]，通過電話傳輸，對院外監(jiān)測人員進(jìn)行監(jiān)測。李杰等[16]在2007年設(shè)計(jì)了一種基于Internet便攜式的可對患者進(jìn)行遠(yuǎn)程心電實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)送。朱劉松等[17]在2020年依托電信物聯(lián)網(wǎng)卡將終端采集數(shù)據(jù)通過4G信號傳送至基站，實(shí)時(shí)進(jìn)行心電監(jiān)測。與其他國家相比，我國因?yàn)槿鄙倨脚_和管理等原因，遠(yuǎn)程心電監(jiān)測技術(shù)處于推廣期[18]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很多應(yīng)用價(jià)值[19]。2018年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”發(fā)展的意見》提出研發(fā)基于人工智能的臨床診療決策支持系統(tǒng)，延伸優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源到基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)[20]。人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測有助于提高心血管疾病檢出率，具有良好的發(fā)展前景；并隨著互聯(lián)網(wǎng)術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很多應(yīng)用價(jià)值[19]。

2 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

人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測心電云平臺的基礎(chǔ)上，通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)將患者12導(dǎo)聯(lián)同步采集數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測系統(tǒng)，人工智能進(jìn)行全導(dǎo)聯(lián)分析，并發(fā)出預(yù)警。降低心血管疾病的漏診率，提高心律失常檢出率。

2.1 人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測房顫(AF)由于經(jīng)濟(jì)增長、人口老齡化以及西方國家和亞洲人口危險(xiǎn)因素的發(fā)病率增加等原因，房顫等最常見的心律失常的全球患病率和成本預(yù)計(jì)會快速性增長[21-22]。不幸的是，房顫發(fā)作通常無癥狀[23]，對于有危險(xiǎn)因素（年齡、高血壓、左室功能障礙、瓣膜?。┑幕颊撸款澋脑\斷通常有癥狀（心悸、暈厥、呼吸困難等）診斷，必須通過心電圖（12導(dǎo)聯(lián)、動態(tài)、監(jiān)測）進(jìn)行確認(rèn)。房顫影響發(fā)病率和死亡率最常見因素是持續(xù)心律失常，通過房顫識別對減少中風(fēng)的發(fā)生至關(guān)重要[24]?；谌斯ぶ悄芑倪h(yuǎn)程心電監(jiān)測能自動監(jiān)測出房顫，便攜式遠(yuǎn)程心電監(jiān)測能提高AF檢出率[25-26]。梅奧診所老齡化研究（Mayo Clinic Study Of Aging，MCSA）是一項(xiàng)以前瞻性人群為基礎(chǔ)的受試者隊(duì)列，用于研究輕度認(rèn)知障礙和癡呆癥的患病率、發(fā)病率和危險(xiǎn)因素[27]。一種應(yīng)用于竇性心律心電圖的人工智能算法最近已被證明可以檢測同時(shí)發(fā)生的偶發(fā)性AF[28]。并且有研究表明基人工智能能減少判斷假陽性房顫所需要的時(shí)間和精力[29]。人工智能、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Deep neural networks DNN）已被應(yīng)用于預(yù)防、診斷、風(fēng)險(xiǎn)分層和治療等醫(yī)療保健當(dāng)中[30]。

2.2 人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測急性心肌梗死（AMI）急性心肌梗死(Acute myocardial infarction AMI)可根據(jù)心電圖檢查結(jié)果分為ST段抬高型心肌梗死（STEMI）及非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）。STEMI由于冠狀動脈血供急劇減少或中斷，相應(yīng)的心肌嚴(yán)重而持久地急性缺血導(dǎo)致心肌壞死。STMEI患病率隨著世界人口老齡化逐漸升高，在CVD疾病當(dāng)中，STEMI是最嚴(yán)重和最具挑戰(zhàn)性的疾病[31]，其發(fā)病急，死亡率高?；颊哐舆t是STEMI在世界范圍內(nèi)未解決的問題，Li[32]等作者研究中表明患者的平均延遲（從癥狀出現(xiàn)到到達(dá)醫(yī)院的時(shí)間）高達(dá)4小時(shí)，而最近的ACC/AHASTEMI[31]指南和最近的歐洲冠狀動脈重建[33]指南都注意到患者的長期延遲，因?yàn)樗砹薙TEMI患者治療中聯(lián)合國解決的主要問題。Yifan等學(xué)者開發(fā)了一種基于人工智能的算法來進(jìn)行STEMI識別，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有高靈敏度及高特異性[34]?；谌斯ぶ悄茴A(yù)警的ECG系統(tǒng)可能能提高STWMI診斷的效率性和準(zhǔn)確性。

3 總結(jié)

我國心血管疾病死亡占居民疾病死亡的40%以上，并且其發(fā)病率仍處于持續(xù)上升階段[35]。遠(yuǎn)程心電監(jiān)測通過遠(yuǎn)距離的對CVD高危人群進(jìn)行監(jiān)測，基于人工智能預(yù)警ECG系統(tǒng)能進(jìn)行全導(dǎo)聯(lián)同步分析，提高QRS的敏感度。在低收入和中等收入國家，對準(zhǔn)確的自動識別需求最為嚴(yán)重，這些國家造成了75%以上與CVD有關(guān)的死亡[36]。人工智能化遠(yuǎn)程心電監(jiān)測能自動分析危及波形發(fā)出預(yù)警并輔助基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行ECG診斷，能有效的提高心率失常檢出率，早期發(fā)現(xiàn)心率失常及時(shí)就醫(yī)。減輕了個(gè)人和社會的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并在防治CVD疾病方面具有重大意義。近年來，基于人工智能化的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測研究逐漸增加。在我國大力推廣人工智能的大環(huán)境下，將人工智能與遠(yuǎn)程心電結(jié)合具有良好的應(yīng)用效果且具有良好的發(fā)展前景。