可穿戴心電設(shè)備在心律失常診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

朱晚婷 范平

心律失常是臨床常見而又極具危險(xiǎn)性的心血管疾病。我國心律失常患者約有2 000萬人，每年約有54萬人死于心臟性猝死，而其中80%源于心律失常[1]。心律失常臨床可表現(xiàn)為心悸、胸悶、頭暈、低血壓、乏力、視物模糊等，主要通過常規(guī)心電圖、動(dòng)態(tài)心電圖、負(fù)荷心電圖、食管心電圖、心內(nèi)電生理、基因檢測(cè)等檢查來確診。嚴(yán)重心律失?；颊呖沙霈F(xiàn)暈厥、阿-斯綜合征、猝死，而心律失常的發(fā)作通常具有隱匿性、一過性和短暫性的特點(diǎn)。如何有效地記錄患者的心臟節(jié)律和頻率，如何及時(shí)識(shí)別和監(jiān)測(cè)心律失常的發(fā)生，成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)。

“移動(dòng)健康”是指將移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速成熟，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者和研發(fā)人員投身到“移動(dòng)健康”領(lǐng)域的研究中。目前，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已應(yīng)用于心血管疾病的監(jiān)測(cè)，研究人員開發(fā)出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的可穿戴動(dòng)態(tài)心電監(jiān)測(cè)儀，通過與智能手機(jī)App和專業(yè)讀圖分析軟件相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)24 h動(dòng)態(tài)心電信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、心律失常的及時(shí)分析與報(bào)警[1]?！翱的诵摹?2導(dǎo)聯(lián)同步心電記錄儀可記錄危急心電圖，通過互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器，讓患者及時(shí)得到轉(zhuǎn)診與救治[2]?？纱┐餍碾娫O(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的成功結(jié)合，使“移動(dòng)健康”真正進(jìn)入了移動(dòng)時(shí)代，為心律失常患者帶來了福音。

1 可穿戴設(shè)備在房顫患者中的臨床應(yīng)用

便攜式心電設(shè)備為患者提供了極大的便利，在臨床應(yīng)用中逐漸普及。佩戴蘋果手表的用戶將一只手指放在表冠上檢測(cè)30 s，表盤上會(huì)迅速反饋受檢者是否存在房顫的信息[3]?？纱┐餍碾娫O(shè)備的使用對(duì)環(huán)境的要求不高，監(jiān)測(cè)時(shí)長甚至可長達(dá)數(shù)年；目前該類設(shè)備在臨床隨訪中的應(yīng)用也越來越多，可檢測(cè)各類心律失常[4]。12導(dǎo)聯(lián)實(shí)時(shí)可穿戴心電設(shè)備能對(duì)居家或基層醫(yī)院患者實(shí)現(xiàn)長達(dá)60 s的心電數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)手機(jī)傳送至心電診斷會(huì)診中心，由醫(yī)生對(duì)心電圖進(jìn)行診斷，完成早期心律失常的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[5]。相較于傳統(tǒng)的24 h動(dòng)態(tài)心電圖，可穿戴心電設(shè)備對(duì)房顫事件的檢出率要高出4倍[6]。MCMANUS等[7]研究發(fā)現(xiàn)，通過智能手機(jī)的心電程序記錄房(室)性早搏的準(zhǔn)確率超過90%。在房顫消融術(shù)和心臟起搏器植入術(shù)術(shù)后的恢復(fù)期，各類心律失常容易復(fù)發(fā)；患者術(shù)后應(yīng)用可穿戴心電設(shè)備對(duì)病情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于心律失常復(fù)發(fā)早期的及時(shí)治療，進(jìn)而提高治愈率[4]。新型粘接式可穿戴心電監(jiān)護(hù)儀對(duì)房顫、室性早搏等各類心律失常的診斷率高且無信號(hào)丟失[8]。近年來，隨著電子信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展以及新材料的應(yīng)用，這類產(chǎn)品的使用舒適性得到提高。Bodyplus公司研發(fā)了一種智能心電T恤，穿戴簡(jiǎn)單，既不影響日常穿著也能感應(yīng)心電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了心電數(shù)據(jù)的傳輸和分析，可以讓醫(yī)生和患者進(jìn)一步了解到患者出現(xiàn)心律失常的時(shí)間、頻率，以便實(shí)施進(jìn)一步的治療。這種T恤還能和電子設(shè)備相連進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如患者遇到突發(fā)情況，會(huì)實(shí)時(shí)自動(dòng)撥打急救電話并顯示患者位置[9]。內(nèi)嵌Hitoe高導(dǎo)材料的T 恤型可穿戴式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)還可識(shí)別年輕人的隱匿性房顫[10]。

2 可穿戴設(shè)備與心電散點(diǎn)圖的聯(lián)合應(yīng)用

心電散點(diǎn)圖是以非線性分析方法為基礎(chǔ)，依據(jù)RR間期的差異性，將檢測(cè)到的心電活動(dòng)數(shù)據(jù)制成的特征圖像。在心律失常監(jiān)測(cè)中，通過可穿戴心電遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備與心電散點(diǎn)圖的院前聯(lián)合使用，可實(shí)現(xiàn)心律失常的診療關(guān)口前移，建立由基層醫(yī)生與遠(yuǎn)程會(huì)診中心醫(yī)生組成的防治體系[11]。將散點(diǎn)圖作為參考依據(jù)，追蹤觀察RR間期值的變化，可大大提高心律失常的診斷準(zhǔn)確率[12]，降低誤診率[13]，特別是散點(diǎn)圖中的B線斜率對(duì)惡性心律失常的臨床診斷價(jià)值較高[14]?？纱┐鲉螌?dǎo)聯(lián)遠(yuǎn)程心電監(jiān)測(cè)設(shè)備結(jié)合心電散點(diǎn)圖，可高效識(shí)別心律失常，從而使基層醫(yī)生能快速篩查并準(zhǔn)確判斷心律失常的類型，大大提高了院外心律失常的篩查率[15]。佩戴可穿戴心電設(shè)備的時(shí)間越長，心律失常的檢出率就越高[16]。研究表明，有癥狀的心律失?；颊呔蛹也杉?4 h單導(dǎo)聯(lián)遠(yuǎn)程心電信息對(duì)心律失常的檢出率均高于多次只采集1 h的檢出率，且檢出心律失常的類型和數(shù)量也更多；同時(shí)，監(jiān)測(cè)時(shí)間的延長也提高了無癥狀心律失常的檢出率，使患者的依從性提高、醫(yī)療費(fèi)用降低[17-18]。余新艷等[19]研究表明，單導(dǎo)聯(lián)可穿戴心電設(shè)備進(jìn)行24 h心電數(shù)據(jù)采集并實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)，基層醫(yī)生依據(jù)散點(diǎn)圖初步判斷，再由遠(yuǎn)程心電診斷中心出具診斷報(bào)告，能確?；颊咴诘谝粫r(shí)間得到診治。

3 人工智能與可穿戴設(shè)備的結(jié)合

人工智能與可穿戴心電設(shè)備的結(jié)合，進(jìn)一步提高了各類心律失常的檢出率。可穿戴心電設(shè)備采用一種基于ResNet改進(jìn)的人工智能心電算法后，對(duì)7種心律失常的識(shí)別率平均高達(dá)98.3%[20]；基于深度學(xué)習(xí)和K-最近鄰算法的Holter監(jiān)護(hù)儀可自動(dòng)提取室性早搏特征[21]；基于圖像深度學(xué)習(xí)框架的單導(dǎo)聯(lián)可穿戴心電設(shè)備與節(jié)拍間隔-紋理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可自動(dòng)分類固定成圖像的心律失常心電記錄[22]?？纱┐餍碾娫O(shè)備與選擇性子帶多速率處理技術(shù)相結(jié)合用于心律失常的檢測(cè)，與傳統(tǒng)方法相比，實(shí)現(xiàn)了超過12倍的計(jì)算增益和信號(hào)重建[23]。新型可穿戴72 h的h3型三導(dǎo)聯(lián)心電裝置結(jié)合深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其檢測(cè)房顫的敏感性和特異性分別達(dá)到94%、98%[24]。腕帶式可穿戴設(shè)備能通過及時(shí)記錄陣發(fā)性心悸患者的心電圖，最終確診陣發(fā)性室上性心動(dòng)過速[25]。通過這類設(shè)備的脈沖數(shù)據(jù)算法對(duì)房顫患者的心電圖和脈搏資料進(jìn)行處理，可以準(zhǔn)確辨別不規(guī)則節(jié)律[26]。REVERBERI等[27]通過對(duì)比房顫選擇性復(fù)律患者術(shù)前術(shù)后的心電記錄發(fā)現(xiàn)，利用可佩戴藍(lán)牙胸帶心率監(jiān)測(cè)器聯(lián)合Te RITMIA應(yīng)用程序，可準(zhǔn)確鑒別竇性心律和房顫[28]。光電容積描記(photoplethysmography,PPG)技術(shù)與可穿戴心電設(shè)備結(jié)合，可自動(dòng)檢測(cè)心律失常[29]?；赑PG技術(shù)與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的緊身上臂式可穿戴設(shè)備，檢測(cè)住院高風(fēng)險(xiǎn)房顫患者房顫發(fā)生的敏感性和特異性分別高達(dá)96%、98%。將PPG腕帶與脈搏形態(tài)學(xué)特征相結(jié)合，可檢測(cè)出陣發(fā)性房顫或無癥狀房顫[30]。

4 可穿戴心電設(shè)備的其他應(yīng)用

針對(duì)心力衰竭患者的心臟功能檢測(cè)需求，研究人員研發(fā)出一種可采集用戶生理信息的便攜式心電設(shè)備，其將信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳至云端服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶生理狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[31]?？纱┐餍碾娫O(shè)備除了具有心律失常監(jiān)測(cè)功能外，還有一定的治療作用。可穿戴式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(wearable cardioverter defibrillator，WCD)是一種臨時(shí)性治療選擇，適用于心臟性猝死高?；颊吆蜁簳r(shí)不適合植入心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(implantable cardioverter-defibrillator,ICD)的患者[32]。室性心律失常常見于心肌梗死早期，出現(xiàn)惡性室性心律失常時(shí)可直接采用WCD電擊[33]。研究表明，WCD在檢測(cè)和終止快速室性心律失常方面是安全有效的[34]。吳肇貴等[35]研究指出，WCD顯著降低了致命性室性心律失常的死亡率，在患者佩戴過程中很少發(fā)生不當(dāng)電擊且患者依從性較高。WCD也可用作遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，幫助醫(yī)生及時(shí)調(diào)整患者的藥物治療方案[36]。延長WCD的佩戴時(shí)間則有助于進(jìn)一步優(yōu)化心力衰竭患者的藥物治療方案，預(yù)防猝死，避免過早植入ICD[34]，以及減少不適當(dāng)?shù)腎CD植入[37]。

5 小結(jié)

心律失常的發(fā)病率很高，且發(fā)病人群趨于年輕化?？纱┐餍碾娫O(shè)備輕巧便攜、操作簡(jiǎn)單，能在患者癥狀出現(xiàn)時(shí)及時(shí)獲取心電數(shù)據(jù)，為患者贏得了寶貴的診治時(shí)間，可提高搶救成功率。各種人工智能算法的引入明顯提高了心律失常的檢出率，而心律失常早期檢測(cè)又可大大降低死亡率。今后須在保證用戶信息安全的前提下，繼續(xù)加強(qiáng)人工智能技術(shù)的研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)危險(xiǎn)警報(bào)，為醫(yī)生提供診斷依據(jù)。可穿戴心電設(shè)備的心律失常監(jiān)測(cè)功能近幾年得到了一定的提升，但在功能與技術(shù)應(yīng)用上仍有一些難題有待攻克，期待未來通過進(jìn)一步研究日臻完善。