心電圖身份識(shí)別在保險(xiǎn)業(yè)應(yīng)用專家共識(shí)

鄭州大學(xué)心電學(xué)研究所 天津心臟病學(xué)研究所

現(xiàn)代社會(huì)保險(xiǎn)業(yè)迅速發(fā)展,2022 年中國(guó)新增保單554 億件,同比增長(zhǎng)13.3%,賠款與給付支出1.5 萬億元[1]。 客戶身份識(shí)別是保險(xiǎn)公司與客戶進(jìn)行保險(xiǎn)交易的基石,是指義務(wù)機(jī)構(gòu)在勤勉盡責(zé)的基礎(chǔ)上采取合理手段了解客戶及其交易情況,以防騙保、洗錢及其他違法犯罪活動(dòng)發(fā)生,涉及客戶新建、投保、賠付等多個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)[2]。 目前保險(xiǎn)業(yè)主要采用有效身份證明文件,以及人臉、指紋、虹膜、DNA等生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行客戶身份識(shí)別,但這些方法相對(duì)單一,易于仿造和模仿,識(shí)別可靠性較低。 近年來,假借他人心臟病病例騙保案件頻發(fā),導(dǎo)致保險(xiǎn)金大量流失,給保險(xiǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 傳統(tǒng)的客戶身份識(shí)別手段和技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢(shì)下保險(xiǎn)業(yè)客戶身份識(shí)別的需求,國(guó)內(nèi)外保險(xiǎn)業(yè)急需有效、快捷的活體個(gè)人身份識(shí)別技術(shù)。心電圖具有生物特征的普遍性、可攜帶性、唯一性和穩(wěn)定性,可“跨界”到信息技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)用于保險(xiǎn)業(yè)的活體個(gè)人生物特征身份識(shí)別。

心電身份識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)保險(xiǎn)行業(yè)已應(yīng)用了近20 年,并取得了階段性成果。 2006 年鄭州大學(xué)心電學(xué)研究所李中健教授等在國(guó)內(nèi)開創(chuàng)性提出了“心電波形唯一性”假說[3],并將該理念推廣至醫(yī)療保險(xiǎn)卡應(yīng)用領(lǐng)域,同年申請(qǐng)了“心電生物特征身份識(shí)別卡”國(guó)家發(fā)明專利[4];2009 年,李中健等應(yīng)用心電圖檢查技術(shù)對(duì)活體個(gè)人進(jìn)行身份識(shí)別的研究成果榮獲河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng);2022 年,井艷等應(yīng)用心電圖對(duì)參保人員進(jìn)行身份識(shí)別的研究成果獲河南省教育廳科技成果一等獎(jiǎng);李中健教授研究團(tuán)隊(duì)共計(jì)發(fā)表相關(guān)論文30 余篇。

為了推廣活體個(gè)人心電身份識(shí)別技術(shù)在保險(xiǎn)業(yè)的應(yīng)用,進(jìn)一步豐富和完善生物特征識(shí)別技術(shù),鄭州大學(xué)心電學(xué)研究所和天津心臟病學(xué)研究所共同組織相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?撰寫了《心電圖身份識(shí)別在保險(xiǎn)業(yè)應(yīng)用專家共識(shí)》。

1 常用的生物特征識(shí)別技術(shù)

生物識(shí)別技術(shù)是將計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器等密切結(jié)合,通過對(duì)人體固有生理特征或行為特征的收集、匯總、對(duì)比和分析,進(jìn)行個(gè)人身份鑒定的技術(shù)[5]。 基于生物特征的普遍性、可攜帶性、唯一性和穩(wěn)定性,基于人臉[6]、指紋[7]、虹膜[8]、基因[9]、手形[10]、聲紋[11]、步態(tài)[12]等的多種生物識(shí)別技術(shù)逐漸自成系統(tǒng),應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

生物特征識(shí)別技術(shù)一般分為次級(jí)、高級(jí)、深?yuàn)W生物特征識(shí)別技術(shù)三類。 次級(jí)生物特征識(shí)別技術(shù)主要包括人臉、掌形、掌紋、簽名和語音識(shí)別。 由于此類生物特征易于仿造和模仿,識(shí)別可靠性相對(duì)較低,一般只能應(yīng)用于安保級(jí)別要求較低的領(lǐng)域。 高級(jí)生物特征識(shí)別技術(shù)主要是指視網(wǎng)膜、虹膜和指紋的識(shí)別。 由于此類生物特征比較復(fù)雜、不易仿造,因此被公認(rèn)具有很高的可信度和準(zhǔn)確度,廣泛應(yīng)用于政府部門、軍事機(jī)構(gòu)、銀行等安保級(jí)別要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。 深?yuàn)W生物特征識(shí)別技術(shù)主要包括血管紋理、人體氣味和DNA 識(shí)別。 此類生物特征極其復(fù)雜,不能仿造,一般被認(rèn)為具有絕對(duì)的可信度和準(zhǔn)確度。 由于血管紋理、人體氣味特征不易采集,因此識(shí)別技術(shù)還不成熟;DNA 識(shí)別技術(shù)相對(duì)成熟,但是費(fèi)用較高,一般用于刑偵和親子鑒定。 每種生物特征識(shí)別技術(shù)都有其局限性:視網(wǎng)膜識(shí)別對(duì)于眼疾患者誤識(shí)率高;虹膜識(shí)別不易識(shí)別黑眼睛(深色眼球的虹膜)的個(gè)體和眼疾患者;指紋識(shí)別在手指有傷口或劃痕而使指紋模糊不清,或是指紋過于纖細(xì)以致不能在照片上清晰顯示的情況下存在誤識(shí),且指紋易于乳膠復(fù)制,造假成本低。

每一種生物特征識(shí)別技術(shù)都有各自的特點(diǎn),在不同場(chǎng)合各具優(yōu)勢(shì),而如果將多種生物特征識(shí)別技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[13-17],則能進(jìn)一步提高可靠性,應(yīng)用前景也更為廣闊。 研究新方法的目的是豐富和完善生物特征識(shí)別技術(shù),而不是讓一種方法取代另一種方法。 當(dāng)然,采用一種簡(jiǎn)捷可靠的生物特征進(jìn)行識(shí)別是我們追求的理想目標(biāo)。

2 心電生物特征識(shí)別技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

心臟收縮之前先產(chǎn)生電激動(dòng),這種電激動(dòng)被心電圖機(jī)記錄下來,形成隨心動(dòng)周期規(guī)律變化的動(dòng)態(tài)曲線,即心電圖[18]。 正常心電圖波形一般包括P波、QRS 波、T 波、U 波、PR 間期、QT 間期和ST 段,其形態(tài)、電壓、時(shí)限都有正常范圍。 由于心電圖滿足活體個(gè)人身份識(shí)別的4 個(gè)基本條件,即普遍性、可攜帶性、唯一性和穩(wěn)定性,因此可作為新的生物特征用于活體個(gè)人身份識(shí)別。

2.1 普遍性

心電圖具有無創(chuàng)、安全、綠色、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣,現(xiàn)已普及到門診、病房和健康體檢中,也成為心血管疾病患者的必查項(xiàng)目。 各級(jí)醫(yī)療單位都配備有心電圖機(jī),在心電專業(yè)人員的操作下,隨時(shí)隨地都能采集到活體個(gè)人心電圖。

2.2 可攜帶性

隨著社會(huì)的發(fā)展、活動(dòng)地域的擴(kuò)大,人們出于工作、生活、旅游等原因遠(yuǎn)赴世界各地。 當(dāng)身體遇到不適或突發(fā)心臟疾病時(shí),他們可通過已普及應(yīng)用的民用心電圖儀描記心電圖并上傳網(wǎng)絡(luò),借助后臺(tái)輔助診斷,也可前往當(dāng)?shù)蒯t(yī)療機(jī)構(gòu)描記心電圖,以明確診斷并及時(shí)治療。 從這個(gè)意義上說,活體個(gè)人心電圖具有可攜帶性,無論人們身處何處,只要有心電圖機(jī),就都能采集到心電圖。

2.3 唯一性

從理論上講,每個(gè)人只有一顆心臟,世界上沒有兩顆完全相同的心臟,而心電圖是心臟電活動(dòng)的記錄,因此,每個(gè)人都應(yīng)擁有自己特有的心電波形,表現(xiàn)出獨(dú)特的心臟電學(xué)特征,包含其自身的心電生物特征識(shí)別點(diǎn),即心電圖具有唯一性。 每一個(gè)體從出生后到18 歲成年前,其心電波形盡管像人的容貌一樣變化較大,但成年后的心電波形相對(duì)穩(wěn)定、基本不變。12、15 或18 導(dǎo)聯(lián)心電圖具有眾多特征點(diǎn)可供識(shí)別,正如利用基因短串聯(lián)重復(fù)序列位點(diǎn)的多態(tài)性進(jìn)行身份識(shí)別一樣。

2.4 穩(wěn)定性

同一活體個(gè)人在不同時(shí)間、不同溫度、不同地點(diǎn)、不同心率以及不同疾病情況下,心電圖可能會(huì)有振幅、時(shí)限以及個(gè)別波形的改變,但不影響身份識(shí)別,尤其是QRS 波形態(tài)基本保持不變,顯示了活體個(gè)人心電生物特征的穩(wěn)定性[19]。 也就是說,每個(gè)活體個(gè)人心電圖QRS 波形態(tài)可作為身份識(shí)別的主要特征點(diǎn)和重要依據(jù)。

在人臉整形、損毀,或指紋損毀、指套造假等情況下,身份識(shí)別的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。 DNA 檢查復(fù)雜、成本高、耗時(shí)長(zhǎng),如遇基因突變、同卵雙胎等情況,則無法進(jìn)行身份識(shí)別。 心電生物特征識(shí)別技術(shù)具有成本低、操作便捷、不可造假、不可復(fù)制的優(yōu)勢(shì),可彌補(bǔ)上述生物特征識(shí)別技術(shù)的不足。 然而,該技術(shù)也有自身的局限性:當(dāng)活體個(gè)人的正常竇性心律被室性心律所取代,或是心臟停止跳動(dòng)時(shí),無法進(jìn)行身份識(shí)別。

3 心電生物特征識(shí)別技術(shù)的主要內(nèi)容

心電生物特征識(shí)別技術(shù)是指利用心電圖機(jī),通過活體個(gè)人體表描記心臟的每一心動(dòng)周期,記錄電活動(dòng)變化的生物特征波形并將其作為特征點(diǎn)進(jìn)行身份識(shí)別和認(rèn)證。 該技術(shù)的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:

(1) 規(guī)范使用的心電圖機(jī)必須符合國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(盡可能使用數(shù)字化心電圖機(jī),原始數(shù)據(jù)永久保存),采樣頻率成人0.05 ～150 Hz、兒童0.05 ～250 Hz[20]。

(2) 心電圖描記時(shí),導(dǎo)聯(lián)連接位置要準(zhǔn)確、固定,并確保多次檢查時(shí)位置一致。 操作人員應(yīng)接受規(guī)范化培訓(xùn),避免導(dǎo)聯(lián)錯(cuò)接及波形干擾;

(3) 將投保人參保前后兩次或多次采集的活體個(gè)人12、15 或18 導(dǎo)聯(lián)心電圖進(jìn)行比對(duì)。

(4) 用字母及符號(hào)定性標(biāo)記12、15 或18 導(dǎo)聯(lián)心電圖P-QRS-T-U 波的形態(tài)特征,并依照不同波形排序比對(duì):如P 波直立,QRS 波呈qRs 型,ST 段正常,T 波直立,U 波顯現(xiàn)。

(5) 對(duì)12、15 或18 導(dǎo)聯(lián)心電圖P-QRS-T-U 波的形態(tài)特征進(jìn)行定量分析:自Ⅰ導(dǎo)聯(lián)起,仔細(xì)觀察、記錄和比對(duì)各波段的電壓、時(shí)限、切跡、頓挫等。 若Ⅰ導(dǎo)聯(lián)波形描述相同,則觀察Ⅱ?qū)?lián);若Ⅱ?qū)?lián)波形描述仍相同,則觀察Ⅲ導(dǎo)聯(lián),依此類推,直至所有導(dǎo)聯(lián)全部分析完畢。 對(duì)各波可采取絕對(duì)法和相對(duì)法來描述。 絕對(duì)法:如波形≥0.5 mV,則用大寫字母標(biāo)識(shí),否則用小寫字母。 例如:某個(gè)導(dǎo)聯(lián)QRS 波呈qR型,則說明q 波＜0.5 mV,R 波＞0.5 mV。 相對(duì)法:兩個(gè)波形相比,振幅大者用大寫字母標(biāo)識(shí),振幅小者用小寫字母。 例如:某個(gè)導(dǎo)聯(lián)QRS 波的R 波、S 波均＞0.5 mV(或＜0.5 mV),則二者之中波形較大者就用大寫字母標(biāo)識(shí),反之用小寫字母。 后綴以具體的形態(tài)特征(如電壓、時(shí)限、雙峰、切跡、頓挫等)來描述。

(6) 通過兩次或多次心電圖比對(duì),判定受檢心電圖是否出自同一人。

(7) 通過兩次或多次心電圖比對(duì),判定受檢心電圖是否正常。

(8) 若兩份或多份心電圖波形有差別(可能系心電圖機(jī)參數(shù)不同所致),影響識(shí)別判斷,則可要求心電專業(yè)人員在熟知機(jī)器性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行初步的定性分析并在允許誤差范圍內(nèi)做定量分析,必要時(shí)(如有可能)需重新采集心電圖,以提高心電波形識(shí)別的準(zhǔn)確性。

4 心電圖身份識(shí)別的特征點(diǎn)及其提取

4.1 國(guó)外研究情況

2001 年至今,國(guó)外開展心電圖身份識(shí)別研究以工科為主或醫(yī)工結(jié)合,多利用公開的心電圖數(shù)據(jù)庫(kù),研究方法從早期的數(shù)學(xué)、信號(hào)學(xué)的比較到傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型方法,再到最近的深度學(xué)習(xí)方法,均證實(shí)了心電圖用于身份識(shí)別的可行性和可靠性。相關(guān)研究成果見表1。

表1 心電圖身份識(shí)別特征點(diǎn)及其提取的國(guó)外相關(guān)研究成果

4.2 國(guó)內(nèi)研究情況

4.2.1 工科領(lǐng)域研究情況 2005 年至今,國(guó)內(nèi)工科領(lǐng)域的研究者們對(duì)心電圖身份識(shí)別開展了一些研究,主要通過不同算法對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行特征點(diǎn)提取,有效提高了心電圖生物特征身份識(shí)別的準(zhǔn)確率。 相關(guān)研究成果見表2。

表2 心電圖身份識(shí)別特征點(diǎn)及其提取的國(guó)內(nèi)工科相關(guān)研究成果

4.2.2 醫(yī)科領(lǐng)域研究情況 1988 年,李中健教授等開展了心電圖身份識(shí)別的早期研究,并率先將相關(guān)研究成果應(yīng)用于保險(xiǎn)業(yè)。 此前國(guó)際上未見應(yīng)用心電圖檢查技術(shù)進(jìn)行活體個(gè)人身份識(shí)別的相關(guān)報(bào)道,因此,李中健教授也成為全球首位使用心電圖檢查技術(shù)識(shí)別活體個(gè)人身份的專家[42]。 早在2005、2006 年,李教授就分別培養(yǎng)了兩名心電圖身份識(shí)別方向的碩士研究生,并相繼提出以下學(xué)術(shù)觀點(diǎn):①“心電波形唯一性”假說[3],并將該理念推廣至醫(yī)療保險(xiǎn)卡應(yīng)用領(lǐng)域[4,43];②每一個(gè)體12導(dǎo)聯(lián)心電圖的P-QRS-T-U 波包含其本人的心電波形特征[44](表3[4]);③在定性及定量分析中,可見每個(gè)活體個(gè)人的心電波形不完全相同[45];④在不同環(huán)境、季節(jié)、心率、時(shí)間、藥物等因素的影響下,同一活體個(gè)人心電圖QRS 波形仍相對(duì)穩(wěn)定,基本不變[19];⑤不同地區(qū)、不同區(qū)域,成人非同一人心電波形無重復(fù)現(xiàn)象[46];⑥心電圖QRS 波波形高大、變化小且變異度小,適合作為計(jì)算機(jī)快速身份識(shí)別的指征[47]。 李中健教授團(tuán)隊(duì)的相關(guān)研究成果見表4。

表3 一份同步12 導(dǎo)聯(lián)心電圖各波段

表4 心電圖身份識(shí)別特征點(diǎn)及其提取的國(guó)內(nèi)醫(yī)科相關(guān)研究成果

5 心電圖身份識(shí)別在保險(xiǎn)業(yè)的技術(shù)鑒定流程

心電圖身份識(shí)別應(yīng)用于保險(xiǎn)業(yè)的技術(shù)鑒定流程如圖1 所示。 在保險(xiǎn)業(yè)客戶身份識(shí)別過程中,需要將投保人的樣本與檢材進(jìn)行比對(duì),其中,檢材是指投保人在投保前描記的12、15 或18 導(dǎo)聯(lián)心電圖,可從心電圖數(shù)據(jù)庫(kù)中提取;樣本是指投保人申請(qǐng)理賠時(shí)單次或多次描記的疾病心電圖。

圖1 心電圖身份識(shí)別應(yīng)用于保險(xiǎn)業(yè)的技術(shù)鑒定流程

投保人檢材和樣本主要比對(duì)以下幾個(gè)方面:

(1) 觀察檢材和樣本心電圖是否符合國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),采樣頻率成人0.05 ～150 Hz、兒童0.05 ～250 Hz。

(2) 觀察導(dǎo)聯(lián)連接、安放位置是否正確,避免錯(cuò)接及心電圖描記干擾現(xiàn)象。

(3) 觀察心電圖P-QRS-T-U 波群是否穩(wěn)定、清晰可辨。

(4) 對(duì)兩次或多次采集的心電圖的形態(tài)、振幅、時(shí)限進(jìn)行比對(duì),并做定性和定量分析。 首先,定性標(biāo)記12、15 或18 導(dǎo)聯(lián)心電圖上P-QRS-T-U 波的形態(tài)特征:用字母及符號(hào)記錄心電圖各波段的形態(tài)特征,依照不同波形排序比對(duì)。 其次,對(duì)定性描述的P-QRS-T-U 波形態(tài)特征進(jìn)行定量分析:仔細(xì)比對(duì)樣本和檢材,自Ⅰ導(dǎo)聯(lián)仔細(xì)觀察和記錄各波段的電壓、時(shí)限、切跡、頓挫等,若Ⅰ導(dǎo)聯(lián)波形描述相同,則觀察Ⅱ?qū)?lián);若Ⅱ?qū)?lián)波形描述仍相同,則觀察Ⅲ導(dǎo)聯(lián),依此類推,直至所有導(dǎo)聯(lián)全部分析完畢。 對(duì)各波形可采取絕對(duì)法和相對(duì)法,按振幅大小分別以大小寫字母表示,后綴以具體的形態(tài)特征(如電壓、時(shí)限,雙峰、切跡、頓挫等)描述。

根據(jù)投保人樣本和檢材的比對(duì)結(jié)果,不僅可判定兩次或多次采集的心電圖是否來自同一人,而且可判定是否為同一人的疾病心電圖,明確樣本是否符合保險(xiǎn)公司的疾病理賠標(biāo)準(zhǔn)。

6 未來展望

前期研究已充分證明,心電圖QRS 波形態(tài)具有良好的穩(wěn)定性,這是心電圖身份識(shí)別的基石。 基于大型心電數(shù)據(jù)庫(kù),充分利用心電圖的這一特性及計(jì)算機(jī)識(shí)別數(shù)字化心電生物特征,采用數(shù)字信號(hào)處理、逐級(jí)分類、模式識(shí)別等技術(shù),研發(fā)個(gè)人身份識(shí)別軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)快速個(gè)人身份識(shí)別,是心電生物特征識(shí)別技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。 我們期待未來的身份識(shí)別由專家識(shí)別逐步過渡到普通人識(shí)別,由人眼識(shí)別逐步過渡到機(jī)器識(shí)別,更希望心電生物特征識(shí)別技術(shù)在保險(xiǎn)業(yè)普及應(yīng)用的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步拓展到醫(yī)保、銀行、司法、公安、部隊(duì)、政府等需要進(jìn)行身份識(shí)別的部門和單位,以更好地促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定和維護(hù)國(guó)家安全。

主要執(zhí)筆專家:聶連濤(鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院),張昊(天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院),井艷(鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院),丁哲(河南省兒童醫(yī)院)

核心專家組成員(按姓氏拼音排序):陳康寅(天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院),董建增(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院),簡(jiǎn)立國(guó)(鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院),劉桂芝(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院),盧喜烈(中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院),李中健(鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院),李世鋒(鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院),劉彤(天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院),張存泰(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院)

專家委員會(huì)成員(按姓氏拼音排序):曹云山(甘肅省人民醫(yī)院),鄧國(guó)蘭(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院),谷云飛(鄭州大學(xué)附屬洛陽中心醫(yī)院),何濤(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院),賈邢倩(新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院),李方潔(中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院),李國(guó)良(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院),李喬華(中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院),李永健(天津市南開醫(yī)院),李忠杰(浙江省人民醫(yī)院),酈明芳(江蘇省人民醫(yī)院),牛向東(鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院),邵虹(空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院),沈燈(上海市中醫(yī)藥大學(xué)附屬普陀醫(yī)院),蘇曉靈(青海省人民醫(yī)院),王紅宇(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院),王宏治(四川大學(xué)華西醫(yī)院),王林(天津市胸科醫(yī)院),王巍(鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院),王新康(福建省立醫(yī)院),邢適穎(河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院),楊紅艷(湘南學(xué)院心腦血管病研究所),楊曙艷(河南省胸科醫(yī)院),楊曉云(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院),尹德春(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院),張麗娟(廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院)