可穿戴心電設備在心律失常診斷中的應用進展

朱晚婷 范平

心律失常是臨床常見而又極具危險性的心血管疾病。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為心悸、胸悶、頭暈、低血壓、乏力、視物模糊等，主要通過常規心電圖、動態心電圖、負荷心電圖、食管心電圖、心內電生理、基因檢測等檢查來確診。嚴重心律失常患者可出現暈厥、阿-斯綜合征、猝死，而心律失常的發作通常具有隱匿性、一過性和短暫性的特點。如何有效地記錄患者的心臟節律和頻率，如何及時識別和監測心律失常的發生，成為當下研究的重點。

“移動健康”是指將移動通信技術應用于醫療衛生領域。隨著物聯網技術的快速成熟，越來越多的國內外學者和研發人員投身到“移動健康”領域的研究中。目前，互聯網技術已應用于心血管疾病的監測，研究人員開發出一種基于物聯網的可穿戴動態心電監測儀，通過與智能手機App和專業讀圖分析軟件相結合，可實現24 h動態心電信號的實時采集、心律失常的及時分析與報警[1]。“康乃心”12導聯同步心電記錄儀可記錄危急心電圖，通過互聯網及時將數據傳輸至云服務器，讓患者及時得到轉診與救治[2]。可穿戴心電設備與互聯網的成功結合，使“移動健康”真正進入了移動時代，為心律失常患者帶來了福音。

1 可穿戴設備在房顫患者中的臨床應用

便攜式心電設備為患者提供了極大的便利，在臨床應用中逐漸普及。佩戴蘋果手表的用戶將一只手指放在表冠上檢測30 s，表盤上會迅速反饋受檢者是否存在房顫的信息[3]。可穿戴心電設備的使用對環境的要求不高，監測時長甚至可長達數年；目前該類設備在臨床隨訪中的應用也越來越多，可檢測各類心律失常[4]。12導聯實時可穿戴心電設備能對居家或基層醫院患者實現長達60 s的心電數據采集，并經手機傳送至心電診斷會診中心，由醫生對心電圖進行診斷，完成早期心律失常的遠程監測[5]。相較于傳統的24 h動態心電圖，可穿戴心電設備對房顫事件的檢出率要高出4倍[6]。MCMANUS等[7]研究發現，通過智能手機的心電程序記錄房(室)性早搏的準確率超過90%。在房顫消融術和心臟起搏器植入術術后的恢復期，各類心律失常容易復發；患者術后應用可穿戴心電設備對病情進行實時監控，有利于心律失常復發早期的及時治療，進而提高治愈率[4]。新型粘接式可穿戴心電監護儀對房顫、室性早搏等各類心律失常的診斷率高且無信號丟失[8]。近年來，隨著電子信息技術和人工智能技術的發展以及新材料的應用，這類產品的使用舒適性得到提高。Bodyplus公司研發了一種智能心電T恤，穿戴簡單，既不影響日常穿著也能感應心電信號，從而實現了心電數據的傳輸和分析，可以讓醫生和患者進一步了解到患者出現心律失常的時間、頻率，以便實施進一步的治療。這種T恤還能和電子設備相連進行監測，如患者遇到突發情況，會實時自動撥打急救電話并顯示患者位置[9]。內嵌Hitoe高導材料的T 恤型可穿戴式心電監護系統還可識別年輕人的隱匿性房顫[10]。

2 可穿戴設備與心電散點圖的聯合應用

心電散點圖是以非線性分析方法為基礎，依據RR間期的差異性，將檢測到的心電活動數據制成的特征圖像。在心律失常監測中，通過可穿戴心電遠程監測設備與心電散點圖的院前聯合使用，可實現心律失常的診療關口前移，建立由基層醫生與遠程會診中心醫生組成的防治體系[11]。將散點圖作為參考依據，追蹤觀察RR間期值的變化，可大大提高心律失常的診斷準確率[12]，降低誤診率[13]，特別是散點圖中的B線斜率對惡性心律失常的臨床診斷價值較高[14]。可穿戴單導聯遠程心電監測設備結合心電散點圖，可高效識別心律失常，從而使基層醫生能快速篩查并準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]。佩戴可穿戴心電設備的時間越長，心律失常的檢出率就越高[16]。研究表明，有癥狀的心律失常患者居家采集24 h單導聯遠程心電信息對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量也更多；同時，監測時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、醫療費用降低[17-18]。余新艷等[19]研究表明，單導聯可穿戴心電設備進行24 h心電數據采集并實時上傳至云平臺，基層醫生依據散點圖初步判斷，再由遠程心電診斷中心出具診斷報告，能確保患者在第一時間得到診治。

3 人工智能與可穿戴設備的結合

人工智能與可穿戴心電設備的結合，進一步提高了各類心律失常的檢出率。可穿戴心電設備采用一種基于ResNet改進的人工智能心電算法后，對7種心律失常的識別率平均高達98.3%[20]；基于深度學習和K-最近鄰算法的Holter監護儀可自動提取室性早搏特征[21]；基于圖像深度學習框架的單導聯可穿戴心電設備與節拍間隔-紋理卷積神經網絡相結合，可自動分類固定成圖像的心律失常心電記錄[22]。可穿戴心電設備與選擇性子帶多速率處理技術相結合用于心律失常的檢測，與傳統方法相比，實現了超過12倍的計算增益和信號重建[23]。新型可穿戴72 h的h3型三導聯心電裝置結合深度學習神經網絡算法，其檢測房顫的敏感性和特異性分別達到94%、98%[24]。腕帶式可穿戴設備能通過及時記錄陣發性心悸患者的心電圖，最終確診陣發性室上性心動過速[25]。通過這類設備的脈沖數據算法對房顫患者的心電圖和脈搏資料進行處理，可以準確辨別不規則節律[26]。REVERBERI等[27]通過對比房顫選擇性復律患者術前術后的心電記錄發現，利用可佩戴藍牙胸帶心率監測器聯合Te RITMIA應用程序，可準確鑒別竇性心律和房顫[28]。光電容積描記(photoplethysmography,PPG)技術與可穿戴心電設備結合，可自動檢測心律失常[29]。基于PPG技術與深度神經網絡的緊身上臂式可穿戴設備，檢測住院高風險房顫患者房顫發生的敏感性和特異性分別高達96%、98%。將PPG腕帶與脈搏形態學特征相結合，可檢測出陣發性房顫或無癥狀房顫[30]。

4 可穿戴心電設備的其他應用

針對心力衰竭患者的心臟功能檢測需求，研究人員研發出一種可采集用戶生理信息的便攜式心電設備，其將信息通過無線網絡傳至云端服務器，可實現對用戶生理狀況的實時監測[31]。可穿戴心電設備除了具有心律失常監測功能外，還有一定的治療作用。可穿戴式心律轉復除顫器(wearable cardioverter defibrillator，WCD)是一種臨時性治療選擇，適用于心臟性猝死高危患者和暫時不適合植入心律轉復除顫器(implantable cardioverter-defibrillator,ICD)的患者[32]。室性心律失常常見于心肌梗死早期，出現惡性室性心律失常時可直接采用WCD電擊[33]。研究表明，WCD在檢測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生不當電擊且患者依從性較高。WCD也可用作遠程監護系統，幫助醫生及時調整患者的藥物治療方案[36]。延長WCD的佩戴時間則有助于進一步優化心力衰竭患者的藥物治療方案，預防猝死，避免過早植入ICD[34]，以及減少不適當的ICD植入[37]。

5 小結

心律失常的發病率很高，且發病人群趨于年輕化。可穿戴心電設備輕巧便攜、操作簡單，能在患者癥狀出現時及時獲取心電數據，為患者贏得了寶貴的診治時間，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，繼續加強人工智能技術的研發，以實現實時危險警報，為醫生提供診斷依據。可穿戴心電設備的心律失常監測功能近幾年得到了一定的提升，但在功能與技術應用上仍有一些難題有待攻克，期待未來通過進一步研究日臻完善。