王國輝

1.上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司 (上海，200120）

2.上海理工大學(xué)上海介入醫(yī)療器械工程技術(shù)研究中心 (上海，200120）

0 引言

最新發(fā)布的《中國心血管健康與疾病報告2020》表明，我國心血管病的死亡率高于其他疾病，因此心血管病的早預(yù)防、早診斷和早治療至關(guān)重要。心電圖（electro cardio gram，ECG）的形態(tài)特征可以反映心律不齊癥狀和類型，是一種臨床上常用的非侵入性、經(jīng)濟有效的心血管疾病診斷方法。心房顫動（atrial fibrillation, AF）是臨床上最常見的持續(xù)性心律失常的表現(xiàn)，其發(fā)病率隨著年齡的增長而迅速上升。一項對3 999 名男性和4 726 名女性的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，對于 40 歲及以上的男性和女性，發(fā)生AF的風(fēng)險約為25%，這凸顯了AF疾病給社會醫(yī)療資源帶來的巨大壓力［1］。AF作為缺血性卒中的獨立危險因素，可使缺血性卒中的發(fā)生率增長5倍［3］。Holter監(jiān)測儀是臨床上最常用的監(jiān)測AF的儀器，可在非臥床環(huán)境下對可疑心律失常的患者進行24 h動態(tài)心電監(jiān)測，但對于偶發(fā)性和陣發(fā)性AF癥狀的檢出率較低［2］，且對患者的自由活動有所限制。Salvator等［3］的研究顯示，48 h動態(tài)心電監(jiān)測能夠在大約 10% 的65歲以上患有全身性動脈高血壓的受試者中檢測到無癥狀A(yù)F。研究表明AF的檢測一般需要至少4～5 d連續(xù)的動態(tài)心電圖監(jiān)測［4］。隨著便攜式心電可穿戴設(shè)備的快速發(fā)展，長時動態(tài)心電采集而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)已經(jīng)無法靠人工完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析解讀。

近年來，數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)測與管理工具發(fā)展迅速，被廣泛地應(yīng)用于疾病篩查、未診斷疾病監(jiān)測和慢性疾病管理，該工具利用可植入監(jiān)控設(shè)備、可穿戴傳感器、通信技術(shù)來采集、傳輸患者健康信息等技術(shù)手段，通過人工智能完成檢測和初期診斷，通過遠程醫(yī)療完成線上診斷，使患者及時地獲得醫(yī)療保健服務(wù)。將數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)測與管理工具應(yīng)用于AF的篩查與診治，可大幅度降低診治成本，提高診治效率。

1 數(shù)字化醫(yī)療工具中心電信號采集裝置

1.1 心電貼片

嵌有電極的無線心電貼片通過可貼式的設(shè)計，使患者擺脫了傳統(tǒng)檢測儀器各種導(dǎo)聯(lián)線的束縛。目前，商業(yè)化的無線心電貼片平均監(jiān)測期為一到兩周，一般監(jiān)測V1-V6胸導(dǎo)聯(lián)中的單個或多個導(dǎo)聯(lián)。監(jiān)測結(jié)束后，提取儲存在設(shè)備中的心電數(shù)據(jù)，上傳到由設(shè)備制造商提供的軟件或云端接口，通過模式識別或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行分析，再將初步診斷報告發(fā)送給醫(yī)生，完成最終診斷。無線心電貼片具有良好的耐受性，并且連續(xù)監(jiān)測時間比Holter 更長。一項研究發(fā)現(xiàn)在相同條件下，心電貼片檢測到96次心律失常事件，而Holter監(jiān)測儀只檢測到61次心律失常事件［5］。Turakhia等［6］使用無線心電貼片在發(fā)生AF高風(fēng)險人群中進行了兩周的AF監(jiān)測，證明了無線心電貼片在識別AF中的可行性。此外，無線心電貼片還成功地用于確定亞臨床AF在社區(qū)老年人群中的患病率。由于心電貼片的監(jiān)測方法簡便宜操作，與傳統(tǒng)的Holter監(jiān)測儀相比，佩戴舒適度更高。

通過對貼片系統(tǒng)集成心律實時檢測與分析以及運用云端數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽瑢崿F(xiàn)了秒級的快速異常心律檢測和智能診斷。Stehlik等使用貼在胸部的多傳感器貼片記錄生理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過智能手機連續(xù)上傳到云分析平臺，利用機器學(xué)習(xí)進行后續(xù)數(shù)據(jù)分析，通過3個月的監(jiān)測，實現(xiàn)了早期預(yù)測患者再次住院的概率。目前，已經(jīng)商業(yè)化使用的可穿戴貼片心電監(jiān)測設(shè)備有黏貼性心電圖記錄儀Zio Patch、Corventis公司的Nuvant 移動式心臟遙測設(shè)備以及超低功耗、多通道（高達12導(dǎo)聯(lián)）的CardioLeaf數(shù)字心電貼等。Zio patch作為一款尺寸與普通創(chuàng)可貼大小的黏貼性心電貼片，可粘貼在胸前長達14 d，能有效監(jiān)測和記錄異常心律情況，還可以配合iRhythm公司開發(fā)的手機心律診斷APP一起使用。Schreiber D等［7］研究發(fā)現(xiàn)Zio心電貼對AF的診斷率為63.2%。Tung等［8］的研究結(jié)果顯示，約15%的首次陣發(fā)性AF發(fā)生于48 h后，常規(guī)Holter監(jiān)護儀無法檢測到，而Zio心電貼可進行有效檢測。

1.2 植入衣物中的心電監(jiān)測設(shè)備

植入背心和背帶中的心電監(jiān)測系統(tǒng)能滿足劇烈活動的患者或運動員的心電監(jiān)測需求，貼合被檢測者運動過程中體形姿態(tài)的變化，提高了監(jiān)測過程的舒適性，且可以采集最長30 d的心電圖數(shù)據(jù)。相較于體積較小的黏性貼片采集裝置，植入衣物中的心電監(jiān)測系統(tǒng)既可以用于單導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)采集，也可以用于多導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)采集。心電數(shù)據(jù)通過藍牙或局域互聯(lián)網(wǎng)實時傳輸?shù)绞謾C中。Nuubo公司生產(chǎn)的ECG shirt［9］監(jiān)測儀通過集成在衣物中的紡織電極連續(xù)采集36 h的三導(dǎo)聯(lián)心電信號，并通過軟件對數(shù)據(jù)進行可視化和智能分析，例如心電圖、心率等。Whealthy公司生產(chǎn)的ECG shirt監(jiān)測儀［10］是一種由導(dǎo)體和壓阻材料集成形成纖維和線，制成T恤樣式的可穿戴系統(tǒng)，連接到組織傳感器、電極和連接器，心電圖和肺阻抗信號由組織中的電極采集，數(shù)據(jù)通過GPRS或藍牙傳輸。另一種Smart wear戶外襯衫［11］配備了干電極ECG傳感器，可以連接智能手機應(yīng)用程序進行無線通信。

除了心電數(shù)據(jù)，一些集成度較高的裝置還可以通過加速度計獲取活動劇烈程度運動量、通過胸廓擴張和收縮節(jié)奏獲取呼吸功能的數(shù)據(jù)。集成在衣物中的心電監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在自行車和球類運動員、健身人群中廣泛使用［12-13］。同時有研究表明，集成在衣物中的心電監(jiān)測系統(tǒng)用于不明原因腦卒中患者的腦卒中急性期28 d動態(tài)監(jiān)測，具有實用性強和較高的準(zhǔn)確率。一項在不同目標(biāo)人群中監(jiān)測ECG、心率、心律失常等情況的多中心前瞻性ECG-shirt監(jiān)測儀研究表明，可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備為肺靜脈隔離術(shù)后患者AF復(fù)發(fā)的監(jiān)測提供了可能。

1.3 智能手表與智能手機

使用智能手表與智能手機，使得患者可以利用現(xiàn)有的電子設(shè)備實現(xiàn)對身體健康情況的監(jiān)測，通過在智能手表表帶和表身植入多個電極，一只手的手腕和另一只手的手指之間形成了回路，進行單通道Ⅰ導(dǎo)聯(lián)心電信號采集，并通過手表內(nèi)置APP進行自動AF探查?；谥悄苁謾C方案的單導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)測裝置有AliveCor公司生產(chǎn)的Kardia Mobile監(jiān)測儀，Omron公司的HeartScan監(jiān)測儀等，基于智能手表方案的單導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)測裝置有蘋果公司生產(chǎn)的Apple Watch，AliveCor公司生產(chǎn)的Kardia Band監(jiān)測儀，華為公司的 WATCH GT 2 PRO ECG監(jiān)測儀，OPPO公司的OPPO Watch ECG 監(jiān)測儀等。KardiaMobile 是一款結(jié)合智能手機使用的無線單導(dǎo)聯(lián)移動心電記錄儀，從手指表面提取心肌細(xì)胞收縮和舒張產(chǎn)生的電流變化，KardiaBand 則是一款搭配 Apple Watch 使用的表帶式心電記錄儀，通過在表帶內(nèi)側(cè)和外部植入2個電極，續(xù)航長達 2 年。Apple Watch 通過一項SmartRhythm 的技術(shù)為用戶手表內(nèi)的心律數(shù)據(jù)提供深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析。

光體積描記術(shù)（Photoplethsmography，PPG）通過光反射的原理，通過血管中血液對光吸收量的變化監(jiān)測心律。通過2或3個綠色LED向手腕發(fā)出可見光，光電傳感器接收和處理反射光，然后通過低功耗處理器計算得出準(zhǔn)確的心率。應(yīng)用由美國Cardio 公司開發(fā)的智能手機PPG對1 013例已知高血壓、糖尿病和/或年齡＞65歲的患者進行了門診AF檢查，證明了該方法檢測AF的準(zhǔn)確性。PPG信號反映的是心臟收縮和舒張時血管中血液搏動的情況，不直接提供心臟電活動信息，易受到運動產(chǎn)生信號偏移的影響，需要和單導(dǎo)聯(lián)心電圖協(xié)同完成高精度的監(jiān)測。如三星公司的Simband手表分別使用光學(xué)、電學(xué)等多個傳感器收集心律信號、PPG信號，連續(xù)監(jiān)控和檢測用戶的生理數(shù)據(jù)；如中國華米公司發(fā)布的AMAZFIT GTS 3系列智能手表，通過高精度PPG光學(xué)傳感器和ECG心電傳感器，可實現(xiàn)對AF、睡眠呼吸暫停綜合征等疾病的檢測和預(yù)警。有數(shù)據(jù)顯示，截至2020年5月31日，有超過143萬用戶使用華為智能手表和APP進行心臟健康管理，已篩查出3 300多疑似AF的人群，2 000多用戶經(jīng)隨訪就醫(yī)，1 900多用戶通過AF整合管理平臺對接協(xié)作醫(yī)院進行診斷，AF確診率為94%。

通過單導(dǎo)聯(lián)心電圖進行AF探查經(jīng)常會忽視其他導(dǎo)聯(lián)的一些重要信息，近期一項搭載3個心電傳感器，可記錄6個肢體導(dǎo)聯(lián)的心電監(jiān)測儀研發(fā)成功。臨床可以將此類多導(dǎo)聯(lián)設(shè)備用作臨時醫(yī)療設(shè)備獲取心電數(shù)據(jù)，以代替12導(dǎo)聯(lián)心電圖機。

1.4 可植入式心電檢測設(shè)備

通過微創(chuàng)手術(shù)將植入式心電檢測設(shè)備（implantable cardiac monitors，ICM）埋入心臟上方胸部的皮下，可以連續(xù)數(shù)年監(jiān)測患者的心臟搏動情況，準(zhǔn)確記錄下AF發(fā)作時的心電節(jié)律，并通過藍牙與智能設(shè)備連接并將信息傳輸給醫(yī)生。相關(guān)產(chǎn)品有波士頓科學(xué)的可植入式心臟監(jiān)測儀LUXDx、美敦力的Linq II、雅培的Confirm Rx等。ICM可用于AF患者的日常心律管理，如測定相關(guān)藥物對節(jié)律控制的療效，AF患者的導(dǎo)管消融術(shù)后評估以及隱源性腦卒中患者AF的檢測。一項對存大量無癥狀性AF患者群體的研究發(fā)現(xiàn)，通過向患者體內(nèi)植入ICMs，10.1%的患者可在前3個月內(nèi)檢測出AF［14］。一項REACT.COM研究結(jié)果表明，通過ICM實時監(jiān)測AF的發(fā)生，指導(dǎo)臨床抗凝治療，可將抗凝藥的使用時間減少94%，證實了ICM引導(dǎo)下新型抗凝藥物間歇抗凝治療低血栓栓塞風(fēng)險人群的可行性［15］。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，ICM監(jiān)測指導(dǎo)的NOAC抗凝策略可節(jié)省費用，并具有相似的生存率調(diào)整水平［16］。由于ICM通過埋入心臟上方胸部皮下，可減少來自皮膚表面肌電的影響，因此檢測的準(zhǔn)確度更高。

2 數(shù)字化醫(yī)療工具的智能診斷算法

AliveCor公司生產(chǎn)的Kardia Band作為FDA批準(zhǔn)的第一個可以配合智能手表使用的AF監(jiān)測配件，可以記錄患者30 s I導(dǎo)聯(lián)的心律，通過內(nèi)置APP提供的智能診斷算法完成AF的自動診斷［17］。這項技術(shù)可以幫助患者就醫(yī)之前進行早期篩查。一項從1 742人中篩查AF患者的研究表明，AliveCor手持單導(dǎo)聯(lián)心電圖檢測系統(tǒng)可正確識別所有的AF患者［18］。Williams等［19］調(diào)查了 AliveCor裝置在識別AF的有效性，在99名患者參加的研究中顯示其敏感性為90%～93%，特異性為76%～86%。Desteghe等［20］研究了AliveCor設(shè)備在醫(yī)院中進行AF篩查的可用性和準(zhǔn)確性，該研究共招募了445名心臟病或老年病房的住院患者，將AliveCor裝置捕獲的單導(dǎo)聯(lián)心電圖與完整的12導(dǎo)聯(lián)或6導(dǎo)聯(lián)心電記錄進行了比較，結(jié)果表明該裝置的靈敏度為81.8%，特異性為94.2%。

盡管心電診斷算法可以實現(xiàn)早期診斷，但這些算法也可能產(chǎn)生誤判，如果不經(jīng)過臨床醫(yī)生的審查會導(dǎo)致誤診。一項通過AliveCor設(shè)備探測AF的研究發(fā)現(xiàn)，其診斷的敏感性為93%，特異性為84%，有57例無法被自動算法診斷，而醫(yī)學(xué)專家對這57例診斷的敏感性為100%，特異性為80%。相關(guān)智能診斷算法作為一種AF初篩方案，在幫助患者早期檢測出AF、降低卒中等并發(fā)癥的風(fēng)險、改善卒中預(yù)后，以及輔助醫(yī)生進行提早干預(yù)、智能診斷、減輕工作負(fù)擔(dān)等方面，具有一定可行性。

3 數(shù)字化醫(yī)療工具在不同AF風(fēng)險人群中的應(yīng)用

3.1 發(fā)生卒中后的高危人群

數(shù)字化醫(yī)療工具可以為已確診的AF患者的病情管理提供有價值的信息，如通過長期連續(xù)監(jiān)測可以獲取AF的多個關(guān)鍵特征。卒中后AF的監(jiān)測需要根據(jù)卒中類型及患者信息，選取適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測設(shè)備并確定監(jiān)測時長，這樣才能達到較好的監(jiān)測效果。

目前，指南建議在缺血性卒中（ischemic stroke，IS）后至少進行24 h的心電圖監(jiān)測以排除AF，最有效的監(jiān)測持續(xù)時間和類型尚未確定，研究發(fā)現(xiàn)檢測隱源性卒中后的AF，使用 ICM 進行心電圖監(jiān)測要優(yōu)于常規(guī)隨訪［21］。Sposato等［22］對卒中后的患者進行AF檢測，有23.7%的患者檢測出AF。而另一項多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，ICM檢測AF的比例與監(jiān)測時間和患者平均年齡獨立相關(guān)，未發(fā)現(xiàn)與患者其他特征有關(guān)，ICM監(jiān)測持續(xù)時間的延長可以顯著提高初陰性AF篩查患者的AF檢出率。因此，使用數(shù)字化醫(yī)療工具對卒中患者進行AF檢測可以簡化檢測過程，提升檢測準(zhǔn)確率。

3.2 AF負(fù)荷高危人群和老年人

AF負(fù)荷作為一個強有力的卒中獨立預(yù)測因子，通過植入監(jiān)測裝置與醫(yī)療設(shè)施無線連接，進行連續(xù)性心律監(jiān)測，輔助醫(yī)生作出抗凝決策，精確測量AF期間的AF負(fù)荷和室速，克服了目前在AF管理中的一些難題。研究表明使用Zio Patch心電管理系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測AF負(fù)荷高(≥11%)患者發(fā)現(xiàn)，與AF負(fù)荷低的患者相比，其血栓栓塞事件發(fā)生率更高。

在年齡較大和具有較高的CHA2DS2-VASc評分的人群中使用數(shù)字化醫(yī)療工具，通常會具有較高的診斷率。一項薈萃分析發(fā)現(xiàn)，AF的新檢出率隨著年齡的增長而提高，檢出率從＜60歲的0.34%的增加到≥85歲的2.73%。一項在65 747名普通人群中進行AF篩查的研究發(fā)現(xiàn)，使用數(shù)字化監(jiān)測工具可識別出603例新AF患者，大多數(shù)具有較高的血栓栓塞風(fēng)險，因此使用數(shù)字化醫(yī)療工具篩查AF高風(fēng)險患者是有效的［23］。一項有7 173名老年患者（75～76歲）參加的AF篩查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3.0%的人診斷出患有AF，通過心電監(jiān)測第一次檢測出37例(占篩查人群的0.5%)，再經(jīng)過頻繁的間歇性監(jiān)測后，篩查出的AF確診數(shù)量增加了4倍。附加年齡以外的風(fēng)險因素時，如在具有2項腦卒中風(fēng)險的人群中經(jīng)診斷確診患有AF的高達7.4%［24］。

3.3 年輕群體和健身人群

通過眾多的數(shù)字醫(yī)療工具，如智能手機、智能手表等，可將日常AF篩查擴展到需要進行心律監(jiān)測的年輕人群體和健身人群。劇烈的體育鍛煉可能會導(dǎo)致先期心臟病患者出現(xiàn)嚴(yán)重的室性心律失常，一項Meta分析的結(jié)果顯示運動員罹患AF的風(fēng)險可能高于非運動員，其中競技體育中耐力項目運動員罹患AF的風(fēng)險更高［25］，原因可能是長期的耐力訓(xùn)練會導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)改變和自主神經(jīng)紊亂，從而增加心律失常發(fā)生的可能性。

數(shù)字醫(yī)療工具通過傳感器和應(yīng)用程序采集和分析人體復(fù)雜的生理數(shù)據(jù)，既可以進行心律監(jiān)測，也能用于設(shè)計更有效的運動專項訓(xùn)練方案，以優(yōu)化運動模式，減少運動損傷。有研究表明，運動可能會使發(fā)生AF的風(fēng)險升高，這時遠程醫(yī)療支持可以促進數(shù)字醫(yī)療工具在心律監(jiān)測中的應(yīng)用，患者可以接受醫(yī)療專家遠程在線的篩查，因此數(shù)字醫(yī)療工具可以幫助競技體育中運動員做AF檢測和篩查。

4 數(shù)字化醫(yī)療工具面對的挑戰(zhàn)

數(shù)字醫(yī)療工具用于AF監(jiān)測與診治時，當(dāng)遇到過多的干擾，如肌電干擾或電極片與皮膚接觸不良導(dǎo)致的噪聲等，自動診斷程序可能會出現(xiàn)診斷錯誤或判定為“不可判讀”。如體力勞動者人群在做心電監(jiān)測時身體無法保持在放松、安靜的狀態(tài)下，在監(jiān)測過程中會產(chǎn)生大量的電偽差和運動偽差，而對于老年患者或肢體受限患者（震顫、腦卒中等）進行無噪聲記錄的難度更高。數(shù)字醫(yī)療工具檢測的敏感性和特異性與電極、傳感器、診斷算法、所監(jiān)測人群、監(jiān)測人群AF發(fā)生風(fēng)險等有關(guān)，因此臨床使用前需要先對每個監(jiān)測對象進行全面的風(fēng)險評估。根據(jù)“關(guān)于移動醫(yī)療用于心律失常管理的專家共識”［26］，通過數(shù)字醫(yī)療工具進行心電圖診斷被認(rèn)為是一個就醫(yī)確診前的預(yù)診斷的方法策略，通過智能算法得到的診斷結(jié)果需要經(jīng)過臨床醫(yī)生審查才能作為最終診斷，且除AF外的其他心律失常（室性早搏、房性早搏、室性心動過速）目前無經(jīng)過臨床驗證的有效算法。

5 結(jié)語

伴隨著中國人口老齡化趨勢，估算全中國有接近1 000萬AF患者，且未來AF的患病率還將進一步升高。AF發(fā)病隱匿，常表現(xiàn)為無癥狀或陣發(fā)性AF，導(dǎo)致常規(guī)診斷較為困難，給社會和患者家庭帶來極大的經(jīng)濟和心理負(fù)擔(dān)，因此進行AF的早期監(jiān)測、早期篩查、早期診斷非常重要。數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)測與管理工具利用可植入監(jiān)控設(shè)備、可穿戴傳感器和通信技術(shù)來采集、傳輸患者健康信息，通過人工智能完成檢測和初期診斷，通過遠程醫(yī)療和電子健康記錄使醫(yī)生完成線上診斷。依托高度整合的數(shù)字設(shè)備，向目標(biāo)群體提供包括疾病教育、監(jiān)測、記錄、干預(yù)的多方位醫(yī)療服務(wù)，構(gòu)建數(shù)字技術(shù)在健康領(lǐng)域的實際應(yīng)用場景，具有高度的智能化與便利性，適用于大規(guī)模的社區(qū)AF篩查。盡管已有大量研究證明數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)測與管理工具在診斷新發(fā)AF的可行性，但仍存在效益比不明確、技術(shù)不夠成熟、使用方式待優(yōu)化等問題，在大規(guī)模投入臨床使用前還需要不斷完善和優(yōu)化。