可穿戴心电设备在心律失常诊断中的应用进展

朱晚婷 范平

心律失常是临床常见而又极具危险性的心血管疾病。我国心律失常患者约有2 000万人，每年约有54万人死于心脏性猝死，而其中80%源于心律失常[1]。心律失常临床可表现为心悸、胸闷、头晕、低血压、乏力、视物模糊等，主要通过常规心电图、动态心电图、负荷心电图、食管心电图、心内电生理、基因检测等检查来确诊。严重心律失常患者可出现晕厥、阿-斯综合征、猝死，而心律失常的发作通常具有隐匿性、一过性和短暂性的特点。如何有效地记录患者的心脏节律和频率，如何及时识别和监测心律失常的发生，成为当下研究的重点。

“移动健康”是指将移动通信技术应用于医疗卫生领域。随着物联网技术的快速成熟，越来越多的国内外学者和研发人员投身到“移动健康”领域的研究中。目前，互联网技术已应用于心血管疾病的监测，研究人员开发出一种基于物联网的可穿戴动态心电监测仪，通过与智能手机App和专业读图分析软件相结合，可实现24 h动态心电信号的实时采集、心律失常的及时分析与报警[1]。“康乃心”12导联同步心电记录仪可记录危急心电图，通过互联网及时将数据传输至云服务器，让患者及时得到转诊与救治[2]。可穿戴心电设备与互联网的成功结合，使“移动健康”真正进入了移动时代，为心律失常患者带来了福音。

1 可穿戴设备在房颤患者中的临床应用

便携式心电设备为患者提供了极大的便利，在临床应用中逐渐普及。佩戴苹果手表的用户将一只手指放在表冠上检测30 s，表盘上会迅速反馈受检者是否存在房颤的信息[3]。可穿戴心电设备的使用对环境的要求不高，监测时长甚至可长达数年；目前该类设备在临床随访中的应用也越来越多，可检测各类心律失常[4]。12导联实时可穿戴心电设备能对居家或基层医院患者实现长达60 s的心电数据采集，并经手机传送至心电诊断会诊中心，由医生对心电图进行诊断，完成早期心律失常的远程监测[5]。相较于传统的24 h动态心电图，可穿戴心电设备对房颤事件的检出率要高出4倍[6]。MCMANUS等[7]研究发现，通过智能手机的心电程序记录房(室)性早搏的准确率超过90%。在房颤消融术和心脏起搏器植入术术后的恢复期，各类心律失常容易复发；患者术后应用可穿戴心电设备对病情进行实时监控，有利于心律失常复发早期的及时治疗，进而提高治愈率[4]。新型粘接式可穿戴心电监护仪对房颤、室性早搏等各类心律失常的诊断率高且无信号丢失[8]。近年来，随着电子信息技术和人工智能技术的发展以及新材料的应用，这类产品的使用舒适性得到提高。Bodyplus公司研发了一种智能心电T恤，穿戴简单，既不影响日常穿着也能感应心电信号，从而实现了心电数据的传输和分析，可以让医生和患者进一步了解到患者出现心律失常的时间、频率，以便实施进一步的治疗。这种T恤还能和电子设备相连进行监测，如患者遇到突发情况，会实时自动拨打急救电话并显示患者位置[9]。内嵌Hitoe高导材料的T 恤型可穿戴式心电监护系统还可识别年轻人的隐匿性房颤[10]。

2 可穿戴设备与心电散点图的联合应用

心电散点图是以非线性分析方法为基础，依据RR间期的差异性，将检测到的心电活动数据制成的特征图像。在心律失常监测中，通过可穿戴心电远程监测设备与心电散点图的院前联合使用，可实现心律失常的诊疗关口前移，建立由基层医生与远程会诊中心医生组成的防治体系[11]。将散点图作为参考依据，追踪观察RR间期值的变化，可大大提高心律失常的诊断准确率[12]，降低误诊率[13]，特别是散点图中的B线斜率对恶性心律失常的临床诊断价值较高[14]。可穿戴单导联远程心电监测设备结合心电散点图，可高效识别心律失常，从而使基层医生能快速筛查并准确判断心律失常的类型，大大提高了院外心律失常的筛查率[15]。佩戴可穿戴心电设备的时间越长，心律失常的检出率就越高[16]。研究表明，有症状的心律失常患者居家采集24 h单导联远程心电信息对心律失常的检出率均高于多次只采集1 h的检出率，且检出心律失常的类型和数量也更多；同时，监测时间的延长也提高了无症状心律失常的检出率，使患者的依从性提高、医疗费用降低[17-18]。余新艳等[19]研究表明，单导联可穿戴心电设备进行24 h心电数据采集并实时上传至云平台，基层医生依据散点图初步判断，再由远程心电诊断中心出具诊断报告，能确保患者在第一时间得到诊治。

3 人工智能与可穿戴设备的结合

人工智能与可穿戴心电设备的结合，进一步提高了各类心律失常的检出率。可穿戴心电设备采用一种基于ResNet改进的人工智能心电算法后，对7种心律失常的识别率平均高达98.3%[20]；基于深度学习和K-最近邻算法的Holter监护仪可自动提取室性早搏特征[21]；基于图像深度学习框架的单导联可穿戴心电设备与节拍间隔-纹理卷积神经网络相结合，可自动分类固定成图像的心律失常心电记录[22]。可穿戴心电设备与选择性子带多速率处理技术相结合用于心律失常的检测，与传统方法相比，实现了超过12倍的计算增益和信号重建[23]。新型可穿戴72 h的h3型三导联心电装置结合深度学习神经网络算法，其检测房颤的敏感性和特异性分别达到94%、98%[24]。腕带式可穿戴设备能通过及时记录阵发性心悸患者的心电图，最终确诊阵发性室上性心动过速[25]。通过这类设备的脉冲数据算法对房颤患者的心电图和脉搏资料进行处理，可以准确辨别不规则节律[26]。REVERBERI等[27]通过对比房颤选择性复律患者术前术后的心电记录发现，利用可佩戴蓝牙胸带心率监测器联合Te RITMIA应用程序，可准确鉴别窦性心律和房颤[28]。光电容积描记(photoplethysmography,PPG)技术与可穿戴心电设备结合，可自动检测心律失常[29]。基于PPG技术与深度神经网络的紧身上臂式可穿戴设备，检测住院高风险房颤患者房颤发生的敏感性和特异性分别高达96%、98%。将PPG腕带与脉搏形态学特征相结合，可检测出阵发性房颤或无症状房颤[30]。

4 可穿戴心电设备的其他应用

针对心力衰竭患者的心脏功能检测需求，研究人员研发出一种可采集用户生理信息的便携式心电设备，其将信息通过无线网络传至云端服务器，可实现对用户生理状况的实时监测[31]。可穿戴心电设备除了具有心律失常监测功能外，还有一定的治疗作用。可穿戴式心律转复除颤器(wearable cardioverter defibrillator，WCD)是一种临时性治疗选择，适用于心脏性猝死高危患者和暂时不适合植入心律转复除颤器(implantable cardioverter-defibrillator,ICD)的患者[32]。室性心律失常常见于心肌梗死早期，出现恶性室性心律失常时可直接采用WCD电击[33]。研究表明，WCD在检测和终止快速室性心律失常方面是安全有效的[34]。吴肇贵等[35]研究指出，WCD显著降低了致命性室性心律失常的死亡率，在患者佩戴过程中很少发生不当电击且患者依从性较高。WCD也可用作远程监护系统，帮助医生及时调整患者的药物治疗方案[36]。延长WCD的佩戴时间则有助于进一步优化心力衰竭患者的药物治疗方案，预防猝死，避免过早植入ICD[34]，以及减少不适当的ICD植入[37]。

5 小结

心律失常的发病率很高，且发病人群趋于年轻化。可穿戴心电设备轻巧便携、操作简单，能在患者症状出现时及时获取心电数据，为患者赢得了宝贵的诊治时间，可提高抢救成功率。各种人工智能算法的引入明显提高了心律失常的检出率，而心律失常早期检测又可大大降低死亡率。今后须在保证用户信息安全的前提下，继续加强人工智能技术的研发，以实现实时危险警报，为医生提供诊断依据。可穿戴心电设备的心律失常监测功能近几年得到了一定的提升，但在功能与技术应用上仍有一些难题有待攻克，期待未来通过进一步研究日臻完善。