深圳商報(bào)2019年7月22日訊 （記者袁斯茹文/圖）根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計(jì)，每年全球約1800萬(wàn)人死于心腦血管疾病，占死亡總數(shù)的31%，其中絕大多數(shù)的急性心血管事件發(fā)生在醫(yī)院外。因此，心血管事件的醫(yī)院外預(yù)警十分關(guān)鍵。近日，深圳先進(jìn)院數(shù)字所李燁研究員團(tuán)隊(duì)，提出了一種基于時(shí)空特征融合的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。團(tuán)隊(duì)成員王如心、姚啟航在接受深圳商報(bào)記者采訪(fǎng)時(shí)表示，不同于傳統(tǒng)方法，使用這種算法，除了考慮心電信號(hào)的時(shí)間特征，還加入了不同導(dǎo)聯(lián)的空間信息，“也就是除心臟活動(dòng)外，同時(shí)結(jié)合身體其他部位的信號(hào)，使得分析結(jié)果更全面?！蓖跞缧恼f(shuō)。
為什么需要可穿戴心電
通過(guò)可穿戴心電信號(hào)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)來(lái)分析心律失常，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)方向。
據(jù)悉，普通心電圖檢查只能記錄當(dāng)前一段短時(shí)間內(nèi)的心電活動(dòng)，“心臟異常情況的發(fā)生，特別是急性事件，往往是陣發(fā)性的、一過(guò)性的、偶發(fā)性的。針對(duì)術(shù)后以及心血管疾病高危人群，通過(guò)可穿戴設(shè)備進(jìn)行全程連續(xù)24小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，有助于分析信號(hào)的節(jié)律變化，捕獲到心臟的陣發(fā)、異常狀況并作出及時(shí)的預(yù)警?！蓖跞缧母嬖V記者。因此，通過(guò)可穿戴心電信號(hào)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析，對(duì)急性心血管事件的早期預(yù)防和診斷具有重要意義。
傳統(tǒng)分析方法在處理可穿戴信號(hào)時(shí)，通常以特征點(diǎn)檢測(cè)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，其缺點(diǎn)是易受噪聲和人體行為的干擾，分析精度低。
李燁團(tuán)隊(duì)此次提出的基于時(shí)空特征融合的深度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有效提取了信號(hào)的空間和時(shí)間特征。該算法可集成在可穿戴設(shè)備芯片中，通過(guò)智能分析，采集到多導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)。
關(guān)聯(lián)“時(shí)空”的算法
王如心告訴記者，傳統(tǒng)方法是從時(shí)間維度分析心電信號(hào)，比如能得到從這一秒到下一秒的心率變化，以及一些節(jié)律特征。而此次團(tuán)隊(duì)提出的算法，創(chuàng)新點(diǎn)在于加入了多導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)的空間相關(guān)性，通過(guò)人工智能方法直接分析處理信號(hào)?！靶碾娦盘?hào)的變化，不止反映在信號(hào)的時(shí)間維度上，其他體表位置采集到相關(guān)導(dǎo)聯(lián)的信號(hào)，彼此在空間上的變化都是互相關(guān)聯(lián)的。我們把空間信息補(bǔ)充在時(shí)間維度上，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，得到的檢測(cè)結(jié)果也更準(zhǔn)確?！蓖跞缧母嬖V記者。
此外，研究人員進(jìn)一步在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中引入注意力機(jī)制，對(duì)分段信號(hào)的重要性進(jìn)行自適應(yīng)評(píng)估，有效提高了模型對(duì)異常狀態(tài)的感知，降低了其他信息的干擾。上述方法實(shí)現(xiàn)了以房顫、傳導(dǎo)阻滯、早搏等為代表的9類(lèi)心律失常疾病的有效判別，在2018中國(guó)生理信號(hào)挑戰(zhàn)賽公開(kāi)的9831條心電信號(hào)上（約609522個(gè)心搏），心律失常識(shí)別精度達(dá)到82.6%。
這套算法未來(lái)可以面向醫(yī)療級(jí)可穿戴設(shè)備，在云端就可以將收集的用戶(hù)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，實(shí)時(shí)反饋異常，并以此為基礎(chǔ)給出診斷報(bào)告；方便進(jìn)行院外心臟類(lèi)疾病的篩查，以及醫(yī)生對(duì)患者術(shù)后康復(fù)效果評(píng)估、用藥效果評(píng)估及隨訪(fǎng)等。
據(jù)悉，這項(xiàng)成果發(fā)表在計(jì)算機(jī)人工智能頂級(jí)期刊Information Fusion上，該期刊是計(jì)算機(jī)科學(xué)人工智能領(lǐng)域影響力最高的三個(gè)研究性期刊之一。而論文的第一作者姚啟航目前還是一名本科生。