人工智能辅助精准快速诊断“心病”
作者：弗若斯特沙利文，中國醫(yī)藥報(bào)
常見心血管疾病（Cardiovascular disease，CVD)包括冠心病、腦血管病、心律失常、瓣膜性心臟病、先天性心臟病、心肌病、心力衰竭、主動脈和外周動脈疾病等。心血管疾病以多樣性和復(fù)雜性著稱，心臟作為構(gòu)造精密且持續(xù)動態(tài)變化的器官，要求診斷技術(shù)必須高度精確且適用不同場景。心電圖能夠監(jiān)測心臟每一次跳動的電生理活動，為心律失常等病癥提供重要線索；對于先天性心臟病的篩查，尤其在胎兒期，心臟超聲檢查發(fā)揮著無可替代的作用；冠脈CT血管造影以高分辨率顯像，成了評估冠脈狹窄及斑塊沉積的優(yōu)選工具；有創(chuàng)的冠脈造影（ICA）作為確診冠脈狹窄的“金標(biāo)準(zhǔn)”，可以在必要時(shí)提供最直接、詳盡的血管內(nèi)部視圖，指導(dǎo)后續(xù)治療決策。當(dāng)前，人工智能（AI）醫(yī)學(xué)影像軟件在輔助心血管疾病診斷方面有了越來越多的實(shí)踐和探索。
上市產(chǎn)品聚焦冠脈CT等細(xì)分領(lǐng)域
近年來，我國企業(yè)積極投入AI醫(yī)學(xué)影像軟件在心血管疾病領(lǐng)域應(yīng)用的研究，多款產(chǎn)品獲批上市，主要集中在冠脈CT血管造影和心電圖的輔助分析等細(xì)分賽道。
冠脈CT血管造影
冠脈CT血管造影（CCTA）是目前無創(chuàng)評價(jià)冠狀動脈解剖結(jié)構(gòu)的最佳影像學(xué)方法，利用多層螺旋CT，通過靜脈注射造影劑，經(jīng)過快速多層掃描和計(jì)算機(jī)處理合成重構(gòu)圖像，對心臟冠脈血管鈣化程度、發(fā)育畸形、冠脈病變部位及血管狹窄程度等情況進(jìn)行初步了解。
AI醫(yī)學(xué)影像軟件應(yīng)用于CCTA可以實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量改善及自動測算。傳統(tǒng)手段通過提高輻射劑量、應(yīng)用迭代重建函數(shù)等方法在一定程度上降低噪聲，而AI應(yīng)用于CCTA圖像重建時(shí)，可以通過DL（深度學(xué)習(xí)）模型降低噪音、改善圖像質(zhì)量，避免高輻射量的潛在危害。在進(jìn)行CCTA檢查前，通常需要通過平掃CT獲取冠脈鈣化積分（CACS）。AI模型可以直接通過CCTA實(shí)現(xiàn)對CACS的自動計(jì)算，優(yōu)化CCTA流程、減少輻射。同時(shí)，CCTA對鈣化斑塊進(jìn)行檢測和評估時(shí)，通過AI輔助，可明顯縮短所用時(shí)長。在冠脈狹窄測算方面，臨床評估主要采用目測直徑法，根據(jù)病變狹窄處直徑較其近心端和遠(yuǎn)心端正常管徑減少的百分率，按照冠脈病變影像報(bào)告與數(shù)據(jù)系統(tǒng)（CAD-RADS）分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級。其中，血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）是評估冠脈血流的指標(biāo)，需要經(jīng)皮介入造影獲得。而AI技術(shù)可通過AI算法進(jìn)行三維重建，結(jié)合流體力學(xué)仿真計(jì)算得到相應(yīng)數(shù)值。
截至2024年6月，我國共有22款冠脈CT血管造影AI醫(yī)學(xué)影像軟件作為第三類醫(yī)療器械獲批上市，主要包括血流儲備分?jǐn)?shù)計(jì)算（12款）、冠脈狹窄評估（7款）、定量血流分?jǐn)?shù)計(jì)算（2款）等產(chǎn)品，另外還有對心臟體積、冠脈鈣化體積、主動脈直徑進(jìn)行綜合評估的軟件（1款）。
心電圖
心電圖是診斷心律失常最常用、最有效的工具。心電圖分析的學(xué)習(xí)周期長，能準(zhǔn)確對心電圖報(bào)告進(jìn)行解讀的醫(yī)生資源較為短缺。借助AI醫(yī)學(xué)影像軟件輔助心電圖分析，成為滿足快速精準(zhǔn)診斷需求的解決方案。
截至2024年6月，我國共有5款A(yù)I輔助心電圖分析軟件作為第三類醫(yī)療器械獲批上市，涵蓋靜態(tài)和動態(tài)心電圖分析，主要用于成人患者心律失常、心肌梗死、ST段異常等癥狀的自動分析。
心臟超聲
心臟超聲可評價(jià)心臟結(jié)構(gòu)和功能，通過彩色血流編號、多普勒信號分析，觀察心臟腔室大小，檢查先天性疾病，比如房間隔缺損、室間隔缺損、肺動脈導(dǎo)管未閉等，以及明確是否有膜病變等。同時(shí)，心臟超聲可以評估心臟整體的收縮功能、舒張功能，明確心臟功能是否能夠完成泵血作用、是否合并心肌病等。超聲心動圖的分析及診斷涉及識別腔室切面視圖、定位心腔、手動描繪心內(nèi)膜邊界及定量測量心臟參數(shù)。盡管有嚴(yán)格的臨床指南指導(dǎo)，但操作過程仍存在主觀性較大、耗時(shí)較長等缺陷，尤其當(dāng)影像質(zhì)量不佳時(shí)，錯(cuò)誤發(fā)生的概率將顯著上升。此外，低質(zhì)量的圖像會降低相關(guān)參數(shù)測算的準(zhǔn)確率，導(dǎo)致診斷假陽性率升高。AI技術(shù)在超聲心動圖中的融入，將為上述問題提供新的解決思路。它能夠自動完成心室定量測量和射血分?jǐn)?shù)計(jì)算、應(yīng)變測量和瓣膜形態(tài)及功能評估等步驟。
目前，我國暫無作為第三類醫(yī)療器械的心臟超聲AI醫(yī)學(xué)影像軟件產(chǎn)品上市，但醫(yī)準(zhǔn)智能、復(fù)星杏脈等企業(yè)已有所布局。
2020年2月，Caption Health的AI輔助心臟超聲軟件（Caption Guidance）獲得美國食品藥品管理局（FDA）的上市批準(zhǔn)，成為首個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的此類產(chǎn)品。該軟件通過AI輔助的實(shí)時(shí)指導(dǎo)和對圖像質(zhì)量的即時(shí)評估，能夠幫助沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)療工作者獲取符合要求的心臟超聲圖像。
三大發(fā)展趨勢值得關(guān)注
向更多病種、更多診斷方式拓展
AI在心臟CT領(lǐng)域不僅局限于冠脈狹窄的評估及量化分析，其他諸如冠脈鈣化積分、易損斑塊分析、冠周脂肪測算、冠脈手術(shù)規(guī)劃等已得到理論與試驗(yàn)驗(yàn)證。如深睿醫(yī)療、醫(yī)準(zhǔn)智能、數(shù)坤科技、推想醫(yī)療、復(fù)星杏脈等企業(yè)都在積極對其進(jìn)行商業(yè)化，已有相關(guān)產(chǎn)品在研或申報(bào)。
心臟磁共振（MRI）通過多參數(shù)、多平面、多序列成像，可綜合性地對心臟的解剖結(jié)構(gòu)、運(yùn)動功能、血流灌注和組織特性進(jìn)行全面評估，在心肌病病因診斷、危險(xiǎn)分層及預(yù)后判斷上具有獨(dú)特價(jià)值，已成為心肌病理想的非侵入檢查手段。但由于磁共振序列眾多，不同廠家設(shè)備的參數(shù)不盡相同，圖像蘊(yùn)含的物理意義和臨床意義豐富，相關(guān)軟件開發(fā)存在一定困難。聯(lián)影智能的uAIFI、數(shù)坤科技的CMR-AI等項(xiàng)目，通過與醫(yī)療機(jī)構(gòu)的深度合作，利用自身先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)行心臟MRI人工智能醫(yī)學(xué)影像軟件的開發(fā)，旨在為MRI圖像分析提質(zhì)增效。
與智能可穿戴設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)健康監(jiān)測
因心血管疾病的特殊性，智能可穿戴設(shè)備在疾病診斷中可以發(fā)揮重要作用?？纱┐髟O(shè)備分為消費(fèi)級和醫(yī)療級兩大類，消費(fèi)級設(shè)備主要面向日常健康監(jiān)測，例如追蹤體溫、運(yùn)動量和血氧水平，并進(jìn)行智能分析；而醫(yī)療級設(shè)備則可連續(xù)或定期收集如血糖、心電圖等詳盡的醫(yī)療數(shù)據(jù)，涉及的設(shè)備包括胎心監(jiān)測器和心電監(jiān)測器等，還可以進(jìn)行智能分析診斷、輔助康復(fù)治療，例如可穿戴式慣性傳感器和可穿戴式自動體外除顫器等。
隨著消費(fèi)者對醫(yī)療功能需求的增加，一些傳統(tǒng)的消費(fèi)電子企業(yè)也開始進(jìn)軍醫(yī)療領(lǐng)域，通過不斷的技術(shù)升級和迭代，提升產(chǎn)品的醫(yī)療價(jià)值，為用戶提供實(shí)時(shí)健康監(jiān)測、預(yù)警和數(shù)據(jù)分析等專業(yè)健康管理服務(wù)。在心血管疾病監(jiān)測方面，智能可穿戴設(shè)備可以通過移動光體積描記技術(shù)檢測異常心律，識別可能的房顫病例，國內(nèi)外的臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，智能手表在診斷房顫方面的陽性預(yù)測值分別高達(dá)91.6%和84%。
全病程綜合管理，改善患者預(yù)后
心血管疾病往往由多種原因?qū)е拢⒊尸F(xiàn)多病共患的特點(diǎn)。AI技術(shù)將疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、預(yù)警、篩查、診斷、治療、遠(yuǎn)程管理整合于一體，實(shí)現(xiàn)以患者為中心的全病程綜合管理，通過精準(zhǔn)地監(jiān)測和分析個(gè)體的健康數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，為患者提供早期預(yù)警，同時(shí)輔助醫(yī)生進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷和制定個(gè)性化的治療決策。此外，智能設(shè)備和算法的發(fā)展還將極大地提高心血管病的診療效率和質(zhì)量。例如，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，醫(yī)生可以及時(shí)調(diào)整治療方案，而患者也能夠在家庭環(huán)境中得到專業(yè)的醫(yī)療關(guān)懷。這種模式不僅有助于促進(jìn)疾病的早期預(yù)防，還能在改善患者預(yù)后的同時(shí)顯著降低整體的醫(yī)療成本。
（摘自：中國食品藥品網(wǎng)）