亚心心电学苑刘鸣远程心电大数据和心电

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　　随着大数据、人工智能等创新技术的发展，数字技术在医疗领域高度渗透，“互联网＋”助力医疗行业，使得医疗信息呈几何倍数增长，医疗大数据时代已经到来。

１何谓大数据

　　大数据是指所涉及的信息资料数量规模巨大到无法通过现有的软件工具提取、存储、搜索、共享、分析和处理的海量的、复杂的数据集合。IBM提出了大数据的“4V”特征，即数量(volume)、多样性(variety)、速度(velocity)和真实性(velocity)。

1.1大容量

　　天文学和基因学是最早产生大数据变革的领域。年人类第一次破译人体基因密码时，用了10年才完成了30亿对碱基对的排序，而在10年之后，世界范围内的基因仪15min就可以完成同样的工作量。随着各种便携式智能设备的出现以及物联网和云计算、云存储等技术的发展，人和物的所有轨迹都可以被记录下来，产生的大量数据可以被收集起来，形成了大数据的海洋。

1.2多样性

　　随着传感器及智能设备等技术的快速发展，数据格式变得越来越多样化。在医疗系统，每一位患者从门诊就诊、专家号选择、各种检查检验结果、入院、药物或手术治疗、结果评估、复查等产生大量信息，数据格式涵盖了文本、音频、图片、视频、模拟信号等不同的类型。医院每天都会有成百上千例患者，所产生的数据量更是庞大。

1.3快速度

??英特尔中国研究院首席工程师吴甘沙认为，快速度是大数据处理技术与传统的数据挖掘技术最大的区别。大数据分析是一种以实时数据处理、实时结果导向为特征的解决方案。它的“快”有两个层面的含义：一是数据产生得快；二是数据处理得快。

1.4真实性

??数据的重要性就在于对决策的支持。数据的真实性是获得真知和思路的最重要因素，但即使是最优秀的数据清理方法，也无法消除某些数据固有的不可预测性。在云计算出现之前，传统的计算机无法处理数量如此庞大且不规则的“非结构数据”；在以云计算为代表的技术创新大幕的衬托下，这些原本很难收集和使用的数据开始容易地被利用起来。大数据与云计算是一个问题的两个方面：一方面是问题，另一方面是解决问题的方法。

２心电数据库

2.1数据库

　　所谓数据库就是组织、存储和管理数据的仓库。随着信息技术和市场的发展，特别是20世纪90年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库技术的主要目的是有效地管理和存取大量的数据资源，包括：提高数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据；减小数据的冗余度，以提高数据的一致性和完整性；提供数据与应用程序的独立性，从而减少应用程序的开发和维护代价。

2.2心电数据库的建立

　　心电数据库是指数据库内的心电图诊断和分类是经过临床资料证实，即数据库的心电图分类是以临床证据作为分类标准，或者经过权威的专家小组确认（主要指心律失常数据库）。

　　目前公认的可作为标准的心电数据库有三个，包括，①美国麻省理工学院与Bethisrael医院联合建立的“MITBIH心电数据库”：目前在国际上应用最多的数据库，由很多子数据库组成，每个子数据库都包含某个特定类型的心电记录。应用最多的是心律不齐数据库和QT数据库，国内外许多心电方面的研究都是基于该数据库的实验数据和各类识别算法的检测标准。②美国心脏学会的“AHA心律失常心电数据库”：主要目的是评价室性心律不齐探测器的检测效果。③欧盟的心电图通用标准心电数据库：包含例短时间的心电记录，采用12或15导联，主要目的是用于评价心电图自动分析仪的性能。其他还有如，④欧盟的“STT心电数据库”：用于评价ST段和T波检测算法性能；⑤心脏性猝死动态心电数据库：世界范围内每年40万人猝死，PhysioNet进行心脏性猝死的数据库建设，支持和推动这一重要领域的电生理研究；⑥PTB心电诊断数据库：德国国家计量署提供的数字化心电数据库，目的在于算法标准的研究与教学；⑦PAF预测挑战数据库：年针对自动预测阵发性心房颤动（paroxysmalatrialfibrillation,PAF）的开放性竞赛，竞赛的意义是推动美国在这个重大临床问题上的探索和创设友好竞争及广泛合作的环境。

??首先，心电数据库存储的一段心电图条图要求包含如下数据：①用于管理的数据，如姓名、年龄、出生年月、身份证号（医保号码）等；②不变的医疗数据，如性别、血型、过敏史等；③可变的医疗数据，如历次心电图诊断、相关临床诊断等。其次，数据的存储必须符合一定的标准和要求，以方便国内外不同中心心电图研究结果的交流和对比，如心电图记录的时间、性别、出生年月、种族、患者识别码、与疾病相关的临床病理资料、数字化记录和保存、心电图可随时打印在记录纸上等。第三，对于图形记录，要求采样频率不低于Hz、频响范围在0.05～Hz（0.05～Hz）、12导联同步记录、记录时间不少于10s、具有通信功能（可压缩传输并精准还原）、低噪声、无基线漂移等。第四，数据库的数据是动态的、不断增加的，要求在多个部位存放，并能按既定规则和定义提取，或按用户自定义提取。

??心电数据库的建立根据不同的研究方向，其要求也有所不同。比如：要进行心血管疾病流行病学的研究，首先应建立入选样本的基础心电图，并按计划定期随访采集心电图进入数据库，以便进行不同时期心电图的比较及调查心电图变化与临床资料的关系；建立正常人心电图标准值范围则需要数据库包含足够大的样本量，并且要考虑到不同性别和年龄组的样本分布数，以符合正常值研究的统计学要求；用于判断心电图诊断及仪器标准的心电数据库还应满足有关机构制定的标准，包括心电图的数据采集、储存、传送格式等标准；若研究心电图与临床疾病的潜在关系，则心电图数据库除包括明确的临床诊断证据外，还应有一定的样本数，最好还能收集到合并不同疾病或病理状态患者的心电图等。

３远程心电大数据

　　医院通过构建区域性的心电信息诊断平台，除了接收本院门诊、病房的心电资料外，还接受从社区、患者家庭等不同地方传输过来的心电图，可以集中诊断，实现区域化的心电图数字化存储和信息化共享。此举一方面可以实现远程监护，服务基层，节省医疗时间、空间及其他成本；另一医院医院之间的数据共享，相应的数据将纳入标本库，为大数据科研服务。

??年医院成立了远程心电监护中心，建有几十个分站，医院、社区卫生服务中心和厂矿卫生院；医院开展远程心电监测工作，并于年成立湖北省远程心电会诊中心，截至年年底已和全国近家基层医疗机构合作，辐射15个省市，覆盖人数近万。近年来，也相继有多个地区成立心电会诊中心，如年7月由医院承建的西南地区远程心电会诊中心成立，形成了覆盖西南各省（市）医院、医院、社区卫生服务中心、乡镇卫生院和村卫生室的多级区域协同医疗服务网络，解决了西南地区和边远乡村广大基层群众心电图检查诊断难题，提升了西南地区心血管疾病诊疗水平和防治能力；年7月，广东省家庭医生远程心电监测平台正式启动，与30余家医疗机构达成了合作，预计能和多家医疗机构达成合作，覆盖患者人数达多万。

??在远程传输和会诊的方式下，更多的病例资料可以被集中存储和管理，不仅包括心电图，同时传输的还包括病例信息、基础疾病甚至就诊时间、就诊周期和就诊地点等。并且，这些数据持续不断产生、爆发性增长，形成了大数据分析所需要的“海量”。

４大数据分析

　　传统的数据分析要求结果准确，但是，当样本是全部而不是“随机”或“抽样”时，并非所有的医疗数据都十分理想，数据本身会存在很多瑕疵甚至是错误。比如，远程传输的心电图片段就会有各种问题，主要是资料的“不完整”，如心电图机自动分析时未逐搏标记；自动标记测量的心搏不可避免地存在错漏，而人工纠正时又不能保证所有数据为同一人测量，即存在人工测量的个体差异等；上传到会诊中心的病历资料不完整；由于操作不规范等原因，原始采集数据的准确性、可靠性得不到保证。但是，大数据时代的研究数据如此之多，我们不必像“小数据”时代那样热衷于追求精确度。我们要允许“不精确”，不再对一个现象刨根问底，只要掌握大体的发展方向即可。

５心电图智能化诊断

5.1心电图的自动分析

　　心电图自动分析是迄今为止计算机在医学领域中应用最为成功的范例之一，它融合了包括传感器技术、信号处理技术、描记技术以及逻辑判断技术（人工智能）等最新的研究成果。心电自动分析软件利用计算机分析并显示心电图，测量必要的参数，再根据临床标准作出正确的诊断或评价。心电自动分析软件减少了医生的工作量，提高了临床指标分析的精度。

??目前国外主要的心电分析程序有Philips的SXLECGalgorithm,GE的Marquette12SLECGAnalysisProgram,Glasgow12leadECGAnalysisProgram,HESHannoverECGSystem,Mortara的VERITASAlgorithm，日本福田的TheAdvancedECGAnalysisProgran(Ver.S2)，日本光电的ElectroCardiographAnalysisProgramSystem(ECAPS)12C等。国内的心电分析程序有理邦的SmartECGEmeasurementandInterpretationProgram，科曼的ECGV8.0心电自动分析软件，迈瑞的运用Glasgow算法等。Philips的DXLECGAlgorithm、GE的Marquette12SLECGAnalysisProgram和Glasgow的12leadECGAnalsysisProgram可以称为目前主流心电分析软件的“三驾马车”。

??自年Marquette12SLECGAnalysisProgram出现以来，GE在计算机心电分析方面一直保持着行业领先地位，该软件也成为被证实的临床“金标准”。在心律失常的节律诊断、起搏检测、心率、电轴、各波段的持续时间及QRS振幅等方面，可实现有针对性的心电图跟踪和回顾，同时也包含多种疾病和各种程度的不正常的ECG数据库检测。

　　PhilipsSXL心电算法依据最新研究和相关的指南（如7AHA／ACCF／HRS指南PartⅡ1，第3期刘鸣．远程心电大数据和心电图智能化诊断··AHA／ACCF／HRS指南PartV12）而不断更新。比如算法中新增的右室导联和后壁导联提高了右心和后壁心电的分析诊断能力；STMaps功能借助视觉进行ST段变化的快速评估；STEMICA标准能识别可能的犯罪冠脉或可能的引起功能性缺血的解剖位置；设计了多种分析起搏器起搏方式的算法，同时保证各导联对起搏脉冲的精确检测；更重要的是，在心电图报告上显示了可以提醒临床医师注意的需要紧急处理的临床事件的关键值（危急值）。

??Glasgow12leadECGAnalysisProgram是被PeterW.Macfarlane教授及其同事不断研究和改进10年的产品。神经网络的研究成果，提高了房颤报告的准确性；年以后进行了一系列改进，包括房扑的检测、用年龄和性别来解释ST段抬高的心肌梗死、程序中加入Sgarbossa标准用以检测左束支阻滞合并急性心肌梗死的患者等。

??截至目前，计算机辅助的心电图自动分析并不能完全取代人工判读，其原因在于：一，计算机判断的准确性需要用统计学方法来评价；二，计算机不具备综合考虑患者所有临床情况进行系统分析的能力。然而，大数据时代的到来有可能改变这种人工干预的程度，提升计算机自动分析的准确性。

5.2心电图智能化诊断

??心电图自动分析的完成是基于系统中已经设定的测量和诊断标准，将实际采集的数据与系统中的数据进行对照，只要达到或符合某一条或几条标准就给出相应的诊断提示。在这种方式下，需要不断编译和更新数据库“标本”信息，比如PhilipsDXL算法会依据指南而不断更新，需要花费巨资。而谷歌则依据每天处理的30亿查询中输入搜索框中的错误拼写，用一个巧妙的反馈循环就可以将用户实际想输入的内容告知系统，将错别字作为“相关词”进行处理，几乎是用“免费”的方式获得了这种拼写检查。这种用户在线交互的方式，可以使机器不断地“从数据中学习”。

　　年两会中“人工智能”第一次出现在政府工作报告中，　　总之，“人工智能＋医疗”不是什么花哨的噱头，而是实实在在的未来。心电图检查作为一个在技术上实现自动化分析相对成熟的心血管疾病检查项目，试水人工智能，从心电信息切入，进而全面融合疾病相关资料，实现心血管疾病风险防控和慢病管理值得我们期待。

作者简介

　　刘鸣，副主任医师，医院心功能科主任。汕头大医院客座教授、武汉科技大学兼职副教授、武汉科技大学医学医院硕士生导师

　　现任：武汉医师协会心电学科医师分会主任委员

　　中华医学会中国心电图会诊中心湖北分中心-中国心电学基地湖北基地主任委员

　　湖北省生物医学工程学会心电信息学专业委员会副主任委员

　　武汉市医学会心电专业委员会副主任委员

　　中国动态心电图专业委员会副主任委员

　　中国医促会心律与心电分会散点图工作委员会副主任委员

　　中国心力衰竭委员会心电信息学分会常务委员

　　中国临床心电学会常务委员

　　中国远程心电监护联盟专家指导委员会专家委员

　　《实用心电学杂志》常务编委

亚心心功能科简介

　　医院心功能科是集心、肺功能各项检查于一体的科室。科室开展的检查项目达10余项，包括：普通心电图、动态心电图、24小时动态血压、平板运动实验、肺功能测定、无创动脉硬化、六分钟步行实验、直立倾斜实验、无创心功能、远程心电会诊、单导联长时间心电监测等。在全国率先引进大型MEMRS-ECG心电网络系统，率先实现了“数字化心电图网络诊断平台”，开创了一种全新的心电图检查模式。年全面开展远程心电会诊，远程心电辐射的区域远至千里之外的陕西、安徽、河北、新疆及江浙沿海地区，近至武汉市区的各个社区服务中心，服务于全国范围内的余家医疗机构。年在全国率先开展单导联长时程动态心电监测。单导联长时程动态心电图可记录1-30天甚至更长时间的心电活动，对不明原因的晕厥、一过性心律失常、发作性心肌缺血等检出率较普通动态心电图更高。

　　年，医院心功能科被中华医学会、中国心电图会诊中心授予“中国心电学基地湖北心电学基地”和“中国心电图会诊中心湖北分中心”，被中国健康促进基金会和中国远程心电联盟指定为省级“远程心电监护中心”。年，武汉市医师协会心电学科医师分会在医院成立，同年，成立了我省首个"高血压治疗与监控随访平台",并牵手中旗建立了“中旗心电临床实验基地/中旗亚心心电联合研究实验室”。年，牵手江苏斯坦德利医疗健康数据科技有限公司成立了“医院大数据研究联合实验室”。

　　医院心功能科有医技人员近30人，副主任医师、主治医师、博士生、研究生多人。刘鸣主任主编了《实用心电图图谱》、《临床心电图图谱》等专著，参编：《心脏瓣膜病诊断图典》、《远程心电监测与诊断》、《心电学技术规范化培训纲要》等专业学术著作。刘鸣主任主持了卫计委科研项目“远程心电网络平台建立的研究”。科室技术力量雄厚，专业技术团队在国家核心期刊发表论文50余篇。年，刘鸣主任获全国远程心电监测推广与临床应用“实践创新奖”，年被授予“21世纪杰出心电学奖”，被聘为武汉科技大学硕士研究生导师，特聘为汕头大医院客座教授，具有中国医师协会“心血管专科医师规范化培训师资”培训资格。年获中国医药生物技术协会心电学技术分会“动态心电突出贡献奖”，并带领亚心团队获得了“山德士杯”心电图大赛全国总冠军，全国心电图读图争锋赛湖北站冠军、全国心电学大比武三等奖等多项荣誉，并被中国心电学会评为“全国优秀心电集体”。