可穿戴移动心电监测设备自助模式的应用与进展

王红宇

可穿戴移动心电监测设备属于医疗保健类产品，该类产品市场份额占可穿戴电子设备市场的第1名(约占27%)，第2名是测量走路步数等的运动健康类可穿戴产品(约占23%)[1]。2012年为消费级可穿戴设备元年，2017年为医用可穿戴设备元年。在前景广阔的、改变人们生活方式的互联网移动医疗背景下，远程心电监测技术已经被广泛应用，大型医院成立了远程心电诊断中心，为周边医疗机构和社区卫生健康中心及站点提供心电图诊断、咨询、监护和急救工作，取得了很大成绩。个人可穿戴心电监测及家庭健康保健需求正在逐渐得到满足，必将为院外人群医疗保健和运动康复发挥重要的作用。

1 可穿戴设备的特点

可穿戴设备是指轻巧、便携、舒适、无扰的手环、手表、眼镜、耳机、胸带、背心等电子传感器设备。尤其是柔性、可伸展、可印刷传感技术的发展，促进了高精度、无感、便利的可穿戴医疗保健产品的问世。可穿戴设备是人们在自然状态下，通过直接穿在身上，或是整合到衣服或配件上的一种便携式设备，能够实现生命基本信息的获取，对疾病预测、预警和预防起到积极作用。

目前广泛应用于医疗保健和运动康复的可穿戴设备分为2类： 一类是自我量化、具有人体生理信号(如心率、脉搏、血压、血氧、体温等)采集功能的手表、手环/腕带等，可以监测人体的健康水平；另一类是体外量化、具有增强或感知自身原本无法感知的信息(如气压、海拔、消耗的卡路里、潜水深度等参数)功能的手表、手环/腕带等，可以实现感觉外部信息的功能。

相比之下，可穿戴心电图仪比较特殊，心电图图形多变，自动判别、自我量化比较困难。应用比较多的手环、手机计步器，能够记录行走步数；患者可以根据前一天的步数计划，控制结果，并得到验证。用手环、手机测量血压、心率，记录的数值患者自己可以确定高低，自助调整生活方式。而可穿戴心电图仪记录下来的复杂心电信息需要专业解读，患者不能掌控结果。现在推广的远程心电监测技术，必须在互联网环境下实现实时传输，并由远程心电监测中心的专业医师解读，可以实时发送回报告给患者和主管医师。这样的流程是医疗级别的设计，对于广大院外健康人群、亚健康人群以及慢性病人群都需要更方便简洁的产品。

可穿戴心电图仪的实用性、适应性、使用方便性是其广泛应用的条件之一。目前除了手环、手表，新近又出现了“创可贴”式样的心电采集仪，可以利用日光充电的心电仪，还有不怕水洗的内衣心电仪。

2 可穿戴心电监测设备的自助模式

为了应用方便，研究者设计了各种方法帮助患者理解心电图含义。

2.1 笑脸和哭脸图标

日本学者设计了卡通的笑脸和哭脸图标，帮助患者理解心电图正常还是异常；在心电图记录后，出现心率、心律失常、ST-T 3个分类，出现3个笑脸表明心电图正常。哪个分类出现哭脸，表明这个分类心电图异常。这类设备可用于重复测量、连续观测，简单明了，一目了然，非常适合老年人使用。

2.2 心电图结果自动分级标注

依据心电图异常的程度，按照轻重及风险高低分级，帮助患者理解心电图的异常程度，以及是否需要马上看医生。1级代表正常；2级代表轻度异常，自己决定看医生；3级代表中度异常，建议看医生；4级代表高度异常，建议马上看医生或住院诊疗；5级代表记录不良，无法出具报告。

2.3 散点图图标

依据心电图测量RR间期获取Lorenze散点图，可以筛查出典型的室性早搏二联律、房性早搏二联律，特别是心房颤动有特殊直观图形，有助于筛查出阵发性心房颤动。

2.4 焦虑程度彩图

依据心率变异理论设计出反映交感神经兴奋程度、估计疲劳程度的彩色条图，测量心电图后标注在彩色条图的一定位置，帮助使用者理解工作或生活压力对自己身体造成的损害严重程度，有助于改善熬夜等不良生活方式。

2.5 心电图智能软件识别自动诊断

可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更可以通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。该方式通过各种科学算法，对采集到的心电信息进行智能识别、机器软件判读，给出计算机辅助诊断，协助人工专业判读。

2.6 远程人工诊断

通过医院远程诊断中心或第三方专业服务，为患者提供专家诊断及指导。医院复诊回放储存的心电图也可以提供给主治医师，供其对比分析治疗效果。

3 可穿戴移动心电监测设备的应用进展

大多数可穿戴医疗设备都面向消费者销售，可以测量运动、心率和血压，检测和监测心律不齐，支持运动训练和康复。近几年，可穿戴移动心电监测在医疗保健和运动康复中的进展主要是预防脑卒中、需早治疗的心房颤动的筛查，以及与健康状态相关的心率变异性测定与分析。

最新发表在《新英格兰医学杂志》上的研究显示，可穿戴设备上的光学传感器可以检测不规则脉冲，智能手机、智能手表应用程序(App)在日常使用过程中可以识别房颤[2]。该项研究在8个月内招募了419 297名参与者，在平均117 d的监测中，有2161位参与者(0.52%)收到了不规则脉搏的信息；之后又有450名参与者进行了心电图监测。最终，心房颤动的总体发生率为34%，观察到心电图上的心房颤动并同时出现不规则脉搏信息的阳性预测值为0.84，说明光学传感器可以检测不规则脉冲，有初筛房颤功能[3]。

与其他类型可穿戴设备相比，基于家用的可穿戴式连续心电监护仪对未诊断的心房颤动的检测效果更好。mSToPS随机临床试验[4]是应用的可穿戴心电图贴片设备，自我应用连续心电图监测贴片，长达4周。2659名患者随机分配到立即开始的家庭监测组(n=1364)或延迟4个月开始的家庭监测组(n=1291)。新发房颤在即刻组中占3.9%(53/1364)，而在延迟组中占0.9%(12/1291)，说明在房颤高危人群中，与延迟监测相比，使用家庭可穿戴式心电图传感器贴片进行即时监测比4个月后的房颤诊断率更高。与未监测的对照组相比，接受监测的个体在1年时房颤的诊断率更高，抗凝剂的起始率更高，而且医疗资源的利用率也有所提高。

可穿戴心电设备对于经典心电图计算的心率变异性(HRV)指数相关性如何？通过使用可穿戴式光电容积描记术(PPG)和/或心电图描记器的18项研究的汇总结论是：其中16项集成了ECG-HRV技术，2项集成了PPG-PRV技术。所有研究项目都在休息期间检查了可穿戴设备在HRV检测中的准确性，仅有8个项目在运动期间进行了检测。在休息期间，经典心电图得出的HRV与可穿戴HRV之间的相关性非常好，但是随着运动水平的提高，相关性逐渐下降[5]。

4 可穿戴移动心电监测技术的发展

可穿戴设备正在朝着微型化、智能化、个性化、网络化、数字化、多模化、标准化的“七化”方向发展。

使用多模式数字贴片听诊器的可穿戴心肺监护[6]研发是使用55 mm单导联心电图和心动图估算左心室射血时间(LVET)和呼吸：多峰贴片听诊器，从一条55 mm心电图导线中估算了Einthoven心电图Ⅰ和Ⅱ导联。使用听诊器和心电图子系统，可以估算出射血前期(PEP)和LVET。心电图派生的呼吸技术与一种新颖的心音图派生的呼吸方法结合使用，可用以提取呼吸参数。在10名健康受试者仰卧、侧卧和俯卧位的研究中，Einthoven Ⅰ和Ⅱ导联估计得出的相关性超过0.97。LVET和PEP估计误差分别为10%和21%。估计呼吸频率的平均绝对误差低于1.2 次/min，呼吸信号的相关性为0.66。这证明使用可穿戴的多模态采集设备估算心电图、PEP、LVET和呼吸参数是可行的。也有针对心力衰竭患者的可穿戴设备，包括心电图监测记录器，带有内置传感器的纺织品背心，可以改善心衰患者预后和早期发现急性代偿失调[7]。

机器学习和人工智能可以帮助处理多方面的数据集[8]。共129名患者使用配备可穿戴式心电图和加速度计的6 min步行测试(6MWT)，基于6MWT距离(6MWD)评估功能能力，探索了线性和非线性可解释模型来预测6MWD，获得的3D地图可视化了传感器衍生的生物标志物与功能能力之间的关系，从而可以动态跟踪患者的整个过程。在算法开发领域，越来越多的研究将原始生理参数收集和处理成有重要意义的健康信息，为患者提供感兴趣的与健身或健康相关的结果[9]。

2019年第一季度，中国可穿戴设备市场出货量为1950万台，同比增长34.7%。相对于不断下滑的智能手机市场，中国可穿戴设备市场保持着高速增长的趋势[10]。可穿戴移动心电监测技术必将随着5G的推进有一个大的发展。可穿戴设备的大量运用引发人们对数据安全性和有效性的关注，涉及监管、报销问题以及法律责任等。将可穿戴设备中的数据集成到临床决策中并尽可能支持患者和医疗保健专业人员决策是未来方向。