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左室功能不全是各種心臟結構或功能異常導致左心室充盈和(或)射血功能受損,不能滿足機體組織代謝需要的一組綜合征。左室功能不全的早期篩查,對于及時治療及改善患者預后具有重要意義。然而,左室功能不全早期患者常缺乏特征性的臨床表現,且超聲心動圖及循環(huán)標志物具有成本-效益的局限性。因此,目前尚缺乏無創(chuàng)、平價且易于推廣的方法篩查左室功能不全。 近年來,人工智能網絡相關研究取得重大突破。其中,卷積神經網絡(CNN)已成為目前圖像分類、圖像識別、語音分析以及自然語言加工等領域的研究熱點。CNN的權值共享網絡結構有利于降低模型的復雜度、減少權值的數量,能夠直接將圖像作為網絡的輸入,避免了傳統(tǒng)識別算法存在的復雜的特征提取及數據重建過程。有研究表明,心臟結構或功能的改變可引起心電圖的變化,而經過良好訓練的CNN模型可識別此種變化,并判斷心功能狀態(tài)。南京醫(yī)科大學附屬無錫人民醫(yī)院心內科王如興教授團隊于Journal of Cardiovascular Electrophysiology雜志發(fā)表論文,探討了CNN利用常規(guī)12導聯(lián)心電圖識別左室功能不全的應用。 本研究收集了2018年1月至2019年5月間在南京醫(yī)科大學附屬無錫人民醫(yī)院就診患者的心電圖和經胸超聲心動圖數據。匹配了同一患者在14天內獲得的心電圖及心動圖數據,若同一患者存在多個配對數據,僅納入最早的配對,獲得26,792份心電圖-心超配對數據(表1)。 表1 納入患者的臨床特征 作者利用經胸超聲心動圖評估患者的心功能,以左室射血分數50%為界,判斷患者的左室功能是否存在異常。ECG圖像則按9:1:1的比例隨機分為訓練集、驗證集或測試集。訓練集和驗證集中的ECG圖像用于特征提取和CNN模型構建,測試集則用于模型預測性能的評估(圖1-2)。 圖1 數據收集及數據集的建立 圖2CNN模型的創(chuàng)建及測試流程 圖3 人工智能模型構架示意圖 研究結果提示,良好訓練的CNN模型在測試集中準確度為73.9% (73.8% ~ 74.0%),敏感度為69.2% (67.8% ~70.6%),特異度為70.5% (70.1% ~ 70.9%),陽性預測值為70.1%,陰性預測值為69.9%,曲線下面積為測試集為0.713(圖4)。 圖4 算法模型在驗證集和測試集上篩查效果的接受者操作特征 本研究結果顯示,通過構建并訓練深度學習模型,可僅基于常規(guī)的心電圖數據,以較低的成本,篩查左室功能不全的患者,為開展左室功能不全的早期篩查提供了新思路。 參考文獻 J Cardiovasc Electrophysiol. 2021 Feb 9. doi: 10.1111/jce.14936. Online ahead of print. 專家簡介 王如興,醫(yī)學博士、主任醫(yī)師、教授、南京醫(yī)科大學和江南大學醫(yī)學院博士研究生導師、專技二級崗、留美和留歐訪問學者。中華醫(yī)學會心血管分會心血管臨床研究學組委員、中華醫(yī)學會心電生理和起搏分會基礎研究學組委員、中國醫(yī)師協(xié)會心血管內科醫(yī)師分會委員、江蘇省醫(yī)學會心電生理與起搏分會副主任委員、“全國心律失常治療規(guī)范和新技術培訓”項目的培訓導師。江蘇省醫(yī)學重點人才、江蘇省有突出貢獻的中青年專家、南京醫(yī)科大學附屬無錫人民醫(yī)院心內科主任,高級專家。主持及完成國家和省市級科研課題20余項,其中國家自然科學基金面上項目3項,江蘇省自然科學基金面上項目2項,指導所帶研究生獲國家自然科學青年基金6項,近10年團隊成功獲得11項國家自然科學基金課題資助。獲省、市廳級科技進步獎和新技術引進獎15項。在國內外醫(yī)學期刊發(fā)表學術論文300余篇,其中在SCI收錄論文56篇,在中華系列雜志上發(fā)表論文74篇,其中《中華心血管病雜志》29篇。現為《中華心血管病雜志》、《中華心律失常學雜志》和《中國心臟起搏與心電生理雜志》編委及《實用心電學雜志》副主編。研究方向為心電生理的臨床和基礎,目前磁導航指導下復雜心律失常導管消融治療在國內領先。 劉彤,天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院心臟科主任醫(yī)師,教授,天津心臟病學研究所副所長,天津醫(yī)科大學科研處副處長,天津市131創(chuàng)新型人才(第一層次),首批天津市津門醫(yī)學英才。醫(yī)學博士/博士后(美國Cedars-Sinai醫(yī)學中心),天津醫(yī)科大學博士生導師。主要從事心臟起搏與射頻消融、心房顫動、腫瘤心臟病學的基礎和臨床研究。現任中華醫(yī)學會心臟起搏與電生理分會委員,中華醫(yī)學會心血管病分會青年委員,國際心電學會(ISE)青年委員,中華醫(yī)學會心臟起搏與電生理分會&中國醫(yī)師協(xié)會心律學專業(yè)委員會中青年電生理工作委員會副主任委員,中國心律學會青年委員,中國心電學會委員,中國抗癌協(xié)會第一屆整合心臟病學分會常務委員。PACE雜志(SCI收錄)編委,Cardiovas Diag Ther雜志(SCI收錄)編委,Cardiol Res Pract雜志(SCI收錄)特刊主編,中華心律失常學雜志通訊編委,中國心血管病研究雜志青年編委會副主任委員,中華老年心腦血管病雜志編委。 承擔國家自然科學基金項目4項,承擔天津市自然科學基金重點項目2項,參與國家自然科學基金項目2項,獲天津市科技進步獎3項。JACC、Stroke、Cardiovasc Diabetol、Heart、JAHA、Circulation AE、Heart Rhythm等雜志發(fā)表第一作者及通訊作者文章100余篇,總引用次數3652次,主編及主譯英文專著各1部,副主編專著2部。 |
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