人工智能在心电信号处理中的应用

作者:邱励燊 时间:2020-09-24

  1.历史回顾 

  1872年,英国皇家学会院士缪尔黑德使用一台固定在投影仪上的里普曼微电流计,通过连接到一个发烧病人手腕上的导线上获得了他心脏搏动的电信号并记录了下来。 

  1903年,荷兰医生、生理学家威廉·埃因托芬发明了弦线式检流计,从而带来了心电图历史上的第一次突破。为了表彰他的此项发现,他于1924年获得诺贝尔医学与生理学奖。 

 

  2018912日,苹果公司发布Apple Watch Series 4其具备电极式心率传感器,可为使用者制作其心电图,以利医疗人员参考。 

 

  2.何为心电 

  Electrocardiography的词源来自于三个希腊单词:“electro”,意为电生理活动;“cardio”,希腊语“心脏”,还有“graph”;希腊语词根,意为:“描记”。 

  心电描记术是一种经胸腔的以时间为单位记录心脏的电生理活动,并通过皮肤上的电极捕捉并记录下来的诊疗技术。这是一种无创性的记录方式。 

  在健康心脏的一个心动周期中,由窦房结细胞产生的去极化波有序的依次在心脏中传播,先传播到整个心房,经过“内在传导通路”传播至心室。 

 

  3.课题背景 

  20194月份,由国家心血管病中心组织编撰的《中国心血管病报告2018》在《中国循环杂志》上发布。报告指出两大问题,我国心血管病患病率持续上升,心血管病死亡率仍居首位。 

 

 

  4.发展与创新 

  •   Jiapu PanWillis J. Tompkins1985年在IEEE生物医学工程学报提出Pan-Tompkins算法用于检测QRS波群位置,文中提出的自动化、自适应的思路到现在仍在使用。 

  •   1998年,Silipo RMarchesi C.首次将人工神经网络和心电信号的心拍分类结合起来。 

  •   2001年,MIT-BIH数据库开源并上线,直到今天仍有许多研究围绕进行。 

  •   2015年,Kiranyaz 1维卷积网络应用于实时的心拍分类中。 

  •   2017年,吴恩达带领的斯坦福团队,训练了一个34层的卷积神经网络,将该模型的性能与其他6位心脏病专家的表现进行比较。在召回率(敏感度)和精确度(阳性预测值)方面均超过了心脏病学家的平均表现。 

 

 

  5.两大目标 

  (1) 让稀缺医疗资源不再稀缺 

  当下的医疗服务行业中,供需不平衡的问题还没有得到充分解决。数据显示,中国人口占全球人口的22%,但医疗资源仅占全球的2%,而在农村的医疗资源和水平更加有限。通过AI技术和大数据的加持,让更为高效、准确,稀缺的医疗资源也能被更多普通民众使用。 

 

  (2)AI正在解放医生的眼与脑 

  心内科医生每天花费大量时间看各种病人的心电图,来寻找其中的细节,这种重复、机械、高负荷的工作让医生们不堪重负。AI通过对大量心电信号的深度学习,从数据优化到模型网络结构,实现对心脏疾病的准确识别,解放医生的眼与脑。 

 

  6.未来的方向 

 

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