長庚應用人工智慧於心臟衰竭篩檢 榮獲2021國家新創精進獎續獎

長庚新創精進獎續獎作品 —人工智慧整合12導程心電圖預測心臟收縮功能及死亡風險

長庚醫療人工智能核心實驗室,應用人工智慧在心臟衰竭篩檢成果卓越,不但在國際頂尖美國心臟協會大會上發表,更榮獲去年國家新創獎與今年國家新創獎的新創精進獎續獎。長庚醫院表示,未來將執行臨床試驗,希望早一步推廣技術,應用在健康檢查或是門診,做一張簡單的心電圖,就能篩檢出早期或甚至是無症狀的心臟衰竭患者,做到早期診斷、早期治療。

心臟衰竭台灣盛行率及病例

林口長庚醫院溫明賢副院長表示,心臟是循環系統的幫浦,藉著心室肌肉的收縮,持續地把心室中的血液泵入肺與體循環。當心臟構造或功能異常,造成肺部或身體循環充血,導致一連串的症狀出現,血中生物標記–排鈉肽蛋白也隨著升高。

心臟衰竭亞洲盛行率約2-3%,台灣達6%,且2年死亡率33.9%,5年死亡率可達50%,不亞於癌症,6個月再住院率32%。近年來55歲以上台灣盛行率雖下降10-20%,但年輕人卻增加4%,冠狀動脈疾病、糖尿病、高血壓、高血脂等是常見的危險因子。

55 歲男性,過去無任何病史,住院前2週,開始覺得走路快不起來,走不久就會喘,爬樓梯一口氣也上不了三樓,中途因呼吸困難需要休息喘口氣,半夜睡覺會突然驚醒,原因是呼吸困難,需要起來走一走,呼吸舒暢些才能再回去睡覺。他也發現兩腳較從前腫脹,手指壓在小腿前脛骨側的皮膚會凹陷彈不起來。

趕緊到醫院求診,才發現是心臟衰竭,心跳加速,心臟擴大,左心室收縮分數23%,肺充血水腫,體重因全身積水而增加。不但如此,竟然還有糖尿病、高血壓的問題。原來他的母親就有同樣的疾病,但他從來沒想到自己也會罹患,也不曾去檢查過。經過住院治療,症狀逐漸改善,出院追蹤治療。

溫明賢副院長表示,長庚AI研究團隊使用AI心電圖預測軟體分析他的心臟收縮分數,竟然已可發現他的心室功能異常,收縮分數小於40%。假設此病患能早點接受篩檢,或許一張AI心電圖就能讓他在症狀未出現前就能及早接受治療。像這樣的案例,時常發生。

長庚醫院開發AI心電圖能推估病人心臟收縮分數是否異常,榮獲今年國家新創獎-新創精進續獎。圖/長庚醫院提供
長庚醫院開發AI心電圖能推估病人心臟收縮分數是否異常,榮獲今年國家新創獎-新創精進續獎。圖/長庚醫院提供

心衰竭病程四階段及診斷

心衰竭的發生通常分成四個階段,剛開始是「心衰危險期」,病患毫無症狀心臟也完好,血中生物標記正常,就可能只有高血壓或糖尿病,開始醞釀心臟變化。接著進入「心衰前期」,此時病患仍無症狀,但心臟的構造,或心臟功能開始出現異常變化。再來就是「心衰期」,病患開始出現心臟衰竭症狀,最後進入「心衰後期」,即使在休息時病患仍喘和呼吸困難,適當充分的治療下仍反覆心衰住院,甚至藥物治療無效,需人工心臟輔助或心臟移植,或末期的緩和治療。

心臟衰竭的診斷,除了要有喘、呼吸困難以及疲倦、無力、下肢水腫,甚至右側腹脹、胃口差等典型症狀外,尚需身體理學檢查、心電圖和胸部X光,或加上初步血液排鈉肽和其他基本檢驗,做綜合的評估。最重要是安排超音波檢查心臟的構造與功能,並量測心臟收縮分數,以確定診斷,找出病因,並決定心衰竭的類別,以利進一步處置與治療。但心臟超音波費用較高,往往等候檢查排程時間可能較久。

應用人工智慧判讀心電圖篩檢心臟衰竭

臨床上常用心臟超音波測量心臟收縮分數,來衡量心臟泵血的能力,正常值為50-70%。心臟收縮分數<40%為「心臟收縮分數降低的心衰竭」,心臟收縮分數≧50%為「正常心臟收縮分數的心衰竭」,41-49%為「輕度心臟收縮分數降低的心衰竭」。

近年來人工智慧技術的發達,讓這個早期篩檢議題有了新的方式。林口長庚醫院在心臟內科專家程文俊院長、溫明賢副院長及醫學研究部郭昶甫主任的帶領下,長庚醫療人工智能核心實驗室開發出利用方便的十二導程心電圖就能推估病人心臟收縮分數是否異常的人工智慧軟體,模型的操作者特徵曲線(AUROC)達0.93的高準確度。

溫明賢副院長表示,期望將來應用在健康檢查或是門診,做一張簡單的心電圖,就能篩檢出早期或甚 至是無症狀的心臟衰竭患者,做到早期診斷、早期治療,使得預防疾病惡化與療效能最佳化。

長庚醫療人工智能核心實驗室

長庚醫療人工智能實驗室2018年設立,目標為開發AI演算法以及在臨床場域實踐。長庚體系數十年經營已大量累積臨床與醫療資料並已電子化多年,為人工智能研究打下重要的基礎,運算資源方面更添購了高速運算中心,未來將醫療人工智慧軟體應用於臨床,輔助醫師、造福更多病患。長庚醫療人工智能實驗室也陸續獲得6座國家新創獎鼓勵,大量論文與專利的取得。

長庚醫院開發AI心電圖能推估病人心臟收縮分數是否異常,榮獲今年國家新創獎-新創精進續獎。圖/長庚醫院提供
長庚醫院開發AI心電圖能推估病人心臟收縮分數是否異常,榮獲今年國家新創獎-新創精進續獎。圖/長庚醫院提供