在遇到有心臟問題的患者時(shí)，醫(yī)生還是會求助于 120 多年前開發(fā)的工具心電圖 (ECG)。心電圖可以讓醫(yī)生無需手術(shù)或昂貴的成像工具，即可查看心臟內(nèi)部的情況。它們通過貼附在患者胸部的粘性電極透過皮膚記錄心臟的電信號。信號以尖波的形式顯示在監(jiān)視器上。醫(yī)生可以通過解碼這些讀數(shù)來檢測異常的心律或心率以及心臟病發(fā)作或高血壓的跡象。

不過，自 1954 年美國心臟協(xié)會公布了對 12 導(dǎo)聯(lián)心電圖標(biāo)準(zhǔn)化的建議以來，這項(xiàng)技術(shù)幾乎沒有什么更新。心電圖的明顯弱點(diǎn)在于精確度不足，因?yàn)樗鼪]有顯示問題的確切根源。這對于可能導(dǎo)致中風(fēng)或心力衰竭的心律失常來說是一個(gè)重要問題，因?yàn)橹委熞蕾囉诰_度。

醫(yī)療設(shè)備初創(chuàng)企業(yè)?Corify Care[1]?的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Andreu Climent 表示：“主要問題是我們不知道每個(gè)患者的具體情況，因此我們無法對癥治療?！?/p>

Corify Care Acorys?系統(tǒng)有望成為自 1954 年以來對心電圖最重大的更新。這項(xiàng)由人工智能驅(qū)動的非侵入式技術(shù)將提高診斷正確率，降低治療成本，并挽救患者生命。

電節(jié)律

精心協(xié)調(diào)的電路控制著心跳。上部右心房中的起搏細(xì)胞產(chǎn)生傳導(dǎo)到下部心室的電信號。當(dāng)電流通過心房時(shí)，電信號將血液泵入心室。心室迅速收縮，將血液泵出心臟，流經(jīng)身體的其他部位。

但心臟的變化，如過度勞累或藥物作用，可能會破壞這種電子級聯(lián)，使心臟節(jié)律出現(xiàn)異常。在心律失常時(shí)，電信號會沿其他路徑傳導(dǎo)，繞著一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動。醫(yī)生通常會使用心電圖來檢測這種變化。

“確定手術(shù)是否為正確選擇的問題在于，只有了解心臟內(nèi)部情況，才能弄清心律失常發(fā)生的區(qū)域?！?/p>

房顫 (AFib) 是最常見的心律失常類型之一。Corify 首席運(yùn)營官 Javier Milagro 談到：“房顫是最難治療的疾病之一。它非常不穩(wěn)定，而且比其他類型的心律失常要復(fù)雜得多?！?/p>

有時(shí)，心律失常會自行消失。如果沒有自行消失，早期治療中會使用藥物或休克療法讓心臟節(jié)律恢復(fù)正常。

如果這些療法也不能解決房顫問題，則患者可能需要手術(shù)治療。醫(yī)生會燒灼或冷凍消融一部分心臟組織，以制造小創(chuàng)面，擾亂有問題的電信號，使心跳恢復(fù)正常。但這種療法并非適用于一半以上的患者。有時(shí)，手術(shù)不起作用是因?yàn)樗皇钦_的治療方案。

Climent 說道，“確定手術(shù)是否為正確選擇的問題在于，只有了解心臟內(nèi)部情況，才能弄清心律失常發(fā)生的部位。”

醫(yī)生雖然可以精確地繪制心臟圖，但只能在開始外科導(dǎo)管消融手術(shù)后以侵入方式進(jìn)行。他們在肌肉上來回移動電極頭端來記錄不同點(diǎn)的活動，以便能夠定位問題所在區(qū)域。

Climent 說：“但如果外科醫(yī)生無法燒灼這個(gè)區(qū)域該怎么辦？你不能到處燒灼。在這種情況下，引入導(dǎo)管是毫無用處的，因?yàn)槟銦o法治療這種心律失常?！?/p>

如果醫(yī)生能在手術(shù)前確定問題的根源，他們就能更好地實(shí)施靶向治療，避免不必要的療程。Acorys 正好解決了這一問題。

從原型到產(chǎn)品

Corify Care 的誕生歷時(shí)十年之久。在創(chuàng)立公司之前，Climent 和聯(lián)合創(chuàng)始人 María Guillem（Corify 的首席科學(xué)官）一起在瓦倫西亞理工大學(xué)的一間轉(zhuǎn)化心臟學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作。一開始，他們無意涉足醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域，也沒想到要將他們的研究成果投入實(shí)際使用。

他們早期工作的重點(diǎn)是了解心臟生物電子學(xué)的基本原理。他們在單細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)物中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們使用 MATLAB?創(chuàng)建了細(xì)胞的數(shù)學(xué)模型，該模型后來發(fā)展為整個(gè)心臟的模型。

“借助 MATLAB，我們可以將所有信號作為一個(gè)整體并行處理，而不是像在其他程序中那樣逐個(gè)處理信號?！?/p>

他們還開發(fā)了用于繪制心臟圖的信號處理工具（最終成為了 Acorys 標(biāo)測功能的基礎(chǔ)），并在 2015 年為該核心技術(shù)申請了專利。Climent 說：“但我們從未想過會創(chuàng)辦一家公司?！眱赡旰?，Climent 申請了 Caixa Impulse 項(xiàng)目。該項(xiàng)目面向擁有專利技術(shù)的生物醫(yī)學(xué)博士后研究員，旨在對成功的申請人進(jìn)行創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)，為他們提供生物醫(yī)學(xué)行業(yè)的速成課程，并提供種子資金。

2018 年，Climent 與 Guillem 以及其他兩位聯(lián)合創(chuàng)始人首席醫(yī)療官 Felipe Atienza 和 Corify 科學(xué)顧問委員會主席 Francisco Fernández-Avilés 共同起草了一份商業(yè)計(jì)劃。他們與投資者合作于 2019 年成立了這家公司。在公司創(chuàng)辦后，他們申請了 MathWorks 創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，繼續(xù)與 MATLAB 合作。

隨著團(tuán)隊(duì)的迅速壯大，2020 年夏天迎來了 Milagro 和首席技術(shù)官 David Lundback 的加盟，后者負(fù)責(zé)完善 Acorys 原型。Lundback 表示：“我們已經(jīng)掌握了所有知識，只需要獲得原型并將它變成產(chǎn)品就可以了?！?/p>

他們需要將 Acorys 變成用戶友好的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以生成心臟表面的 3D 標(biāo)測圖，顯示電信號如何在組織中傳導(dǎo)。起初，Acorys 很難使用。光設(shè)置就要大約一個(gè)半小時(shí)。技術(shù)員需要將 64 個(gè)電極逐個(gè)連接到患者的背部和胸部。?視頻系統(tǒng)負(fù)責(zé)錄制患者的軀干，攝影測繪過程拍攝圖像，然后將其轉(zhuǎn)換為軀干標(biāo)測圖。

Lundback 說：“設(shè)置過程漫長而又復(fù)雜。我們研究了系統(tǒng)的流程，以確定如何使其更加實(shí)用?！?/p>

在接下來一年半的時(shí)間里，Corify 團(tuán)隊(duì)提高了 Acorys 的效率，將設(shè)置時(shí)間縮短到 10 分鐘，同時(shí)加快了標(biāo)測過程。Milagro 完善了處理心臟信號的代碼并使其組織有序。他需要弄清楚如何濾除電極的噪聲信號，例如其他肌肉的電活動或深呼吸對記錄的干擾。

此外，Milagro 還必須應(yīng)對醫(yī)學(xué)界所謂的心電圖逆問題，即利用體表電活動記錄準(zhǔn)確重建心臟活動的問題。只要了解軀干的幾何形狀，以及哪些電信號來自軀干的哪個(gè)部位，就可以反向重建心臟。Milagro 還需要考慮這些算法是否適用于所有患者。每個(gè)人的心臟和軀干形狀都獨(dú)一無二，而每個(gè)患者體內(nèi)心臟電活動的傳導(dǎo)方式也不盡相同，因此，Acorys 需要將這些問題都考慮在內(nèi)。

鑒于此類問題的復(fù)雜性，Milagro 認(rèn)為 MATLAB 是一個(gè)很有用的工具。Corify 團(tuán)隊(duì)使用 MATLAB 的信號處理方法和機(jī)器學(xué)習(xí)來濾除噪聲，從而生成更干凈的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過進(jìn)一步的信號處理可用來解決反演問題。他們用患者和數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練算法，使 Acorys 能夠獲取任何患者的電信號，并將其轉(zhuǎn)換成心臟標(biāo)測圖。

Milagro 表示，“借助 MATLAB，我們可以將所有信號作為一個(gè)整體并行處理，而不是像在其他程序中那樣逐個(gè)處理信號”。這也意味著算法可以幾乎實(shí)時(shí)地處理信息。

Lundback 專注于硬件。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)制作了一種由 128 個(gè)電極組成的背心狀薄片，而不是使用幾十個(gè)電極和電纜?，F(xiàn)在，技術(shù)人員只需在患者身上放四張薄片，覆蓋胸部和背部即可。電極上的標(biāo)記會顯示本地代碼，供升級后的攝像系統(tǒng)自動識別。

在升級后的攝像系統(tǒng)中，連接到 iPad 的 3D 攝像頭可以進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描。操作人員使用 iPad 和攝像系統(tǒng)圍繞患者來回走動，以掃描患者覆蓋電極的上半身。Corify 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了使用這些圖像來對軀干幾何形狀建模的算法?，F(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)快要完成最終產(chǎn)品了。

心臟病學(xué)的新紀(jì)元

Acorys 系統(tǒng)將不同組件整合到一起，為醫(yī)生提供了心臟及其電活動的近實(shí)時(shí)標(biāo)測圖。Milagro 表示：“Acorys 介于心電圖和侵入式導(dǎo)管手術(shù)之間。我們得到的結(jié)果與使用導(dǎo)管進(jìn)行有創(chuàng)標(biāo)測的結(jié)果相似，但與心電圖一樣是非侵入式的?！?/p>

“知道有人在我們系統(tǒng)的幫助下得到了治愈時(shí)，我們所有工程師都感覺太神奇了?！?/p>

心臟標(biāo)測圖會顯示在監(jiān)視器上，每五秒刷新一次，使醫(yī)生能夠隨時(shí)評估心臟的活動。心臟標(biāo)測圖上的不同顏色顯示了電激動的時(shí)間：紅色代表激動較早，深藍(lán)色代表激動較晚，兩者之間的時(shí)間用一系列彩虹色表示。

Milagro 表示：“我們可以看到電活動是如何在心臟組織中傳導(dǎo)的。例如，在房撲這種心律失常癥狀中，電活動不是以常規(guī)方式傳導(dǎo)的。在標(biāo)測圖上，它似乎繞著特定的點(diǎn)轉(zhuǎn)動，讓醫(yī)生可以知道靶向治療區(qū)域?！?/p>

盡管 Acorys 最初是針對房顫開發(fā)的，但也可以用于分析其他心律失常。該團(tuán)隊(duì)針對這一應(yīng)用開發(fā)了不同算法，因?yàn)槊糠N心律失常都有其特殊性。

Corify 在導(dǎo)管消融手術(shù)中測試了其產(chǎn)品的準(zhǔn)確性，將 Acorys 的輸出與侵入式標(biāo)測手術(shù)的結(jié)果進(jìn)行了比較。盡管迄今為止的測試前景向好，但 Acorys 還是達(dá)不到侵入式技術(shù)的精確度。

Corify 正在招募患者以開展 Acorys 上市所需的臨床評估。他們正在努力獲得歐盟的 CE 標(biāo)志和美國食品與藥物管理局的批準(zhǔn)。他們希望 Acorys 能在 2023 年前得到廣泛應(yīng)用。

一旦獲得批準(zhǔn)，除治療心律失常外，該系統(tǒng)還可改善心臟護(hù)理。Climent 表示：“醫(yī)生們也很樂意使用 Acorys 解決其他心臟問題。例如，他們希望將其標(biāo)測功能用于植入起搏器?！?/p>

到目前為止，在西班牙幾家醫(yī)院進(jìn)行測試后，臨床醫(yī)生已經(jīng)對近 200 名患者使用了該系統(tǒng)。這款工具給心臟病專家留下了深刻印象。通過對心臟及其電活動進(jìn)行詳細(xì)無創(chuàng)的觀察，Acorys 可以免除不必要的消融手術(shù)，從而節(jié)省患者和醫(yī)療保障系統(tǒng)的時(shí)間與金錢。如果患者因心律失常確實(shí)需要手術(shù)，Acorys 可以指引他們找到治療方案。

Climent 說：“當(dāng)你知道你的系統(tǒng)幫助治愈了某個(gè)人時(shí)，對我們所有工程師來說，感覺就像魔法一樣神奇。”

編輯：黃飛