（來源：麻省理工科技評(píng)論）

心力衰竭的特征是心肌功能減弱或受損，導(dǎo)致液體逐漸在患者的肺部、腿部、腳部和身體其他部位積聚。這種疾病是慢性且無法治愈的，常常引發(fā)心律失?；蛐呐K驟停。在過去的許多個(gè)世紀(jì)里，放血和水蛭療法是首選治療方式，歐洲的理發(fā)師外科醫(yī)生便以此聞名，那個(gè)時(shí)代的內(nèi)科醫(yī)生很少親自為患者動(dòng)手術(shù)。

到了 21 世紀(jì)，心衰的管理方式已經(jīng)遠(yuǎn)離了中世紀(jì)：如今，患者會(huì)接受健康生活方式的調(diào)整、處方藥物治療，有時(shí)還會(huì)使用心臟起搏器。然而，心衰仍然是全球主要的致病和致死原因之一，給各國(guó)醫(yī)療系統(tǒng)帶來了沉重負(fù)擔(dān)。

“大約一半被診斷為心衰的患者會(huì)在確診后五年內(nèi)死亡，”MIT 博士生特婭·貝爾加馬斯基（Teya Bergamaschi）說。她在 Nina T. and Robert H. Rubin 冠名教授科林·斯塔爾茨（Collin Stultz）的實(shí)驗(yàn)室工作，也是一篇介紹心衰預(yù)測(cè)深度學(xué)習(xí)模型新論文的共同第一作者?！傲私饣颊咴谧≡汉蟮念A(yù)后走向，對(duì)于分配有限的醫(yī)療資源非常重要?！?/p>

這篇論文由 MIT、Mass General Brigham 和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《柳葉刀電子臨床醫(yī)學(xué)》上，展示了 PULSE-HF 模型的開發(fā)和測(cè)試結(jié)果。PULSE-HF 的全稱大致為“根據(jù)心衰患者心電圖預(yù)測(cè)左心室收縮功能變化”（Predict changes in left ventricULar Systolic function from ECGs of patients who have Heart Failure）。該項(xiàng)目在斯塔爾茨的實(shí)驗(yàn)室完成，該實(shí)驗(yàn)室隸屬于 MIT 阿卜杜勒·拉蒂夫·賈米爾機(jī)器學(xué)習(xí)與健康診所。研究團(tuán)隊(duì)使用麻省總醫(yī)院、布萊根婦女醫(yī)院和 MIMIC-IV（一個(gè)公開數(shù)據(jù)集）的三個(gè)不同患者隊(duì)列對(duì)模型進(jìn)行了開發(fā)和回顧性測(cè)試，該深度學(xué)習(xí)模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）的變化，即每次心跳時(shí)左心室泵出血液的百分比。

健康人的心臟每次跳動(dòng)大約會(huì)從左心室泵出 50% 到 70% 的血液，低于這個(gè)范圍則被視為潛在問題的信號(hào)?！霸撃Ｐ徒邮找环菪碾妶D，輸出對(duì)未來一年內(nèi)射血分?jǐn)?shù)是否會(huì)降至 40% 以下的預(yù)測(cè)，”斯塔爾茨實(shí)驗(yàn)室的 MIT 博士生 Tiffany Yau 說。她也是 PULSE-HF 論文的共同第一作者。“這是心衰中最嚴(yán)重的亞組?！?/p>

如果 PULSE-HF 預(yù)測(cè)某位患者的射血分?jǐn)?shù)可能在一年內(nèi)惡化，臨床醫(yī)生可以優(yōu)先安排該患者進(jìn)行隨訪。相應(yīng)地，低風(fēng)險(xiǎn)患者可以減少就診次數(shù)，減少在身上貼 10 個(gè)電極做 12 導(dǎo)聯(lián)心電圖的時(shí)間。該模型也可以部署在醫(yī)療資源匱乏的臨床環(huán)境中，例如農(nóng)村地區(qū)的診所，這些地方通常沒有心臟超聲技師來進(jìn)行日常超聲檢查。

“PULSE-HF 與其他心衰心電圖方法最大的區(qū)別在于，它做的是預(yù)測(cè)而非檢測(cè)，”Tiffany Yau 說。論文指出，迄今為止，尚無其他方法能夠預(yù)測(cè)心衰患者未來的 LVEF 下降。

在測(cè)試和驗(yàn)證過程中，研究人員使用了“受試者工作特征曲線下面積”（AUROC）這一指標(biāo)來衡量 PULSE-HF 的性能。AUROC 通常用于衡量模型在 0 到 1 的范圍內(nèi)區(qū)分不同類別的能力，0.5 表示隨機(jī)猜測(cè)，1 表示完美。PULSE-HF 在三個(gè)患者隊(duì)列中的 AUROC 達(dá)到了 0.87 到 0.91。

值得注意的是，研究人員還構(gòu)建了一個(gè)適用于單導(dǎo)聯(lián)心電圖的 PULSE-HF 版本，這意味著只需在身上放置一個(gè)電極。雖然 12 導(dǎo)聯(lián)心電圖通常被認(rèn)為更全面、更準(zhǔn)確，但單導(dǎo)聯(lián)版本的 PULSE-HF 表現(xiàn)與 12 導(dǎo)聯(lián)版本同樣出色。

盡管 PULSE-HF 背后的理念簡(jiǎn)潔優(yōu)雅，但和大多數(shù)臨床 AI 研究一樣，其執(zhí)行過程極為艱辛?！斑@個(gè)項(xiàng)目花了好幾年，”貝爾加馬斯基回憶道，“經(jīng)歷了很多次迭代?！?/p>

團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)之一是心電圖和超聲心動(dòng)圖數(shù)據(jù)集的收集、處理和清洗。雖然模型的目標(biāo)是預(yù)測(cè)患者的射血分?jǐn)?shù)，但訓(xùn)練數(shù)據(jù)的標(biāo)簽并非總是現(xiàn)成的。就像學(xué)生需要帶答案的教材來學(xué)習(xí)一樣，標(biāo)簽對(duì)于幫助機(jī)器學(xué)習(xí)模型正確識(shí)別數(shù)據(jù)中的模式至關(guān)重要。

TXT 格式的干凈線性文本通常最適合訓(xùn)練模型。但超聲心動(dòng)圖文件通常以 PDF 格式存儲(chǔ)，將 PDF 轉(zhuǎn)換為 TXT 文件時(shí)，文本會(huì)被換行符和格式打斷，模型很難讀取?，F(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的不可預(yù)測(cè)因素，比如躁動(dòng)的患者或松動(dòng)的導(dǎo)聯(lián)線，也會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量?！坝写罅啃盘?hào)偽影需要清理，”貝爾加馬斯基說，“這基本上是個(gè)無底洞。”

貝爾加馬斯基和 Tiffany Yau 都承認(rèn)，更復(fù)雜的方法可以幫助過濾數(shù)據(jù)以獲取更好的信號(hào)，但這些方法的實(shí)用性是有限度的?！澳闶裁磿r(shí)候該停下來？” Tiffany Yau 問道，“你必須考慮實(shí)際使用場(chǎng)景，讓模型能夠處理略有噪聲的數(shù)據(jù)，是不是最簡(jiǎn)單的方案？”

研究人員預(yù)計(jì)，PULSE-HF 的下一步將是在真實(shí)患者中進(jìn)行前瞻性研究測(cè)試，這些患者未來的射血分?jǐn)?shù)尚屬未知。

盡管將 PULSE-HF 這類臨床 AI 工具推向終點(diǎn)線面臨重重挑戰(zhàn)，包括可能讓博士延期一年的風(fēng)險(xiǎn)，兩位學(xué)生仍覺得多年的辛苦付出是值得的。

“我覺得事情之所以有價(jià)值，部分原因就在于它具有挑戰(zhàn)性，”貝爾加馬斯基說，“一個(gè)朋友對(duì)我說過，‘如果你覺得畢業(yè)后才能找到自己的使命，而它真的是你的使命，那它不會(huì)因?yàn)槟愣嗷ㄒ荒戤厴I(yè)就消失?！跈C(jī)器學(xué)習(xí)與健康這個(gè)領(lǐng)域，衡量我們研究者的標(biāo)準(zhǔn)和其他 ML 領(lǐng)域的研究者不同。這個(gè)社群里的每個(gè)人都理解這里存在的獨(dú)特挑戰(zhàn)?！?/p>

“這個(gè)世界上有太多苦難?！盩iffany Yau 說。一次健康事件讓她意識(shí)到機(jī)器學(xué)習(xí)在醫(yī)療領(lǐng)域的重要性，之后她加入了斯塔爾茨的實(shí)驗(yàn)室?！叭魏卧噲D減輕苦難的事情，我都認(rèn)為值得我為之付出時(shí)間?！?/p>

https://news.mit.edu/2026/can-ai-help-predict-which-heart-failure-patients-will-worsen-0312