超声心动图中的人工智能

超声心动图是诊断心血管疾病的常用且必不可少的工具。 使用超声波，该技术允许对心脏功能进行非侵入性评估，包括收缩功能、舒张功能、心腔量化以及瓣膜异常的诊断和量化。 超声心动图的使用每年都在增加； 2011 年仅在医疗保险人口中就进行了超过 700 万次超声心动图检查。 心血管疾病仍然是全世界死亡的主要原因，允许超声心动图的广泛使用可能导致心血管疾病的早期诊断和治疗，并可能减少医疗保健差异。

超声心动图的过程首先需要图像采集，然后是图像分析和解释。 传统上，图像采集由心脏超声技师（技术人员）或医生执行。 图像审查和解释由专科医生执行，通常是心脏病专家或放射科医生。 该过程中的每个步骤历来都需要高水平的培训和专用设备，这限制了它在资源贫乏地区的使用。 然而，鉴于操作该设备需要高水平的技能，因此仍然需要额外的技术来帮助采集和解释成像。 然而，随着超声技术的改进，设备的成本和尺寸已经降低，并且使用床边超声来指导临床决策制定变得越来越普遍。 这种床边超声专注于特定问题，例如诊断胸腔积液或心包积液，并且可以很容易地教授给非专家。

克服这些限制的潜在工具之一是人工智能 (AI)。 人工智能是使用计算机程序来模仿人类思维的认知功能，以学习和解决问题。 超声心动学是一个特别成熟的领域，可能会受益于人工智能的使用。 由于解剖差异和动态临床情况，图像采集和分析过程在患者之间可能有很大差异。 尽管简单的计算机算法无法整合这些差异，但人工智能可能允许机器辅助图像采集和分析。 在过去的几年中，对超声心动图的计算机辅助分析进行了大量研究。 该技术的使用可以加速超声心动图图像的采集，减少采集和分析图像所需的训练量，提高诊断质量，并减少超声心动图图像分析中观察者间的差异。

通过将人工智能辅助图像采集和分析与超声技术相结合，服务欠缺地区的受过最低限度培训的操作员可以使用超声心动图准确诊断心血管疾病。

这项研究将由纽约长老会哥伦比亚大学医学中心医学系的超声心动图实验室和内科住院医师计划监督。 该研究将针对主要位于米尔斯坦医院 5 花园南病房的住院心脏病病房服务进行。 研究的主要对象是内科住院医师，他们在住院心脏病病房服务中轮换。

在这项研究期间，住院医师将接受培训课程，向他们介绍超声心动图的基本概念以及 Bay Labs 超声心动图 AI 超声系统或标准超声心动图系统（原生 Terason 超声心动图机）的使用。 在此协议中，他们使用这些工具获得的超声心动图图像将称为“研究超声心动图”。 这与由心脏超声医师、心脏病学研究员或心脏病学主治医师执行并由专门从事超声心动图的心脏病学主治医师分析的“正式超声心动图”形成对比。 住院医师将使用 Bay Labs 系统或本地 Terason 系统对入住心脏病病房团队的患者进行超声心动图检查，这些患者已经接受或计划在研究超声心动图的 1 天内接受正式的超声心动图检查。 该项目的明确目标是 (1) 确定作为新手用户的住院医师是否有可能获取和解释超声心动图图像，以及 (2) 使用 Bay Labs 系统是否有助于通过标准系统进行教育。 作为本研究的一部分进行的 Bay Labs 超声心动图未获 FDA 批准用于辅助临床决策制定，因此研究超声心动图的结果不会用于改变临床管理。

心脏病住院病房共有 4 个心脏病住院医师小组，小组使用字母系统指定：A、B、C 和 D。每个小组由一名第一年住院医师和一名第三年住院医师组成年住院医师。 A 队和 C 队组成一对队，B 队和 D 队组成第二队。 这些团队在晚上由一个单独的住院医师团队负责。 每个二人组主要由一对心脏病学主治医师监督，他们负责监督普通心脏病患者的护理。 除了服务心脏病学主治医生外，这些团队还可以在心力衰竭心脏病专家或其他私人心脏病专家的照料下管理患者。 每个团队总共可以携带10名患者。 团队的收治结构允许每 24 小时内有 7 名新患者入住心脏病病房服务。 白天，long-call 团队可接收 3 名患者，short-call 团队可接收 1 名患者。 晚上，通宵（长途）团队可以收治 3 名患者。

在研究开始之前，将制定一个时间表，每 4 周一次的心脏病住院病房轮换将被分配使用 Bay Labs 技术或本地 Terason 系统。 在他们的心脏病住院病房轮换开始时，将与住院医师联系以同意参加研究。 同意研究的住院医师将接受预测试，询问他们对超声心动图的性能和解释的舒适度。 然后，他们将接受培训课程，向他们介绍超声心动图的基础知识、研究方案以及 Bay Labs 超声心动图系统或本地 Terason 超声心动图系统的操作。 接受此培训后，他们将能够开始在研究中进行超声心动图检查。

每天早上，每位住院医师都可以指定 1-3 名接受超声心动图检查的患者。 纳入和排除标准列在协议中。 研究者或研究助理将接触患者以同意他们参与研究。 然后，参与者将接受由住院医师进行的超声心动图检查，图像将被存储以供日后分析。 在每次超声心动图检查后，住院医师将填写一份记录超声心动图的简短表格。 此表上的问题将包括人口统计学、临床特征、有关测试的技术方面（例如是否可以获得特定视图），并询问有关操作员在测试期间观察到的估计心脏功能的基本问题。

在轮换结束时，参与的居民将对他们对超声心动图的表现和解释的舒适度进行后测。 他们将有机会就研究提供反馈。 在研究期间和之后，将向住院医师提供有关超声心动图的反馈，以帮助学习。

研究期结束后，将对数据进行分析。 将分析前测和后测的结果，以确定住院医师在轮换期间是否提高了他们的超声心动图知识。 超声心动图将由研究调查人员和主治超声心动图进行分析并与正式超声心动图进行比较，以确定是否可以获得指定的图像视图、获取图像所需的时间以及与正式超声心动图相比图像的质量。 住院医师在研究超声心动图期间目视观察到的左心室收缩功能、Bay Labs 软件计算的那些组患者的 autoEF 以及来自正式超声心动图的左心室射血分数将进行比较。

这项研究对入组患者的风险不超过最低限度。 测试本身（经胸超声心动图）是无创的，没有辐射暴露。 此外，医疗团队将被禁止根据 Bay Labs 超声心动图做出临床决策，取而代之的是基于正式超声心动图。 在研究结束时，数据将被永久去识别化。