雷鋒網(wǎng)按：這篇文章的作者是Wilson W. Good和Brian Zenger。Wilson W. Good是一名博士生研究員，同時(shí)任職于SCI和CVRTI（諾拉·艾克爾斯心血管研究和培訓(xùn)中心）。Brian Zenger則是SCI、CVRTI和猶他大學(xué)心血管疾病學(xué)院的一名醫(yī)學(xué)博士/博士研究生。

一天，你正像往常一樣在家里工作，忽然一陣疼痛襲來(lái)。你的胸口開(kāi)始抽痛，左臂也開(kāi)始疼痛。你毫不猶豫地沖向醫(yī)院，擔(dān)心自己最害怕的事情發(fā)生——你的心臟病發(fā)作了。剛到醫(yī)院，醫(yī)生、護(hù)士和其他醫(yī)務(wù)人員就開(kāi)始緊鑼密鼓地檢查、探測(cè)和刺激你身體的每一個(gè)部位。檢查和測(cè)試令你目不暇接，醫(yī)務(wù)人員大聲叫嚷，指揮新的檢查項(xiàng)目和其他團(tuán)隊(duì)成員。急診醫(yī)生盯著你床邊的監(jiān)視器仔細(xì)觀察，卻對(duì)檢查結(jié)果一頭霧水。于是，他們只好向心臟病專家請(qǐng)教，只不過(guò)這位心臟病專家是一臺(tái)電腦，而不是一個(gè)人。

心臟病和心臟病的檢測(cè)

在美國(guó)，每天都有2000多人心臟病發(fā)作，其中超過(guò)400人沒(méi)有得到及時(shí)的救治。當(dāng)物質(zhì)堵塞向心臟供血的動(dòng)脈時(shí)，心臟病就會(huì)發(fā)生。缺少血液，心臟就無(wú)法獲得必要的營(yíng)養(yǎng)維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，它開(kāi)始慢慢衰竭。病人等待治療的時(shí)間越長(zhǎng)，疾病就越有可能對(duì)心臟造成無(wú)法挽回的傷害。盡管過(guò)去一個(gè)世紀(jì)，研究人員在心臟病的檢測(cè)方面取得了許多進(jìn)展，但其原理和一個(gè)世紀(jì)前并無(wú)二致。迄今為止，醫(yī)生們?nèi)栽谑褂煤?0世紀(jì)初一樣的心電圖來(lái)監(jiān)測(cè)心臟的電活動(dòng)。根據(jù)心臟病的不同發(fā)作部位和嚴(yán)重程度，心電圖的某些區(qū)域會(huì)產(chǎn)生變化。但這種變化是非常細(xì)微的，不夠可靠，而且只包括了心臟全部電信號(hào)中的一小部分。

研究人員在心電圖中運(yùn)用了許多不同的信號(hào)處理方法，和其他復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。但這些并不足以抵消不同個(gè)體心臟間的差異。

就像指紋一樣，每個(gè)人心臟的形狀和跳動(dòng)的強(qiáng)度都有所不同，因此產(chǎn)生的靜式心電圖也是獨(dú)一無(wú)二的。更不用說(shuō)，心臟和身體表面的記錄裝置之間的空間，隨著體重、性別和體型不同而產(chǎn)生的巨大差異。這些導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)難以預(yù)測(cè)你獨(dú)特的心臟在特定時(shí)間點(diǎn)發(fā)生了哪些變化。因此我們需要一個(gè)新的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)要能夠根據(jù)你獨(dú)特的心臟形狀和信號(hào)判斷你是否患有心臟病。

雷鋒網(wǎng)注：上圖中，不同顏色代表某個(gè)時(shí)間點(diǎn)分布在身體表面的心電電壓值。其中，左邊展示的是健康狀態(tài)下的體表電壓；右邊展示了患心臟病時(shí)的體表電壓。右邊軀干表面的紅圈則對(duì)應(yīng)了臨床醫(yī)生通常診斷心臟病時(shí)尋找的標(biāo)志。

為了改善心電圖測(cè)量技術(shù)，我們團(tuán)隊(duì)利用了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最新成果來(lái)“教”計(jì)算機(jī)如何讀取心臟電信號(hào)。結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)之后，心電圖能向我們展示的有關(guān)心臟的信息，比以往任何時(shí)候都要多。

機(jī)器學(xué)習(xí)是如何工作的？

機(jī)器學(xué)習(xí)是研究人員用來(lái)教計(jì)算機(jī)識(shí)別數(shù)據(jù)集中獨(dú)特特征的一種技術(shù)，它識(shí)別的這些特征是肉眼難以分辨的。研究人員為計(jì)算機(jī)提供了多套不同特征的分類數(shù)據(jù)，然后讓它學(xué)習(xí)到底是哪些特征把這些數(shù)據(jù)劃分成了不同的類別。計(jì)算機(jī)檢測(cè)到的特征往往是微妙和復(fù)雜的，人類難以區(qū)分。一旦計(jì)算機(jī)知道了哪些特性對(duì)應(yīng)著不同的類別，它就能用這些知識(shí)對(duì)新的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分類。

我們是如何使用機(jī)器學(xué)習(xí)的？

猶他大學(xué)的科學(xué)計(jì)算與成像研究所（簡(jiǎn)稱SCI）是生物醫(yī)學(xué)計(jì)算和可視化領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。SCI研究所有17名全職教師和大約200名學(xué)生、程序員和員工，其中一些還隸屬于生物工程、計(jì)算、數(shù)學(xué)和物理系。SCI研究所的首要研究目標(biāo)是創(chuàng)建新的科學(xué)計(jì)算技術(shù)、工具和系統(tǒng)，以解決生物醫(yī)學(xué)、科學(xué)和工程方面的重要問(wèn)題。SCI研究所還被評(píng)為“英偉達(dá)GPU卓越中心”，它致力于用現(xiàn)代計(jì)算的強(qiáng)大力量和多樣性來(lái)推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。

我們用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)檢測(cè)能第一時(shí)間預(yù)測(cè)心臟病的心臟信號(hào)變化。我們的方法是把來(lái)自心臟的電信號(hào)分離出來(lái)，模擬心臟病發(fā)作，并檢查模擬前、模擬中和模擬后的電信號(hào)變化。然后讓計(jì)算機(jī)讀取這些信號(hào)，將它們分成“有心臟病”和“沒(méi)有心臟病”兩個(gè)類別。和人類觀察者相比，計(jì)算機(jī)診斷心臟病的速度提高了10%，準(zhǔn)確率也提高了32%。機(jī)器學(xué)習(xí)算法發(fā)現(xiàn)的每一個(gè)額外的信號(hào)都有可能避免誤診。

心臟病檢測(cè)的前景

使用機(jī)器學(xué)習(xí)幫助醫(yī)生診斷心臟病，正在推動(dòng)心臟病學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。醫(yī)生和醫(yī)護(hù)人員很快就能有更好的工具來(lái)檢測(cè)和治療心臟病了，這可是生活中最可怕的疾病之一。這一工具甚至還能幫助那些因?yàn)榛蚧颦h(huán)境因素，具有心臟病高發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的人群。這項(xiàng)研究或許能為醫(yī)務(wù)人員了解和診斷心臟病提供一種新的途徑，甚至讓心臟病導(dǎo)致的死亡成為歷史。

如果你曾經(jīng)因?yàn)樾乜谔弁慈タ催^(guò)醫(yī)生，不妨留意一下他的助手是誰(shuí)，很有可能只是一臺(tái)電腦。

via venturebeat   雷鋒網(wǎng)編譯

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