机器学习帮助修复破碎的心
创业公司将心律失常治疗带入21世纪
当有人有心脏问题时，医生们会求助于一种120多年前开发的工具——心电图。心电图让医生无需手术或昂贵的成像工具就能看到心脏内部发生了什么。他们通过附着在患者胸部的粘性电极，通过皮肤记录心脏的电信号。信号以尖峰波的形式出现在显示器上。医生可以通过解码这些读数来检测异常的心律或心率，以及心脏病发作或高血压的迹象。
但自1954年美国心脏协会(American Heart Association)发布12导联心电图标准化建议以来，这项技术几乎没有更新。心电图的明显弱点是不精确，因为它不能显示问题的确切来源。这对于可能导致中风或心力衰竭的心律失常来说是一个重大问题，因为治疗依赖于准确性。
一家医疗设备初创公司的联合创始人兼首席执行官安德烈•克里门特表示:“主要问题在于，我们不知道每个患者的情况，所以我们无法治愈他们。Corify保健．
Corify Care Acorys®该系统有望成为自1954年以来最重要的心电图更新。这种由人工智能驱动的非侵入性技术将改善诊断，降低成本，挽救患者的生命。
电动的节奏
精心协调的电路控制着心跳。位于右上心房的起搏器细胞产生电信号，并传递到下面的心室。当电流通过心房时，它们将血液泵入心室。心室迅速收缩，迫使血液流出心脏，流经身体的其他部位。
但心脏的变化，如过度劳累或药物作用，会破坏这种电级联，使心脏失去节奏。在心律失常时，电信号沿着不同的路径，绕着一个点转。医生通常通过心电图来检测这种变化。
“要确定手术是否是正确的选择，唯一的方法就是进入心脏内部，才能知道心律失常在哪里发生了转变，以及手术是否是正确的选择。”
Corify Care联合创始人兼首席执行官Andreu Climent
心房颤动(AFib)是最常见的心律失常之一。Corify的首席运营官哈维尔·米拉格罗(Javier Milagro)说:“AFib是最难治疗的疾病之一。”“它非常不稳定，比其他类型的心律失常复杂得多。”
有时心律失常会自己解决。如果没有，早期的治疗包括药物治疗或休克疗法来重置节奏。
如果这些治疗方法不能解决AFib，患者可能需要手术。医生通过烧灼或冷冻的方式消融一部分心脏组织，以制造小伤疤，破坏有问题的电信号，使心跳恢复正常。但这种方法对一半以上的患者无效。有时，手术不成功是因为它不是正确的治疗选择。
Acorys为医生提供了一个接近实时的心脏及其电活动地图。(图片来源:Corify Care)
“要确定手术是否是正确的选择，唯一的方法就是进入心脏内部，”Climent说。
医生可以精确地绘制心脏地图，但只有在他们已经开始了外科导管消融手术后，才能进行侵入性绘制。他们通过肌肉移动电极尖端来记录不同部位的活动，这使他们能够定位问题区域。
“但如果外科医生不能烧掉这个区域会发生什么?你不能到处都烧，”克莱门特说。“在这种情况下，导管是免费引入的，因为你无法治愈心律失常。”
如果医生能在手术前确定问题的根源，他们就能更好地针对性地治疗，避免不必要的手术。Acorys解决了这个问题。
从原型到产品
Corify Care花了十多年的时间打造。在成立公司之前，clement和Corify的首席科学官、联合创始人María Guillem在瓦伦西亚理工大学的一个转化心脏病学实验室一起工作。最初，他们并没有打算进入医疗设备创业领域，成为将他们的研究应用于实际的人。
他们早期的工作重点是了解心脏生物电子学的基础。他们在单细胞和细胞培养中进行了实验。他们使用MATLAB®创建细胞的数学模型，然后发展到整个心脏的模型。
“与在其他程序中逐个信号处理不同，使用MATLAB，我们可以将所有信号作为一个整体并行处理。”
Corify Care首席运营官哈维尔·米拉格罗(Javier Milagro)说
他们还开发了用于心脏测绘的信号处理工具，最终形成了Acorys测绘能力的基础，并于2015年为核心技术申请了专利。“但我们从没想过要开一家公司，”克莱门特说。两年后，clement申请了Caixa Impulse项目。该项目面向拥有专利技术的博士后生物医学研究人员，对成功申请者进行创业培训，为他们提供生物医学行业的速成课程，并提供种子资金。
2018年，clement与Guillem和其他两位联合创始人(首席医疗官Felipe Atienza和Corify科学顾问委员会主席Francisco Fernández-Avilés)起草了一份商业计划。他们与投资者合作，于2019年成立了这家公司。公司成立后，他们申请了MathWorks启动计划，继续使用MATLAB进行工作。
Corify Care Acorys系统的早期原型。(图片来源:Corify Care)
这个团队迅速壮大，在2020年夏天，米拉格罗和首席技术官大卫·伦德贝克(David Lundback)加入，负责改进Acorys原型。“所有的知识都已经存在了，”伦德贝克说。“我们只需要把原型变成产品。”
他们需要把Acorys变成一个用户友好的系统，可以生成心脏表面的3D地图，显示电信号如何在组织中传播。起初，Acorys很难使用。光是设置就花了大约一个半小时。一名技术人员需要将64个电极一个接一个地连接到患者的背部和胸部。视频系统记录下患者的躯干，摄影测量过程将图像转换为躯干地图。
伦德贝克说:“设置过程漫长而复杂。“我们研究了系统的流程，以确定如何使其更具功能性。”
在接下来的一年半时间里，Corify团队提高了Acorys的效率，将设置时间缩短至10分钟，同时加快了映射过程。米拉格罗改进并组织了处理心脏信号的代码。他需要弄清楚如何过滤来自电极的噪声信号，比如其他肌肉的电活动或深呼吸对录音的干扰。
Milagro还必须解决医学界所谓的心电图反问题，即使用体表电活动记录来准确重建心脏活动的问题。世界杯预选赛小组名单知道了躯干的几何形状以及哪些电信号来自躯干的哪个部位，就可以逆向重建心脏。Milagro还需要考虑这些算法是否适用于所有患者。因为每个人都有独特的心脏和躯干形状，心脏的电活动在每个患者体内的传播方式都不一样，这是Acorys需要考虑的因素。
考虑到这些问题的复杂性，Milagro说MATLAB是一个很有价值的工具。Corify团队使用MATLAB进行信号处理技术和机器学习来过滤噪声，产生更清晰的数据，然后通过进一步的信号处理来解决逆问题。他们用来自患者和数学模型的数据训练算法，允许Acorys从任何患者获取电信号，并将其转换为心脏地图。
Milagro说:“与在其他程序中逐个信号处理不同，在MATLAB中，我们可以将所有信号作为一个整体并行处理。”这也意味着算法可以几乎实时地处理信息。
Lundback专注于硬件。该团队没有使用几十个电极和电缆，而是创造了一个由128个电极组成的背心状薄片。现在，技术人员只需在病人身上盖上四张床单，覆盖胸部和背部。电极上的标记显示升级后的摄像头系统自动识别的本地代码。
在升级后的摄像头系统中，与iPad连接的3D摄像头可以实现实时扫描。操作人员使用iPad和摄像系统在患者周围走动，扫描布满电极的患者上半身。Corify团队开发了一种算法，利用这些图像来模拟躯干的几何形状。现在，该团队正在接近最终产品。
心脏病学的新时代
Acorys系统的各个组件结合在一起，为医生提供了一个接近实时的心脏及其电活动地图。“Acorys介于心电图和侵入性导管手术之间，”Milagro说。“我们得到了与导管有创测绘相似的结果，但与ecg无创测绘相同。”
“当你知道你的系统帮助治愈了某人，对我们所有工程师来说，这就像魔法一样。”
Corify Care联合创始人兼首席执行官Andreu Climent
该地图会出现在监视器上，每5秒刷新一次，让医生可以评估一段时间内的心脏活动。心脏图上不同的颜色显示了电激活的时间——红色代表较早的激活，深蓝色表示较晚的激活，中间有彩虹色。
“我们可以看到电活动是如何在心脏组织中传播的，”Milagro说。“例如，颤振是一种心律失常，电活动不会以通常的方式传播。在地图上，它似乎绕着一个特定的点转，向医生显示在哪里进行靶向治疗。”
虽然Acorys最初用于心房颤动，但它也可以分析其他心律失常。该团队为这种应用开发了不同的算法，因为每种心律失常都有其特殊性。
用于重建病人躯干的3D扫描系统。(图片来源:Corify Care)
Corify测试了其产品在导管消融过程中的准确性，将Acorys的输出与有创测绘过程的结果进行了比较。虽然到目前为止的测试很有希望，但Acorys缺乏侵入性技术的精度。
Corify正在招募患者进行临床评估，以便将Acorys推向市场。他们正在努力获得欧盟的CE标志和美国食品和药物管理局的批准。他们希望在2023年之前将Acorys广泛推广。
一旦获得批准，该系统可以改善心律失常以外的心脏护理。“医生们也很兴奋地将Acorys应用于其他心脏问题，”Climent说。“例如，他们希望利用它的测绘功能来放置起搏器。”
到目前为止，通过在西班牙几家医院的测试，临床医生已经在近200名患者身上使用了该系统，该工具给心脏病专家留下了深刻的印象。Acorys通过提供详细的、非侵入性的心脏及其电活动观察，可以防止不必要的消融手术，为患者和医疗系统节省时间和金钱。当病人确实需要手术治疗心律失常时，Acorys可以告诉他们治疗方法。
“当你知道你的系统帮助治愈了某人，对我们所有的工程师来说，这就像魔法一样，”克莱门特说。
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