院外心臟驟停（OHCA）是心源性猝死的重要原因，其生存率高度依賴于立即識別和干預(yù)。然而，大約 50%-75% 的 OHCA 病例沒有目擊者，導(dǎo)致無法立即采取醫(yī)療措施，患者幾乎不可能存活（存活率不足2%）。
心臟驟停的主要跡象是脈搏突然消失，考慮到時間對心臟驟停預(yù)后的重要性，自動生物傳感器（例如智能手表）監(jiān)測脈搏突然消失，并呼叫醫(yī)療急救，可能會提高患者的生存率，但前提是能夠?qū)⒓訇栃越抵磷畹停ㄒ簿褪菧p少假警報）以減輕公共應(yīng)急醫(yī)療系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
2025 年 2 月 26 日， 谷歌研究院的研究人員（王安然等人為共同第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：Automated loss of pulse detection on a consumer smartwatch 的研究論文【1】。
該研究開發(fā)了一種可在消費(fèi)級智能手表上運(yùn)行的 AI 系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠自動監(jiān)測心臟驟停跡象，如果佩戴者出現(xiàn)心臟驟停，它能夠主動呼叫醫(yī)療急救，其監(jiān)測特異性高達(dá) 99.99%，靈敏度為 67.23%，誤報率極低。
王安然，2014 年本科畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，碩士和博士畢業(yè)于華盛頓大學(xué)，曾在百度、微軟亞洲研究院、猿題庫、Magic Leap、Sound Life Science 及 Amazon Lab126 實(shí)習(xí)，現(xiàn)為谷歌研究院高級研究科學(xué)家，致力于利用各種信號進(jìn)行消費(fèi)者健康感知和監(jiān)測。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)評估了智能手表是否可以自動檢測無脈搏事件并聯(lián)系醫(yī)療急救，同時最大限度地減少假警報（降低假陽性）。
研究團(tuán)隊(duì)使用光電體積描記術(shù)（Photoplethysmography，PPG） 和運(yùn)動數(shù)據(jù)訓(xùn)練了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法， PPG 是一種基于光學(xué)原理的無創(chuàng)生物信號檢測技術(shù)，通過測量皮下血液容積的周期性變化來獲取心血管生理參數(shù)。
首先，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，常見的心臟驟停心律失常（心室顫動）引起的中樞性無脈搏與通過止血帶誘導(dǎo)的動脈閉塞模型的外周無脈搏在 PPG 頻譜特征上無顯著差異，因此，可以通過外周無脈搏事件來監(jiān)測心臟驟停。
基于心室顫動和動脈閉塞的 PPG 信號的相似性，研究團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一種基于外周無脈搏和自由生活條件下數(shù)據(jù)的脈搏突然消失監(jiān)測算法，從而開發(fā)了一種在智能手表上運(yùn)行的 AI 系統(tǒng)。
接下來，220 名參與者在日常生活中被動佩戴智能手表，以查看假陽性發(fā)生的頻率。135名參與者在自由生活條件下（為了特異性評估）和受控環(huán)境下（為了敏感性評估）接受研究，在受控環(huán)境下，研究團(tuán)隊(duì)通過止血帶誘導(dǎo)的動脈閉塞有意停止了他們的脈搏。21 名經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的特技人員模擬院外心臟驟停的突然倒地，以評估該算法在高運(yùn)動狀態(tài)下的準(zhǔn)確性。
結(jié)果顯示，該系統(tǒng)的無脈搏狀態(tài)識別耗時 57 秒，隨后進(jìn)行 20 秒用戶響應(yīng)確認(rèn)，在此期間，如果用戶沒有通過觸屏終止，則觸發(fā)醫(yī)療急救呼叫。
在自由生活場景下，每 21.67 用戶年才產(chǎn)生 1 次誤報，也就是說，平均一個人連續(xù)使用超過 20 年才發(fā)生一次誤報，檢測特異性高達(dá) 99.99%。在前瞻性動脈閉塞模擬中的靈敏度為 67.23%，其中，靜止?fàn)顟B(tài)下的靈敏度為 72%，而在模擬院外心臟驟停的突然倒地事件時的靈敏度降至 53%，表明該系統(tǒng)在高運(yùn)動狀態(tài)下的靈敏度有待提高。
可監(jiān)測心臟驟停的可穿戴設(shè)備可顯著提高生存率，尤其是在無人目擊的心臟驟停事件中。但為了防止因不必要的緊急呼叫而浪費(fèi)公共醫(yī)療資源，必須將假陽性降至最低水平。
該研究通過創(chuàng)新的生理模型和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃惴ㄔO(shè)計，首次在消費(fèi)級智能手表中實(shí)現(xiàn)了高特異性（99.99%）和中等靈敏度（67.23%）的脈搏突然消失監(jiān)測，在識別到心臟驟停事件發(fā)生后，即使用戶沒有反應(yīng)，也可以自動呼叫醫(yī)療急救，為院外心臟驟停（OHCA）的早期干預(yù)開辟了新途徑，此外，正在真實(shí)世界中進(jìn)行的智能手表數(shù)據(jù)收集可提供進(jìn)一步改進(jìn)，提高算法在不同條件下的準(zhǔn)確性和可靠性，從而最大 程度地減少假警報。
值得一提的是，2021 年 3 月，王安然作為第一作者兼共同通訊作者，在 Nature 旗下期刊 Communications Biology 上發(fā)表了題為：Using smart speakers to contactlessly monitor heart rhythms 的研究論文【2】。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的算法將智能音箱（蘋果音響）轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛讨鲃勇暭{系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了利用家用智能音箱實(shí)現(xiàn)非接觸式心律監(jiān)測。
論文鏈接：
1. https://www.nature.com/articles/s41586-025-08810-9
2. https://www.nature.com/articles/s42003-021-01824-9
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