最近WWDC22公布了watchOS9，其中新增了一项「房颤历史」功能（AFibHistory） 。此前，AppleWatch已经具有心电图检测功能，并且可以发现疑似房颤（AFib）的心律最近 WWDC22 公布了 watchOS 9，其中新增了一项「房颤历史」功能（AFib History） 。此前，Apple Watch 已经具有心电图检测功能，并且可以发现疑似房颤（AFib）的心律不齐现象（先后有 1.0 和 2.0 两个版本，区别主要在于算法和可检测的心率范围） 。新的房颤历史功能则是针对已被诊断患有房颤的群体，帮助患者了解出现房颤的频率，并评估生活方式因素对该频率的影响 。这项功能虽然并未在国内官网上介绍 ， 但考虑到去年 Apple 终于通过我国食品药品监督管理局的医疗器械备案，得以在国行产品中提供心电图功能，或许房颤历史在不久的将来也能在国内上线 。
今天我们就来简单聊聊房颤是什么，Apple Watch 使用了什么样的技术来评估正常心率和房颤，这样的评估靠不靠谱，以及最权威的相关临床研究证据 。
全文超过 6500 字，太长不看或没有时间的小伙伴可以简单浏览文中的图片然后直接看最后的「Take-home Messages」 。
为什么是房颤？什么是房颤？心脏有左右之分，还有心房和心室的区别 。心房里有个窦房结是所有心跳电信号的起点 ， 从窦房结传导到房室结，再经传至心室，引起心房-心室序贯收缩舒张，完成一次有效的泵血，也就是我们可以从胸口摸到的一次心跳 。
文章插图
文章插图
动图截取自 YouTube 视频：An overview of Atrial Fibrillation by Sanofi
房颤，即心房颤动（Atrial Fibrillation, AF/AFib），就是当心房内出现异常电激动，导致心跳电信号的起点不再是单一的窦房结的时候，异常的心房主导的折返环引起许多小的折返回路，导致房律紊乱 ， 引起心房无效收缩——顾名思义就是心房在乱颤 。
文章插图
文章插图
动图截取自 YouTube 视频：An overview of Atrial Fibrillation by Sanofi
我们正常心跳的频率是 60-100 次/分 ， 一次心房收缩对应一次心室收缩 。但心房颤动就厉害了，房颤的频率是一分钟 350-600 次，由于不是每一次颤动都能下传到心室引起对应的收缩，房室传导正常时房颤心律的心室率是绝对不齐的 。
文章插图
文章插图
动图截取自 YouTube 视频：An overview of Atrial Fibrillation by Sanofi
因此呢 ， 房颤的心电图特点是：代表正常心房活动的 P 波消失，被高频不规则的锯齿样波（f 波）取代，并且代表心室活动的 QRS 波两次 R 波间距绝对不齐 。这样的心电图特点在任何一个导联上都可以看到，并且可以被脉搏触诊感知到——这也意味着房颤可能是判断门槛最低的心律失常 。
在查体时 ， 医生可以通过听诊心跳同时触诊手腕处桡动脉搏动的频率来判断，心率＞脉率的特点被称作「脉搏短绌」，我们可以由此推断房颤的存在 。诊断则要依靠 12 导联心电图或者单导联心电图记录到房颤，并且持续 30s 以上 。
文章插图
文章插图
上：正常心电图，红框为 P 波 。下：房颤心电图，P 波消失，被不规则的 f 波取代 。图片来源：中华医学网 。
房颤有多常见？房颤可以说是最常见的心律失常之一 ， 并且随着年龄增长其患病率也持续增加 。著名的 Framingham Heart Study 调查就发现，55 岁以上的人群（主要为白人）中每 3 人就有 1 人有房颤 。2015 年发表的基于我国云南医保数据库的研究文章提示 ， 20 岁以上人群中 AF 的患病率为 0.2/100 人，并且在随访的 11 年期间，患病率升高了 20 倍 。2008 年的房颤全国流行病学调查发现 30-85 岁人群的年龄校正后患病率为 0.65%，80 岁以上人群中比率达 8.5% 。这个数据很可能是被低估的 。
2021 年最新的房颤全国流行病学调查发现，我国 18 岁以上人群房颤年龄校正后的患病率为 1.6% 。
房颤有什么危害？房颤如此常见，那它有什么危害呢？
前面的动图我们也可以看到房颤时心房高频地无效收缩着 ， 这带来 3 个问题 。
第一，心房肌肉疲劳，时间长了心房会扩大 。
第二 ， 这种无效的收缩会引起心房尤其是左心耳内血液瘀滞，形成血栓，这个可不是长在那儿就完了的，随着这种乱颤 ， 栓子极有可能会掉落，随着循环走，到了它过不去的地方就会导致栓塞，引起对应区域缺血坏死，堵在脑血管里，就引起脑栓塞，堵在体循环里引起体循环栓塞 ， 例如到肠系膜动脉里就引起肠系膜动脉栓塞 ， 都是要命的后果 。
文章插图
文章插图
动图截取自 YouTube 视频：Atrial Fibrillation (AFib) Explained by CHI St. Vincent
第三，当房颤频率下传多的时候，引起快心室率 ， 会加重心脏整体的负担，慢慢把心脏给累死了，导致心力衰竭 。心衰和房颤常常同时存在并相互影响形成恶性循环 。
房颤导致全因死亡率增加，男性增加 1.5 倍，女性增加 2 倍 。房颤也引起心衰的发病率升高 2 倍 。如果没有有效抗凝 ， 房颤者出现缺血性卒中（即脑栓塞/脑梗死）的风险是非房颤者的 4-5 倍，出现体循环栓塞的患者在发生的 30 天内致残率达 20%，致死率达 25% 。
不仅如此，房颤患者发生心肌梗死的风险也增加 2 倍 ， 还会增加认知功能下降、痴呆、阿尔兹海默病、 血管性痴呆和肾功能不全的风险 。
哪些是房颤的高危因素？房颤既是心脏疾病，也可以是全身疾病的心脏表现，引起房颤的病因很多，以冠心病、心肌病、风湿性瓣膜病等疾病为主 。其他常见病因包括高血压、肺源性心脏病、先天性心脏病、甲状腺功能亢进、预激综合征等 。
《心房颤动：目前的认识和治疗建议（2021）》指出应针对房颤高危人群开展筛查 ， 包括高龄、心衰、肥胖、高血压、糖尿病、阻塞性睡眠呼吸暂停、结构性心脏病、隐源性卒中/短暂性脑缺血发作、遗传性心律失常患者和特殊职业人群（职业运动员）等 。肾功能不全也是房颤的危险因素，15%-20% 的慢性肾功能不全患者同时合并有房颤 。
文章插图
文章插图
图片来源：心房颤动：目前的认识和治疗建议（2021）
Apple Watch 是如何检测心率的？目前对房颤的筛查策略通常是对超过一定年龄（通常 > 65 岁）或具有其他提示脑卒中风险增加特征的个体进行机会性或系统性筛查 ， 采用间断单点或重复 30s 心电图记录持续 2 周 。筛查房颤最简单的方法是脉搏触诊 ， 但不能直接据此下诊断；能够直接诊断的筛查工具包括心电图、动态心电图、可植入电子设备、心脏电生理检查等 。智能手机、手表等设备也被用作识别无症状性房颤的手段，得到了广泛的关注 。这类设备多以光电容积描记法、示波测量法、单导联心电图等方式获得脉搏或心电活动的信号，并通过算法识别异常的心律 。
Apple Watch 的 ECG app 就在 2018 年得到了美国食品药品管理局（FDA）的批准（over-the-counter use）用于 22 岁以上人群，可以生成、分析和展示心电图的数据 ， 但并不能仅依据该设备的数据进行诊断 。Apple 移动心电图/脉率房颤提示软件则是在一年前获得了我国食品药品监督管理局的批准，作为 2 类医疗器械获批上市 。
文章插图
文章插图
图片来源：国家药监局数据查询系统
由于我并没有电子工程学的背景，这部分可能就简单介绍一下，如果有不够专业的地方欢迎专业的小伙伴纠错 。
光电容积描记法光电容积脉搏波描记法（Photoplethysmography, PPG）是一种利用激光对待测流体或固体的体积进行检测并记录 ， 最后对体积的变化曲线进行分析并做出评价的一种方法，发射光进入人体被组织（如肌肉、 骨骼、静脉、动脉等）吸收，吸收量一般是恒定不变的，构成脉搏波的直流分量，而心脏收缩引起的血液容积变化会改变光的吸收量并在直流分量基础上产生波动，构成脉搏波的交流分量 。最常见的应用就是临床上的脉搏血氧饱和度检测仪 。
这种方法需要用到 LED、光电二极管和信号处理/补偿电路 。
- LED 作为光源，发射特定波长的光，选择波长需要考虑到光在水中的透射窗口、血红蛋白和氧合血红蛋白的等吸收波长以及透射深度，常用的可穿戴设备常选取绿光及红光和红外光来检测心率（绿光不能用于检测血氧） 。
- 光电二极管 ， 测量反射/透射出的光（手表检测一般是反射 ， 末梢血氧的夹子夹住手指的是透射） 。
- 滤波电路和信号处理系统，一般用于补偿/过滤掉环境中的光信号（尤其当佩戴得比较宽松的时候），并通过加速度仪采集运动状态等方法消除运动带来的噪声 。
文章插图
文章插图
图片来源：基于光电容积脉搏波的心房颤动识别方法
Apple Watch Series 1-3，以及适配 Android 或 Harmony 系统的智能手表的非 ECG 版本（如 OPPO Watch 2，HUAWEI WATCH GT3 等）多采用 PPG 技术，大家在选购的时候也可以注意一下（一般较 ECG 版本价格更低） 。
心电图法前面我们提到了心脏活动依赖于电信号的激动和传导，心肌激动的电流可以从心脏经过身体的组织传导到体表，通过在前胸、上下肢放置电极和导线记录这些电流，就可以来评估心脏电活动的正常与否 。
临床上最常用的心电图是 12 导联心电图，通过夹在左右上肢、单个下肢和贴在胸前的 6 个电极获取的电信号，记录下 12 个导联的心电图（包括 I、II、III 3 个双极导联，aVL、aVR、aVF 三个单极加压肢体导联，以及 6 个胸前导联），结合不同的导联就可以判断病变的位置、异常心电活动的来源 。
文章插图
文章插图
图片来源：左-Wikipedia-Einthoven triangle；右-Nurseyourownway
Apple Watch Series 4 以后的设备，在数字表冠中加入了钛电极（负极），并在手表背面的蓝宝石水晶表镜上镀了一层超薄的铬硅碳氮化物层（正极） 。手表背面贴紧的手腕处和另一手的指尖形成了一个闭合电路，使得 ECG app 能够获取并记录电脉冲 。因此如果设备硬件上没有电极，那就没有办法使用 ECG app 。
要生成心电图，用户要佩戴好手表 ， 打开安装在 Apple Watch 上的心电图应用程序，然后将另一只手的一根手指放在数字表冠上 30 秒，如常规左手佩戴手表右手触摸数字表冠，测量后可生成一个类似于 12 导联心电图中的 I 导联的心电图（如图上右手→左手即 I 导联），完成后还可以选择「导出 PDF 给医生」导出心电图作为就诊的部分依据 。
本次 watchOS 9 的更新提供了浏览房颤历史记录的功能，这对于房颤诊断、分类及房颤负荷大小的评估有一定意义 。
Apple Watch 检测出的房颤靠谱吗？谈靠谱不靠谱的之前我们先简单解释两个概念，敏感性和特异性 。
- 敏感性（sensitivity），可以理解成真阳性率，是实际患病且检测结果阳性的概率，反映发现患者的能力，这个值越大越好 。敏感性低时，假阴性率（显示阴性但患?。┗嵘?。
- 特异性（specificity），即真阴性率 ， 是实际未患病且检测结果是阴性的概率，反映鉴别未患病者的能力，这个值也是越大越好 。特异性低时，假阳性率（显示阳性但未患?。┗嵘?。
基于 PPG 的研究证据Apple 公司的 Apple Heart Study 自 2017 年在 Clinical Trial 上注册开展，在 2019 年将研究结果发表在临床医学的顶刊
