古希腊哲学家和博学者亚里士多德曾得出结论，人的心脏是三腔的，并且是整个身体中最重要的器官，负责运动、感觉和思维。
今天，我们知道人类的心脏实际上有四个腔室，大脑在很大程度上控制运动、感觉和思维。但亚里士多德观察到心脏是一个重要器官这一点是正确的，它将血液泵送到身体的其他部分，以到达其他重要器官。当像心力衰竭这样的危及生命的状况发生时，心脏逐渐失去向其他器官提供足够血液和营养的能力，从而使它们能够正常运作。
麻省理工学院和哈佛医学院的研究人员最近在《自然通讯医学》上发表了一篇开放获取的论文，介绍了一种非侵入性的深度学习方法，该方法分析心电图（ECG）信号，以准确预测患者发展心力衰竭的风险。在一项临床试验中，该模型显示出与金标准但更具侵入性的程序相当的准确性，为那些面临心力衰竭风险的人带来了希望。最近，该病的死亡率急剧上升，尤其是在年轻人中，这可能与肥胖和糖尿病的日益普遍有关。
论文的资深作者、哈佛-麻省理工学院健康科学与技术项目主任、麻省理工学院阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔健康机器学习诊所（贾米尔诊所）的成员科林·斯图尔茨表示：“这篇论文是我在其他场合谈论的内容的总结，已经有好几年了。这个工作的目标是识别那些即使在出现症状之前就开始生病的人，以便你可以及早干预，防止住院。”
心脏的四个腔室中，有两个是心房，两个是心室——心脏的右侧有一个心房和一个心室，反之亦然。在健康的人类心脏中，这些腔室以有节奏的同步方式运作：缺氧的血液通过右心房流入心脏。右心房收缩，产生的压力将血液推入右心室，血液随后被泵送到肺部进行氧合。来自肺部的富氧血液随后流入左心房，左心房收缩，将血液泵入左心室。接着又一次收缩，血液通过主动脉从左心室排出，流入分支到身体其他部分的静脉。
斯图尔茨解释道：“当左心房的压力升高时，来自肺部的血液流入左心房受到阻碍，因为这是一个高压系统。”除了担任电气工程和计算机科学教授外，斯图尔茨还是麻省总医院（MGH）的心脏病专家。“左心房的压力越高，你就会出现更多的肺部症状——呼吸急促等等。由于心脏的右侧将血液泵送通过肺血管到肺部，左心房的压力升高会转化为肺血管的压力升高。”
目前测量左心房压力的金标准是右心导管插入（RHC），这是一种侵入性程序，需要将一根细管（导管）与压力传感器连接，插入右心脏和肺动脉。医生通常更倾向于在进行RHC之前非侵入性地评估风险，通过检查患者的体重、血压和心率。
但在斯图尔茨看来，这些措施是粗略的，正如四分之一的心力衰竭患者在30天内再次入院的事实所证明的那样。“我们所寻求的是能够提供类似于侵入性设备的信息，而不仅仅是一个简单的体重秤，”斯图尔茨说。
为了收集患者心脏状况的更全面信息，医生通常使用12导联心电图，其中10个粘贴片贴在患者身上，并与一台从心脏的12个不同角度产生信息的机器连接。然而，12导联心电图机器仅在临床环境中可用，通常也不用于评估心力衰竭风险。
相反，斯图尔茨和其他研究人员提出了一种心脏血流动力学人工智能监测系统（CHAIS），这是一种能够分析来自单个导联的心电图数据的深度神经网络——换句话说，患者只需在胸部佩戴一个单一的粘贴片，这种粘贴片在市面上可获得，可以在医院外穿戴，不需要连接到机器。
为了将CHAIS与当前的金标准RHC进行比较，研究人员选择了已经安排进行导管插入的患者，并要求他们在手术前24到48小时佩戴粘贴片，尽管患者在导管插入前被要求取下粘贴片。“当你距离手术还有一个半小时时，准确度为0.875，所以非常非常好，”斯图尔茨解释道。“因此，设备的测量相当于在接下来的一个半小时内进行导管插入所获得的信息。”
麻省总医院的心脏病专家和重症监护医生亚伦·阿吉雷（Aaron Aguirre）表示：“每位心脏病专家都理解左心房压力测量在表征心脏功能和优化心力衰竭患者治疗策略中的价值。这项工作很重要，因为它提供了一种非侵入性的方法来估计这一重要临床参数，使用广泛可用的心脏监测仪。”
阿吉雷在麻省理工学院获得医学工程和医学物理的博士学位，他预计随着进一步的临床验证，CHAIS将在两个关键领域发挥作用：首先，它将有助于选择最能从更具侵入性的RHC心脏检测中受益的患者；其次，该技术可以使心脏病患者的左心房压力进行连续监测和跟踪。“一种非侵入性和定量的方法可以帮助优化在家或医院的患者治疗策略，”阿吉雷说。“我很期待看到麻省理工学院团队接下来会带来什么。”
但这些好处不仅限于患者——对于那些难以管理的心力衰竭患者，防止他们再次入院成为一项挑战，而不需要永久植入物，这会占用更多的空间和时间，给已经人手不足的医疗工作者带来更大的压力。
研究人员正在与MGH和波士顿医疗中心进行另一项使用CHAIS的临床试验，他们希望尽快结束试验以开始数据分析。
斯图尔茨表示：“在我看来，人工智能在医疗保健中的真正前景是为每个人提供公平的、最先进的护理，无论他们的社会经济地位、背景和居住地如何。这项工作是实现这一目标的一步。”
