NIST 的 AI 模型能够预测消防员的潜在心脏骤停

作者: 时间:2025-05-18 点击数:

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员及其同事使用机器学习来准确识别消防员的异常心律,这反过来又可以帮助消防员及时脱身,避免因心脏骤停而死亡。

据 Nist.gov 报道,研究小组声称,一旦人工智能模型熟悉了消防员特定的医疗数据,它就能够以 97% 的准确率识别 6,000 个异常心电图样本。

研究人员希望他们的工作最终将导致一种便携式心脏监测器,消防员可以佩戴它来捕捉心脏病的早期预警信号,并促使他们在为时已晚之前寻求医疗救助。

根据该文章,大多数(美国)消防员的死亡不是由火灾或烟雾吸入直接造成的。据报道,在美国,多达 40% 的值班死亡来自突发心脏事件,导致心脏骤停。

加拿大消防员致命心脏事件的相对数量非常不同。请参阅本文后面对加拿大研究的参考!

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一名护士科学家在体能测试期间使用12导联电极测量职业消防员的心电图。

(摄影:Mary Carey,罗切斯特大学护士学院)

该团队包括来自 NIST,罗切斯特大学和谷歌的研究人员,在《消防安全杂志》上发表了其研究结果。

“年复一年,突发心脏事件是消防员的头号杀手,”NIST研究员 Chris Brown 说。“心脏事件还会导致职业生涯终结的伤害和长期残疾。

根据美国国家消防协会 (NFPA) 的数据,2022 年美国有 36 名执勤消防员因心源性猝死而丧生。

根据 FireFighterCloseCalls 上的另一篇文章,在美国,多达 45% 的消防员因心血管事件而死亡。

心源性猝死是指心律不齐导致心脏停止泵血,最常见的原因是心脏病发作。文章称,突发心脏事件导致值班消防员死亡的比率是警察的两倍,是其他紧急救援人员的四倍。

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来自纽约州布法罗第一救援公司的一群职业消防员在接到火警电话后。

这些消防员佩戴电极在24小时内测量心电图数据(ECG)。

(摄影:Mary Carey,罗切斯特大学护理学院)


消防员在非常艰苦的环境中工作,搬运重物,爬楼梯,忍受极端温度,降温能力有限。虽然他们可能会感到严重的不适,但报告显示,消防员经常试图克服这些情况,而没有意识到他们可能有心源性猝死的风险。

为了解决这个问题,NIST 研究人员与罗切斯特大学护理学院的同事取得了联系。十年前,罗切斯特研究员玛丽·凯里(Mary Carey)和她的同事从 112 名消防员中收集了 24 小时的心电图(ECG)数据,这些消防员的胸前绑着电极。

心电图数据包括 16 小时值班和 8 小时下班,在此期间,消防员从事日常活动,例如接听消防和医疗电话、锻炼、进食、休息和睡觉。

“我们收集的消防员数据非常独特,”罗切斯特的合著者 Dillon Dzikowicz 说。“拥有可靠的数据对于推进我们的工作和保护消防员至关重要。”

然后,研究人员使用机器学习和罗切斯特数据集来构建他们所谓的心脏健康监测(H2M)模型。他们用大部分心电图数据的 12 秒片段训练 H2M。心电图中的单个心跳被归类为正常心跳或异常心跳,表明心律不齐,例如心房颤动或室性心动过速。

“该模型旨在有效地从正常和异常心跳中学习心电图模式,”NIST 客座研究员 Jiajia Li 说。

大多数心脏事件都有潜在的冠状动脉狭窄

在最近的一项研究中,研究人员得出结论,大约五分之一的心脏病病例是心脏病发作死亡 ; 其中 82% 的死亡与冠心病(心脏动脉狭窄或心脏扩大)有关。这与心源性猝死风险的增加有关。

Heart.org 新闻编辑室在 2018 年发表了一项研究,表明潜在的心脏病在死于心脏骤停的消防员中很常见。

对 1999 年至 2014 年间因公殉职的美国男性消防员的尸检记录的分析显示,在 627 例死亡中,276 例死于心脏骤停,351 例死于创伤。死亡时,消防员的年龄在 18 至 65 岁之间。

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在这张 2013 年的照片中,罗切斯特大学的护士科学家 Becki Vincent 和 Mary Carey 从纽约罗切斯特市杜威大道消防站的一名消防员那里收集心电图数据。现在,十年后,NIST、罗切斯特和谷歌的研究人员已经使用这些数据来训练人工智能模型来预测心脏事件。图片来源:Karen O’Hern/罗切斯特大学护理学院


环境和压力因素也是导致心脏事件的原因

暴露于烟雾、烟灰和化学物质,以及睡眠模式紊乱和高水平的职业压力都可能导致心脏问题。研究表明,消防压力会引发患有潜在疾病的个体的心脏事件。该文章称,这项研究有局限性,但结果提供了证据,证明患有潜在心脏病的人从事高压力,体力要求高的工作是危险的。

加拿大消防员中与心脏相关的死亡人数减少

尽管在美国,癌症仍然是消防员死亡的主要原因,但加拿大的心脏相关死亡人数却有所不同。在弗雷泽河谷大学和加拿大工人赔偿委员会发表的一项研究中,心脏事件在加拿大消防员死亡人数中所占的比例远低于美国。

在 AWCBC 2009 年至 2018 年间在加拿大报告的 738 名消防员死亡中,大约 74.5% 的死亡(550 人)是由恶性肿瘤和肿瘤引起的。根据这项研究,当加上 94 起其他与癌症有关的死亡事件时,这些死亡事件被编码为未指明或未在其他地方分类,加拿大 90% 的消防员死亡可归因于某种癌症。

CTIF 正在积极寻找欧洲和世界其他地区消防员死亡的类似数字和统计数据。如果您知道有关此主题的研究(任何语言),请随时与我们联系。

转载自:应急管理部上海消防研究所

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