亞健康人群身心狀況評測技術(shù)的研究進(jìn)展

王雪嬌 李杰 何青鋆 戴寧 李峰

0 引言

亞健康是機(jī)體雖然沒有明確的疾病，但呈現(xiàn)出活力、適應(yīng)力不同程度減退的一種生理狀態(tài)，是介于健康與疾病之間的一種功能降低的狀態(tài)。它既能向健康的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，也能夠向惡化的方向轉(zhuǎn)化[1-2]。目前，亞健康己經(jīng)成為危害人類生命質(zhì)量的重要因素。據(jù)世界衛(wèi)生組織一項(xiàng)全球性的研究預(yù)測，全球有75%的人群處于亞健康狀態(tài),而中國保健學(xué)會2002年7月對中國16個(gè)百萬以上人口的城市居民抽樣調(diào)查顯示:亞健康狀態(tài)的人群達(dá)70%以上[3-4]。

亞健康狀態(tài)是20世紀(jì)80年代后半期由國際醫(yī)學(xué)界提出的一個(gè)新概念,預(yù)示著人類面對疾病的策略開始從治療轉(zhuǎn)向預(yù)防。這是一個(gè)重要轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著醫(yī)學(xué)新思維的產(chǎn)生，這個(gè)課題的開展將對未來人類醫(yī)學(xué)做出杰出貢獻(xiàn)[5]。但是亞健康不存在器質(zhì)性的病理變化，傳統(tǒng)醫(yī)療檢測設(shè)備尚不能夠?qū)@種功能低下的狀態(tài)及其原因做出描述和判斷。目前，亞健康狀態(tài)的診斷主要通過問卷調(diào)查或者有創(chuàng)測量的生化指標(biāo)來評估[6-10]，至今醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域還沒有快速、無創(chuàng)且能夠客觀量化亞健康的測評方法。為更好地發(fā)揮中醫(yī)治未病的理念和優(yōu)勢，有效維護(hù)亞健康人員的身心健康，本文擬綜合目前現(xiàn)有技術(shù)，對無創(chuàng)、智能化身心健康快速評測裝置做系統(tǒng)整理。

1 紅外熱成像技術(shù)對亞健康的早期發(fā)現(xiàn)

紅外熱成像技術(shù)是一種利用紅外探測器接收紅外輻射能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驕y量的電信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理等,然后形成可直觀感知和分析的可見光圖像分布圖,最后通過分析物體的熱信息來探查物體內(nèi)部狀態(tài)的一種現(xiàn)代化影像學(xué)技術(shù)[11]。紅外熱成像技術(shù)不僅適用于西醫(yī)學(xué)，而且符合中醫(yī)藏象理論，可據(jù)此推斷出人的臟腑氣血陰陽等生理病理變化,因此可以敏銳地探測人體健康狀態(tài)的趨向，及時(shí)甄別亞健康狀態(tài)。中醫(yī)學(xué)已經(jīng)將紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于人體體質(zhì)的研究。王鴻謨等[12]提出面溫與陽氣呈正相關(guān)，并通過對46例健康青年的面部紅外掃描后進(jìn)行推論，高于上限者可考慮為陽熱體質(zhì),低于下限者可考慮為虛寒之體。李洪娟等[13]則以中醫(yī)面診學(xué)和中醫(yī)體質(zhì)學(xué)理論為依據(jù),收集了300余例健康人群面部紅外熱圖的熱值數(shù)據(jù),分析得出不同體質(zhì)人群面部區(qū)域寒熱偏離及其可能的臟腑功能問題。

當(dāng)然，紅外熱成像技術(shù)只能測量體表溫度,易受外界溫度影響，存在一定程度的測量偏倚，而且體表溫度的變化不一定完全來自體內(nèi)病變，或是體表皮膚疾患導(dǎo)致的。在實(shí)際應(yīng)用中,要做好前期工作，排除各種可能的干擾,以便準(zhǔn)確客觀地做出評價(jià)。

2 人體磁場測量技術(shù)對亞健康的早期診斷

從接觸式過渡到非接觸式的診療、評估是當(dāng)代醫(yī)學(xué)的重要發(fā)展方向，其中一個(gè)重要手段就是磁診斷。人類心臟、大腦等器官都會發(fā)出非常微弱的磁場，如果器官發(fā)生病變甚至只是功能性問題，磁“反應(yīng)”會產(chǎn)生變化,因此疾病在早期階段便能發(fā)現(xiàn)。對于人體磁場這種微弱磁場，之前多使用超導(dǎo)量子干涉儀。但該設(shè)備需要液氦冷卻且體積龐大、操作麻煩。近年日本TDK公司與日本東京醫(yī)科牙科大學(xué)合作，利用HDD硬盤磁頭的磁傳感器成功測量了心臟的磁場分布，這是全球首次取得這樣的成果。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)移動傳感器，且采用傳感器陣列，精度更高[14]。俄羅斯國家研究型工藝技術(shù)大學(xué)——莫斯科國立鋼鐵合金學(xué)院的團(tuán)隊(duì)也研究出一種磁性傳感器，可捕捉到人類心臟磁場的變化[15]。

3 通過中醫(yī)脈診現(xiàn)代化手段對亞健康的客觀評測

“四診”是中醫(yī)診斷的特色，而脈診尤為具有代表性，是中醫(yī)探查患者氣血陰陽的重要媒介。相較于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的診斷儀器，脈診可能更加敏感，尤其對亞健康等功能性疾病的早期發(fā)現(xiàn)的作用不可忽視。20世紀(jì)50年代初，我國科研工作者開始使用脈搏描記器研究中醫(yī)脈象，嘗試?yán)矛F(xiàn)代技術(shù)將中醫(yī)脈象客觀化、數(shù)據(jù)化的描述。研制和開發(fā)脈診儀的核心技術(shù)是脈象傳感器，到目前為止，研發(fā)出的傳感器包括壓力傳感器、光電傳感器、傳聲器、超聲多譜勒式傳感器、納米傳感器、氣壓傳感器、石墨烯傳感器等。壓力傳感器的應(yīng)用最為普遍，原理也最簡單，具體又可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和壓磁式傳感器。光電傳感器、超聲多譜勒式傳感器和傳聲器由于研究技術(shù)的限制，研究尚未成熟，故在科研及臨床工作中無法得到很好的應(yīng)用。納米傳感器和石墨烯傳感器多應(yīng)用于工業(yè)與航天事業(yè)方面[16-17]。

近年來，國內(nèi)外對于脈診客觀化的研究成果頗豐。李甜等[18-19]研制出一款基于石墨烯柔性壓力傳感器并使用腕帶固定、氣囊氣泵加壓以模擬中醫(yī)診脈過程中三指加壓指法的設(shè)備。借助石墨烯柔和、質(zhì)地輕、高通透性等優(yōu)點(diǎn)，可以更大面積貼服于手腕上，有利于判斷脈象。Chou等[20]研制了一種新的脈搏診斷系統(tǒng)：前端感測設(shè)備、中間信號轉(zhuǎn)換設(shè)備和終端單元設(shè)備。他們認(rèn)為傳統(tǒng)的機(jī)械臂雖然可以相對精確地測量，但很難操作并難以保持穩(wěn)定性。而使用導(dǎo)電聚合材料制成三端子三尖端傳感器采用手腕式觸診設(shè)計(jì)，則可以克服傳統(tǒng)設(shè)備的缺點(diǎn)。華中科技大學(xué)[21]研制了一種具有自供能脈搏傳感器的脈診儀，創(chuàng)新性地發(fā)明了柔性發(fā)電機(jī)，利用人體脈搏跳動產(chǎn)生的機(jī)械能驅(qū)動電壓信號，實(shí)現(xiàn)脈搏傳感器的自驅(qū)動功能。這款發(fā)電機(jī)不僅輕薄、可卷曲彎折，且便于貼合運(yùn)動物體以更有效地收集能源，為戶外便攜式儀器提供新的能源支持。羅錦興[22]研制了雙感測脈診儀，其創(chuàng)新之處在于借助計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫完整記錄脈診專家的把脈手法、指下脈感及脈象判讀等臨床經(jīng)驗(yàn)。孫冰[23]借助現(xiàn)代科技的智能終端改進(jìn)發(fā)明了遠(yuǎn)程切脈的脈診儀，該脈診儀是由橈動脈搏動檢測器及脈搏模擬器、智能終端和客戶端4部分構(gòu)成，脈搏傳感器收集信號上傳到智能終端后，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到醫(yī)師的智能終端上。在醫(yī)師的智能終端上脈搏波形信息轉(zhuǎn)換形成虛擬器振動信號，醫(yī)師將手放于模擬器的振動裝置處，即可感知人體脈搏的虛擬脈搏振動，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切脈。這種結(jié)合現(xiàn)代科技的智能儀器，符合現(xiàn)代醫(yī)療的發(fā)展，但容易產(chǎn)生誤差和偏倚。

目前，日本日立公司已開發(fā)一款壓力與疲勞監(jiān)測系統(tǒng)VM302，通過采集受試者的心電和指尖脈搏波數(shù)據(jù)，與系統(tǒng)內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對評估，該設(shè)備可以同時(shí)檢測到人體的脈搏和心電(electrocardiogram,ECG)信號兩組數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征提取和系列算法，再輸入到已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型中,通過決策規(guī)則最終可以判斷受試者的疲勞狀態(tài)。受試者只要把生日和性別輸入電腦，握住一個(gè)狀如電玩的遙控器，電腦即可精準(zhǔn)判斷人體的植物神經(jīng)狀態(tài)以判斷身心的疲勞水平和心理健康狀態(tài)。

光電容積脈搏波描記法(photoplethysmography,PPG)是借助光電手段在活體組織中檢測血液容積變化的一種無創(chuàng)檢測方法[24]。其借助一定波長的光線照射到皮膚表面,而光線通過透射或反射被光電接收器捕獲。該過程中光線由于皮膚、肌肉、血液等結(jié)構(gòu)的吸收減弱,到達(dá)光電接收器的光強(qiáng)度減小,而血管中血液對光線的減弱作用隨著心臟的搏動呈現(xiàn)波動性變化。當(dāng)心臟收縮時(shí)血管中血液容積增大,被吸收的光強(qiáng)度增加,光電接收器接收到的光強(qiáng)度隨之減弱,當(dāng)心臟舒張時(shí)則相反。將光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成電信號,就能獲得容積脈搏血流的變化[25]。綜上，利用血液中透光率的脈動變化，折算成電信號。通過分析可得到人體內(nèi)血管系統(tǒng)中許多與健康有關(guān)的血流特征,進(jìn)而分析得到脈診結(jié)論以及包括心率、血氧、血壓等在內(nèi)的多種重要人體生理指標(biāo)。

心電傳感器：脈搏的波動主要由心臟提供源動力，心動周期的不同階段對脈搏的波形產(chǎn)生不同作用。心電圖是臨床醫(yī)生頻繁使用的診斷技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)中醫(yī)有些脈搏如結(jié)代脈等與病理性心電圖(如早搏、畸形的QRS波群等)關(guān)系密切。把心電圖和中醫(yī)脈搏圖聯(lián)合分析，可以得到脈搏傳導(dǎo)速度、血管彈性、血流阻力等重要參數(shù)。

綜上，中醫(yī)現(xiàn)代化得到國內(nèi)外研究者的重視，發(fā)展飛速。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的脈診通過與現(xiàn)代科技的結(jié)合，其功用將會在亞健康領(lǐng)域得到彰顯。

4 中醫(yī)舌診標(biāo)準(zhǔn)化在亞健康領(lǐng)域的客觀化應(yīng)用

舌診也是傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)診斷中非常重要的一部分，是中醫(yī)診斷中能較為客觀收集患者病況的手段，可以在亞健康領(lǐng)域有所發(fā)揮。舌診儀由數(shù)字舌圖采集系統(tǒng)和舌象特征處理系統(tǒng)構(gòu)成，前者包括光源、照明環(huán)境和數(shù)碼相機(jī)，后者則由色彩校正以及舌體分割、舌質(zhì)、舌苔分離等舌象特征提取與識別軟件構(gòu)成[26]。趙曉梅等[27]提出基于CS(布谷鳥搜索)-BP舌象顏色校正算法，使舌色校正效果更加顯著。在臨床研究中科研人員通過采集并分析患者對舌象進(jìn)行量化分析，量化項(xiàng)目包括舌色、苔色、舌態(tài)、舌質(zhì)、舌形、舌苔面積、齒痕數(shù)量、最大齒痕面積、瘀斑數(shù)量、最大瘀斑面積、點(diǎn)刺數(shù)量、最大點(diǎn)刺面積等。

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)人的精氣神和氣血，并認(rèn)為無形統(tǒng)御有形，所以對于無形的、功能的能量和信息的把握具有超前的意識。但也因不能標(biāo)準(zhǔn)化為人詬病。舌診的標(biāo)準(zhǔn)化是一種探索，標(biāo)準(zhǔn)化舌診對亞健康人員的監(jiān)測為未病先防提供更加合理的方案。

5 經(jīng)絡(luò)能量檢測技術(shù)對亞健康的客觀評測

“經(jīng)絡(luò)者，所以能決死生，處百病，調(diào)虛實(shí)，不可不通”(《靈樞·經(jīng)脈第十》)。正常情況下，經(jīng)脈把氣運(yùn)行至身體的內(nèi)外上下，供應(yīng)并調(diào)節(jié)全身對氣的需求，保持人體的健康狀態(tài)，但是邪氣也可以通過穴位入侵人體，通過經(jīng)脈傳變，從而產(chǎn)生各種疾病?！靶爸腥?先皮毛,后經(jīng)絡(luò),入臟腑,由淺而深,百病皆然”(素問·臟腑經(jīng)絡(luò)先后病第十一)，經(jīng)絡(luò)為人體抗邪的先驅(qū)防線，對疾病初萌的亞健康狀態(tài)的捕捉非常敏感。

經(jīng)絡(luò)能量檢測系統(tǒng)通過無創(chuàng)檢測、量化經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)、直觀穩(wěn)定的檢測結(jié)果，在輔助診斷和亞健康測評方面有特殊優(yōu)勢。以經(jīng)絡(luò)穴位電阻特性為采集基礎(chǔ)，以近20年上萬人次青少年運(yùn)動員的系統(tǒng)檢測為基礎(chǔ)樣本，建立了儀器高度可信的健康標(biāo)準(zhǔn)，以中醫(yī)系統(tǒng)哲學(xué)與錢學(xué)森系統(tǒng)科學(xué)思想為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)科學(xué)的統(tǒng)計(jì)算法，以井穴40、原穴40為檢測結(jié)構(gòu)，全面反映經(jīng)絡(luò)層次的能量，直觀反映經(jīng)絡(luò)層面的陰陽、表里、寒熱、虛實(shí)情況。穩(wěn)定性良好，可以跟蹤測試，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)挖掘，建立數(shù)據(jù)模型[28-30]。

6 MIMOSYS語音技術(shù)對亞健康的心理評測

現(xiàn)代健康理念早已從單純的“生理健康”過渡到“生理—心理—社會”模式，精神心理疾病的診斷多要求疾病具有相當(dāng)?shù)膰?yán)重程度，而對于心理疾患的早期診斷嚴(yán)重不足。并且傳統(tǒng)心理測評多為通過量表的自主報(bào)告，存在較高的報(bào)告偏倚。中醫(yī)學(xué)的聞診和西醫(yī)學(xué)的“叩診”、“聽診”都有通過聽聲音進(jìn)行診斷病情的手段，而通過聽聲音來診斷心理狀態(tài)還屬少見。

MIMOSYS未病語音分析技術(shù)由東京大學(xué)研發(fā)，從聲音頻率的變動模式出發(fā)，分析“喜悅”、“平?！薄ⅰ皯嵟?、“哀傷”這4種感情狀態(tài)和“興奮”強(qiáng)度的成分比。主要是對傳遞自律神經(jīng)系統(tǒng)(情緒障礙等情況下是迷走神經(jīng)等)影響聲音的疾病特征進(jìn)行音響分析，通過導(dǎo)出參數(shù)進(jìn)行研究開發(fā)。人是通過聲帶振動來發(fā)出聲音的，而掌管感情的大腦邊緣系統(tǒng)是通過神經(jīng)與聲帶直接連接的，所以當(dāng)大腦感覺到壓力時(shí)，信號就會發(fā)送到聲帶中。例如，在放松的狀態(tài)下聲帶松弛，聲音頻率低，而在緊張的狀態(tài)下聲帶緊張，頻率變高。像這樣，將自己不能控制的聲帶變化(不隨意反應(yīng))反映出的心理健康狀態(tài)數(shù)值化，使之成為客觀化指標(biāo)。

7 小結(jié)

綜上，本文對目前市面上常見的亞健康人群身心狀況評測技術(shù)以及相關(guān)應(yīng)用情況進(jìn)行了系統(tǒng)整理，主要包括紅外熱成像技術(shù)、磁場感應(yīng)技術(shù)、中醫(yī)舌診和脈診的客觀化裝置、經(jīng)絡(luò)能量檢測系統(tǒng)、MIMOSYS語音心理評測系統(tǒng)等。本文僅就中醫(yī)界常用的亞健康輔助評估技術(shù)做了概述，對于西醫(yī)學(xué)亞健康評測領(lǐng)域的整理尚不完善。

在亞健康領(lǐng)域，智能醫(yī)療將會呈現(xiàn)何種發(fā)展趨勢，在未來又要何去何從，已經(jīng)有了部分答案。醫(yī)學(xué)界已經(jīng)積極引進(jìn)和開發(fā)先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)理念，在傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)擅長的“治未病”理念基礎(chǔ)上積極開拓，力圖開發(fā)出能夠在臨床應(yīng)用的簡、便、廉、效的智能設(shè)備，對臨床評估和診斷進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)亞健康的情況，減少不必要的急癥、重癥的發(fā)生，減少醫(yī)療資源的浪費(fèi)。