慢性阻塞性肺疾病四診信息化研究進(jìn)展

沙嬌嬌，陸洲，江濤，許家佗

上海中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 201203

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種以持續(xù)氣流受限為特征的可以預(yù)防和治療的常見(jiàn)疾病，是全球疾病三大死因之一[1]，2019年全球30～79歲人群COPD患病率為10.3%，中國(guó)2020年度COPD所致死亡約為90萬(wàn)人[2]。COPD致殘率高，2020—2024年中國(guó)COPD疾病負(fù)擔(dān)仍保持上升趨勢(shì)[3]。COPD的西醫(yī)診斷主要依據(jù)危險(xiǎn)因素暴露史、癥狀、體征及肺功能檢查，其中肺功能檢查表現(xiàn)為持續(xù)氣流受限是COPD診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”[4]。在臨床肺功能檢查中，患者多為中老年，部分有聽(tīng)力障礙或語(yǔ)言障礙，常配合欠佳，更有病情嚴(yán)重者行動(dòng)不便，導(dǎo)致肺功能檢查存在一定局限性。

中醫(yī)藥秉承整體觀念，對(duì)減少COPD急性加重、提高生活質(zhì)量、緩解癥狀具有較好作用[5]。中醫(yī)診斷現(xiàn)代技術(shù)通過(guò)舌面診儀、壓力傳感器、麥克風(fēng)等多種手段采集數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)分析技術(shù)結(jié)合不同臨床信息診斷疾病，具有無(wú)創(chuàng)性、便捷性的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)COPD病情、病程進(jìn)行判斷，對(duì)COPD的診療具有輔助價(jià)值。茲就COPD中醫(yī)四診信息化研究進(jìn)展綜述如下。

1 望診研究

舌診是中醫(yī)望診的重要組成部分，不同分級(jí)、病程的COPD患者舌象有其特征規(guī)律，隨著視覺(jué)處理技術(shù)的發(fā)展、舌診儀的研制、高通量測(cè)序技術(shù)的深入，近年COPD望診客觀化研究從臨床觀察數(shù)據(jù)挖掘轉(zhuǎn)向舌診的量化指標(biāo)及舌苔微生物研究。

1.1 舌診觀察性研究

有學(xué)者對(duì)331篇COPD穩(wěn)定期癥狀分布的文獻(xiàn)進(jìn)行研究，建立全身癥狀、舌象、脈象數(shù)據(jù)庫(kù)，在舌象方面，最常見(jiàn)的為舌苔薄白、舌淡紅和舌質(zhì)紫黯等，符合COPD穩(wěn)定期虛、痰、瘀的病機(jī)特點(diǎn)，多為虛證或虛實(shí)夾雜證的表現(xiàn)[6]。COPD不同時(shí)期的舌象表現(xiàn)也有所不同，徐雯潔等[7]分別收集774例COPD急性期和穩(wěn)定期患者的癥狀和舌脈信息，分析得出，急性期患者舌象以紅舌、潤(rùn)苔、欠潤(rùn)苔、黃苔、薄苔、稍厚苔、膩苔、舌下絡(luò)脈異常為主，穩(wěn)定期患者舌象以舌淡紅、苔薄白膩為主。

1.2 舌診定量化研究

望舌主要依據(jù)醫(yī)生的主觀判斷，受到醫(yī)者視覺(jué)、自身經(jīng)驗(yàn)、光線環(huán)境等影響，近年使用數(shù)字相機(jī)及圖像分析技術(shù)為臨床望舌提供了客觀依據(jù)。何聰睿等[8]通過(guò)總結(jié)其他學(xué)者舌診定量化研究，探討病證與舌象之間、舌象與客觀指標(biāo)之間的相關(guān)性，提出對(duì)COPD不同證型舌象指標(biāo)進(jìn)行定量研究，使COPD辨證分型更加準(zhǔn)確。曹江鵬[9]利用圖像分析技術(shù)對(duì)舌體進(jìn)行分割，運(yùn)用麥克斯韋三角對(duì)所得到的環(huán)形體進(jìn)行顏色分析，得出COPD急性期治療前后RGB參數(shù)變化明顯，而穩(wěn)定期治療前后RGB參數(shù)變化不大，為不同時(shí)期舌色定量研究提供參考。

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，舌苔稟脾胃之氣而生，由胃津上潮舌背而成，而肺與大腸相表里，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也提出“肺-腸軸”概念，以此建立起肺、腸、舌之間的關(guān)系[10]。李清儀等[11]發(fā)現(xiàn)，COPD患者舌苔微生態(tài)失調(diào)與COPD的發(fā)生發(fā)展有一定相關(guān)性，且二氧化碳噬纖維菌屬與彎曲桿菌屬可能是COPD的標(biāo)志菌群，黃色舌苔和白色舌苔的COPD穩(wěn)定期患者舌苔菌群組成具有差異。有研究將GOLD三級(jí)和四級(jí)COPD患者的糞便懸浮液移植給生物質(zhì)煙霧暴露小鼠后，成功誘導(dǎo)小鼠肺部炎癥和適應(yīng)性免疫反應(yīng)[12]，提示COPD患者腸道菌群改變能夠引發(fā)氣道炎癥、加速COPD病情進(jìn)展。通過(guò)使用中藥、微生物制劑，調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)等恢復(fù)菌群平衡，可直接或間接減輕呼吸道癥狀[13]。腸道環(huán)境變化可表現(xiàn)于舌，通過(guò)觀察舌苔，了解COPD病程與病情進(jìn)展，為疾病防治、療效評(píng)估提供依據(jù)。

除舌診外，近年來(lái)部分學(xué)者認(rèn)為影像學(xué)診斷也可作為望診信息化的拓展。胸部CT是診斷COPD的依據(jù)之一，李強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)基于胸部影像的人工智能識(shí)別技術(shù)，建立適用于COPD的早期篩查和嚴(yán)重程度分級(jí)的模型，具有較高的診斷效能，且分級(jí)準(zhǔn)確性達(dá)80%[14]?？梢?jiàn)，相比于傳統(tǒng)人工閱片的主觀性、差異性，胸部CT的標(biāo)準(zhǔn)化研究更具診斷價(jià)值。

2 聞診研究

中醫(yī)“聞診”包括聽(tīng)聲音和嗅氣味，目前COPD聞診信息化研究方法步驟包括COPD患者語(yǔ)音、呼吸音、咳嗽或氣味信號(hào)采集、預(yù)處理、特征提取及疾病診斷分析。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展使“聽(tīng)聲音”和“嗅氣味”標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)前語(yǔ)音分析技術(shù)和電子鼻技術(shù)在COPD診斷中的應(yīng)用還存在一定的發(fā)展空間，聞診信息與舌脈等信息的融合可為COPD中醫(yī)臨床辨證論治提供獨(dú)具特色的客觀指標(biāo)，對(duì)COPD臨床辨證分型具有一定的輔助判斷作用及參考價(jià)值。

2.1 聲診研究

2.1.1 語(yǔ)音聲學(xué)特征研究

COPD發(fā)病病位在肺，肺主氣，聲由氣發(fā)，肺呼吸空氣，在聲道中形成氣流，推動(dòng)聲帶振動(dòng)發(fā)音，是發(fā)音的能源，因此COPD會(huì)對(duì)發(fā)音系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響，使語(yǔ)音發(fā)生一定變化。程思益[15]探究COPD患者的聲音特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)諧噪比可以在一定程度反映病位及病性，不同肺功能分級(jí)患者的聲學(xué)特征指標(biāo)體現(xiàn)在第一共振峰、第三共振峰和聲斷度的差異。Saeed等[16]收集COPD患者肺活量指標(biāo)、聽(tīng)覺(jué)評(píng)估、電子喉鏡檢查信息及語(yǔ)音數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)1/3左右患者有不同程度的發(fā)音困難和聲帶結(jié)構(gòu)變化（彌漫性充血、黏膜水腫），且所有患者語(yǔ)音參數(shù)中振幅微擾和頻率微擾增加，諧噪比降低，異丙托溴銨使用量與振幅微擾存在顯著相關(guān)性。

2.1.2 呼吸音特征研究

肺呼吸音是醫(yī)生診斷肺部疾病與判斷預(yù)后的重要依據(jù)。Wang等[17]使用聲學(xué)成像技術(shù)捕獲并顯示整個(gè)呼吸周期中的呼吸音，繪制呼吸音分布圖，以創(chuàng)建基于聲音強(qiáng)度的二維圖像灰度序列，用呼吸音強(qiáng)度的相對(duì)差異區(qū)分由充血性心力衰竭、COPD和哮喘引起的急性呼吸困難。Schudt等[18]通過(guò)記錄平均夜間呼吸頻率，發(fā)現(xiàn)與吸煙的COPD患者相比，不吸煙的COPD患者呼吸頻率更高，且吸煙量大者夜間喘息更明顯。隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的成熟，利用電子設(shè)備監(jiān)測(cè)肺呼吸音具有便捷性。Fraiwan等[19]使用電子聽(tīng)診器從胸壁記錄肺部聲音，然后分析數(shù)據(jù)，可以從肺部聲音中檢測(cè)出不同的肺部疾病。Yilmaz等[20]提出一種可穿戴聽(tīng)診器，可以在日常生活中持續(xù)監(jiān)測(cè)COPD患者的呼吸音，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而判斷患者的預(yù)后。

2.1.3 咳嗽聲特征研究

慢性咳嗽會(huì)引起COPD患者肺功能下降及血液炎性因子增加[21]。Sharan等[22]使用咳嗽的聲學(xué)特征預(yù)測(cè)肺活量，發(fā)現(xiàn)咳嗽聲與第1秒用力呼氣容積（FEV1）和用力肺活量（FVC）呈高度正相關(guān)，與FEV1/FVC%呈中等程度正相關(guān)。Crooks等[23]對(duì)COPD急性期康復(fù)期間的咳嗽頻率進(jìn)行客觀測(cè)量，提出一種用于COPD患者的家庭監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以記錄連續(xù)45 d咳嗽聲，從而判斷患者的預(yù)后情況?？人允荂OPD發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的主要癥狀，利用人工智能記錄并分析各階段的咳嗽聲音，可以定期評(píng)估COPD的嚴(yán)重程度，盡早干預(yù)治療，預(yù)防COPD急性加重的發(fā)生。

2.2 嗅診研究

現(xiàn)代嗅診技術(shù)主要通過(guò)檢測(cè)COPD患者呼出氣體成分，篩查特異性揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）。有研究者通過(guò)使用基于MOS傳感器陣列的電子鼻，檢測(cè)COPD患者、肺癌患者與健康人呼出的VOCs的差異，在區(qū)分COPD和肺癌與健康組時(shí)，采用支持向量機(jī)算法的準(zhǔn)確率為92.3%，在外部驗(yàn)證中，k鄰近算法準(zhǔn)確率為75.0%[24]，該研究表明，電子鼻可作為一種非侵入性、快速簡(jiǎn)便的COPD篩查工具。COPD復(fù)發(fā)率高，電子鼻也可以識(shí)別出院后有早期再入院風(fēng)險(xiǎn)的COPD急性發(fā)作患者[25]。對(duì)于COPD病程復(fù)雜、病情多變的特點(diǎn)，一項(xiàng)前瞻性研究通過(guò)采集COPD患者VOCs，采用偏最小二乘判別分析對(duì)隨訪1年的患者功能狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示，VOCs可識(shí)別BODE指數(shù)和6 min步行測(cè)試四分位數(shù)的類(lèi)別，并且在預(yù)測(cè)6 min步行測(cè)試方面優(yōu)于GOLD分級(jí)[26]。可見(jiàn)，利用電子鼻診斷COPD具有一定優(yōu)勢(shì)，將其與臨床分期、分級(jí)、中醫(yī)辨證相結(jié)合可以用于COPD的證候辨識(shí)。

3 問(wèn)診研究

COPD存在進(jìn)行性且不可逆性氣道受阻，易復(fù)發(fā)且難以治愈，因此對(duì)其治療效果和預(yù)后效果的評(píng)價(jià)具有一定難度，目前國(guó)際對(duì)于COPD的評(píng)價(jià)主要為西醫(yī)量表，如慢性阻塞性肺疾病自我評(píng)估測(cè)試（CAT）問(wèn)卷和改良版英國(guó)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)（mMRC）呼吸困難問(wèn)卷[4]等，但上述量表無(wú)法涵蓋中醫(yī)問(wèn)診信息，不適用于中醫(yī)病證診斷及疾病評(píng)估，因此近年來(lái)有學(xué)者提出制定COPD中醫(yī)評(píng)價(jià)量表。從患者角度，COPD“病人報(bào)告結(jié)局”中醫(yī)評(píng)價(jià)量表的研制將患者認(rèn)為最痛苦的癥狀標(biāo)準(zhǔn)化，可作為療效評(píng)價(jià)和預(yù)后判斷的測(cè)評(píng)工具[27]。除患者的自我感受外，中醫(yī)醫(yī)生“司外揣內(nèi)”的主觀判斷也是評(píng)價(jià)其病情變化的重要依據(jù)。任明等[28-29]通過(guò)德?tīng)柗品?gòu)建COPD的中醫(yī)三維主觀報(bào)告結(jié)局量表，并對(duì)其臨床適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，此量表適用于COPD的中醫(yī)藥療效評(píng)價(jià)。證候是中醫(yī)療效評(píng)價(jià)的核心指標(biāo)，李建生等[30-31]在已研制的COPD穩(wěn)定期證候療效評(píng)價(jià)量表的基礎(chǔ)上，初步提出病證結(jié)合模式下中醫(yī)證候療效評(píng)價(jià)量表研制的基本流程及關(guān)鍵技術(shù)，可為相關(guān)研究提供參考。

4 脈診研究

4.1 脈診觀察性研究

一項(xiàng)COPD脈診文獻(xiàn)研究顯示，COPD穩(wěn)定期脈象常見(jiàn)細(xì)脈、沉細(xì)脈、弱脈和弦滑脈等[6]。另有研究指出，COPD急性期患者脈象以滑脈、細(xì)脈、數(shù)脈、沉脈為主，穩(wěn)定期患者脈象以細(xì)脈、沉脈、滑脈為主[7]。COPD實(shí)證患者多痰、多瘀，常表現(xiàn)為滑脈，有學(xué)者用“中醫(yī)脈診信息采集系統(tǒng)”采集同為滑脈的COPD患者與脂肪肝患者各50例的左右手寸、關(guān)、尺部位的脈診信息特征，通過(guò)監(jiān)督學(xué)習(xí)后，2種疾病患者脈診信息判別的準(zhǔn)確率達(dá)79%～92%，此外，發(fā)現(xiàn)COPD患者脈率高于脂肪肝患者，與臨床COPD患者心率呈增快趨勢(shì)的報(bào)道相符，尺部是特征參數(shù)最常出現(xiàn)的部位，可能與COPD患者中醫(yī)辨證“腎不納氣”有關(guān)[32]。以上研究表明，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)可以為傳統(tǒng)中醫(yī)理論帶來(lái)科學(xué)解釋?zhuān)S著脈診技術(shù)成熟，可更好地為COPD臨床診療提供應(yīng)用價(jià)值。

4.2 脈診定量化研究

目前COPD脈診定量化研究偏少，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，心率變異性（HRV）和動(dòng)脈僵硬度與COPD病情變化存在一定關(guān)系。HRV主要指心率節(jié)奏快慢隨時(shí)間發(fā)生的變化，是分析逐個(gè)心動(dòng)周期細(xì)微的時(shí)間變化及其規(guī)律。有研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者可伴有HRV下降和自主神經(jīng)功能損害，且HRV與肺功能存在正相關(guān)[33]，因此分析HRV可以作為判斷COPD預(yù)后的指標(biāo)[34]。郭海鵬等[35]探討COPD患者竇性心率震蕩（HRT）和HRV的變化及臨床意義，發(fā)現(xiàn)COPD患者HRT現(xiàn)象減弱，HRT和HRV變化隨患者肺動(dòng)脈壓力增加而惡化，聯(lián)合檢測(cè)對(duì)評(píng)價(jià)COPD患者自主神經(jīng)功能狀態(tài)及預(yù)后有較高臨床價(jià)值。劉海燕等[36]通過(guò)對(duì)COPD患者HRT參數(shù)與HRV參數(shù)的綜合分析，發(fā)現(xiàn)可較好地評(píng)估心臟自主神經(jīng)功能狀態(tài)，為COPD患者的心律失常危險(xiǎn)分層提供了新的探索途徑。

心血管疾病是COPD最常見(jiàn)且重要的共病之一[37]，血管功能障礙是引起慢性肺源性心臟病的重要機(jī)制，其中動(dòng)脈僵硬度尤為顯著[38]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，COPD住院患者的動(dòng)脈僵硬度增加，患者嚴(yán)重程度越高，其動(dòng)脈僵硬度越高，不同治療措施（即支氣管擴(kuò)張劑和康復(fù)）對(duì)動(dòng)脈僵硬度均有影響[39]。

5 問(wèn)題與展望

COPD病情復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)因素難以控制，臨床證型表現(xiàn)復(fù)雜多樣，一旦發(fā)病不易痊愈，當(dāng)前尚缺乏完整、科學(xué)的辨證體系，今后可應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)融合COPD多維度四診信息，建立COPD輔助診療系統(tǒng)，發(fā)揮中醫(yī)特色信息化在COPD早期診斷、病情監(jiān)測(cè)等方面的優(yōu)勢(shì)。今后COPD四診信息化研究可從以下方面繼續(xù)深入。

深入開(kāi)展COPD舌脈診量化特征研究。COPD不同病程、病情的癥狀、體征表現(xiàn)具有一定差異，隨著疾病的演變，舌脈象特征也會(huì)隨證候變化而呈現(xiàn)出一定規(guī)律。目前舌診儀與脈診儀的研究已相對(duì)成熟，在病證結(jié)合模式下探索COPD患者舌脈象參數(shù)特征，為COPD舌脈的量化提供參考。

豐富COPD面色望診技術(shù)研究。臨床上，COPD患者普遍面色偏蒼白、少光澤，符合中醫(yī)理論肺五色主白。隨著病情病程進(jìn)展，急性期或重度以上COPD患者可見(jiàn)口唇發(fā)紺，這主要由缺氧和末梢血液循環(huán)障礙引起。運(yùn)用面部光譜色度測(cè)定方法尋找COPD患者的面色規(guī)律，應(yīng)用于疾病診斷與病情評(píng)估。

建立規(guī)范的聲診量化特征研究方法。肺系疾病臨床表現(xiàn)與聲音變化密切相關(guān)，目前聲診研究較為缺乏，今后可從聲診研究方法進(jìn)行探索，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化采集方案下，從聲診角度挖掘中醫(yī)聲學(xué)特征，為COPD病證診斷提供客觀化依據(jù)。

運(yùn)用多模態(tài)四診信息融合實(shí)現(xiàn)COPD病證智能診斷。中醫(yī)學(xué)注重“整體觀”，將個(gè)體的四診臨床數(shù)據(jù)綜合分析是中醫(yī)診斷的落腳點(diǎn)，中醫(yī)診斷實(shí)現(xiàn)“四診合參”的關(guān)鍵技術(shù)為多模態(tài)信息融合。現(xiàn)代中醫(yī)診斷輔助技術(shù)包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感器、自然語(yǔ)言處理、氣相色譜等，隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，推動(dòng)這些技術(shù)發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而利用多模態(tài)信息融合，建立COPD輔助診斷模型，更好地應(yīng)用于COPD辨證。

綜上，在中醫(yī)理論指導(dǎo)下，采用多種信息技術(shù)，豐富COPD中醫(yī)客觀化檢測(cè)指標(biāo)，運(yùn)用多學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)四診融合，可以為COPD病證診斷、病情監(jiān)測(cè)與管理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、療效評(píng)價(jià)等提供新的方法。