亚健康人群身心状况评测技术的研究进展

王雪娇 李杰 何青鋆 戴宁 李峰

0 引言

亚健康是机体虽然没有明确的疾病，但呈现出活力、适应力不同程度减退的一种生理状态，是介于健康与疾病之间的一种功能降低的状态。它既能向健康的状态转化，也能够向恶化的方向转化[1-2]。目前，亚健康己经成为危害人类生命质量的重要因素。据世界卫生组织一项全球性的研究预测，全球有75%的人群处于亚健康状态,而中国保健学会2002年7月对中国16个百万以上人口的城市居民抽样调查显示:亚健康状态的人群达70%以上[3-4]。

亚健康状态是20世纪80年代后半期由国际医学界提出的一个新概念,预示着人类面对疾病的策略开始从治疗转向预防。这是一个重要转变，标志着医学新思维的产生，这个课题的开展将对未来人类医学做出杰出贡献[5]。但是亚健康不存在器质性的病理变化，传统医疗检测设备尚不能够对这种功能低下的状态及其原因做出描述和判断。目前，亚健康状态的诊断主要通过问卷调查或者有创测量的生化指标来评估[6-10]，至今医疗卫生领域还没有快速、无创且能够客观量化亚健康的测评方法。为更好地发挥中医治未病的理念和优势，有效维护亚健康人员的身心健康，本文拟综合目前现有技术，对无创、智能化身心健康快速评测装置做系统整理。

1 红外热成像技术对亚健康的早期发现

红外热成像技术是一种利用红外探测器接收红外辐射能并将其转变为能够测量的电信号，再经过模数转换、数字信号处理等,然后形成可直观感知和分析的可见光图像分布图,最后通过分析物体的热信息来探查物体内部状态的一种现代化影像学技术[11]。红外热成像技术不仅适用于西医学，而且符合中医藏象理论，可据此推断出人的脏腑气血阴阳等生理病理变化,因此可以敏锐地探测人体健康状态的趋向，及时甄别亚健康状态。中医学已经将红外热成像技术应用于人体体质的研究。王鸿谟等[12]提出面温与阳气呈正相关，并通过对46例健康青年的面部红外扫描后进行推论，高于上限者可考虑为阳热体质,低于下限者可考虑为虚寒之体。李洪娟等[13]则以中医面诊学和中医体质学理论为依据,收集了300余例健康人群面部红外热图的热值数据,分析得出不同体质人群面部区域寒热偏离及其可能的脏腑功能问题。

当然，红外热成像技术只能测量体表温度,易受外界温度影响，存在一定程度的测量偏倚，而且体表温度的变化不一定完全来自体内病变，或是体表皮肤疾患导致的。在实际应用中,要做好前期工作，排除各种可能的干扰,以便准确客观地做出评价。

2 人体磁场测量技术对亚健康的早期诊断

从接触式过渡到非接触式的诊疗、评估是当代医学的重要发展方向，其中一个重要手段就是磁诊断。人类心脏、大脑等器官都会发出非常微弱的磁场，如果器官发生病变甚至只是功能性问题，磁“反应”会产生变化,因此疾病在早期阶段便能发现。对于人体磁场这种微弱磁场，之前多使用超导量子干涉仪。但该设备需要液氦冷却且体积庞大、操作麻烦。近年日本TDK公司与日本东京医科牙科大学合作，利用HDD硬盘磁头的磁传感器成功测量了心脏的磁场分布，这是全球首次取得这样的成果。该技术可实现移动传感器，且采用传感器阵列，精度更高[14]。俄罗斯国家研究型工艺技术大学——莫斯科国立钢铁合金学院的团队也研究出一种磁性传感器，可捕捉到人类心脏磁场的变化[15]。

3 通过中医脉诊现代化手段对亚健康的客观评测

“四诊”是中医诊断的特色，而脉诊尤为具有代表性，是中医探查患者气血阴阳的重要媒介。相较于现代医学的诊断仪器，脉诊可能更加敏感，尤其对亚健康等功能性疾病的早期发现的作用不可忽视。20世纪50年代初，我国科研工作者开始使用脉搏描记器研究中医脉象，尝试利用现代技术将中医脉象客观化、数据化的描述。研制和开发脉诊仪的核心技术是脉象传感器，到目前为止，研发出的传感器包括压力传感器、光电传感器、传声器、超声多谱勒式传感器、纳米传感器、气压传感器、石墨烯传感器等。压力传感器的应用最为普遍，原理也最简单，具体又可分为压电式传感器、压阻式传感器和压磁式传感器。光电传感器、超声多谱勒式传感器和传声器由于研究技术的限制，研究尚未成熟，故在科研及临床工作中无法得到很好的应用。纳米传感器和石墨烯传感器多应用于工业与航天事业方面[16-17]。

近年来，国内外对于脉诊客观化的研究成果颇丰。李甜等[18-19]研制出一款基于石墨烯柔性压力传感器并使用腕带固定、气囊气泵加压以模拟中医诊脉过程中三指加压指法的设备。借助石墨烯柔和、质地轻、高通透性等优点，可以更大面积贴服于手腕上，有利于判断脉象。Chou等[20]研制了一种新的脉搏诊断系统：前端感测设备、中间信号转换设备和终端单元设备。他们认为传统的机械臂虽然可以相对精确地测量，但很难操作并难以保持稳定性。而使用导电聚合材料制成三端子三尖端传感器采用手腕式触诊设计，则可以克服传统设备的缺点。华中科技大学[21]研制了一种具有自供能脉搏传感器的脉诊仪，创新性地发明了柔性发电机，利用人体脉搏跳动产生的机械能驱动电压信号，实现脉搏传感器的自驱动功能。这款发电机不仅轻薄、可卷曲弯折，且便于贴合运动物体以更有效地收集能源，为户外便携式仪器提供新的能源支持。罗锦兴[22]研制了双感测脉诊仪，其创新之处在于借助计算机数据库完整记录脉诊专家的把脉手法、指下脉感及脉象判读等临床经验。孙冰[23]借助现代科技的智能终端改进发明了远程切脉的脉诊仪，该脉诊仪是由桡动脉搏动检测器及脉搏模拟器、智能终端和客户端4部分构成，脉搏传感器收集信号上传到智能终端后，通过网络传递到医师的智能终端上。在医师的智能终端上脉搏波形信息转换形成虚拟器振动信号，医师将手放于模拟器的振动装置处，即可感知人体脉搏的虚拟脉搏振动，实现远程切脉。这种结合现代科技的智能仪器，符合现代医疗的发展，但容易产生误差和偏倚。

目前，日本日立公司已开发一款压力与疲劳监测系统VM302，通过采集受试者的心电和指尖脉搏波数据，与系统内置的数据库进行比对评估，该设备可以同时检测到人体的脉搏和心电(electrocardiogram,ECG)信号两组数据，进行特征提取和系列算法，再输入到已经训练好的网络模型中,通过决策规则最终可以判断受试者的疲劳状态。受试者只要把生日和性别输入电脑，握住一个状如电玩的遥控器，电脑即可精准判断人体的植物神经状态以判断身心的疲劳水平和心理健康状态。

光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography,PPG)是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法[24]。其借助一定波长的光线照射到皮肤表面,而光线通过透射或反射被光电接收器捕获。该过程中光线由于皮肤、肌肉、血液等结构的吸收减弱,到达光电接收器的光强度减小,而血管中血液对光线的减弱作用随着心脏的搏动呈现波动性变化。当心脏收缩时血管中血液容积增大,被吸收的光强度增加,光电接收器接收到的光强度随之减弱,当心脏舒张时则相反。将光的强度转化成电信号,就能获得容积脉搏血流的变化[25]。综上，利用血液中透光率的脉动变化，折算成电信号。通过分析可得到人体内血管系统中许多与健康有关的血流特征,进而分析得到脉诊结论以及包括心率、血氧、血压等在内的多种重要人体生理指标。

心电传感器：脉搏的波动主要由心脏提供源动力，心动周期的不同阶段对脉搏的波形产生不同作用。心电图是临床医生频繁使用的诊断技术，研究发现中医有些脉搏如结代脉等与病理性心电图(如早搏、畸形的QRS波群等)关系密切。把心电图和中医脉搏图联合分析，可以得到脉搏传导速度、血管弹性、血流阻力等重要参数。

综上，中医现代化得到国内外研究者的重视，发展飞速。传统医学的脉诊通过与现代科技的结合，其功用将会在亚健康领域得到彰显。

4 中医舌诊标准化在亚健康领域的客观化应用

舌诊也是传统医学诊断中非常重要的一部分，是中医诊断中能较为客观收集患者病况的手段，可以在亚健康领域有所发挥。舌诊仪由数字舌图采集系统和舌象特征处理系统构成，前者包括光源、照明环境和数码相机，后者则由色彩校正以及舌体分割、舌质、舌苔分离等舌象特征提取与识别软件构成[26]。赵晓梅等[27]提出基于CS(布谷鸟搜索)-BP舌象颜色校正算法，使舌色校正效果更加显著。在临床研究中科研人员通过采集并分析患者对舌象进行量化分析，量化项目包括舌色、苔色、舌态、舌质、舌形、舌苔面积、齿痕数量、最大齿痕面积、瘀斑数量、最大瘀斑面积、点刺数量、最大点刺面积等。

传统医学强调人的精气神和气血，并认为无形统御有形，所以对于无形的、功能的能量和信息的把握具有超前的意识。但也因不能标准化为人诟病。舌诊的标准化是一种探索，标准化舌诊对亚健康人员的监测为未病先防提供更加合理的方案。

5 经络能量检测技术对亚健康的客观评测

“经络者，所以能决死生，处百病，调虚实，不可不通”(《灵枢·经脉第十》)。正常情况下，经脉把气运行至身体的内外上下，供应并调节全身对气的需求，保持人体的健康状态，但是邪气也可以通过穴位入侵人体，通过经脉传变，从而产生各种疾病。“邪之中人,先皮毛,后经络,入脏腑,由浅而深,百病皆然”(素问·脏腑经络先后病第十一)，经络为人体抗邪的先驱防线，对疾病初萌的亚健康状态的捕捉非常敏感。

经络能量检测系统通过无创检测、量化经络数据、直观稳定的检测结果，在辅助诊断和亚健康测评方面有特殊优势。以经络穴位电阻特性为采集基础，以近20年上万人次青少年运动员的系统检测为基础样本，建立了仪器高度可信的健康标准，以中医系统哲学与钱学森系统科学思想为指导，设计科学的统计算法，以井穴40、原穴40为检测结构，全面反映经络层次的能量，直观反映经络层面的阴阳、表里、寒热、虚实情况。稳定性良好，可以跟踪测试，进行数据的统计挖掘，建立数据模型[28-30]。

6 MIMOSYS语音技术对亚健康的心理评测

现代健康理念早已从单纯的“生理健康”过渡到“生理—心理—社会”模式，精神心理疾病的诊断多要求疾病具有相当的严重程度，而对于心理疾患的早期诊断严重不足。并且传统心理测评多为通过量表的自主报告，存在较高的报告偏倚。中医学的闻诊和西医学的“叩诊”、“听诊”都有通过听声音进行诊断病情的手段，而通过听声音来诊断心理状态还属少见。

MIMOSYS未病语音分析技术由东京大学研发，从声音频率的变动模式出发，分析“喜悦”、“平常”、“愤怒”、“哀伤”这4种感情状态和“兴奋”强度的成分比。主要是对传递自律神经系统(情绪障碍等情况下是迷走神经等)影响声音的疾病特征进行音响分析，通过导出参数进行研究开发。人是通过声带振动来发出声音的，而掌管感情的大脑边缘系统是通过神经与声带直接连接的，所以当大脑感觉到压力时，信号就会发送到声带中。例如，在放松的状态下声带松弛，声音频率低，而在紧张的状态下声带紧张，频率变高。像这样，将自己不能控制的声带变化(不随意反应)反映出的心理健康状态数值化，使之成为客观化指标。

7 小结

综上，本文对目前市面上常见的亚健康人群身心状况评测技术以及相关应用情况进行了系统整理，主要包括红外热成像技术、磁场感应技术、中医舌诊和脉诊的客观化装置、经络能量检测系统、MIMOSYS语音心理评测系统等。本文仅就中医界常用的亚健康辅助评估技术做了概述，对于西医学亚健康评测领域的整理尚不完善。

在亚健康领域，智能医疗将会呈现何种发展趋势，在未来又要何去何从，已经有了部分答案。医学界已经积极引进和开发先进技术，并结合传统医学理念，在传统中医学擅长的“治未病”理念基础上积极开拓，力图开发出能够在临床应用的简、便、廉、效的智能设备，对临床评估和诊断进行标准化，及时发现亚健康的情况，减少不必要的急症、重症的发生，减少医疗资源的浪费。