慢性阻塞性肺疾病四診信息化研究進展

沙嬌嬌，陸洲，江濤，許家佗

上海中醫藥大學基礎醫學院，上海 201203

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種以持續氣流受限為特征的可以預防和治療的常見疾病，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2020年度COPD所致死亡約為90萬人[2]。COPD致殘率高，2020—2024年中國COPD疾病負擔仍保持上升趨勢[3]。COPD的西醫診斷主要依據危險因素暴露史、癥狀、體征及肺功能檢查，其中肺功能檢查表現為持續氣流受限是COPD診斷的“金標準”[4]。在臨床肺功能檢查中，患者多為中老年，部分有聽力障礙或語言障礙，常配合欠佳，更有病情嚴重者行動不便，導致肺功能檢查存在一定局限性。

中醫藥秉承整體觀念，對減少COPD急性加重、提高生活質量、緩解癥狀具有較好作用[5]。中醫診斷現代技術通過舌面診儀、壓力傳感器、麥克風等多種手段采集數據，利用計算機分析技術結合不同臨床信息診斷疾病，具有無創性、便捷性的優點，可以對COPD病情、病程進行判斷，對COPD的診療具有輔助價值。茲就COPD中醫四診信息化研究進展綜述如下。

1 望診研究

舌診是中醫望診的重要組成部分，不同分級、病程的COPD患者舌象有其特征規律，隨著視覺處理技術的發展、舌診儀的研制、高通量測序技術的深入，近年COPD望診客觀化研究從臨床觀察數據挖掘轉向舌診的量化指標及舌苔微生物研究。

1.1 舌診觀察性研究

有學者對331篇COPD穩定期癥狀分布的文獻進行研究，建立全身癥狀、舌象、脈象數據庫，在舌象方面，最常見的為舌苔薄白、舌淡紅和舌質紫黯等，符合COPD穩定期虛、痰、瘀的病機特點，多為虛證或虛實夾雜證的表現[6]。COPD不同時期的舌象表現也有所不同，徐雯潔等[7]分別收集774例COPD急性期和穩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、潤苔、欠潤苔、黃苔、薄苔、稍厚苔、膩苔、舌下絡脈異常為主，穩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

望舌主要依據醫生的主觀判斷，受到醫者視覺、自身經驗、光線環境等影響，近年使用數字相機及圖像分析技術為臨床望舌提供了客觀依據。何聰睿等[8]通過總結其他學者舌診定量化研究，探討病證與舌象之間、舌象與客觀指標之間的相關性，提出對COPD不同證型舌象指標進行定量研究，使COPD辨證分型更加準確。曹江鵬[9]利用圖像分析技術對舌體進行分割，運用麥克斯韋三角對所得到的環形體進行顏色分析，得出COPD急性期治療前后RGB參數變化明顯，而穩定期治療前后RGB參數變化不大，為不同時期舌色定量研究提供參考。

中醫學認為，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，現代醫學也提出“肺-腸軸”概念，以此建立起肺、腸、舌之間的關系[10]。李清儀等[11]發現，COPD患者舌苔微生態失調與COPD的發生發展有一定相關性，且二氧化碳噬纖維菌屬與彎曲桿菌屬可能是COPD的標志菌群，黃色舌苔和白色舌苔的COPD穩定期患者舌苔菌群組成具有差異。有研究將GOLD三級和四級COPD患者的糞便懸浮液移植給生物質煙霧暴露小鼠后，成功誘導小鼠肺部炎癥和適應性免疫反應[12]，提示COPD患者腸道菌群改變能夠引發氣道炎癥、加速COPD病情進展。通過使用中藥、微生物制劑，調整飲食結構等恢復菌群平衡，可直接或間接減輕呼吸道癥狀[13]。腸道環境變化可表現于舌，通過觀察舌苔，了解COPD病程與病情進展，為疾病防治、療效評估提供依據。

除舌診外，近年來部分學者認為影像學診斷也可作為望診信息化的拓展。胸部CT是診斷COPD的依據之一，李強教授團隊基于胸部影像的人工智能識別技術，建立適用于COPD的早期篩查和嚴重程度分級的模型，具有較高的診斷效能，且分級準確性達80%[14]。可見，相比于傳統人工閱片的主觀性、差異性，胸部CT的標準化研究更具診斷價值。

2 聞診研究

中醫“聞診”包括聽聲音和嗅氣味，目前COPD聞診信息化研究方法步驟包括COPD患者語音、呼吸音、咳嗽或氣味信號采集、預處理、特征提取及疾病診斷分析。

現代醫學的發展使“聽聲音”和“嗅氣味”標準化，當前語音分析技術和電子鼻技術在COPD診斷中的應用還存在一定的發展空間，聞診信息與舌脈等信息的融合可為COPD中醫臨床辨證論治提供獨具特色的客觀指標，對COPD臨床辨證分型具有一定的輔助判斷作用及參考價值。

2.1 聲診研究

2.1.1 語音聲學特征研究

COPD發病病位在肺，肺主氣，聲由氣發，肺呼吸空氣，在聲道中形成氣流，推動聲帶振動發音，是發音的能源，因此COPD會對發音系統產生一定影響，使語音發生一定變化。程思益[15]探究COPD患者的聲音特點，發現諧噪比可以在一定程度反映病位及病性，不同肺功能分級患者的聲學特征指標體現在第一共振峰、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、聽覺評估、電子喉鏡檢查信息及語音數據，分析發現1/3左右患者有不同程度的發音困難和聲帶結構變化（彌漫性充血、黏膜水腫），且所有患者語音參數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性。

2.1.2 呼吸音特征研究

肺呼吸音是醫生診斷肺部疾病與判斷預后的重要依據。Wang等[17]使用聲學成像技術捕獲并顯示整個呼吸周期中的呼吸音，繪制呼吸音分布圖，以創建基于聲音強度的二維圖像灰度序列，用呼吸音強度的相對差異區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]通過記錄平均夜間呼吸頻率，發現與吸煙的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。隨著科技的進步和現代醫療技術的成熟，利用電子設備監測肺呼吸音具有便捷性。Fraiwan等[19]使用電子聽診器從胸壁記錄肺部聲音，然后分析數據，可以從肺部聲音中檢測出不同的肺部疾病。Yilmaz等[20]提出一種可穿戴聽診器，可以在日常生活中持續監測COPD患者的呼吸音，實現實時監測，從而判斷患者的預后。

2.1.3 咳嗽聲特征研究

慢性咳嗽會引起COPD患者肺功能下降及血液炎性因子增加[21]。Sharan等[22]使用咳嗽的聲學特征預測肺活量，發現咳嗽聲與第1秒用力呼氣容積（FEV1）和用力肺活量（FVC）呈高度正相關，與FEV1/FVC%呈中等程度正相關。Crooks等[23]對COPD急性期康復期間的咳嗽頻率進行客觀測量，提出一種用于COPD患者的家庭監測系統，可以記錄連續45 d咳嗽聲，從而判斷患者的預后情況。咳嗽是COPD發生發展過程中的主要癥狀，利用人工智能記錄并分析各階段的咳嗽聲音，可以定期評估COPD的嚴重程度，盡早干預治療，預防COPD急性加重的發生。

2.2 嗅診研究

現代嗅診技術主要通過檢測COPD患者呼出氣體成分，篩查特異性揮發性有機化合物（VOCs）。有研究者通過使用基于MOS傳感器陣列的電子鼻，檢測COPD患者、肺癌患者與健康人呼出的VOCs的差異，在區分COPD和肺癌與健康組時，采用支持向量機算法的準確率為92.3%，在外部驗證中，k鄰近算法準確率為75.0%[24]，該研究表明，電子鼻可作為一種非侵入性、快速簡便的COPD篩查工具。COPD復發率高，電子鼻也可以識別出院后有早期再入院風險的COPD急性發作患者[25]。對于COPD病程復雜、病情多變的特點，一項前瞻性研究通過采集COPD患者VOCs，采用偏最小二乘判別分析對隨訪1年的患者功能狀態進行預測，結果顯示，VOCs可識別BODE指數和6 min步行測試四分位數的類別，并且在預測6 min步行測試方面優于GOLD分級[26]。可見，利用電子鼻診斷COPD具有一定優勢，將其與臨床分期、分級、中醫辨證相結合可以用于COPD的證候辨識。

3 問診研究

COPD存在進行性且不可逆性氣道受阻，易復發且難以治愈，因此對其治療效果和預后效果的評價具有一定難度，目前國際對于COPD的評價主要為西醫量表，如慢性阻塞性肺疾病自我評估測試（CAT）問卷和改良版英國醫學研究委員會（mMRC）呼吸困難問卷[4]等，但上述量表無法涵蓋中醫問診信息，不適用于中醫病證診斷及疾病評估，因此近年來有學者提出制定COPD中醫評價量表。從患者角度，COPD“病人報告結局”中醫評價量表的研制將患者認為最痛苦的癥狀標準化，可作為療效評價和預后判斷的測評工具[27]。除患者的自我感受外，中醫醫生“司外揣內”的主觀判斷也是評價其病情變化的重要依據。任明等[28-29]通過德爾菲法構建COPD的中醫三維主觀報告結局量表，并對其臨床適用性進行評價，此量表適用于COPD的中醫藥療效評價。證候是中醫療效評價的核心指標，李建生等[30-31]在已研制的COPD穩定期證候療效評價量表的基礎上，初步提出病證結合模式下中醫證候療效評價量表研制的基本流程及關鍵技術，可為相關研究提供參考。

4 脈診研究

4.1 脈診觀察性研究

一項COPD脈診文獻研究顯示，COPD穩定期脈象常見細脈、沉細脈、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、細脈、數脈、沉脈為主，穩定期患者脈象以細脈、沉脈、滑脈為主[7]。COPD實證患者多痰、多瘀，常表現為滑脈，有學者用“中醫脈診信息采集系統”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、尺部位的脈診信息特征，通過監督學習后，2種疾病患者脈診信息判別的準確率達79%～92%，此外，發現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的報道相符，尺部是特征參數最常出現的部位，可能與COPD患者中醫辨證“腎不納氣”有關[32]。以上研究表明，通過計算機技術可以為傳統中醫理論帶來科學解釋，隨著脈診技術成熟，可更好地為COPD臨床診療提供應用價值。

4.2 脈診定量化研究

目前COPD脈診定量化研究偏少，有學者發現，心率變異性（HRV）和動脈僵硬度與COPD病情變化存在一定關系。HRV主要指心率節奏快慢隨時間發生的變化，是分析逐個心動周期細微的時間變化及其規律。有研究發現，COPD患者可伴有HRV下降和自主神經功能損害，且HRV與肺功能存在正相關[33]，因此分析HRV可以作為判斷COPD預后的指標[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，發現COPD患者HRT現象減弱，HRT和HRV變化隨患者肺動脈壓力增加而惡化，聯合檢測對評價COPD患者自主神經功能狀態及預后有較高臨床價值。劉海燕等[36]通過對COPD患者HRT參數與HRV參數的綜合分析，發現可較好地評估心臟自主神經功能狀態，為COPD患者的心律失常危險分層提供了新的探索途徑。

心血管疾病是COPD最常見且重要的共病之一[37]，血管功能障礙是引起慢性肺源性心臟病的重要機制，其中動脈僵硬度尤為顯著[38]。有學者發現，COPD住院患者的動脈僵硬度增加，患者嚴重程度越高，其動脈僵硬度越高，不同治療措施（即支氣管擴張劑和康復）對動脈僵硬度均有影響[39]。

5 問題與展望

COPD病情復雜，風險因素難以控制，臨床證型表現復雜多樣，一旦發病不易痊愈，當前尚缺乏完整、科學的辨證體系，今后可應用大數據、人工智能等信息技術融合COPD多維度四診信息，建立COPD輔助診療系統，發揮中醫特色信息化在COPD早期診斷、病情監測等方面的優勢。今后COPD四診信息化研究可從以下方面繼續深入。

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

豐富COPD面色望診技術研究。臨床上，COPD患者普遍面色偏蒼白、少光澤，符合中醫理論肺五色主白。隨著病情病程進展，急性期或重度以上COPD患者可見口唇發紺，這主要由缺氧和末梢血液循環障礙引起。運用面部光譜色度測定方法尋找COPD患者的面色規律，應用于疾病診斷與病情評估。

建立規范的聲診量化特征研究方法。肺系疾病臨床表現與聲音變化密切相關，目前聲診研究較為缺乏，今后可從聲診研究方法進行探索，在統一的標準化采集方案下，從聲診角度挖掘中醫聲學特征，為COPD病證診斷提供客觀化依據。

運用多模態四診信息融合實現COPD病證智能診斷。中醫學注重“整體觀”，將個體的四診臨床數據綜合分析是中醫診斷的落腳點，中醫診斷實現“四診合參”的關鍵技術為多模態信息融合。現代中醫診斷輔助技術包括計算機視覺、傳感器、自然語言處理、氣相色譜等，隨著深度學習的發展，推動這些技術發揮應用價值，進而利用多模態信息融合，建立COPD輔助診斷模型，更好地應用于COPD辨證。

綜上，在中醫理論指導下，采用多種信息技術，豐富COPD中醫客觀化檢測指標，運用多學科交叉實現四診融合，可以為COPD病證診斷、病情監測與管理、風險預測、療效評價等提供新的方法。