夜班者健康人工智能调控技术原理

2017-11-01余万霰余奇

世界睡眠医学杂志 2017年5期

关键词：夜班生物钟节律

余万霰余奇

(南昌大学，南昌，330031)

睡眠节律

SleepRhythm

夜班者健康人工智能调控技术原理

TechnicalPrincipleofArtificialIntelligenceHealthControlforNightShiftWorkers

余万霰余奇

(南昌大学，南昌，330031)

转化时间生物学；人工智能；夜班

转化时间生物学是时间生物学的发展方向，夜班者健康调控是转化时间生物学领域的重要课题。夜班者人体生物节律与昼夜环境节律“失同步”，而出现复杂的生物钟健康问题，目前，主要发现的问题是：睡眠与觉醒对应生物钟健康关系紊乱，导致睡眠健康问题，消化系统紊乱、免疫机能下降、心率与血压生物节律紊乱等，更复杂的生理问题还有待研究，针对夜班者的健康问题，目前还没有可直接干预的药物，仍依靠生物钟行为调控技术人工智能(Artificial Intelligence，AI)。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”，也可能超过人的智能。

专家系统是目前人工智能中最活跃、最有成效的一个研究领域,它是一种具有特定领域内大量知识与经验的程序系统。近年来，在“专家系统”或“知识工程”的研究中已出现了成功和有效应用人工智能技术的趋势。人类专家由于具有丰富的知识，所以才能拥有优异的解决问题的能力。人工智能在医学诊断的应用中，由于将国内外最先进的相关技术信息按模块进行程序设定，因此，医学诊断不仅仅是做出一个定义性的病名诊断。而是含有丰富的生理和病理机制的医学判断，针对性提出专家型的咨询意见，其系统性、准确性的判断速度远远超过一名专家的人脑。

夜班者健康医学调控技术是一个非常复杂的过程，在身体表观上除了疲倦以外还没有特定性表观。在行为调控方面，除了白天补觉、还需要在饮食行为和其它觉醒行为进行健康调控，如此复杂的生理问题依靠一个医生的人脑很难对夜班者健康问题做出诊断，更无法开出系统调控处方，需要借助人工智能技术。夜班者健康人工智能调控技术原理如下：

1 将相关夜班健康状况转换成生物信息码

将相关夜班健康状况转换成生物信息码，分为四个单元：

第一单元：性别年龄信息码，除此之外，分为8个种类夜班，国定上半夜夜班(活动式夜班)、国定下半夜夜班(活动式夜班)、上、下半夜轮班(活动式夜班)、全夜班(可在岗位上睡觉，有事起床)、国定上半夜夜(坐式夜班)、国定下半夜夜(坐式夜班)、上、下半夜轮班(坐式夜班)、全夜班(工作整夜，不能睡觉)，以分别进行健康状况分析。

第二单元：体检生物信息码，一般体检中心的常规体检结果，其中需要加检尿液微量蛋白(尿总蛋白TP-U、微量白蛋白ALBU、N乙酰酶NAG和视黄醇结合蛋白URBP)。免疫学机能检测包括免疫球蛋白IgG、免疫球蛋白IgA、免疫球蛋白IgM、血清补体C3、C反应蛋白(散射比浊)、抗链球菌血素“O”、类风湿因子、甲状腺球蛋白(TG)、骨钙素、甲状旁腺素、25-羟基维生素D、β-胶原特殊序列、骨型碱性磷酸酶、胰岛素。抗核抗体(抗nRNP/sm抗体、抗Sm抗体、抗SS-A抗体、抗Ro-52抗体、抗SS-B抗体、抗ScI-70抗体、抗PM-Scl抗体、抗Jo-1抗体、抗CEMP B抗体、抗CEMP B抗体、抗DsDNA抗体、抗ANuA抗体、抗Histone抗体、抗Rib P抗体)。

第三单元:夜班者生物钟行为生物信息码，上半夜夜班昼夜24 h的作息时间：下半夜夜班昼夜24 h的作息时间和全夜夜班昼夜24 h的作息时间，作息时间内容：上夜班时间、下夜班睡眠时间和24 h就餐时间。在夜班工作中的身体反应过程、下了夜班后到上床睡眠前这段时间的身体反应、下夜班后的睡眠状况、下夜班睡眠起床后的身体感觉、自从上夜班后的总体感觉。

第四单元：夜班者营养调查生物信息码，分为四个餐点时间，即早餐、中餐、晚餐和夜班加餐，列出中国人常吃的16个主食品种、22个肉鱼蛋品种、104个常吃蔬菜和素菜品种、54个水果品种、10个坚果品种、10个食物类别的小吃、12个酒水品种，根据中国营养学会颁布的中国居民膳食营养素参考摄入量(Dietary Reference Intakes,DRIs)分别列出食物营养素,通过图文识别的方法估算自己每天各类食物摄入量。

2 人工智能分析方法与结果

将受试者4个单元的生物钟信息码按步骤输入夜班者健康人工智能调节系统，按模块和程序进行合集、拟合、识别及逻辑分析，自动生成报告，其获得两大部分结果。

2.1 第一部分:评价与诊断 1)系统按程序对夜班者体检资料按所设计的程序进行逻辑分析，系统评价夜班者健康状态，特别是免疫机能状态。系统对夜班者的工作强度、体能消耗率做出差异性判断。系统对夜班者工作强度与体检结果进行对应分析，对夜班者健康状态是否适合夜班者的工作量做出判断。系统对夜班者“失同步”的昼夜生物节律做出分析，这是夜班者生物钟调控的核心技术，系统会对夜班时段行为和下了夜班后补充睡眠进行对应分析。判别出夜班者生物钟健康遭到损害的关键之处，对于调控生物钟起到关键作用。

2)系统对夜班者进行一个较为全面的营养调查，系统设计中，食物种类营养基点是中国营养学会颁布的《中国居民平衡膳食宝塔》所收录的六大分类：①谷类、薯类和杂豆；②蔬菜水果；③畜禽肉，鱼虾肉、蛋类；④奶类及奶制品、大豆类及坚果；⑤油盐;⑥水。在营养程序分析中，以中国营养学会颁布的《中国居民膳食营养素参考摄入量(DRIs)》为营养素分析基点，包括：能量、蛋白质、脂肪、常量和微量元素、脂溶性和水溶性维生素。系统通过对夜班者摄入的食物按程序进行营养素分析，获得营养健康的结论。

系统还对夜班者餐食时间进行生物节律分析，以判断胃肠功能的生物节律状况。

2.2 第二部分:调控处方系统根据上述判断情况，有针对性地自动生成调控处方，包括：

2.2.1 生物钟调控处方夜班时间的调整建议夜班工作中如何尽量保持生物钟健康(克服过于疲倦、控制适中的大脑兴奋度和合理控制体能消耗，如何获得良好的工作质量)，下夜班后如何获得合理的补充睡眠，以最大限度保持生物钟健康(睡眠时间量控制、上床睡眠时间的把握、睡眠环境、上床前卫生)下夜班后健康行为控制(用脑行为、休闲行为、运动行为等)。

2.2.2 营养调控处方 1)按照《中国居民平衡膳食宝塔》的推荐获取的食物种类，以基本保障中国居民应有的营养素。2)各类食物合理的应摄入量，以保障营养健康。3)合理的下夜班时段餐饮时间和上夜班加餐时间，以保障胃肠节律，维持胃肠生物钟健康。

2.2.3 医学监控处方根据夜班者的体检结果、夜班时间和夜班工作量，提出医学监控的项目和时间，以保障夜班者的健康。