基于Healthme采集分析系统的吸毒者脉搏波特征研究*

顾海艳　林祝发

1. 江苏警官学院计算机信息与网络安全系　 2. 深圳前海全民健康科技有限公司

上述研究表明，国内外学者利用多种脉搏检测仪器，针对吸毒人群生理指标进行了一系列分析研究，取得了一定的成果。但已有的研究主要是为了进行医学病理分析，且涉及的检测分析仪器体积较大，不便于外出携行，也没有提出利用脉搏波进行吸毒者检测鉴定的思想方法和具体研究方向。

本文提出利用脉搏波数据建立鉴别模型，实现快速甄别吸毒者的检测方法。利用自行研发的小巧便携的脉搏波采集分析系统Healthme，采集了102名吸毒者脉搏波数据，根据吸食的主要毒品类别（海洛因、冰毒），利用庞加莱散点图（又称Poincare图）对吸毒人群脉搏波的心率变异性特征进行研究，通过与非吸毒人群相关数据进行对比分析，发现了显著差异，为利用脉搏波数据建立吸毒者甄别模型的技术方案提供了有力支持。

引言

为打击毒品犯罪、遏制毒品泛滥，需要在治安检查、巡逻盘查、驾照报考等过程中对相关人员是否为吸毒者进行快速甄别。

当前国内外对吸毒者的判断通常依据化学检测，常用的化学检测手段主要是血液检测、尿液检测。血液检测虽然准确率很高，但是血液分析所需要的仪器设备过于昂贵，需要专业人员操作，其应用受到较大限制。尿液检测比较方便，但也存在明显缺陷，主要问题有：（1）毒品代谢周期之后（通常为三天至一周）检测不出曾有毒品摄入；（2）吸毒嫌疑人会因紧张或其他原因不能及时配合警务工作人员排出尿液从而影响检测效率；（3）缉毒警察的性别组成以男性居多，女性偏少，在针对女嫌疑人进行尿检时，会出现女性警力明显不足的问题；（4）某些食品或药品如急支糖浆等感冒药以及不法商家生产的如火锅、麻辣烫的调味料等也会造成假阳性误检等。由于这两种常用方法存在上述问题，已不能满足现代移动警务工作中快速甄别吸毒者的需要。

中医学理论阐明，脉搏可以反映人体的生理及病理信息。有鉴于此，通过光电生物传感器进行脉搏信号的采集以检测人体的心率、血压等基本生理指标的应用已经非常普遍，市场已有可进行实时监护的医护、健身仪器，如可监测脉搏波和心率的鼠标、可及时测试心率状态的跑步机等相关产品。

同时，将脉搏波检测用于吸毒者生理特征分析的相关

一、吸毒者脉搏波的采集

脉搏波检测作为一种无创检测的手段和方法已广泛应用于临床检查。脉搏波包含了人体的很多生理信息，通过对脉搏波分析计算可得到脉动压力、速度等生理指标。目前对脉搏波的测量主要采用压电、液压等电子传感器。为能够准确采集脉搏波特征，要求脉搏波的采集器由高灵敏、宽频带的传感器构成[5-8]。

本文研究是基于自主研发的Healthme采集分析系统所采集的数据。该系统由采集器和基于手机端的分析软件构成。

采集器是一种透射式光电传感器，采用指夹式，不仅使传感器施加在皮肤上的压力相对固定，有效降低运动和压力变化带来的信号干扰，而且对测量部位整体包覆，可以降低环境光的信号干扰，提高信噪比，降低后期数据分析处理难度。

采集器通过音频线与智能手机相连，由智能手机对采集器供电并实现信息的计算、显示和上传等功能模块。智能手机中安装的应用软件具有较完善的分析模型，能自动计算人体血压、血氧、心率、呼吸频率等生理指标。经过对1万多人的测试验证，该系统计算得到的人体生理指标正确率达到90%以上。Healthme系统的采集器及其运行结果如图1所示。

本次实验利用Healthme脉搏波采集器，采集了102名吸毒者5分钟的脉搏波数据，同时利用正规医用测量仪器记录这些人员的心率、血压、血氧等生理指标。实验结果显示，由Healthme系统计算得到的生理指标与现场医疗仪器测量得到的生理指标吻合度很高，其中血压的测量结果对比如图2所示。这表明Healthme脉搏波采集系统是可靠的。

二、脉搏波心率变异性指标分析

根据Healthme系统采集的吸毒者脉搏波数据，可进一步计算得到关于脉搏波的多项指标，本文对其中的心率变异性指标作研究分析。

（一）心率变异性及庞加莱散点图

心率变异性（HRV）是指逐次心搏期间的微小差异，可定量评估心脏交感神经与迷走神经张力及其平衡性。无论吸食何种毒品，都会对人体神经系统产生影响，从而导致吸毒人群的心率变异性指标产生异于正常人群的特征。本文采用非线性分析的Poincare图进行心率变异性对比研究。

Poincare图是以人体的前一个心动周期长度间期为横坐标、相邻的下一个心动周期长度间期为纵坐标绘制的图形。此图形表现出脉搏波中心率变化的总体几何分布情况，可以分别从长度、宽度、面积以及分布的松散程度进行考察。Poincare图沿坐标系中45度线分布的长度和宽度代表心率变化的范围，分布面积直观代表心率变异的标准差（SDNN），分布松散程度提示出迷走神经的活性。文献[9、10] 研究指出，健康人的散点图多集中在45度射线附近呈彗星状或者纺锤形分布。

利用Healthme系统采集、计算得到样本心动周期长度，用MATLAB软件进行处理得到庞加莱散点图。非吸毒者的庞加莱散点图形态与上述已有研究结果一致，如图3所示（纺锤形或彗星形）。

（二）海洛因依赖者的心率变异性特征

在采集的102例吸毒者中，共有10例海洛因依赖者，利用MATLAB处理得到其庞加莱散点图，10例图形均与图4形态类似。对比图3非吸毒者的庞加莱散点图，可直观地发现海洛因依赖者的庞加莱散点图分布面积较小，与非吸毒者的情况存在明显区别。

（三）冰毒依赖者的心率变异性特征

对本次实验采集的62例冰毒依赖者的脉搏波心率变异性进行研究分析，其庞加莱散点图形态有52例均为类似图5所示的形态。

从图3、图5散点图对比可发现，冰毒依赖者与非吸毒者在心率变异性方面同样有明显区别。不同于非吸毒者的庞加莱散点分布面积较大的特征，冰毒依赖者的庞加莱散点分布与海洛因依赖者相似，都呈现出分布面积较小、更加集中的特点。

此外，102例吸毒者中有30例为其他毒品吸食者或毒品混吸者，这类人员的庞加莱散点分布也异于非吸毒者，与海洛因依赖者、冰毒依赖者的庞加莱散点分布比较集中的特性较为类似。

三、结论

本文通过利用Healthme采集分析系统，对所采集的非吸毒人群、吸毒人群脉搏波数据进行对比分析，得出如下结论：

（1）通过与医用仪器的脉搏波检测数据的对比，表明Healthme脉搏波采集分析系统是可靠的，且系统操作简单、使用方便，能够满足移动警务的需要；

（2）利用MATLAB软件对Healthme系统采集的脉搏波数据进行心率变异性分析，发现吸毒人群（主要指海洛因吸食者、冰毒吸食者）与正常人群存在明显差异。初步研究表明利用脉搏波进行吸毒者特征分析的技术方法是可行的。

利用脉搏波的采集分析进行吸毒者判断是一项全新的研究，其理论和技术基础在于生物医学领域所取得的吸毒人群生理特征的一系列研究成果及大数据分析技术的日益成熟。后期研究将在采集更多数据的基础上，通过引入其他脉搏波图形指标、脉搏波统计参数，采用相关数据挖掘技术，建立吸毒者甄别模型，并设定恰当的吸毒者脉搏波特征判别阈值，实现对吸毒者的快速甄别。