人工智能在肥胖人群体质量管理中的应用进展

张玉亭, 黄一沁, 陈 洁

(复旦大学附属华东医院 消化科, 上海, 200040)

肥胖是一种体内脂肪积聚过多的状态，其在人体局部表现为一定程度的脂肪层过厚，全身表现为明显的超重。随着经济的发展，物质生活极大丰富，肥胖已经逐渐成为不容忽视的问题。根据中国健康营养调查(China Health and Nutrition Survey, CHNS)的结果, 1993—2009年中国成年人超重/肥胖的患病率从13.4%增高至26.4%，而成年人腹型肥胖的患病率更是从18.6%增高到37.4%[1]。

1 肥胖的危害

目前，已有大量研究[2-5]显示，超重/肥胖与很多疾病有着密切的关系，作为一种代谢性疾病，肥胖与包括心脑血管疾病、2型糖尿病、消化系统疾病(非酒精性脂肪肝、胰腺炎、胆囊疾病)、睡眠呼吸暂停或呼吸障碍及某些癌症(肝癌、子宫内膜癌、乳腺癌、结肠癌)在内的很多疾病都有相关性。其中，腹型肥胖与各类疾病的关系尤其密切。通常认为，腹部较身体其他部位更容易积聚脂肪，进而引起心脑血管疾病、糖尿病等。Fox KA[6]对27个欧洲国家分析显示，即使不同地区的糖尿病及心血管疾病发病率不同，但腹型肥胖对这类疾病均有着不利的影响。另一项研究[7]也发现，比起整体肥胖，腹型肥胖的患者罹患结肠、直肠癌的概率要更高。国内的流行病学调查[8]也同样支持这个观点，一项江苏省疾控中心进行的评估发现，腹型肥胖患者较整体肥胖患者具有更高的代谢性健康风险。

2 体质量管理

2.1 体质量管理可使肥胖人群获益

目前，随着肥胖人群的增多，体质量管理逐渐成为人们关注的焦点。研究[9]认为，适当及科学的减重可以改善人体健康状况，这一点是无异议的。体质量控制既是治疗肥胖的目的，又是一种必要的治疗手段，通过对患者的体质量进行积极的管理不但可以预防肥胖相关并发症的发生，还可以改善已然发生的肥胖并发症，改善患者预后。在美国的一个多中心、随机的糖尿病预防计划(Diabetes Prevention Program, DPP)[10]中，与安慰剂组相比，通过生活方式控制体质量组的糖尿病发病率在DPP随机化后的10年中降低了34.0%。Siebenhofer A等[11]也发现，无论是通过生活方式，还是使用药物(奥利司他西布曲明)控制体质量，高血压患者的收缩压均能得到一定程度的降低。通常的观点认为，伴有任意一项并发症(糖尿病或糖尿病前期、高血压、脂代谢紊乱等)的肥胖/超重者，都必须减重。根据2013年美国心脏协会(American Heart Association,AHA)、美国心脏病学院(American College of Cardiology,ACC)、美国肥胖学会(The Obesity Society,TOS)联合发布的《2013版成人超重与肥胖管理指南》[12]，虽然体质量减少3%～5%即可明显减少临床心血管事件的发生风险，但在6个月内减少基线体质量的5%～10%对于降压、改善血脂等效果要更好。

2.2 常见的体质量管理方式

2.2.1 生活方式干预: 狭义的体质量管理主要指生活方式干预，即肥胖人群在专业人士的指导下，通过调整营养摄入、改变生活方式来达到控制体质量的目的。广义的体质量管理还包括内科药物及外科手术治疗。包括饮食控制与适量运动在内的生活方式干预是包括肥胖在内的所有代谢性疾病治疗的基础，也是目前最有效、最安全的治疗方式。根据《中国超重/肥胖医学营养治疗专家共识(2016年版)》[1], 在均衡营养同时摄入限制能量平衡膳食(CRD)可以有效地减轻体质量、降低人体脂肪含量，并且可以有效降低心血管疾病风险。2016年美国临床内分泌医师学会及美国内分泌学会发表的《肥胖症综合管理临床实践指南》[13]也建议肥胖人群采取地中海饮食模式协助减重，同时推荐该类人群增加包括有氧运动及日常轻松活动在内的一切可能的身体活动。

2.2.2 内科药物疗法: 目前，已有多种药物经证明对减重有效，如纳曲酮、奥利司他、利拉鲁肽等。但目前多个指南[1, 4, 12-13]均有提及，该类药物治疗仅可以用于生活方式干预治疗的辅助治疗，而不应该单独用于肥胖/超重人群。虽然药物联合生活方式干预治疗可以较单纯生活方式干预更为有效地减轻体质量，但由于体质量管理是一个长期的过程，药物的使用也需要一段较长的时间，临床医师更应该多方面考虑患者的综合状况，选择适当的药物辅助。

2.2.3 外科手术治疗: 目前研究[12-14]认为，对于单纯体质量指数(body mass index, BMI)≥40 kg/m2或者BMI≥35 kg/m2但合并1个及以上肥胖相关并发症的患者，可以考虑外科手术治疗。对于生活方式干预及药物治疗无效的重度肥胖者而言，减重手术是大幅度减轻体质量的最有效方式，但由于手术的有创性及手术并发症的存在，应严格掌握手术适应证，并在治疗过程中注意手术并发症的发生及妥善处理。目前常见的手术包括腹腔镜可调节胃束带术(laparoscopic adjustable gastric banding, LAGB)、胰胆流转术、Roux-en-Y胃旁路术等。

3 人工智能在体质量管理中的应用

作为目前一项热门的新技术，人工智能(artificial intelligence, AI)在很多领域发挥着重要作用，利用现代通讯技术和手段来为医疗卫生服务也逐渐成为医学界的热门话题之一。近年来，人们对各类现代技术软件在一些慢性疾病和各类公共卫生服务中的应用进行了研究，并取得了较好的效果[15-17], 而AI技术具有的便利、快捷、安全、隐私等优点，使其在体质量管理的过程中也可以发挥一定的协助作用，表现如下。

3.1 健康监测功能

目前，虽然已经有很多方便、易行的评价肥胖及超重的指标，如BMI、腰臀比等，但对于某些人群而言，输入某些指标从而直接得到是否肥胖的评价可能更加方便和快捷。这要求参与者定期将自己的基本信息上传，这是很多基于人工智能的实验开展的基础。这些基本信息可以直接来自体质量管理者本人，在大部分有关的研究[17-27]中，体质量管理参与者通常被要求定期上传体质量、进食内容、运动内容及运动量，即所谓体质量管理日志; 同时，也可以直接来自某些监测设备本身，如加速度仪、计步器、运动手环、身高及体质量测量设备等。一项研究[28]发现，当减重者使用计步器和手持式个人数据处理系统时，他对体质量的自我监测变得容易且频繁，而这与体育活动的增加以及体质量的减轻直接相关。值得一提的是，通过数据采集所得的信息往往不只是单纯地被上传，而是经过某些简单必要的加工和处理，如描绘体质量变化曲线、膳食结构图等，再进一步反馈给工作人员和减重者双方[17-18]; 同时，通过某些现代技术软件，人们可以方便地圈定符合所需标准的人群。有研究[29]表明，通过自然语言处理(Nature Language Processing, NLP)的电子健康记录(Electronic Health Records, EHRs)自动化处理器可以直接处理患者治疗并识别需要减肥咨询的人群，且其敏感性和特异性均超过85%。这一方面有利于减重者直接对自己的情况进行了解，另一方面也便于工作人员直接对其体质量控制情况进行评价，不但大幅度提高了工作效率，也有利于大数据的统计与汇总。

3.2 针对个人信息提供智能化建议

与传统的互联网相比, AI系统的特点在于其有一定的自主性，因此它可以针对每个人上传的个人信息智能性地做出相应的建议。目前，已经有较多的类似系统及软件应用于体质量管理当中，如在一项对339人进行的糖尿病预防及减重的研究中，一种全自动算法驱动的糖尿病预防行为干预在没有研究者直接参与的情况下，直接对实验对象进行了包括电子邮件、网络及手机在内的全方位干预，而这种全自动的干预确实取得了比较积极的效果[19]。人们日常使用的通讯工具也可以作为智能程序的载体参与体质量管理，在一项针对北京市顺义区人群体质量管理的研究[20]中，减重人群可以通过微信上传自身有关饮食、锻炼或体质量的数据时立刻获得简单的反馈。虽然基于目前AI系统的发展水平，这种建议可能是常规化的，也缺乏充分的变通，但由于它所具有的普适性及便捷性，因而可能适用于肥胖/超重人群的生活方式干预，也便于在人群中的扩散与使用。另外，对于某些重度肥胖、可能需要药物或手术治疗的患者，人工智能也能起到初步筛选并向患者提出就诊建议的作用。

3.3 定期的专业人员的指导

AI系统针对个人信息提供的智能化建议固然有其普适性，但这并不意味着仅仅通过AI系统就可以实现良好的体质量控制。以生活方式干预为核心的肥胖、超重管理有其个体化特点，基于目前的技术水平限制，AI系统并不能彻底代替专业人员的工作。Kendra R[22]在一项针对2 862名肥胖与超重人员进行的随机对照研究中发现，与单纯信息干预相比，那些接受基于网络的由工作人员定制的个体化减重系统人员的减重效果更好。但这并不意味着AI系统没有积极意义，目前的科学技术足以支持直接构建参与者与专业人员之间的沟通桥梁。在一项对围绝经期妇女体质量管理的调查[17]中，一些妇女通过网站与工作人员交流，而另一些由工作人员面对面随访，结果显示这些通过网站干预体质量管理的妇女减肥效果与那些与工作人员直接交流的妇女相近，甚至要更好。AI系统给体质量干预过程带来的益处是多方面的，其便捷性直接有利于专业人员与体质量管理参与者双方的相互联系，并在一定程度上降低失访率，提升依从性，从而改善体质量管理的效果。有研究[23-25]显示，纯粹依靠AI系统实施体质量干预时，不定期的、简短的专业人员的沟通与帮助可以改善体质量管理参与者对AI系统的使用频率及实际减重结果，而与主动门诊咨询相比，参与者也更乐意接受简单而便捷的在线咨询[30]。使用现代技术进行随访也使得体质量干预的时间及经济成本大大降低，尤其是对于那些交通不便的农村地区而言[18, 26]。

3.4 获取社会支持的渠道

在控制体质量过程中，通常情况下，团体干预比个人干预可以获得更佳的效果，这是因为体质量控制的实质是一个生活方式改变的过程，仅凭个体的自我约束可能很难做到自觉与自律，而团体的干预则有利于减重者获得一定程度的社会支持，从而促进其行为改变[26]。现代技术为减重者获取社会支持提供了极为方便的途径，如聊天室或在线会议可以方便减重者之间的互相交流，而微博、个人空间则为减重者记录减重过程，获取他人支持与鼓励提供了良好的平台，这有利于增强减重者的自信心，从而可能对减重具有积极的作用。有研究[27]表明，减重者之间的在线交流与线下面对面交流在促进体质量的控制方面并无较大差别。

3.5 人工智能在体质量管理应用中可能存在的问题

虽然AI在体质量管理中具有传统方法所不具备的优势，可以快捷、有效地辅助减重者达到目标，但在具体运用方面，它仍然存在着某些问题。首先，虽然大部分研究显示，AI技术可以在短期的研究时间内帮助参与者达到更好的减重效果，但在长期效益及持续体质量控制方面，AI的效果仍无定论。Khaylis[26]在对一些有关文章分析后认为，先进技术的干预在减重过程中的使用对短期减重有益，而对长期的体质量控制效果尚不明确。加州圣地亚哥进行的SMART研究[23]结果也显示，新兴技术对年轻人短期减重可能有积极效果，但这种效果并未长期持续。其次，在使用人工智能进行体质量控制时，常常需要减重者自行进行相关数据的采集，并且根据所获信息进行自身管理，但这种方式一定程度上依赖于减重者的自律性，要求减重者了解相关设备的使用方法，正确理解并操作相关设备及仪器，这就使得对不习惯使用电子仪器，尤其是学历较低、年龄较大的人群的研究出现了困难。最后，参与者对人工智能的不信任及顾虑也可能较大程度影响体质量管理效果，在Cussle[17]的一项研究中，通过网络随访体质量管理组的失访率为21.2%, 而自我指导组为14.5%。

4 结 语

日新月异的现代技术在改变人们生活的同时，也为医学发展提供了新的思路及实施手段，目前大量事实证明，在体质量管理的过程中，基于现代技术所具有的广覆盖性、安全性、便捷性、有效性等优势，一定程度上利用人工智能可能对达成减重目的有利。这不仅便于人们掌握自己的体质量管理情况，采取适当的体质量控制方法，同样也便于医生掌握体质量控制参与者体质量管理进度，拟定进一步减重方案，以及进行大数据汇总。遗憾的是，目前国内对AI技术在体质量控制方面的研究依然较少，随访时间也较短，且由于国内经济发展的不平衡，该类研究主要集中于一、二线城市，研究对象也主要为学历较高的年轻人群。而针对国内学历较低、年龄较大、经济水平较差人群的体质量管理的研究，目前尚未看到该类数据报道。另外，AI技术需要大数据作为支撑，这就难免触及到个人隐私问题，且该类问题一旦发生，其责任也难以被追究。但可以预见，随着现代技术的持续发展，AI技术及其相关管理也会逐渐发展成熟，新技术将成为体质量管理过程中一项有用的工具，甚至开启体质量管理的新格局。同时也应该认识到，新技术使用只是手段，成功实现患者体质量控制，从而减少肥胖引起的并发症，改善人群健康水平才是根本目的，要如何让现代技术在体质量管理中发挥更大的作用，还亟待探索及发现。