夜班者健康人工智能調控技術原理

余萬霰 余奇

(南昌大學，南昌，330031)

睡眠節律

SleepRhythm

夜班者健康人工智能調控技術原理

TechnicalPrincipleofArtificialIntelligenceHealthControlforNightShiftWorkers

余萬霰 余奇

(南昌大學，南昌，330031)

轉化時間生物學；人工智能；夜班

轉化時間生物學是時間生物學的發展方向，夜班者健康調控是轉化時間生物學領域的重要課題。夜班者人體生物節律與晝夜環境節律“失同步”，而出現復雜的生物鐘健康問題，目前，主要發現的問題是：睡眠與覺醒對應生物鐘健康關系紊亂，導致睡眠健康問題，消化系統紊亂、免疫機能下降、心率與血壓生物節律紊亂等，更復雜的生理問題還有待研究，針對夜班者的健康問題，目前還沒有可直接干預的藥物，仍依靠生物鐘行為調控技術人工智能(Artificial Intelligence，AI)。它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。人工智能從誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大，可以設想，未來人工智能帶來的科技產品，將會是人類智慧的“容器”，也可能超過人的智能。

專家系統是目前人工智能中最活躍、最有成效的一個研究領域,它是一種具有特定領域內大量知識與經驗的程序系統。近年來，在“專家系統”或“知識工程”的研究中已出現了成功和有效應用人工智能技術的趨勢。人類專家由于具有豐富的知識，所以才能擁有優異的解決問題的能力。人工智能在醫學診斷的應用中，由于將國內外最先進的相關技術信息按模塊進行程序設定，因此，醫學診斷不僅僅是做出一個定義性的病名診斷。而是含有豐富的生理和病理機制的醫學判斷，針對性提出專家型的咨詢意見，其系統性、準確性的判斷速度遠遠超過一名專家的人腦。

夜班者健康醫學調控技術是一個非常復雜的過程，在身體表觀上除了疲倦以外還沒有特定性表觀。在行為調控方面，除了白天補覺、還需要在飲食行為和其它覺醒行為進行健康調控，如此復雜的生理問題依靠一個醫生的人腦很難對夜班者健康問題做出診斷，更無法開出系統調控處方，需要借助人工智能技術。夜班者健康人工智能調控技術原理如下：

1 將相關夜班健康狀況轉換成生物信息碼

將相關夜班健康狀況轉換成生物信息碼，分為四個單元：

第一單元：性別年齡信息碼，除此之外，分為8個種類夜班，國定上半夜夜班(活動式夜班)、國定下半夜夜班(活動式夜班)、上、下半夜輪班(活動式夜班)、全夜班(可在崗位上睡覺，有事起床)、國定上半夜夜(坐式夜班)、國定下半夜夜(坐式夜班)、上、下半夜輪班(坐式夜班)、全夜班(工作整夜，不能睡覺)，以分別進行健康狀況分析。

第二單元：體檢生物信息碼，一般體檢中心的常規體檢結果，其中需要加檢尿液微量蛋白(尿總蛋白TP-U、微量白蛋白ALBU、N乙酰酶NAG和視黃醇結合蛋白URBP)。免疫學機能檢測包括免疫球蛋白IgG、免疫球蛋白IgA、免疫球蛋白IgM、血清補體C3、C反應蛋白(散射比濁)、抗鏈球菌血素“O”、類風濕因子、甲狀腺球蛋白(TG)、骨鈣素、甲狀旁腺素、25-羥基維生素D、β-膠原特殊序列、骨型堿性磷酸酶、胰島素。抗核抗體(抗nRNP/sm抗體、抗Sm抗體、抗SS-A抗體、抗Ro-52抗體、抗SS-B抗體、抗ScI-70抗體、抗PM-Scl抗體、抗Jo-1抗體、抗CEMP B抗體、抗CEMP B抗體、抗DsDNA抗體、抗ANuA抗體、抗Histone抗體、抗Rib P抗體)。

第三單元:夜班者生物鐘行為生物信息碼，上半夜夜班晝夜24 h的作息時間：下半夜夜班晝夜24 h的作息時間和全夜夜班晝夜24 h的作息時間，作息時間內容：上夜班時間、下夜班睡眠時間和24 h就餐時間。在夜班工作中的身體反應過程、下了夜班后到上床睡眠前這段時間的身體反應、下夜班后的睡眠狀況、下夜班睡眠起床后的身體感覺、自從上夜班后的總體感覺。

第四單元：夜班者營養調查生物信息碼，分為四個餐點時間，即早餐、中餐、晚餐和夜班加餐，列出中國人常吃的16個主食品種、22個肉魚蛋品種、104個常吃蔬菜和素菜品種、54個水果品種、10個堅果品種、10個食物類別的小吃、12個酒水品種，根據中國營養學會頒布的中國居民膳食營養素參考攝入量(Dietary Reference Intakes,DRIs)分別列出食物營養素,通過圖文識別的方法估算自己每天各類食物攝入量。

2 人工智能分析方法與結果

將受試者4個單元的生物鐘信息碼按步驟輸入夜班者健康人工智能調節系統，按模塊和程序進行合集、擬合、識別及邏輯分析，自動生成報告，其獲得兩大部分結果。

2.1 第一部分:評價與診斷 1)系統按程序對夜班者體檢資料按所設計的程序進行邏輯分析，系統評價夜班者健康狀態，特別是免疫機能狀態。系統對夜班者的工作強度、體能消耗率做出差異性判斷。系統對夜班者工作強度與體檢結果進行對應分析，對夜班者健康狀態是否適合夜班者的工作量做出判斷。系統對夜班者“失同步”的晝夜生物節律做出分析，這是夜班者生物鐘調控的核心技術，系統會對夜班時段行為和下了夜班后補充睡眠進行對應分析。判別出夜班者生物鐘健康遭到損害的關鍵之處，對于調控生物鐘起到關鍵作用。

2)系統對夜班者進行一個較為全面的營養調查，系統設計中，食物種類營養基點是中國營養學會頒布的《中國居民平衡膳食寶塔》所收錄的六大分類：①谷類、薯類和雜豆；②蔬菜水果；③畜禽肉，魚蝦肉、蛋類；④奶類及奶制品、大豆類及堅果；⑤油鹽;⑥水。在營養程序分析中，以中國營養學會頒布的《中國居民膳食營養素參考攝入量(DRIs)》為營養素分析基點，包括：能量、蛋白質、脂肪、常量和微量元素、脂溶性和水溶性維生素。系統通過對夜班者攝入的食物按程序進行營養素分析，獲得營養健康的結論。

系統還對夜班者餐食時間進行生物節律分析，以判斷胃腸功能的生物節律狀況。

2.2 第二部分:調控處方 系統根據上述判斷情況，有針對性地自動生成調控處方，包括：

2.2.1 生物鐘調控處方 夜班時間的調整建議夜班工作中如何盡量保持生物鐘健康(克服過于疲倦、控制適中的大腦興奮度和合理控制體能消耗，如何獲得良好的工作質量)，下夜班后如何獲得合理的補充睡眠，以最大限度保持生物鐘健康(睡眠時間量控制、上床睡眠時間的把握、睡眠環境、上床前衛生)下夜班后健康行為控制(用腦行為、休閑行為、運動行為等)。

2.2.2 營養調控處方 1)按照《中國居民平衡膳食寶塔》的推薦獲取的食物種類，以基本保障中國居民應有的營養素。2)各類食物合理的應攝入量，以保障營養健康。3)合理的下夜班時段餐飲時間和上夜班加餐時間，以保障胃腸節律，維持胃腸生物鐘健康。

2.2.3 醫學監控處方 根據夜班者的體檢結果、夜班時間和夜班工作量，提出醫學監控的項目和時間，以保障夜班者的健康。

Q881.213;Q78

A

2095-7130(2017)05-267-269

余萬霰，男，江西南昌大學，中國極地研究中心客座教授