人工智能在肥胖人群體質量管理中的應用進展

張玉亭, 黃一沁, 陳 潔

(復旦大學附屬華東醫(yī)院 消化科, 上海, 200040)

肥胖是一種體內脂肪積聚過多的狀態(tài)，其在人體局部表現為一定程度的脂肪層過厚，全身表現為明顯的超重。隨著經濟的發(fā)展，物質生活極大豐富，肥胖已經逐漸成為不容忽視的問題。根據中國健康營養(yǎng)調查(China Health and Nutrition Survey, CHNS)的結果, 1993—2009年中國成年人超重/肥胖的患病率從13.4%增高至26.4%，而成年人腹型肥胖的患病率更是從18.6%增高到37.4%[1]。

1 肥胖的危害

目前，已有大量研究[2-5]顯示，超重/肥胖與很多疾病有著密切的關系，作為一種代謝性疾病，肥胖與包括心腦血管疾病、2型糖尿病、消化系統(tǒng)疾病(非酒精性脂肪肝、胰腺炎、膽囊疾病)、睡眠呼吸暫停或呼吸障礙及某些癌癥(肝癌、子宮內膜癌、乳腺癌、結腸癌)在內的很多疾病都有相關性。其中，腹型肥胖與各類疾病的關系尤其密切。通常認為，腹部較身體其他部位更容易積聚脂肪，進而引起心腦血管疾病、糖尿病等。Fox KA[6]對27個歐洲國家分析顯示，即使不同地區(qū)的糖尿病及心血管疾病發(fā)病率不同，但腹型肥胖對這類疾病均有著不利的影響。另一項研究[7]也發(fā)現，比起整體肥胖，腹型肥胖的患者罹患結腸、直腸癌的概率要更高。國內的流行病學調查[8]也同樣支持這個觀點，一項江蘇省疾控中心進行的評估發(fā)現，腹型肥胖患者較整體肥胖患者具有更高的代謝性健康風險。

2 體質量管理

2.1 體質量管理可使肥胖人群獲益

目前，隨著肥胖人群的增多，體質量管理逐漸成為人們關注的焦點。研究[9]認為，適當及科學的減重可以改善人體健康狀況，這一點是無異議的。體質量控制既是治療肥胖的目的，又是一種必要的治療手段，通過對患者的體質量進行積極的管理不但可以預防肥胖相關并發(fā)癥的發(fā)生，還可以改善已然發(fā)生的肥胖并發(fā)癥，改善患者預后。在美國的一個多中心、隨機的糖尿病預防計劃(Diabetes Prevention Program, DPP)[10]中，與安慰劑組相比，通過生活方式控制體質量組的糖尿病發(fā)病率在DPP隨機化后的10年中降低了34.0%。Siebenhofer A等[11]也發(fā)現，無論是通過生活方式，還是使用藥物(奧利司他西布曲明)控制體質量，高血壓患者的收縮壓均能得到一定程度的降低。通常的觀點認為，伴有任意一項并發(fā)癥(糖尿病或糖尿病前期、高血壓、脂代謝紊亂等)的肥胖/超重者，都必須減重。根據2013年美國心臟協會(American Heart Association,AHA)、美國心臟病學院(American College of Cardiology,ACC)、美國肥胖學會(The Obesity Society,TOS)聯合發(fā)布的《2013版成人超重與肥胖管理指南》[12]，雖然體質量減少3%～5%即可明顯減少臨床心血管事件的發(fā)生風險，但在6個月內減少基線體質量的5%～10%對于降壓、改善血脂等效果要更好。

2.2 常見的體質量管理方式

2.2.1 生活方式干預: 狹義的體質量管理主要指生活方式干預，即肥胖人群在專業(yè)人士的指導下，通過調整營養(yǎng)攝入、改變生活方式來達到控制體質量的目的。廣義的體質量管理還包括內科藥物及外科手術治療。包括飲食控制與適量運動在內的生活方式干預是包括肥胖在內的所有代謝性疾病治療的基礎，也是目前最有效、最安全的治療方式。根據《中國超重/肥胖醫(yī)學營養(yǎng)治療專家共識(2016年版)》[1], 在均衡營養(yǎng)同時攝入限制能量平衡膳食(CRD)可以有效地減輕體質量、降低人體脂肪含量，并且可以有效降低心血管疾病風險。2016年美國臨床內分泌醫(yī)師學會及美國內分泌學會發(fā)表的《肥胖癥綜合管理臨床實踐指南》[13]也建議肥胖人群采取地中海飲食模式協助減重，同時推薦該類人群增加包括有氧運動及日常輕松活動在內的一切可能的身體活動。

2.2.2 內科藥物療法: 目前，已有多種藥物經證明對減重有效，如納曲酮、奧利司他、利拉魯肽等。但目前多個指南[1, 4, 12-13]均有提及，該類藥物治療僅可以用于生活方式干預治療的輔助治療，而不應該單獨用于肥胖/超重人群。雖然藥物聯合生活方式干預治療可以較單純生活方式干預更為有效地減輕體質量，但由于體質量管理是一個長期的過程，藥物的使用也需要一段較長的時間，臨床醫(yī)師更應該多方面考慮患者的綜合狀況，選擇適當的藥物輔助。

2.2.3 外科手術治療: 目前研究[12-14]認為，對于單純體質量指數(body mass index, BMI)≥40 kg/m2或者BMI≥35 kg/m2但合并1個及以上肥胖相關并發(fā)癥的患者，可以考慮外科手術治療。對于生活方式干預及藥物治療無效的重度肥胖者而言，減重手術是大幅度減輕體質量的最有效方式，但由于手術的有創(chuàng)性及手術并發(fā)癥的存在，應嚴格掌握手術適應證，并在治療過程中注意手術并發(fā)癥的發(fā)生及妥善處理。目前常見的手術包括腹腔鏡可調節(jié)胃束帶術(laparoscopic adjustable gastric banding, LAGB)、胰膽流轉術、Roux-en-Y胃旁路術等。

3 人工智能在體質量管理中的應用

作為目前一項熱門的新技術，人工智能(artificial intelligence, AI)在很多領域發(fā)揮著重要作用，利用現代通訊技術和手段來為醫(yī)療衛(wèi)生服務也逐漸成為醫(yī)學界的熱門話題之一。近年來，人們對各類現代技術軟件在一些慢性疾病和各類公共衛(wèi)生服務中的應用進行了研究，并取得了較好的效果[15-17], 而AI技術具有的便利、快捷、安全、隱私等優(yōu)點，使其在體質量管理的過程中也可以發(fā)揮一定的協助作用，表現如下。

3.1 健康監(jiān)測功能

目前，雖然已經有很多方便、易行的評價肥胖及超重的指標，如BMI、腰臀比等，但對于某些人群而言，輸入某些指標從而直接得到是否肥胖的評價可能更加方便和快捷。這要求參與者定期將自己的基本信息上傳，這是很多基于人工智能的實驗開展的基礎。這些基本信息可以直接來自體質量管理者本人，在大部分有關的研究[17-27]中，體質量管理參與者通常被要求定期上傳體質量、進食內容、運動內容及運動量，即所謂體質量管理日志; 同時，也可以直接來自某些監(jiān)測設備本身，如加速度儀、計步器、運動手環(huán)、身高及體質量測量設備等。一項研究[28]發(fā)現，當減重者使用計步器和手持式個人數據處理系統(tǒng)時，他對體質量的自我監(jiān)測變得容易且頻繁，而這與體育活動的增加以及體質量的減輕直接相關。值得一提的是，通過數據采集所得的信息往往不只是單純地被上傳，而是經過某些簡單必要的加工和處理，如描繪體質量變化曲線、膳食結構圖等，再進一步反饋給工作人員和減重者雙方[17-18]; 同時，通過某些現代技術軟件，人們可以方便地圈定符合所需標準的人群。有研究[29]表明，通過自然語言處理(Nature Language Processing, NLP)的電子健康記錄(Electronic Health Records, EHRs)自動化處理器可以直接處理患者治療并識別需要減肥咨詢的人群，且其敏感性和特異性均超過85%。這一方面有利于減重者直接對自己的情況進行了解，另一方面也便于工作人員直接對其體質量控制情況進行評價，不但大幅度提高了工作效率，也有利于大數據的統(tǒng)計與匯總。

3.2 針對個人信息提供智能化建議

與傳統(tǒng)的互聯網相比, AI系統(tǒng)的特點在于其有一定的自主性，因此它可以針對每個人上傳的個人信息智能性地做出相應的建議。目前，已經有較多的類似系統(tǒng)及軟件應用于體質量管理當中，如在一項對339人進行的糖尿病預防及減重的研究中，一種全自動算法驅動的糖尿病預防行為干預在沒有研究者直接參與的情況下，直接對實驗對象進行了包括電子郵件、網絡及手機在內的全方位干預，而這種全自動的干預確實取得了比較積極的效果[19]。人們日常使用的通訊工具也可以作為智能程序的載體參與體質量管理，在一項針對北京市順義區(qū)人群體質量管理的研究[20]中，減重人群可以通過微信上傳自身有關飲食、鍛煉或體質量的數據時立刻獲得簡單的反饋。雖然基于目前AI系統(tǒng)的發(fā)展水平，這種建議可能是常規(guī)化的，也缺乏充分的變通，但由于它所具有的普適性及便捷性，因而可能適用于肥胖/超重人群的生活方式干預，也便于在人群中的擴散與使用。另外，對于某些重度肥胖、可能需要藥物或手術治療的患者，人工智能也能起到初步篩選并向患者提出就診建議的作用。

3.3 定期的專業(yè)人員的指導

AI系統(tǒng)針對個人信息提供的智能化建議固然有其普適性，但這并不意味著僅僅通過AI系統(tǒng)就可以實現良好的體質量控制。以生活方式干預為核心的肥胖、超重管理有其個體化特點，基于目前的技術水平限制，AI系統(tǒng)并不能徹底代替專業(yè)人員的工作。Kendra R[22]在一項針對2 862名肥胖與超重人員進行的隨機對照研究中發(fā)現，與單純信息干預相比，那些接受基于網絡的由工作人員定制的個體化減重系統(tǒng)人員的減重效果更好。但這并不意味著AI系統(tǒng)沒有積極意義，目前的科學技術足以支持直接構建參與者與專業(yè)人員之間的溝通橋梁。在一項對圍絕經期婦女體質量管理的調查[17]中，一些婦女通過網站與工作人員交流，而另一些由工作人員面對面隨訪，結果顯示這些通過網站干預體質量管理的婦女減肥效果與那些與工作人員直接交流的婦女相近，甚至要更好。AI系統(tǒng)給體質量干預過程帶來的益處是多方面的，其便捷性直接有利于專業(yè)人員與體質量管理參與者雙方的相互聯系，并在一定程度上降低失訪率，提升依從性，從而改善體質量管理的效果。有研究[23-25]顯示，純粹依靠AI系統(tǒng)實施體質量干預時，不定期的、簡短的專業(yè)人員的溝通與幫助可以改善體質量管理參與者對AI系統(tǒng)的使用頻率及實際減重結果，而與主動門診咨詢相比，參與者也更樂意接受簡單而便捷的在線咨詢[30]。使用現代技術進行隨訪也使得體質量干預的時間及經濟成本大大降低，尤其是對于那些交通不便的農村地區(qū)而言[18, 26]。

3.4 獲取社會支持的渠道

在控制體質量過程中，通常情況下，團體干預比個人干預可以獲得更佳的效果，這是因為體質量控制的實質是一個生活方式改變的過程，僅憑個體的自我約束可能很難做到自覺與自律，而團體的干預則有利于減重者獲得一定程度的社會支持，從而促進其行為改變[26]。現代技術為減重者獲取社會支持提供了極為方便的途徑，如聊天室或在線會議可以方便減重者之間的互相交流，而微博、個人空間則為減重者記錄減重過程，獲取他人支持與鼓勵提供了良好的平臺，這有利于增強減重者的自信心，從而可能對減重具有積極的作用。有研究[27]表明，減重者之間的在線交流與線下面對面交流在促進體質量的控制方面并無較大差別。

3.5 人工智能在體質量管理應用中可能存在的問題

雖然AI在體質量管理中具有傳統(tǒng)方法所不具備的優(yōu)勢，可以快捷、有效地輔助減重者達到目標，但在具體運用方面，它仍然存在著某些問題。首先，雖然大部分研究顯示，AI技術可以在短期的研究時間內幫助參與者達到更好的減重效果，但在長期效益及持續(xù)體質量控制方面，AI的效果仍無定論。Khaylis[26]在對一些有關文章分析后認為，先進技術的干預在減重過程中的使用對短期減重有益，而對長期的體質量控制效果尚不明確。加州圣地亞哥進行的SMART研究[23]結果也顯示，新興技術對年輕人短期減重可能有積極效果，但這種效果并未長期持續(xù)。其次，在使用人工智能進行體質量控制時，常常需要減重者自行進行相關數據的采集，并且根據所獲信息進行自身管理，但這種方式一定程度上依賴于減重者的自律性，要求減重者了解相關設備的使用方法，正確理解并操作相關設備及儀器，這就使得對不習慣使用電子儀器，尤其是學歷較低、年齡較大的人群的研究出現了困難。最后，參與者對人工智能的不信任及顧慮也可能較大程度影響體質量管理效果，在Cussle[17]的一項研究中，通過網絡隨訪體質量管理組的失訪率為21.2%, 而自我指導組為14.5%。

4 結 語

日新月異的現代技術在改變人們生活的同時，也為醫(yī)學發(fā)展提供了新的思路及實施手段，目前大量事實證明，在體質量管理的過程中，基于現代技術所具有的廣覆蓋性、安全性、便捷性、有效性等優(yōu)勢，一定程度上利用人工智能可能對達成減重目的有利。這不僅便于人們掌握自己的體質量管理情況，采取適當的體質量控制方法，同樣也便于醫(yī)生掌握體質量控制參與者體質量管理進度，擬定進一步減重方案，以及進行大數據匯總。遺憾的是，目前國內對AI技術在體質量控制方面的研究依然較少，隨訪時間也較短，且由于國內經濟發(fā)展的不平衡，該類研究主要集中于一、二線城市，研究對象也主要為學歷較高的年輕人群。而針對國內學歷較低、年齡較大、經濟水平較差人群的體質量管理的研究，目前尚未看到該類數據報道。另外，AI技術需要大數據作為支撐，這就難免觸及到個人隱私問題，且該類問題一旦發(fā)生，其責任也難以被追究。但可以預見，隨著現代技術的持續(xù)發(fā)展，AI技術及其相關管理也會逐漸發(fā)展成熟，新技術將成為體質量管理過程中一項有用的工具，甚至開啟體質量管理的新格局。同時也應該認識到，新技術使用只是手段，成功實現患者體質量控制，從而減少肥胖引起的并發(fā)癥，改善人群健康水平才是根本目的，要如何讓現代技術在體質量管理中發(fā)揮更大的作用，還亟待探索及發(fā)現。