杨军 俞梦孙 曹征涛
·基础研究·
自然睡眠测量技术发展和信息挖掘
杨军 俞梦孙 曹征涛
睡眠过程生理参数的连续测量是研究认识睡眠的客观手段。自2003年起本课题组发明的自然睡眠监测技术开始在部队和临床推广应用，本研究小组持续关注使用此技术产品在临床和相关研究课题所获得的睡眠数据，并探索其可能获得的健康、疾病状态信息，发展其功能，开拓其可能的应用领域。本文报告在此研究过程中的发现和体会，尤其对于睡眠过程长时间连续生理参数中的信息挖掘提出可行的路径。
自然睡眠监测；睡眠参数；信息挖掘
本研究小组在俞梦孙院士的带领下于2000年发明床垫式睡眠监测技术，于2003年研制成功的床垫式睡眠监测产品系统，作为医学保障装备应用于飞行员飞行前夜的睡眠监测。2004年开始应用于临床睡眠呼吸障碍检测以及体检。该技术逐步实现了在自然睡眠的情况下连续测量生理参数、检测睡眠结构、检测睡眠呼吸障碍事件和体动事件等功能。
床垫式睡眠监测的设计以人为本，打破了传统检测参数分立测量的惯常思路，以简洁的设计思路，可靠地获得睡眠过程连续参数，再藉由深入挖掘、整合多参数信息得到。研究小组根据实际问题和需求继续深入研究，在进一步评价整体健康状态方面提出应用中医理论解读睡眠过程参数的新思路，并提出以睡眠参数评价应激状态的技术路线，在高原军事医学和低氧训练中应用睡眠参数评价低氧应激状态和训练效果，在不同的研究和应用领域，自然睡眠监测呈现出独特的意义和价值。
睡眠是人整体身心状态的独特窗口。当我们获得了仔细观察它的可能性，我们会发现透过这个窗口，生命状态展现出其它工具和手段难以描绘的图景。本文概略报告2004年开始应用于军事医学保障和临床医学至今，本小组在发展自然睡眠监测技术，进而深入挖掘睡眠过程参数中的信息方面的进展。
1 数据
本研究的数据基础为经人工校正的睡眠包括近10年来70余名飞行员千余例日常连续数据（宿舍床垫即为检测床垫），以及来自临床和研究课题的2 476人3 478例自然检测睡眠数据。课题数据分别来自国家十一五科技支撑计划、国家 973项目分题，以及国家自然科学基金和正在进行的国家十二五科技支撑计划。课题研究相关所获得数据大部分为1人至少测量2次以上，包括了调理前后对比数据［1］。
2 方法
临床睡眠监测最常见用于睡眠呼吸事件检测，其它用于嗜睡检测等。虽然神经、精神、心理障碍病患多存在睡眠障碍，由于一方面难以耐受基于脑电图等的多导睡眠图技术方法，一方面尚无明确评价标准，对于这类病患人群睡眠状态虽然备受关注，但是客观检测并未普及。自然睡眠监测技术解决了上述问题第一方面，但要做到真正成为临床判断的参考，尚需研究。
本研究并未专门或者直接着眼于某种现行分类的疾病。在实现了自然睡眠基本参数测量之后，首先应用测量的数据来自于飞行部队，这些数据的特点是“日常”，而不是在实验室和专门医疗机构，同一个人的连续数日、数周甚至数月，由于熟悉，我们已经可以仅通过趋势图即辨别出是某个人的睡眠数据。睡眠参数显然包含了个体独特的印记—它不是偶然的。这一重要提示引导我们进入对于连续时间参数序列的观察和深入研究。整晚参数趋势图是本研究关注的重要方面［2］。另一方面即是睡眠中的事件的深入分析和表达。此两方面的研究和成果，是发展自然睡眠监测技术的基石。而在特定情况下的创新应用，如高原低氧环境下睡眠监测，则通过呼吸事件和睡眠参数等高原睡眠特征，独辟蹊径解决了高原习服状态的量化评价问题。
3 自然睡眠监测技术发展和创新应用
3.1 整晚睡眠趋势图中的个体睡眠模式信息和状态信息挖掘 显然，发现事件是现代医学检测的常规思路，尤其建立事件与疾病之间的特异性关系。但我们实现基于基本生理参数的睡眠结构检测，其方法的根本并非基于特异性事件或者某一种特异性波形，而是以个体的整晚连续参数为参考点。在趋势图及其动态的走向和形态中发现规律，发现其升降变化的幅度、斜率、持续的时间等，将睡眠做为一个过程来描述，关注过程，这是本研究一个重要着眼点。这一过程的长时间连续参数中蕴涵着个体整体状态的信息，需要更多的研究和挖掘。自然睡眠监测记录了心冲击图、完整的呼吸波、体动以及血氧（选配）等。测量计算的参数包括连续的心动周期、呼吸率等。本研究通过整晚连续心动周期和呼吸率、呼吸波形等参数实现了与多导睡眠图相当的睡眠结构。但是，除了睡眠结构，睡眠过程中尚有更多的信息。
根据中医理论，昼为阳，夜为阴。而阴中尚有阴，阴中亦有阳。本小组提出了以中医的阴阳和经脉循行等理论解读睡眠过程的假说。依此假说，在2 000例各类病患、亚健康和健康人睡眠数据中进行观察比对，得到了基本验证，并探索在健康状态评估方面的应用。
在研究中，以“生长化收藏”的圆运动为人体生命基本运动，睡眠过程是一日之中敛藏的部分，同时也是次日阳气生发的基础。从这一角度去观察睡眠过程的参数，去体察参数升降中的阴阳，当机体阻滞不通，升降化收藏不调，圆运动“不圆”，在睡眠过程中即表现出整个过程的参数变化以及睡眠结构均失去正常分布，而机体的正邪、虚实也能够显其端倪。300余例治疗和健康调理前后的睡眠数据和主诉、体检结果证实了这一辨识方法的有效性。阴阳离绝极端的情况，如睡眠过程参数表现为没有显示阳气的任何变化波动、阴中无阳，即为阳绝，如见到肝癌晚期睡眠参数有此特征。本研究认为从此角度去认识人体健康状态和动态变化，很有希望成为中医辨证的客观量化表达的补充。
3.2 挖掘和睡眠中的事件 自然睡眠监测技术凭借其天然优势以简洁巧妙的方式解决了睡眠呼吸测量问题，在简化操作与粘缚装置的同时，并未降低其可靠性。在设计中充分考虑到为了提取需要信息的必要环节，如高位数、高采样频率以获得完整的呼吸波。这些设计保证了可靠检测睡眠呼吸事件，在呼吸波分析的基础上，结合心率、血氧、体动等多参数关联分析，进而鉴别出中枢性、阻塞性等不同类型性质的呼吸事件［3］。
在高原睡眠研究过程中，进一步可靠检测出低氧引起的中枢性的高原型睡眠呼吸事件，如周期性呼吸等；低氧还会导致体动事件、睡眠片断，在高原型睡眠监测系统中均为此设计了体动事件的检测量化。
3.3 事件的时间分布 就如心脏事件在凌晨常为高发，不同事件在睡眠中发生的时间蕴涵着信息。事件的时间分布值得深入研究，了解发生的实质，同时也指出治疗和预防的方向。我们也认为从中医阴阳、经脉、营卫的角度去认识，可能是看到实质的途径。
3.4 多参数之间的关联及其细微变化 我们目前主要关注的是睡眠中的心率、呼吸频率和呼吸波、血氧值等参数。正常健康成人参数之间的关联有一定的规律。对于偏离健康的人群，可能出现不同的关联关系，可以表现在趋势图中，也可能表现在一个事件的短时间过程中。如正常人在快速眼动睡眠期心率和呼吸频率会同时加快，当出现二者并不同步变化时，我们推测提示机体存在气血的不平衡，或者心肺功能的不协调。再如一个呼吸暂停事件过程，通常的综合参数变化表现包括血氧逐渐下降，心率减慢，再恢复呼吸时心率加快出现皮层下微觉醒，如果这一过程中心率几乎未见变化，同样提示机体协调功能不完善。
3.5 用睡眠来评价的个体应激状态 应激是现代病、慢性病的主要原因。应激的强度、持续时间直接导致发病以及疾病复发。而各种的军事训练同样都是应激反应，善用应激，能够提升能力，应激过度，则损伤健康。俞梦孙院士提出睡眠参数是应激反应的泛函，各种不同类型的应激均可以用睡眠作为尺度，为科学训练、预防疾病提供量化依据。
3.6 睡眠参数中的身心状态 睡眠反应身心状态也有其不可替代的作用。在临床中见到大量主诉失眠、易醒或多梦的睡眠数据。我们的基本认识是身心一元。以抑郁症为例，在一定的阶段抑郁会明显反映在凌晨1至3 时肝经时段的参数幅度明显增大隆起且时间延长；而长时间服用镇静类药物后睡眠参数会表现出变化明显减小，实际是阴中之阳的阳气不足了，或者说肝肾功能减弱了［4］。精神心理类的疾病如果从身心两方面一起调治，能够让健康和平衡保持在一个较合适的水平。而睡眠参数作为评价参考，显然是最合适的选择。
4 讨论
由于本研究小组的军事医学背景和应用经验，我们认为睡眠监测之意义可能超越了现代医学本身。睡眠过程的独特性确定无疑，其对于人的状态及其变化的评估的价值不可低估。
当医学转向以人为本，而不仅仅围绕针对特定疾病指标和治疗，当状态检测和辨识成为健康服务的的核心的时候，睡眠参数中的人体整体状态信息将有可能为人们的健康提供全面的、有价值的提示，并成为中医辨证的有利手段。
笔者也相信随着材料、传感器的快速发展，自然睡眠监测会更便利，睡眠监测会在医学、医学监督和健康服务中发挥更广泛的作用。
［1］ 杨军，俞梦孙. 多参数信息融合实现非脑电的睡眠结构分期[J]. 中国生物医学工程学报，2006，25（3）：315-321.
［2］ 杨军，俞梦孙，杨秀岩，等. 睡眠生理参数中医解读初探[J]. 国际生物医学工程杂志，2013，36(2)：74-76.
［3］ 俞梦孙，杨军. 睡眠呼吸课题组,微动敏感床垫睡眠监测系统检测睡眠呼吸事件的原理与判断规则[M].北京：人民军医出版社，2011.
［4］ 俞梦孙.一次人类健工程的实践—高原健康工程[J]. 空军医学杂志，2013（1）：92-96.
Development of Natural Sleep Monitoring Technique and Data Mining
Yang Jun*, Yu Mengsun, Cao Zhengtao.*Aeromedicine Institute of P.L.A, Beijing 100036 China
Yang Jun，Email：marrow@sina.com
Continuously measuring sleep parameter is an objective way to understand human sleep course. The natural sleep monitoring technique which invented by our team has been applied in the army and clinic. The paper reports on what author had found from theresearchof natural sleep monitoring technique.Diverse applications of sleep measuring were discussed In open vision.
Natural sleep monitoring technique；Sleep parameter；Data mining
国家自然科学基金面上项目 81072895；国家科技支撑计划2012BAI25B01
100036 北京，空军航空医学研究所
俞梦孙，E-mail：marrow@sina.com
