陳星　陳璟　陳超　董浩　傅煒　李瑩　陳澤濤　盧妍利　劉軍　劉清君

摘要 目的：建立以呼出氣為檢測(cè)目標(biāo)的基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)，用于中醫(yī)脾胃證候的辨識(shí)。方法：通過(guò)氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的方法建立中醫(yī)聞診系統(tǒng)，采用氣袋收集112例臨床脾胃異常與162例脾胃無(wú)異常被試者的呼出氣，利用該中醫(yī)聞診系統(tǒng)對(duì)所收集的呼出氣進(jìn)行檢測(cè)分析，并通過(guò)116例受試者進(jìn)行模型驗(yàn)證，建立呼出氣與脾胃證候的關(guān)系模型。結(jié)果：利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了被試呼出氣與脾胃異常的關(guān)系模型，該模型的ROC曲線下面積達(dá)到了0.930，對(duì)脾氣虛、脾胃濕熱和脾胃虛寒等證候的辨識(shí)準(zhǔn)確率均達(dá)84%以上。結(jié)論：通過(guò)所建立的中醫(yī)聞診系統(tǒng)，建立了一種可經(jīng)由檢測(cè)呼出氣的手段對(duì)脾胃異常進(jìn)行中醫(yī)證候辨識(shí)的新型臨床輔助診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 氣相色譜;聲表面波傳感器;中醫(yī)脾胃;呼出氣;中醫(yī)聞診

Abstract Objective：To establish a traditional Chinese medicine （TCM） listening and smelling system based on gaseous phase chromatography combined with surface acoustic wave sensor （SAW），which aims to establish a test target for exhaled breath and can be used to identify the TCM syndromes of spleen and stomach.Methods：TCM listening and smelling system was established by using a combination of gaseous phase chromatography and SAW sensor.An air bag was used to collect the expiratory gas of 112 clinical spleen and stomach abnormalities and 162 patients with no abnormal spleen and stomach.The expiratory gas was detected and analyzed by TCM listening and smelling system，and 116 subjects were used to verify the model and to establish a model of the relationship between expiratory gas and spleen and stomach syndrome.Results：The model of the relationship between expiratory gas and abnormal spleen and stomach was constructed by using artificial neural network.The area under ROC curve of the model reached 0.930，and the accuracy of identifying the syndromes of deficiency of spleen qi，dampness-heat of spleen and deficiency and coldness of spleen and stomach reached more than 84%.Conclusion：Through the established TCM listening and smelling system，a new type of clinical auxiliary diagnosis system was established for identifying spleen and stomach abnormalities by means of establishing a detecting expiratory gas.

Keywords Gaseous phase chromatography; Surface acoustic wave sensor; Spleen and stomach of TCM; Expiratory gas; Listening and smelling of TCM

中圖分類號(hào)：R2-03;R318.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.11.005

在人體新陳代謝的過(guò)程中，脾胃與機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)吸收直接相關(guān)[1]。當(dāng)人體的脾胃出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致無(wú)法正常工作時(shí)，身體的營(yíng)養(yǎng)吸收便會(huì)出現(xiàn)阻滯，從而影響身體健康。人體的脾胃出現(xiàn)異常，通常會(huì)表現(xiàn)出胃脘疼痛、腹部脹氣、食欲減退，以及肌肉消瘦等問(wèn)題，更有甚者，脾胃異?？赡軙?huì)導(dǎo)致小腸、大腸，以及淋巴系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題[2-3]。此外，脾胃異常還會(huì)導(dǎo)致脾臟中的毒素不能及時(shí)的排出體外而引發(fā)痰濕證，致使出現(xiàn)脂肪堆積、口氣明顯等癥狀[4]。因此，針對(duì)脾胃異常的診斷可有效預(yù)防消化系統(tǒng)問(wèn)題的惡化。目前脾胃異常的中醫(yī)診斷包括疾病診斷和證候診斷，通過(guò)望舌苔顏色、面色、排泄物顏色等，聞口氣、排泄物氣味等，問(wèn)主次要癥狀，病史等，以及通過(guò)切脈等手段來(lái)確定疾病或者證候類型[1]。脾胃異常的疾病類型主要包括腸結(jié)病、胃脘痛、便秘病、大腸息肉，以及嘔吐病等，脾胃異常的證候主要包括脾氣虛、脾胃虛寒、脾胃濕熱、胃陰虛、胃熱、肝脾不和、大腸濕熱、腸胃積熱證、腸胃氣滯證，以及腸胃郁熱證等[2]。臨床上根據(jù)不同的疾病類型與證候類型來(lái)確定具體的治療方法[5]。

在脾胃異常的諸多癥狀中，口氣是最為顯著也是對(duì)患者社會(huì)生活影響最為明顯的一種[4，6-7]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為口氣是由多種因素引起口腔內(nèi)厭氧菌生長(zhǎng)、硫化物產(chǎn)生而導(dǎo)致的，例如，由于胃腸積食，導(dǎo)致腸胃中的垃圾堆積發(fā)酵而產(chǎn)生熱氣，即揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），從口腔、鼻腔等排出形成口氣[8]。中醫(yī)學(xué)對(duì)口氣記述頗早，又名出氣臭、口氣臭、口氣穢惡、息臭等，認(rèn)為口氣是五臟六腑功能失調(diào)的結(jié)果[7]。從證型來(lái)看，以腸胃積熱型、胃陰虧虛型、脾虛濕滯型多見(jiàn)。因此，不論是從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生化的角度還是中醫(yī)證候的角度，口氣與脾胃異常的發(fā)生具有顯著的關(guān)聯(lián)性。采用聞排泄物發(fā)出的各種氣味的方法來(lái)診斷疾病是中醫(yī)聞診的一種手段。通過(guò)檢測(cè)呼出氣中VOCs的成分或者色譜特性，可以建立呼出氣與脾胃異常之間的關(guān)系，從而對(duì)脾胃異常作出診斷。

針對(duì)混合氣體成分的檢測(cè)可以通過(guò)氣相色譜儀來(lái)實(shí)現(xiàn)[9-10]。當(dāng)需要檢測(cè)的氣體樣品由微量注射器送入進(jìn)樣器后，被載氣攜帶進(jìn)入填充柱或毛細(xì)管色譜柱。由于色譜柱與樣品的流動(dòng)相和固定相吸附系數(shù)的差異，在載氣的沖洗下，各組分在兩相間反復(fù)分配使各組分在柱中得到分離，進(jìn)而檢測(cè)出組分并得到色譜圖。針對(duì)臨床患者或者社區(qū)居民的呼出氣檢測(cè)往往需要就近、快速的完成，然而一般的氣相色譜儀體積過(guò)于龐大，不利于現(xiàn)場(chǎng)快檢（Point-of-care Testing，POCT）的應(yīng)用[11]。聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件作為一種聲-電換能器，能夠在很小的插指換能器中實(shí)現(xiàn)，且具有很高的靈敏性[11]。通過(guò)將氣相色譜的方法與聲表面波傳感器相結(jié)合所構(gòu)建的便攜式氣體檢測(cè)儀器，可以實(shí)現(xiàn)在靈敏度、特異性、線性度、動(dòng)態(tài)范圍、檢測(cè)下限、檢測(cè)周期和辨識(shí)能力等方面達(dá)到平衡，兼具大型設(shè)備和氣體傳感器的優(yōu)勢(shì)。

本課題通過(guò)氣相色譜技術(shù)與聲表面波傳感器聯(lián)用的方法，構(gòu)建一種針對(duì)呼出氣檢測(cè)的中醫(yī)聞診系統(tǒng)，并使用該系統(tǒng)對(duì)脾胃異常與脾胃無(wú)異常的被試呼出氣進(jìn)行檢測(cè)，以測(cè)定呼出氣的氣相色譜特征峰，并通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立呼出氣與脾胃異常之間的關(guān)系模型。通過(guò)本課題的研究，可實(shí)現(xiàn)基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)在脾胃異常中醫(yī)辨別中的應(yīng)用，在中醫(yī)臨床輔助診斷領(lǐng)域具有重要的意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料

在本課題中，274例被試數(shù)據(jù)用于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的參數(shù)估計(jì)和測(cè)試，所挑選被試者詳細(xì)資料見(jiàn)表1。針對(duì)這些被試，由3位中醫(yī)權(quán)威醫(yī)師對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立診斷，評(píng)估其脾胃狀況，給出相應(yīng)診斷結(jié)果。當(dāng)3位醫(yī)師都認(rèn)為無(wú)脾胃疾病的，才歸為脾胃無(wú)異常。對(duì)于有異常情況的診斷結(jié)果，并存在3位醫(yī)師對(duì)診斷脾胃證候有分歧的情況時(shí)，將通過(guò)會(huì)診的形式，確定脾胃證候（同時(shí)保留多個(gè)證候）。在這274例被試中，162例患者被診斷為脾胃無(wú)異常，112例患者被診斷為脾胃有異常。使用建立的模型對(duì)116例受試者脾胃證候的辨識(shí)進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)脾氣虛、脾胃濕熱和脾胃虛寒3個(gè)證候進(jìn)行了辨識(shí)驗(yàn)證。

1.2 檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1所示。該系統(tǒng)主要包括2種狀態(tài)：采樣狀態(tài)和分析狀態(tài)。通過(guò)系統(tǒng)的氣路核心部件六通閥來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)采樣狀態(tài)與分析狀態(tài)之間的切換。

1.2.1 微管預(yù)濃縮器的制備 采用304不銹鋼管（OD：8 mm，ID：5 mm，Length：70 mm），其一端置于吸附劑上方，另外一端連接真空泵及流量計(jì)，用于負(fù)壓裝填及過(guò)程監(jiān)測(cè)。在填充過(guò)程中使用電子天平稱量吸附劑的重量變化，從而監(jiān)測(cè)吸附劑的填充量。為實(shí)現(xiàn)小分子和大分子的同時(shí)濃縮吸附和脫附，需分別填充不同的吸附劑以形成管內(nèi)的分層結(jié)構(gòu)。

1.2.2 集束毛細(xì)管及升溫系統(tǒng)的制備 采用微納加工工藝，制備孔徑在百微米級(jí)的多孔石英柱，在柱體的孔柱內(nèi)通過(guò)動(dòng)態(tài)成膜技術(shù)修飾可用于分離氣體成分的涂敷相，制成集束毛細(xì)管柱，在不損失柱容量的前提下實(shí)現(xiàn)短徑下的快速分離。在石英柱的外圍包裹金屬層，并通過(guò)在金屬兩端施加PWM占空比可調(diào)的恒定電壓，并檢測(cè)恒定電壓下的電流變化，用于集束毛細(xì)管的加熱及溫度檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管柱的可控程序升溫。

1.2.3 系統(tǒng)集成 通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、溫度場(chǎng)優(yōu)化、電氣安全優(yōu)化等方法，把上述的微濃縮管、集束色譜柱以及聲表面波傳感器集成到便攜式微系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)20 s內(nèi)C1-C16分子量物質(zhì)的全譜分析。在程序溫控下，混合物各組分因移動(dòng)速度不同逐漸分離后依次從毛細(xì)管柱末端流出進(jìn)入聲表面波傳感器部分進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.4 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件分為系統(tǒng)操控和檢測(cè)2個(gè)部分。系統(tǒng)操控部分主要包含快速氣相色譜分析方法的流程調(diào)控邏輯，傳感器工作方式調(diào)控邏輯，以及系統(tǒng)安全正常運(yùn)行檢測(cè)的邏輯。檢測(cè)部分包含呼出氣VOCs數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)分析和特征重現(xiàn)。VOCs數(shù)據(jù)的前處理包含與系統(tǒng)操控方法相匹配的數(shù)據(jù)時(shí)序?qū)?zhǔn)、降噪、特征提取和標(biāo)定等。

1.3 呼出氣檢測(cè)

通過(guò)氣袋收集了274例被試的呼出氣，使用基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)對(duì)這些呼出氣樣本進(jìn)行分析，每袋氣體樣本分析3次。在檢測(cè)分析的過(guò)程中，設(shè)置進(jìn)樣口溫度180 ℃，六通閥160 ℃，毛細(xì)管柱溫度40 ℃，聲表面波傳感器30 ℃，載氣氣流1 mL/min。預(yù)熱完畢后，六通閥切換至采樣模式，由真空泵抽氣，采樣60 s之后切換到分析模式。在分析模式中，將吸附管瞬時(shí)加熱至250 ℃，毛細(xì)管柱程序升溫，以10 ℃/s的速度升溫至180 ℃。在毛細(xì)管柱開始升溫的同時(shí)，記錄傳感器頻率信號(hào)，持續(xù)20 s。在該分析過(guò)程完畢之后，將傳感器加熱至120 ℃并保持15 s，以使被測(cè)物與傳感器充分分離。通過(guò)對(duì)傳感器的頻率信號(hào)進(jìn)行差分分析，即得被試呼出氣的色譜圖。

1.4 數(shù)據(jù)分析

以特征峰的保留時(shí)間差距在0.1 s以內(nèi)的為同一組分，并以0.1 s為間隔，將色譜峰四舍五入并進(jìn)行分組，從0.1到20.0，共200個(gè)分組。記錄呼出氣在該分組時(shí)間內(nèi)出峰位置的差分響應(yīng)值。如該位置沒(méi)有色譜峰，則分組的值記為0 Hz/s。

根據(jù)中醫(yī)醫(yī)師給出的診斷結(jié)果，將脾胃無(wú)異常記為1，脾胃有異常記為0。使用Logistics回歸分析尋找與中醫(yī)的脾胃異常診斷結(jié)果相關(guān)的色譜峰分組，步驟如下：

1）分析每個(gè)色譜峰分組的頻率分布，如果在一個(gè)分組內(nèi)，色譜峰的值為0 Hz/s的頻次高于200（即少于74例患者存在該色譜峰），則剔除該分組。

2）將預(yù)處理后的分組進(jìn)行二元Logistics回歸分析，使用向后（逐漸剔除法），步進(jìn)概率（進(jìn)入：0.05;除去：0.1），選取了12個(gè)與中醫(yī)診斷結(jié)果呈相關(guān)性的色譜峰分組。

3）對(duì)這12個(gè)色譜峰分組以脾胃有無(wú)異常（無(wú)異常：1，有異常：0為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組分析）。

通過(guò)將上述與中醫(yī)診斷結(jié)果呈顯著相關(guān)的色譜峰分組作為協(xié)變量，中醫(yī)醫(yī)師關(guān)于脾胃異常的診斷結(jié)果作為因變量，利用基于多層感知器的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模[12]。按照2∶1∶1的比例分配訓(xùn)練組（145例）、測(cè)試組（62例）和保持組（67例）。并對(duì)模型的靈敏度和特異性等參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估。

2 結(jié)果

2.1 基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)的氣路連接見(jiàn)圖1所示。通過(guò)將氣相色譜與聲表面波傳感器聯(lián)用，成功搭建中醫(yī)聞診系統(tǒng)。該系統(tǒng)搭配的核心部件六通閥實(shí)現(xiàn)了改變氣路連接在系統(tǒng)工作模式間的切換。在采樣模式下，（1、2）（3、4）（5、6）口分別相通，通過(guò)真空泵抽氣，氣霧態(tài)呼出氣樣品進(jìn)入雙層吸附管進(jìn)行C1-C16物質(zhì)的同時(shí)富集。富集過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)控制六通閥轉(zhuǎn)向，進(jìn)入分析模式，此時(shí)六通閥的（2、3）（4、5）（1、6）口分別相通。在分析模式中，需要對(duì)吸附管高溫快速加熱，以保證樣品中各組分幾乎在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入金屬毛細(xì)管柱。加熱溫度約為250 ℃，并實(shí)現(xiàn)在50 ms內(nèi)完成該加熱過(guò)程。采樣模式下吸附的成分，在氦氣作為載氣的輸送下，在毛細(xì)管柱內(nèi)進(jìn)行分離，并在聲表面波傳感器表面沉積，產(chǎn)生頻率信號(hào)響應(yīng)，成功通過(guò)中心頻率為500 MHz的聲表面波傳感器對(duì)分離后的單種組分進(jìn)行定量檢測(cè)。經(jīng)由STM32單片機(jī)控制，系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙與上位機(jī)（包括平板與PC端）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并將檢測(cè)到的頻率信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和儲(chǔ)存。見(jiàn)圖1。

2.2 脾胃異常呼出氣的特異性檢測(cè)

通過(guò)基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)對(duì)所有被試的呼出氣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2所示。其中，橫軸（X軸）為保留時(shí)間（s），表示物質(zhì)在色譜柱中的駐留時(shí)間。不同的出峰時(shí)間表示呼出氣中的不同組分。縱軸（Y軸）是傳感器的頻率差分響應(yīng)（Hz/s），表示該組分的物質(zhì)濃度。針對(duì)呼出氣的檢測(cè)結(jié)果顯示頻率差分相應(yīng)與實(shí)踐之間的關(guān)系，且在譜圖上表現(xiàn)出不同的特征峰，通過(guò)對(duì)這些特征峰的分析，可以得到呼出氣與脾胃異常的相關(guān)性。

通過(guò)對(duì)同一被試的呼出氣進(jìn)行3次測(cè)量來(lái)確定系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果一致性。由圖2（A）可以看出，同一被試的3次測(cè)試圖譜均具有若干的色譜峰，且這些峰的峰位置和峰形狀基本重合，表明該氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)具有良好的一致性。與之相對(duì)的，通過(guò)對(duì)不同被試的呼出氣進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)確定系統(tǒng)的特異性。由圖2（B）可以看出，在3例不同被試的測(cè)試中，色譜峰不論是在峰位置還是峰形狀上均具有明顯的差異性。因此，該系統(tǒng)可以用于區(qū)分不同被試的呼出氣成分，并具備良好的一致性、可重復(fù)性，及特異性。

2.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脾胃異常中醫(yī)辨別模型

通過(guò)對(duì)該中醫(yī)聞診系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的自適應(yīng)濾波去噪、基線校正和漂移補(bǔ)償、歸一化和聲表面波傳感器優(yōu)化等預(yù)處理后。通過(guò)二元Logistics回歸分析篩選出了12組色譜峰，從表2所示色譜峰組分析結(jié)果可以看出，在健康人與脾胃異常被試之間，該分組的色譜峰響應(yīng)值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脾胃中醫(yī)辨別模型，采用遷移學(xué)習(xí)的框架，實(shí)現(xiàn)不同呼出氣樣本集之間的跨樣本遷移，解決了在樣本有限情況下的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練問(wèn)題?；谶w移學(xué)習(xí)的深度信念網(wǎng)絡(luò)開展傳感器的漂移補(bǔ)償，形成了校正氣體多維度信息譜圖集。采用預(yù)訓(xùn)練和微調(diào)模式的半監(jiān)督卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣味的辨識(shí)：預(yù)訓(xùn)練在已知?dú)馕稊?shù)據(jù)庫(kù)等被測(cè)氣體以外的數(shù)據(jù)上訓(xùn)練，最后計(jì)算在目標(biāo)辨識(shí)數(shù)據(jù)測(cè)試集上的準(zhǔn)確率，微調(diào)階段保留訓(xùn)練好的模型并保留參數(shù)，使用目標(biāo)數(shù)據(jù)集訓(xùn)練模型。

將通過(guò)回歸分析篩選出的12個(gè)分組作為協(xié)變量，中醫(yī)醫(yī)師關(guān)于脾胃異常的診斷結(jié)果作為因變量，對(duì)所建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系模型進(jìn)行準(zhǔn)確性評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如表3所示。經(jīng)過(guò)對(duì)模型的準(zhǔn)確性評(píng)估，得出在訓(xùn)練組中，總體準(zhǔn)確率達(dá)到了90.3%，總體準(zhǔn)確率包括脾胃異常樣本和脾胃無(wú)異常樣本的測(cè)試。為了更具體的說(shuō)明系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，分別對(duì)測(cè)試組和保持組進(jìn)行了準(zhǔn)確性評(píng)估。在測(cè)試組中，總體準(zhǔn)確率達(dá)到了83.9%，其中脾胃異常部分的準(zhǔn)確率稍低于脾胃無(wú)異常部分的準(zhǔn)確率，這是由于被試的脾胃異常程度或者證型存在差別導(dǎo)致的，也因此系統(tǒng)在對(duì)脾胃異常的檢測(cè)中，甚至可以檢測(cè)出不同的脾胃異常程度。在保持組中，總體準(zhǔn)確率達(dá)到了83.6%，同樣脾胃異常部分的準(zhǔn)確率稍低于脾胃無(wú)異常部分的準(zhǔn)確率。對(duì)比測(cè)試組和保持組的準(zhǔn)確性評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)，測(cè)試組和保持組的結(jié)果之間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明該系統(tǒng)具有良好的一致性和穩(wěn)定性。

通過(guò)繪制接受者操作特性曲線（Receiver Operating Characteristic Curve，ROC），得到特異性與敏感度之間的關(guān)系。見(jiàn)圖3所示，該ROC曲線下面積達(dá)到0.930，說(shuō)明該脾胃異常中醫(yī)辨別模型具有很好的敏感度和特異性。因此，通過(guò)對(duì)臨床診斷結(jié)果與被試呼出氣的特征峰進(jìn)行相關(guān)性分析，可以發(fā)現(xiàn)呼出氣的多個(gè)特征峰與脾胃異常和脾胃無(wú)異常顯示了顯著的相關(guān)性。

之后使用該模型對(duì)116例受試者進(jìn)行了模型辨識(shí)能力的驗(yàn)證。對(duì)脾氣虛和脾胃濕熱的證候，診斷的陽(yáng)性準(zhǔn)確率達(dá)到75%，對(duì)脾胃虛寒的陽(yáng)性準(zhǔn)確率達(dá)到了65%。而對(duì)于脾氣虛、脾胃濕熱和脾胃虛寒的陰性準(zhǔn)確率都達(dá)到了90%以上。整體的證候辨識(shí)準(zhǔn)確率大于80%。見(jiàn)表4。

3 討論

人類生命活動(dòng)的代謝產(chǎn)物，如VOCs等，包含有豐富的生物特征信息[13-14]。對(duì)這些代謝產(chǎn)物的檢測(cè)可以直接或間接的監(jiān)測(cè)人體的健康狀況。VOCs常常伴隨著呼出氣而排出體外，是最容易獲取的代謝產(chǎn)物之一，在離體健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。然而由于VOCs往往是由多種物質(zhì)以極低濃度動(dòng)態(tài)混合的狀態(tài)存在于空氣、水等遞質(zhì)中，目前有效的檢測(cè)方法和手段還十分有限。對(duì)于VOCs氣體的檢測(cè)，通常是通過(guò)氣體傳感器或者氣、液相色譜、質(zhì)譜和光譜等大型設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)混合VOCs中多種成分的同時(shí)檢測(cè)[15-16]。氣體傳感器有著體積小、能耗低、響應(yīng)速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。而大型設(shè)備盡管無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，卻能夠更準(zhǔn)確的檢測(cè)出混合氣體的成分。因此，本課題通過(guò)將大型設(shè)備技術(shù)，如氣相色譜技術(shù)，與聲表面波氣體傳感器相結(jié)合，構(gòu)建了基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)來(lái)集成大型設(shè)備與傳感器的優(yōu)點(diǎn)對(duì)呼出氣中的VOCs進(jìn)行檢測(cè)。

通過(guò)該氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用系統(tǒng)對(duì)被試的呼出氣進(jìn)行檢測(cè)，可得到呼出氣的色譜圖[10，17-18]。通過(guò)分析色譜圖上的特征峰信息和與之對(duì)應(yīng)被試的脾胃異常情況，可以確定脾胃異常情況與呼出氣之間的關(guān)系。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)機(jī)制，建立脾胃異常與呼出氣之間的關(guān)系模型，該模型可用于輔助診斷脾胃異常[12]。然而，從臨床的角度來(lái)看，呼出氣的異常只是臨床脾胃異常的一種癥狀，并不能作為確診的唯一指征，如因口腔滋生細(xì)菌而產(chǎn)生的口氣，因食用具有特殊氣味的食物而產(chǎn)生的口氣等。但是，氣相色譜的一個(gè)特征就是可以特異性的同時(shí)檢測(cè)到這些氣體中VOCs的成分。表現(xiàn)在氣相色譜圖上就是色譜特征峰，每一個(gè)特征峰代表一種VOC。在后續(xù)的工作中，將通過(guò)判斷VOC的具體成分，來(lái)更加具體的確定脾胃異常出現(xiàn)的位置及脾胃異常的疾病類型和癥候類型。

綜上所述，本課題建立的基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)，可以有效的針對(duì)呼出氣進(jìn)行特異性檢測(cè)，確定脾胃異常情況。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立的呼出氣與脾胃異常之間的關(guān)系，可以用于脾胃異常的預(yù)測(cè)和診斷。該中醫(yī)聞診系統(tǒng)對(duì)于中醫(yī)辨別脾胃異常和證候辨識(shí)具有重要的臨床輔助診斷意義。

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（2020-05-10收稿 責(zé)任編輯：徐穎）