基于Healthme采集分析系統(tǒng)的吸毒者脈搏波特征研究*

顧海艷　林祝發(fā)

1. 江蘇警官學(xué)院計(jì)算機(jī)信息與網(wǎng)絡(luò)安全系　 2. 深圳前海全民健康科技有限公司

上述研究表明，國內(nèi)外學(xué)者利用多種脈搏檢測儀器，針對吸毒人群生理指標(biāo)進(jìn)行了一系列分析研究，取得了一定的成果。但已有的研究主要是為了進(jìn)行醫(yī)學(xué)病理分析，且涉及的檢測分析儀器體積較大，不便于外出攜行，也沒有提出利用脈搏波進(jìn)行吸毒者檢測鑒定的思想方法和具體研究方向。

本文提出利用脈搏波數(shù)據(jù)建立鑒別模型，實(shí)現(xiàn)快速甄別吸毒者的檢測方法。利用自行研發(fā)的小巧便攜的脈搏波采集分析系統(tǒng)Healthme，采集了102名吸毒者脈搏波數(shù)據(jù)，根據(jù)吸食的主要毒品類別（海洛因、冰毒），利用龐加萊散點(diǎn)圖（又稱Poincare圖）對吸毒人群脈搏波的心率變異性特征進(jìn)行研究，通過與非吸毒人群相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)了顯著差異，為利用脈搏波數(shù)據(jù)建立吸毒者甄別模型的技術(shù)方案提供了有力支持。

引言

為打擊毒品犯罪、遏制毒品泛濫，需要在治安檢查、巡邏盤查、駕照報(bào)考等過程中對相關(guān)人員是否為吸毒者進(jìn)行快速甄別。

當(dāng)前國內(nèi)外對吸毒者的判斷通常依據(jù)化學(xué)檢測，常用的化學(xué)檢測手段主要是血液檢測、尿液檢測。血液檢測雖然準(zhǔn)確率很高，但是血液分析所需要的儀器設(shè)備過于昂貴，需要專業(yè)人員操作，其應(yīng)用受到較大限制。尿液檢測比較方便，但也存在明顯缺陷，主要問題有：（1）毒品代謝周期之后（通常為三天至一周）檢測不出曾有毒品攝入；（2）吸毒嫌疑人會因緊張或其他原因不能及時(shí)配合警務(wù)工作人員排出尿液從而影響檢測效率；（3）緝毒警察的性別組成以男性居多，女性偏少，在針對女嫌疑人進(jìn)行尿檢時(shí)，會出現(xiàn)女性警力明顯不足的問題；（4）某些食品或藥品如急支糖漿等感冒藥以及不法商家生產(chǎn)的如火鍋、麻辣燙的調(diào)味料等也會造成假陽性誤檢等。由于這兩種常用方法存在上述問題，已不能滿足現(xiàn)代移動警務(wù)工作中快速甄別吸毒者的需要。

中醫(yī)學(xué)理論闡明，脈搏可以反映人體的生理及病理信息。有鑒于此，通過光電生物傳感器進(jìn)行脈搏信號的采集以檢測人體的心率、血壓等基本生理指標(biāo)的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，市場已有可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的醫(yī)護(hù)、健身儀器，如可監(jiān)測脈搏波和心率的鼠標(biāo)、可及時(shí)測試心率狀態(tài)的跑步機(jī)等相關(guān)產(chǎn)品。

同時(shí)，將脈搏波檢測用于吸毒者生理特征分析的相關(guān)

一、吸毒者脈搏波的采集

脈搏波檢測作為一種無創(chuàng)檢測的手段和方法已廣泛應(yīng)用于臨床檢查。脈搏波包含了人體的很多生理信息，通過對脈搏波分析計(jì)算可得到脈動壓力、速度等生理指標(biāo)。目前對脈搏波的測量主要采用壓電、液壓等電子傳感器。為能夠準(zhǔn)確采集脈搏波特征，要求脈搏波的采集器由高靈敏、寬頻帶的傳感器構(gòu)成[5-8]。

本文研究是基于自主研發(fā)的Healthme采集分析系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由采集器和基于手機(jī)端的分析軟件構(gòu)成。

采集器是一種透射式光電傳感器，采用指夾式，不僅使傳感器施加在皮膚上的壓力相對固定，有效降低運(yùn)動和壓力變化帶來的信號干擾，而且對測量部位整體包覆，可以降低環(huán)境光的信號干擾，提高信噪比，降低后期數(shù)據(jù)分析處理難度。

采集器通過音頻線與智能手機(jī)相連，由智能手機(jī)對采集器供電并實(shí)現(xiàn)信息的計(jì)算、顯示和上傳等功能模塊。智能手機(jī)中安裝的應(yīng)用軟件具有較完善的分析模型，能自動計(jì)算人體血壓、血氧、心率、呼吸頻率等生理指標(biāo)。經(jīng)過對1萬多人的測試驗(yàn)證，該系統(tǒng)計(jì)算得到的人體生理指標(biāo)正確率達(dá)到90%以上。Healthme系統(tǒng)的采集器及其運(yùn)行結(jié)果如圖1所示。

本次實(shí)驗(yàn)利用Healthme脈搏波采集器，采集了102名吸毒者5分鐘的脈搏波數(shù)據(jù)，同時(shí)利用正規(guī)醫(yī)用測量儀器記錄這些人員的心率、血壓、血氧等生理指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，由Healthme系統(tǒng)計(jì)算得到的生理指標(biāo)與現(xiàn)場醫(yī)療儀器測量得到的生理指標(biāo)吻合度很高，其中血壓的測量結(jié)果對比如圖2所示。這表明Healthme脈搏波采集系統(tǒng)是可靠的。

二、脈搏波心率變異性指標(biāo)分析

根據(jù)Healthme系統(tǒng)采集的吸毒者脈搏波數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步計(jì)算得到關(guān)于脈搏波的多項(xiàng)指標(biāo)，本文對其中的心率變異性指標(biāo)作研究分析。

（一）心率變異性及龐加萊散點(diǎn)圖

心率變異性（HRV）是指逐次心搏期間的微小差異，可定量評估心臟交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)張力及其平衡性。無論吸食何種毒品，都會對人體神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致吸毒人群的心率變異性指標(biāo)產(chǎn)生異于正常人群的特征。本文采用非線性分析的Poincare圖進(jìn)行心率變異性對比研究。

Poincare圖是以人體的前一個(gè)心動周期長度間期為橫坐標(biāo)、相鄰的下一個(gè)心動周期長度間期為縱坐標(biāo)繪制的圖形。此圖形表現(xiàn)出脈搏波中心率變化的總體幾何分布情況，可以分別從長度、寬度、面積以及分布的松散程度進(jìn)行考察。Poincare圖沿坐標(biāo)系中45度線分布的長度和寬度代表心率變化的范圍，分布面積直觀代表心率變異的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN），分布松散程度提示出迷走神經(jīng)的活性。文獻(xiàn)[9、10] 研究指出，健康人的散點(diǎn)圖多集中在45度射線附近呈彗星狀或者紡錘形分布。

利用Healthme系統(tǒng)采集、計(jì)算得到樣本心動周期長度，用MATLAB軟件進(jìn)行處理得到龐加萊散點(diǎn)圖。非吸毒者的龐加萊散點(diǎn)圖形態(tài)與上述已有研究結(jié)果一致，如圖3所示（紡錘形或彗星形）。

（二）海洛因依賴者的心率變異性特征

在采集的102例吸毒者中，共有10例海洛因依賴者，利用MATLAB處理得到其龐加萊散點(diǎn)圖，10例圖形均與圖4形態(tài)類似。對比圖3非吸毒者的龐加萊散點(diǎn)圖，可直觀地發(fā)現(xiàn)海洛因依賴者的龐加萊散點(diǎn)圖分布面積較小，與非吸毒者的情況存在明顯區(qū)別。

（三）冰毒依賴者的心率變異性特征

對本次實(shí)驗(yàn)采集的62例冰毒依賴者的脈搏波心率變異性進(jìn)行研究分析，其龐加萊散點(diǎn)圖形態(tài)有52例均為類似圖5所示的形態(tài)。

從圖3、圖5散點(diǎn)圖對比可發(fā)現(xiàn)，冰毒依賴者與非吸毒者在心率變異性方面同樣有明顯區(qū)別。不同于非吸毒者的龐加萊散點(diǎn)分布面積較大的特征，冰毒依賴者的龐加萊散點(diǎn)分布與海洛因依賴者相似，都呈現(xiàn)出分布面積較小、更加集中的特點(diǎn)。

此外，102例吸毒者中有30例為其他毒品吸食者或毒品混吸者，這類人員的龐加萊散點(diǎn)分布也異于非吸毒者，與海洛因依賴者、冰毒依賴者的龐加萊散點(diǎn)分布比較集中的特性較為類似。

三、結(jié)論

本文通過利用Healthme采集分析系統(tǒng)，對所采集的非吸毒人群、吸毒人群脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出如下結(jié)論：

（1）通過與醫(yī)用儀器的脈搏波檢測數(shù)據(jù)的對比，表明Healthme脈搏波采集分析系統(tǒng)是可靠的，且系統(tǒng)操作簡單、使用方便，能夠滿足移動警務(wù)的需要；

（2）利用MATLAB軟件對Healthme系統(tǒng)采集的脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行心率變異性分析，發(fā)現(xiàn)吸毒人群（主要指海洛因吸食者、冰毒吸食者）與正常人群存在明顯差異。初步研究表明利用脈搏波進(jìn)行吸毒者特征分析的技術(shù)方法是可行的。

利用脈搏波的采集分析進(jìn)行吸毒者判斷是一項(xiàng)全新的研究，其理論和技術(shù)基礎(chǔ)在于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所取得的吸毒人群生理特征的一系列研究成果及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的日益成熟。后期研究將在采集更多數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過引入其他脈搏波圖形指標(biāo)、脈搏波統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立吸毒者甄別模型，并設(shè)定恰當(dāng)?shù)奈菊呙}搏波特征判別閾值，實(shí)現(xiàn)對吸毒者的快速甄別。