朱成杰
1
陈继龙
maxstep1*
施斌斌
2
［摘要］日益复杂的人机交互逐渐为飞行员带来了更高的精神和体力负荷。飞行员在经受这些负荷之后的疲劳状态成为导致空中事故的主要人为因素之一。这严重影响飞行安全，制约部队战斗力。因此，应该采取更有效的措施来评估飞行员的疲劳状态。本文就飞行疲劳的检测技术作一综述。［关键词］飞行；疲劳；检测技术［中图分类号］Ｒ856.2 ［文献标识码］A
［文章编号］2095－1434.2019.05.012作者单位：1中国人民解放军94804部队卫生队，
上海200434．2中国人民解放军东部战区空军医院空勤科，南京210002
*
通讯作者
飞行训练和空中作战需要脑力、体力并耗，而且在飞行时受到多种因素的侵害，如缺氧、加速度、噪音、振动、精神紧张和电离辐射等，飞行人员极易产生疲劳
［1］
。产生飞
行疲劳之后，会使飞行人员反应迟钝、动作变慢，视力下降，记忆力减退，条理性差、判断失误，进而削弱仪表观察能力、减小注意力范围、降低驾驶水平、增加操作错误，严重影响了飞行员的判断力和决策力，势必会对飞行带来安全隐患，使得训练和作战任务的完成大打折扣
［2］
。
历史上众多飞行事故均和疲劳飞行有关。由翁贝托·诺比尔将军指挥的意大利飞艇在1928年从北极返回时坠毁，也被认为是飞行员疲劳驾驶导致
［3］
。近年来空军航空兵跨昼
夜飞行频率增加、飞行训练强度加大以及开展新机种全天候训练，使飞行员的身体、心理负荷明显增加，空军飞行员疲劳程度增加明显，睡眠质量较差，给日常工作和军事训练带来安全隐患，严重威胁飞行安全
［4］
。因此，合理应用
评估疲劳的客观和敏感指标对于预防事故和提高战斗力至关重要。美国空军空中机动司令部（Air Force Air Mobil-ity Command ，AMC ）也正在实施空中作战风险管理（Avia-tion Operational Ｒisk Management ，AvOＲM ）计划，以帮助飞行任务调度员和飞行机组人员降低飞行风险并确定合适的风险等级［5］
。判定飞行疲劳的方法很多，如客观观察
led闪光灯
1
量表评定法
主要有卡罗林斯卡嗜睡量表（Karolinska Sleepiness Scale ，KSS ）和Samn －Perelli 机组人员状态检查表（Samn －Perelli scale ，SP ）［6］。但疲劳评定量表之类的主观方法，并不能客观地反映疲劳人员的实际功能状态
［7］
。中国民航
也为飞行员制定全面的疲劳风险管理指标体系和疲劳问卷，可用于衡量中国民航飞行员的疲劳程度［8］
。制定符合
我国空军飞行人员的疲劳评定量表是构建飞行疲劳风险
管理系统的有效措施之一。2客观观察法2.1
头部位置感应
头部位置感应器是用来测量头部位
置的传感器。对头部位置进行实时跟踪监测，通过头部位置的变化规律和趋势识别飞行人员是否疲劳以及评估疲劳程度
［9］
。
2.2嘴部状态检测
哈欠是人在疲劳时经常会出现的生
理特征之一，因此嘴部状态检测也可成为判断疲劳的手段。该方法的实质是判断嘴部张开距离的大小来判断疲劳程度
［10］
。
2.3瞳孔测量通过测量瞳孔大小来判断疲劳
［11］
。可测
量随时间的变化瞳孔直径的改变。
2.4
视觉运动检测
持续时间较长的眨眼可以表示警觉
性降低，而持续时间较短眨眼与视觉负荷增加有关［12］
。眼
动追踪是收集飞行疲劳证据的重要方法。这是一种非侵入式系统，通过跟踪眼球运动行为来评估驾驶
疲劳。使用实时眼动仪监视参与者的眼睛状态以收集眼球运动数据。这些数据有助于深入了解飞行人员在驾驶期间的疲劳状态
［13］
。实时眼动仪主要监测的项目包括［14］：眨眼持续时
间（blink duration ，
BD ）和频率（blink frequency ，BF ），扫视持续时间（saccade duration ，
SCD ）和峰值速度（saccade peak velocity ，SPV ），瞳孔扩张范围（pupil dilation range ，PDＲ）和注视持续时间（fixation duration ，FD ）的平均值。2.4.1
眼睑闭合百分比检测
眼睑闭合百分比（Percent
Eyelid Closure ，PEＲCLOS ）疲劳检测法，与汽车驾驶员疲劳检测方法类似。通过头部安装的眼睛跟踪测量器实时检测人眼的闭合度，再应用PEＲCLOS 算法确定驾驶员疲劳程度。即眼睛闭合时间占
特定时间的百分率作为生理疲劳程度的测量指标。眼动信号的记录与分析包括：眨眼率、眨眼持续时间及眨眼潜伏期等。人在疲劳瞌睡时，眼睑的眨动一般较频繁，眼睛闭合时间也较长，正常情况下
人眼的闭合时间为0.2－0.3秒，但在疲劳情况下，人眼的闭合时间相应延长，为0.5秒左右，因此事故发生率也相应增加［15］。眨眼率和持续时间的增加可能与缺氧诱导的交感神经兴奋和自适应眨眼抑制行为的损害有关［16］。
2.4.2眼动仪检测尽管基于扫视速度（saccadic veloci-ty，SV）的眼动仪测试已经变得流行，但是它们在军事中的应用价值尚不清楚，因为大多数研究是在实验室环境中使用未经完全验证的仪器进行的。实地研究仍然很少，特别是在真实飞行等极端条件下。国外一项研究提供了关于在实际飞行条件下基于SV的疲劳测试的高灵敏度的确凿证据，即使在小样本中也是如此［2］。这一结果可能为军事医学部门提供有效且有用的作战生理状态生物标志物。2.4.3闪光融合临界频率测定注视一个较亮物体或光源时，闭眼或撤去光源可残留短暂光感的现象，称作闪光融合感觉。闪光融合临界频率，也称闪烁临界频率，是刚刚能够引起闪光融合感觉（连续光感）刺激的最小频率。它表现了视觉系统分辨时间能力的极限，体现了人们辨别闪光能力的水平。通过测定人的闪光融合临界频率可以了解人体的疲劳程度。一般来说，闪光融合频率值随着视觉疲劳程度的加重而降低。Lamparter等［17］利用一种闪烁限定形式（flicker defined form，FDF）视野检查的方式检测人学习时的疲劳状态，取得较满意的效果。
3生理测试法
实时生理状态（real－time physiological status，ＲT－PSM）监测是现代精准医学的一部分，它允许根据ＲT－PSM预测个体的健康和表现［18］。疲劳的生理测试法是依靠人体对各种信号或刺激的反应程度来检测疲劳的方法。
3.1一般生理参数随着身体疲劳指数的增加，生理参数如呼吸率（Breathing rate，BＲ）、收缩压（Systolic blood pres-sure，SBP）和心率（Heart rate，HＲ）呈线性增加。心理疲劳指数与情绪状态分析（profile of mood states，POMS）的抑郁评分线性相关［19］。因此，监测飞行员的一般生理情况，也将为我们评估飞行疲劳提供较客观的数据支持。
3.2肌肉耐力测定飞行疲劳时大脑皮层机能的变化也反映在肌肉握力和耐力的变化。耐力变化的程度与飞行课目、飞行条件密切相关［16］。
3.3姿势平衡测定肌肉维持固定姿势的稳定性，可用于判定飞行疲劳。姿势控制主要由来自视觉，前庭和本体感觉器官，精神和身体疲劳，都会影响这一途径，降低姿势控制的效果，并改变身体压力中心（center of body pressure，COP），这是利用姿势平衡测定评估疲劳状态的生理基础。这种方法可以用压力传感器测量脚上整体重量分布的变化，显示姿势稳定性的变化［19］。另一项研究显示［20］，利用基于电子显示的补偿跟踪任务测量测试双手和双脚的跟踪精度（超过5分钟），记录到
手的跟踪精度下降了22.6%，而脚的跟踪精度下降了39.9%。手脚的差异效应可能是由于体力负荷引起的认知疲劳等因素导致了运动皮层肢体运动优先化。这可能导致脚的性能比手更大地降低，从而对操作安全性构成重大风险。因此测定脚的稳定性比手更能灵敏地反映疲劳状态。
牵引头3.4脑电图检查疲劳状态时，脑电图（Electroencephalo-graph，EEG）α波指数下降甚至完全消失，疲劳越明显θ波越多，甚至有大量的δ波出现。脑电图恢复时间的长短与疲劳程度有关［21］。已经证明，在认知任务中，当脑负荷增加时，前额区域上的θ带中的EEG功率谱密度（power spectral density，PSD）增加，并且α带中的EEG PSD在顶叶区域上减小。在此基础上，定义心理工作负荷指数（mental workload index，MWL）为额叶θ和顶叶α带EEG PSD值之间的比率。MWL作为一种认知神经计量学检测手段可以用作用户心理负荷的可靠测量，是和其他航空医学测试不同的有效指标［22］。
3.5肌电图肌电图（Electromyogram，EMG）主要用于局部体力疲劳的测试，测试方法较便捷，结果较确定［23］。一项研究［24］监测了韩国空军的飞行员和飞行员学员中小腿腓肠肌的EMG数据。对肌电信号，如肌电信号功率谱中值频率、肌电图积分值，进行分析，其中，积分绝对值（inte-grated absolute value，IAV），可提示肌肉收缩和波形长度（waveform length，WL），反映人体的疲劳程度。
3.6肺功能检查由于乳酸和钾的积累使得敏感的肌肉感觉通路的激活引起肌肉疲劳和过度通气。最大吸气末憋气耐受时间和最大呼气末憋气耐受时间，可反映飞行员飞行前后的心肺功能，疲劳发生时，呼吸肌最大耐力下降［17］。研究［25］发现运动期间神经肌肉疲劳的EMG迹象伴随着运动测量仪上呼吸量的通气阈值（ventilatory thresh-old，VTh）的变化。因此通过对飞行员的肺功能检查也可间接评估疲劳状态。
除了以上几种方式，生理测试法还有连续名呼叫检查法、两点刺激敏感阈限监测法、膝跳反射机能检查法、闪频值检查法、反应时间（Ｒeaction time，ＲT）等［26］。
4生化检测法
生化法是通过检查飞行员的血液、汗液、尿液及唾液等体液成分的变化来判断疲劳状态［27］。
4.1血液检查检测项目有血液淋巴细胞琥珀酸脱氢酶（Succinate dehydrogenase，SDH）活性，有机酸、钠、钾、钙、镁以及无机磷的排出（按100mg肌酐换算），其中血液淋巴细胞SDH活性测定的临床意义最大［28］。
4.2唾液检测唾液人疱疹病毒（Human herpesvirus，HHV）HHV－6和HHV－7被认为与病理性疲劳有关。HHV－6和HHV－7的测量作为量化生理疲劳的生物标志物，将用于区分生理和病理疲劳［33］。这将是一种从根本
上评估疲劳和预防疲劳相关疾病的新方法。
5展望
当前，具有中国特的军事变革进入关键时期，空军转型建设和发展的步伐不断加快，军事斗争准备任务艰巨。飞行员作为空军的主体战斗人员，岗位更特殊、责任更重大。然而疲劳程度和等级的评估目前还没有定量标准。对飞行疲劳程度判断的难题，在于客观认识飞行员生理功能和疲劳发生发展机制。量化飞行疲劳等级评定标准，构建空中作战疲劳风险管理系统，是我国空军航空医学必须解决的现实问题。近年来，我国空军航空医学有了较大的进步，但在许多问题的研究上还存在着不足。现代医学发展日新月异，医疗技术不断进展，新的检查方法和技术手段相继问世，对各种疾病的诊断标准也在持续更新。先进的医疗技术，亟待转化到航空医学领域，应用于对飞行员的健康鉴定、临床诊疗中，保证飞行部队的战斗力起到积极的作用。
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（收稿日期：2019－01－11）
（上接第540页）
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（收稿日期：2019－03－29）
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