糖尿病是一组以血糖异常升高为特征的代谢性疾病,严重威胁着人们的健康。随着全球老龄化和人们生活方式的改变,糖尿病的发病率逐年攀升,初始发病年龄也趋向于年轻化。国际糖尿病联合会（International Diabetes Federation,IDF）的统计结果显示,2017年全球糖尿病患者人数为4.25亿人,到2045年人数将持续上升至7亿人。糖尿病并发症的发病率也随着糖尿病发病率增加而增涨,其中,糖尿病周围神经病变（Diabetes peripheral neuropathy,DPN）是糖尿病患者最常见的并发症之一。初期其临床表现较为隐匿,表现形式多样,轻度肢体疼痛、麻木、感觉异常、间歇性跛行等多见,严重者可发生下肢缺血性坏疽,甚至有很高的截肢风险。统计结果显示,DPN患者的截肢率是非糖尿病患者的10-20倍。每隔30秒,就会有患者因并发DPN而发生下肢或部分下肢被手术截除。DPN在严重干扰患者的身心健康的同时,高昂的治疗费用和康复护理费用也给患者造成了巨大的经济压力,因此,早期乃至超早期对DPN进行识别、诊断以及预防显得尤为重要。DPN早期起病较为隐匿,出现明显的临床症状时往往疾病已处于不可逆阶段,并且目前DPN的检测手段与诊断标准尚不完善,神经功能检查确诊的DPN患者30%-40%无临床症状,末梢感觉丧失多进展缓慢且无症状,增加了足溃疡和截肢的风险。有研究显示,大于50%的轻中度患者被漏诊。临床上关于DPN的筛查方法很多,包括踝反射、膝反射、温度觉检查、128Hz音叉震动觉检查、单丝实验、神经电生理检查以及神经形态学检查等,上述辅助检查的侧重点各有不同,需要临床医生合理选择应用,同时应给与患者筛查和严重评估量表。由于对疾病的认识不足,患者自查也相对不足,这给临床诊治带来了很多困难,如何在DPN发生、发展的早期对其进行诊断和评估成为亟待解决的世界性难题。面对临床早期诊断DPN的瓶颈问题,我们注意到,虽然神经病变是DPN最主要的病理改变,但这并不意味着DPN是一种单纯神经改变疾病。近年的研究显示,DPN所导致的足部病变可累及足底表皮、足底脂肪结缔组织、足底血管等多种软组织,特别在疾病的早期阶段,神经病变尚未被辅助检查标准计量,而足底软组织,例如表皮、脂肪结缔组织和血管等可能已经发生了相应的病理变化。因此,以足底软组织为关键点对DPN进行研究,为探索DPN病变新机制,寻求DPN早期诊断方法提供了崭新的思路。仿生学是学习、模拟大自然,模仿人的生活现象,在发明的设备、工具和科技中实现回归自然的仿生发展理念和发展模式的科学,是解决人类面临的经济与社会发展重大难题的一条有效捷径。现代仿生学的研究内容不再局限于模拟生物,还注重对人类生活所发生的一些现象进行探索,将一切对人类有用的信息进行仿生尝试,尤其是将人类生活作为生活模本,同生物模本一样进行仿生模拟。围绕中西医通过望、闻、问、切,或视、触、叩、听四诊对疾病进行诊疗的行为过程,为我们提供了珍贵的仿生模本,展开利用医疗设备模拟医师的查体行为,探索早期DPN的足部软组织多物理场耦合的参数变化,启示我们可以用仿生思维和临床思维相融合,用以探索超早期对疾病进行诊断识别的瓶颈问题。本文以足部相关软组织为关注点,模拟中医“治未病”的预防医学理念和西医查体中的视、触、叩、听四诊,利用在体、无创、定量的现代影像学技术获取足部软组织多物理场的相关参数,并利用机器学习方法对健康志愿者和轻度DPN患者进行仿生辨识。本文开展的基于多物理场耦合的DPN的仿生辨识研究,为揭示DPN生物力学病理新机制,为DPN早期评估和诊断提供新思路和数据支持,并对人类传统疾病辨识方法向定量化和自动化的方向发展具有重要的推动作用。本论文的研究内容和主要结论如下:（1）足底软组织形态学和力学模量场研究。本文选取了足底8个部位软组织为测试对象,利用超声B扫描和剪切波弹性成像（Shear Wave Elastography,SWE）分别对其进行了在体、无创、定量的厚度和杨氏模量的测量,分析发现性别和年龄对健康受试者足底软组织厚度和杨氏模量均有显著影响,对不同性别而言,男性的足底软组织总厚度、大腔层厚度和杨氏模量大于女性;对于不同年龄而言,随着年龄的增长,足底软组织总厚度和大腔层厚度逐渐变薄、杨氏模量逐渐增大。本文还探索了健康受试者和轻度DPN患者之间足底软组织的差异性,分析发现,仅第一跖骨下软组织和第二跖骨下软组织厚度DPN患者低于健康志愿者,绝大部分足底软组织杨氏模量DPN患者高于健康受试者,这也表明,对于轻度DPN患者而言,在绝大多数足底软组织形态学全面发生改变前,足底软组织已经出现早期力学性能参数异常。（2）足部血管流场研究。本文选取了6条主要的足部供血动脉,采用彩色多普勒超声在体、无创、定量测量了动脉血管的血流速度和血流量等动力学参数,分析发现对于健康受试者和轻度DPN患者足部相关血管的血流动力学参数在性别、年龄之间均无统计学意义上的差异;对比分析了健康受试者和轻度DPN患者之间足部血流动力学参数的差异性,研究结果表明对于轻度DPN患者,在下肢较大动脉的血流速度和血流量未提示明显异常的情况下,小血管已经出现早期的血流动力学参数异常,包括血流速度和血流量的增加。（3）DPN足部表皮温度场研究。本文利用红外热像仪在体、无创、定量测量了足部6条主要供血动脉的表皮温度,分析发现对于健康受试者和轻度DPN患者足部相关血管的表皮温度在性别、年龄之间均无统计学意义上的差异;对比分析了健康受试者和DPN患者之间足底相关血管表皮温度的差异性,研究结果表明,对于轻度DPN患者,在下肢动脉对应的表皮温度未提示明显异常的情况下,小血管所对应的表皮温度已经出现早期异常,表现为小血管表皮温度的升高。（4）基于神经网络学习的DPN仿生辨识研究。本文基于测得的足部软组织多物理场参数,利用BP神经网络、决策树、自组织竞争神经网络、学习向量量化、概率神经网络和极限学习机等6种机器学习方法对健康受试者和轻度DPN患者进行了仿生辨识。研究结果表明,极限学习机的健康受试者识别正确率和患者识别确诊率分别在95%-100%之间和90.0%-100.0%之间,总体正确识别率在92.5%-100.0%之间,极限学习机对健康受试者和轻度DPN患者的识别精度高、识别稳定性好,可以作为临床应用的辨识健康受试者和轻度DPN患者的机器学习模型。