中醫(yī)舌苔厚度的高光譜檢測與分析*

馬貝 ，劉珍珍 ，趙靜 ，王益民

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，天津 301617；2.天津中醫(yī)藥大學(xué)制藥工程學(xué)院，天津 301617；3.天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，天津 301617）

舌苔是舌面上的一層苔狀物，中醫(yī)認(rèn)為由脾胃之氣上蒸胃陰而成[1]。對舌苔的觀察是中醫(yī)舌診主要內(nèi)容之一，具體包括望苔質(zhì)、望苔色。在望苔質(zhì)中，舌苔厚度是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，一般情況下舌苔的厚度隨著病情由輕及重的進(jìn)展而變厚，因此定量檢測舌苔厚度對于中醫(yī)診斷病情具有重要的意義。本研究將高光譜技術(shù)應(yīng)用于不同舌苔厚度的測定，通過比較不同舌苔之間的高光譜數(shù)值差異，實(shí)現(xiàn)舌苔厚度的定量化檢測與分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料 所有病例均來源于天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院心血管科門診患者，共采集患者舌象609例。經(jīng)過篩選和判定，得到薄白苔、水滑苔、白膩苔、黃膩苔共計(jì)489例，其中薄白苔129例，水滑苔78例，白膩苔179例，黃膩苔103例。遵循《赫爾辛基宣言》，所有入組人員均簽署知情同意書，通過了天津中醫(yī)藥大學(xué)倫理委員會審查。

1.2 納排標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 納入標(biāo)準(zhǔn) 1）年齡≥18歲；2）神志清楚，有一定理解能力，能夠與他人進(jìn)行正常的語言或書面溝通；3）簽署知情同意書。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn) 1）由于各種原因無法配合調(diào)查者（患有精神疾病，或理解、聽力言語、活動功能障礙）；2）無法穩(wěn)定伸出舌頭滿足舌圖像拍攝條件者；3）剛食用或飲用過使舌頭染色的物質(zhì)者；4）剛刮過舌頭者；5）采集圖像不清楚或者伸舌不完整者；6）嚴(yán)重白內(nèi)障、光過敏及做過眼部手術(shù)者。

1.3 采集方法 本研究使用美國SOC公司的SOC710高光譜成像儀以及相關(guān)必要組件進(jìn)行舌面高光譜圖像的獲取，同時使用數(shù)碼相機(jī)拍取舌面數(shù)碼圖像?；颊咝畔ⅰ⑸嗝鏀?shù)碼圖像、舌面光譜圖像三者一一對應(yīng)。依據(jù)舌面數(shù)碼圖像確定舌苔種類，將每幅舌面數(shù)碼圖像交由兩名主治醫(yī)師判定并記錄，意見一致則采用，不一致時再請另一名主任醫(yī)師判斷，得出最終結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理

1.4.1 光譜數(shù)據(jù)的獲取 使用ENVI4.7軟件打開所采集的高光譜圖像，分別在舌尖、舌中、舌左、舌右、舌根處選取一定區(qū)域，導(dǎo)出高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。舌面分區(qū)依據(jù)許家佗舌面部位比例劃分方法[2]，即全舌體前1/5為舌尖，左側(cè)1/5位舌左，右側(cè)1/5為舌右，后部1/5為舌根，中間部分為舌中，示意圖見圖1。

圖1 舌面分區(qū)示意圖

1.4.2 光譜數(shù)據(jù)歸一化 為了消除外部干擾光線的影響，在控制變量的前提下，對所采集舌象的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以在減小誤差的同時增大不同組數(shù)據(jù)間的差異性[3]。歸一化計(jì)算公式如式（1）所示。

其中，X—光譜曲線上某波長下的光譜強(qiáng)度；Xmin—光譜曲線各波長下光譜強(qiáng)度的最小值；Xmax—光譜曲線各波長下光譜強(qiáng)度的最大值。

1.5 選取特征波長 高光譜儀檢測光譜范圍分布于373～1 049 nm之間，共計(jì)128個波段。參照劉明[4]等人在基于雙波長比值光譜差異度指數(shù)進(jìn)行苔質(zhì)分離中的波長選取方法，選定波長576.73 nm作為特征波長，以該波長下的高光譜舌象數(shù)值代表舌苔的高光譜特征。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 24.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，首先對4組舌苔數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，則采用方差分析；若數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，則采用非參數(shù)檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)結(jié)果P<0.05，表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，需進(jìn)行事后多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 高光譜圖像 本實(shí)驗(yàn)所得4種舌苔所對應(yīng)的高光譜舌象見圖2，其中每幅圖左邊為該舌苔對應(yīng)數(shù)碼圖像，右邊為對應(yīng)高光譜圖像，兩張圖取自同一樣本。

圖2 不同種類舌苔對應(yīng)數(shù)碼圖像與高光譜圖像

2.2 不同舌苔高光譜值 對特征波長576.73 nm處的舌苔高光譜圖像進(jìn)行分析，分別求得每種舌苔反射光譜平均值并進(jìn)行歸一化處理，得出具體數(shù)值見表1。

表1 舌苔歸一化高光譜數(shù)值（±s）

表1 舌苔歸一化高光譜數(shù)值（±s）

注：與薄白苔組比較，*P＜0.01，**P＜0.001；與水滑苔組比較，#P＜0.01，##P＜0.001；與白膩苔組比較，△P＜0.05。

種類 例數(shù) 舌尖 舌中 舌根 舌左 舌右薄白苔 129 0.195 6±0.039 8 0.282 3±0.043 6 0.329 6±0.052 0 0.256 1±0.039 4 0.258 7±0.045 8水滑苔 78 0.200 7±0.039 8 0.278 7±0.046 5 0.315 5±0.049 3 0.255 2±0.044 2 0.244 9±0.038 0白膩苔 179 0.204 8±0.040 1 0.304 3±0.051 8**## 0.368 9±0.059 4**## 0.265 3±0.054 3 0.260 0±0.045 9黃膩苔 103 0.213 7±0.044 7* 0.311 6±0.052 9**## 0.388 6±0.057 8**## 0.285 4±0.058 1*#△ 0.276 5±0.053 6*##

在舌尖分區(qū)，薄白苔組高光譜數(shù)值最小，黃膩苔組數(shù)值最大，4種舌苔高光譜檢測數(shù)值由小到大排列順序?yàn)椋罕“滋?水滑苔<白膩苔<黃膩苔。其中，黃膩苔組數(shù)值高于薄白苔組且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.01），其他組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）。

在舌中分區(qū)，水滑苔組數(shù)值最小，黃膩苔組數(shù)值最大，4種舌苔高光譜檢測數(shù)值由小到大排列順序?yàn)椋核?薄白苔<白膩苔<黃膩苔。其中，黃膩苔組數(shù)值均高于薄白苔組和水滑苔組且有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001），白膩苔組數(shù)值均高于薄白苔組和水滑苔組且有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001），黃膩苔組和白膩苔組、水滑苔組和薄白苔組間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）。

在舌根分區(qū)，水滑苔組數(shù)值最小，黃膩苔組數(shù)值最大，四種舌苔高光譜檢測數(shù)值由小到大排列順序?yàn)椋核?薄白苔<白膩苔<黃膩苔。其中黃膩苔組數(shù)值均高于薄白苔組和水滑苔組且有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001），白膩苔組數(shù)值均高于薄白苔組和水滑苔組且有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001），黃膩苔組和白膩苔組之間、水滑苔組和薄白苔組之間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）。

在舌左分區(qū)，水滑苔組數(shù)值最小，黃膩苔組數(shù)值最大，4種舌苔高光譜檢測數(shù)值由小到大排列順序?yàn)椋核?薄白苔<白膩苔<黃膩苔。其中，黃膩苔組數(shù)值均高于薄白苔組和水滑苔組且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.01），也高于白膩苔組且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），其他組間無差異。

在舌右分區(qū)，水滑苔組數(shù)值最小，黃膩苔組數(shù)值最大，四種舌苔舌苔高光譜檢測數(shù)值由小到大排列順序?yàn)椋核?薄白苔<白膩苔<黃膩苔。其中，黃膩苔組數(shù)值高于薄白苔組且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.01）、也高于水滑苔且有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001），其他組間無差異。

3 討論

舌診是中醫(yī)的重要診察方法，是中醫(yī)辨證論治的主要依據(jù)。舌診的主要觀察內(nèi)容包括舌色質(zhì)、舌體、舌苔[5]，其中舌苔的厚度反映了邪正盛衰和邪氣之深淺。舌苔由薄轉(zhuǎn)厚，提示病進(jìn)；舌苔由厚轉(zhuǎn)薄，提示病退[6]。現(xiàn)代研究顯示，舌苔的本質(zhì)[7]是一種混合物，舌絲狀乳頭表面覆蓋有角化的鱗狀上皮細(xì)胞，當(dāng)角化皮剝落延緩，與食物殘?jiān)?、唾液、?xì)菌等混雜，附著于舌乳頭表面，便成為舌苔。梁嶸等[8]發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死患者舌苔厚度與疾病所引起的應(yīng)激激素變化密切相關(guān)；胡捷[9]通過比較胃癌患者與健康人的舌苔厚度，發(fā)現(xiàn)為胃癌組的舌苔厚度明顯高于健康組。通過以上文獻(xiàn)記載與現(xiàn)代研究可以看到，定量檢測舌苔的厚度對于中醫(yī)診斷病情具有重要的意義。

本研究所選取的心血管門診患者舌苔中，薄白苔的特點(diǎn)為透過舌苔能隱隱見到舌質(zhì)；水滑苔的特點(diǎn)為舌面水分過多，伸舌欲滴，捫之濕滑；白膩苔與黃膩苔的特點(diǎn)為中間厚、邊周薄，緊貼舌面，揩之不去。人眼直接觀察可以看出舌中、舌根是舌苔的主要分布區(qū)域，白膩苔與黃膩苔的厚度明顯高于薄白苔和水滑苔。檢測結(jié)果提示，高光譜數(shù)值對于不同種類的舌苔具有敏感性，能夠反應(yīng)舌苔主要分布區(qū)域的不同舌苔厚度的差異，并表現(xiàn)為水滑苔<薄白苔<白膩苔<黃膩苔，具有一致性，這為進(jìn)一步利用高光譜成像技術(shù)完善舌苔定量及分析，建立舌苔客觀化評價方法提供了基礎(chǔ)實(shí)測數(shù)據(jù)支持。

高光譜成像技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的集探測器件、精密光學(xué)器械、微弱信號檢測、計(jì)算機(jī)及信息處理等技術(shù)于一體的綜合性影像技術(shù)。具有光譜范圍廣、光譜分辨率高以及圖譜合一的特點(diǎn)，所獲得的光譜圖像信息量豐富、數(shù)據(jù)描述模型多、應(yīng)用前景廣泛。該技術(shù)早期主要應(yīng)用于空間遙感與測量，近年來已逐漸滲透入其他領(lǐng)域。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，作為一種新型的、非接觸式的光學(xué)診斷技術(shù)，通過光譜圖像信息為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種有效的輔助診斷手段，具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>