中醫(yī)舌診客觀化研究?

王 靜， 常佩芬， 關(guān) 靜， 劉少玉， 賈 玫△

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院， 北京 100700；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院， 北京 100700 3.北京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院中醫(yī)診斷系 北京 100029)

舌診是通過(guò)觀察患者舌質(zhì)、舌苔以及舌下絡(luò)脈“神”“色”“形”“態(tài)”的變化，從而了解人體生理功能和病理變化的診察方法，是中醫(yī)獨(dú)具特色的診法之一。舌診經(jīng)歷數(shù)千年的發(fā)展，已有一套完整的理論體系，成為中醫(yī)診斷體系中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的舌象信息主要依靠臨床醫(yī)生在自然光線下用肉眼識(shí)別獲取，較大程度可以指導(dǎo)臨床辨證論治，但由于存在光線環(huán)境、肉眼辨識(shí)率、醫(yī)生主觀感覺(jué)以及臨床經(jīng)驗(yàn)等諸多因素，難免會(huì)對(duì)舌象的準(zhǔn)確判斷與客觀評(píng)估造成影響。因缺乏客觀的參考指標(biāo)和統(tǒng)一的定量化標(biāo)準(zhǔn)，舌診診斷時(shí)容易產(chǎn)生分歧，不僅可能影響對(duì)患者的診療，且不利于臨床資料的相互交流和資源共享。隨著社會(huì)現(xiàn)代化與各種新興技術(shù)的飛速發(fā)展，許多研究者以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段對(duì)舌象信息進(jìn)行現(xiàn)代化、客觀化的研究，使舌診的理論及內(nèi)容得到了豐富和發(fā)展。本文就舌診客觀化研究中涉及的采集光源、采集技術(shù)及處理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和舌診客觀化觀察參數(shù)進(jìn)行總結(jié)。

1 舌診客觀化技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 采集光源

傳統(tǒng)舌象信息采集主要在自然光線下進(jìn)行，受室外天氣、室內(nèi)環(huán)境等諸多因素的影響，不同光照條件下獲取的舌象信息不可避免會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差。舌象信息的獲取是舌診客觀化研究必不可少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，因此光源的選擇亦是舌象客觀化研究的一部分。如果舌象信息的采集可以在某種均勻且固定的光源條件下進(jìn)行，便可在很大程度上減少舌象客觀化研究第一環(huán)節(jié)中自然光線的不穩(wěn)定性帶來(lái)的偏差?；诖?，石強(qiáng)等[1]對(duì)比研究了自然光線條件和CIE(國(guó)際照明委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)光源D50照明條件下的20例舌象，發(fā)現(xiàn)兩種光線條件下舌象信息的觀察結(jié)果一致率可達(dá)90%以上，因此指出CIE標(biāo)準(zhǔn)光源D50接近自然光，且比自然光具有更好的穩(wěn)定性，可作為在舌診客觀化研究中舌象信息采集的照明光源。但是，該研究結(jié)論源于兩種光照條件下肉眼觀察的結(jié)果，仍然可能受觀察者經(jīng)驗(yàn)等主觀因素的影響，因此，選擇客觀化指標(biāo)作為觀察結(jié)果以評(píng)估不同光照條件對(duì)舌象結(jié)果判別的影響顯得更有必要。曾常春等[2]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、E和D65光源5種不同照明條件下，舌尖顏色的可見(jiàn)反射光譜曲線、CIE1964色品坐標(biāo)以及RGB分值均存在顯著性差異，進(jìn)一步表明不同光照條件下獲取的舌診資料會(huì)存在一定程度的偏差。

光源的色度學(xué)特征包括色溫、顯色性、照度、光譜特性等，其中再現(xiàn)顏色的重要參數(shù)是色溫和顯色性[3]。在CIE標(biāo)準(zhǔn)光源中，D65光源的色溫和顯色性最接近自然光源，是CIE推薦的測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)光源[4]。蔡軼珩等[5]通過(guò)測(cè)試統(tǒng)計(jì)，驗(yàn)證了CIE D65標(biāo)準(zhǔn)光源是目前較為合適的中醫(yī)望診圖像系統(tǒng)可采用的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光源。沈蘭蓀等[6]在中醫(yī)舌診客觀化的研究中，為實(shí)現(xiàn)舌象信息采集的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)了基于D65光源的采集環(huán)境，結(jié)合采集設(shè)備與輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了舌圖真實(shí)彩色的重現(xiàn)。宋賢杰等[7]對(duì)比研究了4種人造熒光燈光源：(①OSRAM DULUX STAR 23W/41-860；②OSRAM DULUX STAR 23W/41-850；③NATIONAL YPZ220/18-3U RR.D；④PHILIPS YPZ220/18-3U.RR.D)在同一舌象中的色度學(xué)參數(shù)差異，最終得出最接近于自然光的光源是PHILIPS YPZ220/18-3U.RR.D型光源，其色溫為6500K，亦屬于CIE D65標(biāo)準(zhǔn)光源。由此看來(lái)，CIE D65標(biāo)準(zhǔn)光源用于舌診客觀化的研究是較為合適的。孫璇等[8]為探討舌診儀采集技術(shù)規(guī)范化問(wèn)題，采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在納入的124篇文獻(xiàn)中，有50篇文獻(xiàn)提及舌象信息采集時(shí)的光源條件，共涉及20種，其中自然光線、CIE標(biāo)準(zhǔn)光源以及LED光源居于前3位。盡管還有諸多關(guān)于舌診光源條件的研究項(xiàng)目已完成或正在進(jìn)行，如鹵鎢燈、疝氣燈、相機(jī)閃光燈等[9]，但是至目前為止，尚無(wú)行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的光源應(yīng)可用于舌診客觀化的研究。

1.2 采集技術(shù)

目前，在中醫(yī)舌診客觀化研究的過(guò)程中，舌診儀的研發(fā)與使用是主要方向與途徑。采集系統(tǒng)與處理系統(tǒng)是舌診儀的主要組成部分[10]。為獲取較為理想和精確的舌象圖片，舌象采集系統(tǒng)多使用高能性設(shè)備，如具有各自特點(diǎn)的相機(jī)。許家佗等[11]在舌象顏色特征的識(shí)別研究中，使用CASIO-3000EX數(shù)碼相機(jī)對(duì)舌象進(jìn)行采集。蘇婉等[12]為觀察不同證型肺癌患者的舌象客觀化特征，運(yùn)用Nikon D80單反數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行舌象采集。衛(wèi)保國(guó)等[13]采用KODAK DC260數(shù)碼照相機(jī)對(duì)舌象進(jìn)行采集，發(fā)現(xiàn)在1536×1024的分辨率和8～10倍壓縮比的條件下，采集的圖像能滿足視覺(jué)要求。趙強(qiáng)[14]在標(biāo)準(zhǔn)化舌圖像采集設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)中，以Sony DXC 390P的3-CCD攝像機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)采集設(shè)備，通過(guò)評(píng)估JAI CV-S3200、HTS TECH-ECC、mobile-phone-MX3、oooe、Pioneer Times、Rainbow RB和DFK 23 G 274七款成像相機(jī)的峰值信噪比、模糊系數(shù)和質(zhì)量因數(shù)這三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量一款相機(jī)成像質(zhì)量的高低，最終選擇JAI CV-S3200工業(yè)級(jí)相機(jī)作為其后續(xù)實(shí)驗(yàn)的成像相機(jī)。王興政[15]在設(shè)計(jì)中醫(yī)舌象采集分析系統(tǒng)時(shí)使用高顏色保真的3CCD攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，用標(biāo)準(zhǔn)顏色色卡對(duì)所采集的圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校正，從而得到標(biāo)準(zhǔn)顏色的舌象圖像。該設(shè)計(jì)具有成像環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、顏色保真性高、成像質(zhì)量?jī)?yōu)以及人機(jī)交互人性化的特點(diǎn)。

如上所述，相機(jī)在舌診的研究中被廣泛使用，舌象信息的獲取主要依賴(lài)于相機(jī)所拍攝的數(shù)碼圖像。但是普通相機(jī)是由紅光、綠光和藍(lán)光3個(gè)通道疊加而成，對(duì)于其他范圍的光譜信息無(wú)法采集，不可避免地失去了許多舌色客觀化、定量化的特征信息[16]。為克服普通相機(jī)無(wú)法采集其他光譜范圍內(nèi)舌象信息這一缺點(diǎn)，有研究者通過(guò)光譜法對(duì)物體進(jìn)行光譜光度測(cè)量，測(cè)得其光譜反射率因數(shù)和光譜透射率，間接計(jì)算出物體色的三刺激值和色度坐標(biāo)[17]。曾常春等[18]應(yīng)用可見(jiàn)反射光譜數(shù)據(jù)反演于CIE1964色度圖，獲得了正常舌色CIE1964色品坐標(biāo)、明度、主波長(zhǎng)和色純度等色度學(xué)參數(shù)?？酌偷萚19]采用可見(jiàn)光譜，通過(guò)670 nm光譜能量強(qiáng)度和590-780 nm紅色域光譜能量強(qiáng)度比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)舌色的定量化分析。林凌等[20]通過(guò)對(duì)物體和人舌光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行初步采集實(shí)驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果提出基于光譜的舌色客觀化研究方法，其操作簡(jiǎn)單方便，同時(shí)還可以降低對(duì)光源參數(shù)和采集方法的依賴(lài)性，不僅能更加客觀、準(zhǔn)確地反映舌的顏色，還可以提供與組織成分、生理病理、微循環(huán)變化等更多、更深層次的信息，可克服以往方法量化指標(biāo)不精確、實(shí)用性較差的缺點(diǎn)。劉明等[21]運(yùn)用高光譜采集系統(tǒng)采集了16例受試者的舌體信息，并對(duì)采集到的16例高光譜舌象圖像進(jìn)行感興趣區(qū)域提取和圖像信息處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在527.5480 nm波長(zhǎng)處能夠很好地反映舌體表面舌苔附著的情況，表明高光譜技術(shù)在中醫(yī)舌苔信息提取方面具有一定的可行性。以上研究均表明，基于光譜法的舌象信息采集能夠補(bǔ)充普通相機(jī)成像系統(tǒng)在舌診客觀化研究的不足，基于此，有研究者提出結(jié)合光譜與成像技術(shù)于一體的高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)舌診，將會(huì)更有利于舌診客觀化[16]。李慶利[22]等指出，高光譜成像系統(tǒng)采集舌圖像后，不僅可以在不同的單波段圖像中提取舌形態(tài)、舌裂紋、紫斑數(shù)目以及齒痕等兩維圖像特征，還可以提取反映舌體性質(zhì)的光譜特征。其后，李慶利等[23]探討了基于推帚式的高光譜成像系統(tǒng)在中醫(yī)舌診中的應(yīng)用，初步試驗(yàn)表明相對(duì)于采用數(shù)碼相機(jī)采集的舌圖像，高光譜舌象圖像采集系統(tǒng)可提供更加豐富的舌圖信息，這一研究為舌象圖像的采集和分析提供了一種新的方法。

1.3 處理系統(tǒng)

在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下采集的原始舌象資料需經(jīng)過(guò)預(yù)處理來(lái)提高圖像資料質(zhì)量的穩(wěn)定性[24]，其中色彩校正是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。許家佗等[25-27]提出了一種基于室內(nèi)自然光線條件下的醫(yī)學(xué)圖像采集分析模型，即“拓?fù)淦史?還原”模型，該模型采用的校正方法能夠明顯降低自然光線條件下醫(yī)學(xué)圖像的色差，具有良好的顏色校正效果。樊艷等[28]使用ICC色彩特性文件對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行了色彩校正，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠有效地校正數(shù)字圖像的色彩偏差，是一種有效的色彩還原方法。蔡軼珩等[29]從光譜反射率復(fù)原的角度對(duì)舌象顏色的范圍進(jìn)行了有限維模型分析，最終提出基于有限維模型的舌象圖像顏色校正方法具有一定的可行性。由前可知，在色彩校正方法上也尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前的研究主要是針對(duì)不同硬件設(shè)備條件下建立不同的色彩校正方法。

在舌象特征的提取與識(shí)別方面，目前主要使用的技術(shù)是Snake模型、基于閾值的分割技術(shù)以及基于圖論的分割技術(shù)[30]。唐俊安等[31]利用Snake模型在RGB顏色空間下對(duì)“濕寒癥”和“濕熱癥”2種舌象進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比，結(jié)果表明Snake模型對(duì)病證的檢測(cè)效果良好。但是，傳統(tǒng)的Snake模型所得到的分割結(jié)果對(duì)初始化的依賴(lài)程度相對(duì)較大，為克服這一缺點(diǎn)，高清河等[32]對(duì)傳統(tǒng)的Snake模型方法進(jìn)行了改進(jìn)性研究，其實(shí)驗(yàn)證明優(yōu)化后的Snake模型，即GVF Snake模型更適用于舌體圖像輪廓的分割，該試驗(yàn)結(jié)果為后續(xù)的舌體紋理分析奠定了基礎(chǔ)。張璐瑤等[33]提出基于局部灰度閾值的舌體裂紋檢測(cè)方法，可以有效地分離舌體裂紋與背景，并指出該算法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，可為裂紋舌的客觀化研究提供較為可靠的技術(shù)方面支持。秦昭暉[34]將基于圖論的圖像分割方法應(yīng)用到中醫(yī)舌象圖像的分割當(dāng)中，該方法取得了較好的效果。

在苔質(zhì)分離方面，基于閾值的分割技術(shù)也常常被使用，而其余技術(shù)的研究主要集中在基于聚類(lèi)的分割技術(shù)和基于區(qū)域分割技術(shù)[30]方面。牛秋月等[35]提出了一種基于Lab顏色模型的聚類(lèi)舌象圖像分割算法，該算法首先對(duì)原始圖像進(jìn)行ROI提取、均值濾波等預(yù)處理；其后對(duì)處理后的圖像進(jìn)行色偏校正和Lab顏色模型轉(zhuǎn)換，最后用K-means算法完成舌象圖像的自動(dòng)分割。韓立博等[36]提出了一種基于直方圖均衡化的Gamma校正和K-均值聚類(lèi)的舌苔和舌質(zhì)分離方法，該方法的分割合格率可達(dá)97%。許家佗等[37]使用分裂-合并算法以及色度閾值算法，通過(guò)圖像區(qū)域分割法對(duì)舌象進(jìn)行區(qū)域性劃分，最后實(shí)現(xiàn)了舌質(zhì)與舌苔的分割，并且表現(xiàn)出良好的分割效果。

綜合近年來(lái)中醫(yī)舌診客觀化與信息化的研究，可以看出中醫(yī)舌診與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的途徑大大拓寬了傳統(tǒng)的舌診方法和范圍，為舌診的科學(xué)化研究開(kāi)辟了新的方向。

2 舌診客觀化參數(shù)研究進(jìn)展

2.1 顏色

中醫(yī)舌診內(nèi)容極其豐富，包括顏色、形態(tài)、動(dòng)態(tài)等多個(gè)方面，其中顏色是舌象特征的主要組成部分，現(xiàn)代中醫(yī)對(duì)舌象顏色部分的研究方向主要是色度學(xué)研究。色度學(xué)是指將人體對(duì)顏色的主觀感知與物體客觀的物理測(cè)量值聯(lián)系起來(lái)，從而建立科學(xué)、準(zhǔn)確的定量測(cè)量方法。利用色度學(xué)可以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)顏色做定量性的描述，基于色度學(xué)原理建立的顏色模型對(duì)于舌診客觀化研究具有重要意義。顏色模型是色度學(xué)中用來(lái)精確標(biāo)定和生成各種顏色的一套規(guī)則。目前各行業(yè)廣泛使用的顏色模型包括三大類(lèi)，即計(jì)算顏色模型(國(guó)際照明委員會(huì)的RGB、Lab、UCS、Luv、LCH、XYZ、UVW)、工業(yè)顏色模型(美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的RGB、YUV、CMYK、YCbCr、YIQ)和視覺(jué)顏色模型(HS×系列的HSB(V)、HSL)[38]。為真正呈現(xiàn)客觀化顏色信息，人們?cè)趯?duì)圖像進(jìn)行色彩處理時(shí)，應(yīng)從中選擇相對(duì)接近于人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知系統(tǒng)的顏色模型[39]。在關(guān)于舌象顏色的研究與描述中，目前常采用的顏色模型有RGB、LCH、Lab、YCrCb、HSI、HSV等[40]。

楊新宇[41]運(yùn)用色彩管理技術(shù)對(duì)數(shù)字舌圖進(jìn)行色彩還原，選擇Lab、LCH顏色模型描述舌圖顏色信息并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)舌色的量化分類(lèi)。汪澤鈺等[42]提出一種基于HSV顏色模型特征值距離度量的舌診方法，該方法首先采用HSV顏色模型建立舌象目標(biāo)區(qū)域的像素信息矩陣，其后通過(guò)計(jì)算該矩陣特征值來(lái)構(gòu)建舌苔和舌色的特征向量，并使用切比雪夫距離度量判斷其所屬的舌象類(lèi)型，最后實(shí)現(xiàn)客觀化、數(shù)字化舌診。張永濤等[43]通過(guò)對(duì)884例體檢人群舌象資料進(jìn)行提取，使用舌象處理軟件獲取舌色的RGB值和Lab值，同時(shí)進(jìn)行YCrCb、HLS和YUV顏色模型的轉(zhuǎn)換，再將各顏色模型數(shù)據(jù)和人工判斷的舌色進(jìn)行比較分析，研究結(jié)果認(rèn)為L(zhǎng)ab顏色模型更適用于中醫(yī)臨床舌色的研究。王寺晶等[44]采用TF-1型舌面一體儀采集了210例肺結(jié)節(jié)患者的舌象信息，并比較不同中醫(yī)證型肺結(jié)節(jié)患者的舌象在RGB和HSV顏色模型下的色彩參數(shù)，結(jié)果顯示不同中醫(yī)證型肺結(jié)節(jié)患者的舌象色彩參數(shù)存在顯著性差異，提示RGB和HSV顏色模型的客觀化指標(biāo)對(duì)肺結(jié)節(jié)的臨床辨證可能具有一定的參考價(jià)值。

到目前為止，在中醫(yī)舌診客觀化顏色部分的研究中，還有許多顏色模型相互比較的報(bào)道，每一種顏色模型都各具優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，究竟哪一種顏色模型更適用于中醫(yī)舌診客觀化研究，還需進(jìn)一步的研究與探索。

2.2 形態(tài)

在舌象形態(tài)方面，目前的研究主要集中在通過(guò)算法以“指數(shù)”“系數(shù)”等指標(biāo)來(lái)描述。許家佗等[45]應(yīng)用CCD圖像采集設(shè)備MVC1000對(duì)舌體的正面和側(cè)面同步進(jìn)行了立體圖像采集，測(cè)算出舌體的長(zhǎng)度、寬度和厚度參數(shù)，并應(yīng)用參數(shù)與體表面積比值的關(guān)系建立了5種舌體系數(shù)計(jì)算方法，其后通過(guò)對(duì)500例舌圖不同舌體系數(shù)分析、數(shù)據(jù)離散度檢驗(yàn)分析，建立了單位體表面積、舌體寬度和厚度“和”的最佳舌體系數(shù)計(jì)算方法。衛(wèi)保國(guó)等[46]研究了曲線擬合參數(shù)與曲線形狀胖瘦的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了舌體胖瘦的自動(dòng)定量化分析。陳小芬等[47]提出利用舌象的Lab色彩特征，把灰度圖像和L分量?jī)蓚€(gè)特征結(jié)合起來(lái)，使用分裂-合并法對(duì)舌象進(jìn)行區(qū)域分割，選取舌中部區(qū)域的色彩值作為閾值，其后對(duì)整個(gè)舌象進(jìn)行裂紋提取，分別用可見(jiàn)指數(shù)和深淺指數(shù)來(lái)描述裂紋的數(shù)量多少和深淺程度，最后對(duì)所提取的裂紋特征進(jìn)行分析，結(jié)果顯示該方法較好地提取出舌象裂紋特征。

綜上所述，從古代到現(xiàn)代，舌診在中醫(yī)臨床的診療中占據(jù)著舉足輕重的地位，研究者們對(duì)中醫(yī)舌診方法的不斷研究與探究也說(shuō)明了對(duì)此的高度重視。隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展，中醫(yī)舌診理論體系已得到進(jìn)一步的豐富和完善，舌診方法也逐步走向現(xiàn)代化、信息化。目前中醫(yī)舌診因尚未形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，大部分研究都集中在某一疾病、某一指標(biāo)或某一技術(shù)，由于所應(yīng)用于儀器、方法、技術(shù)等的不同且不能多方面顧及，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)上存在偏向性，存在一定程度的局限性。因此，中醫(yī)舌診客觀化、信息化、科學(xué)化的道路仍然漫長(zhǎng)，還需要研究者不斷地去研究和探索，才能推進(jìn)舌診客觀化的發(fā)展和中醫(yī)科學(xué)化的進(jìn)程。