四診現代化研究原理與應用*

夏淑潔 ，周智慧 ，李佐飛 ，靖 媛 ，王 洋 ，李燦東 ，

（1.福建中醫藥大學證研究基地，福州 350122；2.福建省中醫健康狀態辨識重點實驗室，福州 350122；3.福建中醫藥大學李燦東岐黃學者工作室，福州 350122）

作為基礎理論與臨床實踐的重要橋梁，中醫診斷現代化是未來中醫發展的關鍵所在[1]。中醫診斷立足于整體觀念，望、聞、問、切分別從4個不同方面、不同途徑提供患者疾病相關信息，進而綜合分析以判斷疾病的機制，其特點是辨證論治[2]。然而，實際臨床中四診信息主要通過目測觀察、語言描述、主觀感受等獲得進而判斷病證，其診斷結果常伴有主觀性與模糊性，這成為限制中醫進一步發展的主要瓶頸。目前，基于計算機學、系統工程、數學物理等多學科交叉的研究思路為中醫四診現代化發展提供了強大的理論與技術支撐，以使中醫診斷盡可能擺脫主觀因素干擾，從而提高辨證準確率[3]。文章以中醫理論為基礎，從四診現代化研究原理、技術及應用等方面，系統剖析四診現代化研究現狀，以期為中醫診斷現代化發展提供理論與方法依據。

1 “望而知之謂之神”

中醫學四診中，望診居于“神圣工巧”之首，《醫門法律》曰：“凡診病不知察色之要，如舟子不識風汛，動罹復溺，魯莽粗疏，醫之過也?！睆娬{行醫過程中應重視望診。中醫認為，人體是一個有機整體，人體的外部，尤其是面部、舌體等與臟腑的關系密切，局部的病變可影響到全身，而體內氣血、臟腑、經絡等的病理變化，必然會在其體表相應的部位反映出來，正如《靈樞·本臟》言：“視其外應，以知其內臟，則知所病矣?！币蛑嗅t望診易受醫生經驗及環境影響，可能會出現較大差異，這給臨床、科研等帶來諸多不便。目前，隨著信息技術的發展，望診現代化研究在望診信息的客觀采集方面已取得相應進展，主要集中于面診和舌診研究[4-5]。

1.1 面診現代研究與應用 皮膚的光澤是臟腑精氣盛衰的表現，《四診抉微》云：“夫氣由臟發，色隨氣華。”正常人的面色應該是紅黃隱隱，明潤含蓄；當有疾病時，面部皮膚光澤發生變化，呈現某種病色，如“青黑為痛，黃赤為熱……”此外，《素問·刺熱》認為各個臟腑在面部具有相對應的部分，“肝熱病者，左頰先赤色；心熱病者，顏先赤……”通過望面色不僅可以了解機體的健康狀況，還可更深入地了解疾病臟腑病位等信息。

面診現代化研究主要技術有光學技術、光電容積技術以及數碼相機拍攝結合圖像處理與智能模式識別等技術，涉及內容包括：采集環境設置、面部區域定位與分割、面部特征提取與識別等方面。鄭冬梅等[6]將圖像采集系統制作為箱體式上下結構，并用色溫5 500 K的氙燈模擬日光光源，可有效避免光線反射不均現象。除采用光學技術外，也有學者通過光電原理轉化探索人體生理病理狀態的差異。胡志希等[7]用無創性GD-3型光電血流容積儀，測量面部不同部位血流容積值及3類偏色的血流容積，發現光電血流容積值能較為準確地反映循環系統的功能狀態。在特征處理方面，陳夢竹等[8]采用橢圓膚色模型和主動外觀模型算法對面部皮膚進行感興趣區域分割，并基于紅綠藍色彩模式（RGB）空間、六角錐體模型（HSV）空間及局部二值模式（LBP）特征等對各區域進行顏色與紋理特征提取，該方法面色識別率可達89.08%。

1.2 舌診現代研究與應用 在疾病的發展過程中，舌象的變化往往比較明顯，故舌診在望診中具有舉足輕重的地位?！豆P花醫鏡·望舌色》云：“舌者心之竅，凡病具現于舌，能辨其色，證自顯然?！薄夺t門棒喝》記載：“觀舌本，可驗其陰陽虛實；審苔垢，即知其邪之寒熱淺深也?！睆娬{通過全面觀察舌質、舌苔，便可推測其發病的性質。

舌診現代化研究主要包括舌象圖片采集、舌象特征處理（如色彩校正、舌體分割、苔質分離）以及舌象特征識別（舌色苔色顏色識別、舌質苔質特征識別、舌形舌態特征識別）等。張冬等[9]利用高光譜圖像技術采集舌象，與以往數碼相機相比，前者可同時采集幾百個不同光譜波段（包括可見光和不可見光）下的成像信息，極大程度地豐富了舌象信息。唐俊安等[10]利用snake模型對于小區域分割的高準確度優勢分割舌象，并基于RGB顏色空間下通過對“濕寒證”和“濕熱證”2種舌象的檢測與對比，結果表明此模型對病證的檢測效果良好。此外，亦有將舌診儀檢測結果與病證關聯進行研究。付晶晶等[11]采用TP-1型中醫舌脈象分析儀研究發現了不同證型的慢性胃炎患者與其相對應的舌象參數，可為慢性胃炎中醫證候臨床診斷提供客觀依據。

可見，望診系統主要由圖像采集系統和特征處理系統構成，通過計算機數字圖像處理和模式識別等方法，從而對面色、面部光澤、舌色、舌苔等特征進行分析。目前，舌、面采集設備光源的種類、參數等具有多樣性，并沒有公認的最佳標準。此外，針對面部五臟反射區域分割、舌象的動態形態等研究尚處于較基礎階段，未能很好從根本上解決中醫內在辨證論治原理的描述，故仍有待進一步探究。

2 “聞而知之謂之圣”

聞診為四診之一，亦受歷代醫家的重視，《周禮·天官》記載：“以五氣、五聲、五色視其生死?！薄饵S帝內經》中更明確了聞診的主要內容：“視喘息，聽音聲，而知所苦。”《說文解字》云：“知聞也。從耳門聲?！薄奥劇痹嘎犅曇糁猓F代漢語中“聞”有幾種含義，《辭?！吩疲骸捌湟恢嘎牰闷渎?；其二指知識也；其三指傳知也，其四指鼻嗅……”故聞診現主要包括“聽聲音”和“嗅氣味”兩方面內容，即醫者通過聞聲、嗅味，以了解人體臟腑的生理和病理變化，從而為疾病辨證論治提供依據。然而，在現今的中醫臨床診療中，由于聽覺認知因人而異或年紀大的醫生聽力減退等種種原因，聞診往往未被重視，使其之“圣”不得發揮，故需要在現代化研究中進一步加強與完善。

2.1 聲診現代研究與應用 《素問·陰陽應象大論》提出以五音“宮、商、角、徵、羽”，五聲“呼、笑、歌、哭、呻”，與五臟“肝、心、脾、肺、腎”相對應的理論。《四診抉微·聞診》中亦記載：“脾應宮，其聲慢以緩；肺應商，其聲促以清……”說明五臟所主之音存在差異，音色表現上各有特征。《醫宗金鑒·傷寒心法要訣》：“言語心主之也，心氣實熱而神有余，則發譫語。譫語為實，故聲長而壯……鄭聲為虛，故音短而細?！币陨暇鶠橥ㄟ^患者發音，辨五臟之病，辨陰陽虛實提供依據。

語音的實質是振動，振動中含有信息、能量等特征，可反映語音特性[12]。當今中醫聲診客觀化研究，主要借助于計算機學、物理學、空氣動力學等現代科學技術，實現對患者語音的高低、強弱、清濁等特征分析以判斷病證。郭佳等[13]通過加頻率固定、聲強固定的參考音，利用聲強校準原理，將人的語音歸一化到同一位置的聲音幅度值，從而消除傳統聽診因距離和發音角度變化帶來的信號不確定性。胡贛[14]使用隱馬爾可夫模型、深度學習分類法等分析線譜對參數、線性預測倒譜系數等聲音信號，通過特征互補提高聲音參數識別不同證型的能力。董偉等[15]分析不同頻段的能量和熵值特征數據，發現慢性咽炎各證型組間的能量和熵值特征在較多頻段存在差異，這對本病中醫證型的辨別提供客觀參考依據。此外，聲診研究對象除語音外，尚有咳嗽、呼吸等語言內容，如魯法庭等[16]提出通過將咳嗽聲時間、頻率與強度制成三維聲譜圖，然后根據聲音屬性的物理量探索疾病不同證型咳嗽聲音的特征。

2.2 嗅診現代研究與應用 嗅診主要是通過嗅覺器官感受病體發出的異常氣味、排出物及病室等的氣味特點[2]?！段烈呙鞅妗け鏆狻酚涊d：“瘟疫氣從中蒸達于外，病即有臭氣觸人，輕則盈于床帳，重則蒸然一室……”《形色外診簡摩·嗅法》記載：“口氣重者，胃熱盛也……汗出黏稠，有腥膻氣或色黃者，風濕久蘊于皮膚……小兒糞有酸氣者，停滯也?！笨梢?，不同病證，人體及其排泄物往往會產生不同的氣味。

氣味的本質是氣體所含分子作用于受體產生物理振動或化學刺激的過程[17-18]。氣味的特征可以借助于直接頂空分析、紅外光譜法、氣相-液相色譜等分析方法進行研究。目前，嗅診現代化研究主要集中在電子鼻的研發。電子鼻是一種對氣體具有高度交叉敏感性的智能設備，主要由氣體采集器、氣體傳感器陣列和信號處理系統3部分組成[19]。西醫領域的應用主要涉及肺部疾病、糖尿病、細菌感染等疾病的檢測。中醫領域中，李燦東教授團隊研制的第3代薄膜型陣列式氣體傳感器的醫用電子鼻（EN011103-A），通過氣體傳感器陣列收集氣味信號，提取氣味圖譜響應曲線的振幅和斜率等作為客觀的特征參數[20]。林雪娟等[21]將電子鼻應用在慢性胃炎不同病位的研究中，通過對比慢性胃炎患者和健康者的氣味圖譜特征，初步判斷慢性胃炎常見病位間的氣味差異。

可見，聲診儀與電子鼻的研制，在促進聞診的客觀化發展在臨床的研究應用顯得極其重要。但目前嗅診較聲診相比更難量化，尚無較多臨床運用研究報道，但隨著科技進步，利用傳感器與機器學習等技術，豐富氣味識別特征，建立完整氣味圖譜，在此基礎上組建不同疾病、不同證型氣味特征的數據庫，可為全面、客觀、辨證提供參考，其應用前景良好。

3 “問而知之謂之工”

問診在四診中占有重要地位，被視為“診病之要領，臨證之首務”。《素問·征四失論》說：“診病不問其始，憂患飲食之失節，起居之過度，或傷于毒，不先言此，卒持寸口，何病能中。”后世醫家在長期的醫療實踐中不斷補充、完善，《景岳全書》中立專篇“十問篇”加以論述，受到了廣泛認可。實際臨床中，問診的范圍較廣，可涉及患者的一般情況、主訴、現病史、既往史、個人生活史、家族史等。因此，問診是了解患者病情，診察疾病的重要方法，而問診采集信息的多少因人而異。《難經》謂：“問而知之謂之工?！彪m曰工，更是一門技術，面對繁多的問診內容，問診的效率、針對性、真實性等都是亟需在問診客觀化上努力實現的。

3.1 問診量表研制與應用 為進一步滿足臨床、科研的需要，不少學者以傳統中醫癥狀量化為基礎，借鑒現代醫學和心理學中針對主觀癥狀的量化分級方法，在中醫癥狀的量化表達方面進行了許多嘗試，用于收集癥狀、規范辨證及療效評價等[22-23]。中醫證候量表研制方法主要結合統計學與數據挖掘等方法，其中流行病學調查法、德爾菲專家咨詢法、文獻法等主要用于條目設計方面；因子分析、隱變量分析、結構方程模型等被應用于中醫量表研制中證候的量化方面。

目前，中醫問診?？屏勘淼难兄?，主要體現在心系和脾系[24-25]，分別從飲食、睡眠、寒熱、汗、頭身胸腹、二便、情緒等多個方面進行問診信息系統采集。近年來，患者報告結局（PRO）量表分別從心理、功能、軀體感受等不同維度，通過標準化的問卷收集患者填寫的信息，尤其在中醫療效評價方面發揮重要作用。陳潔等[26]在中醫“心主血脈”理論指導下，建立了含有63個條目的預調查量表，通過數據挖掘結合專家意見，制定出了中醫心系疾病PRO量表。黃松珉等[27]研制膝骨關節炎PRO量表，發現該量表具有良好的適應性和較高的信度、效度與反應度，適用于所有膝骨關節炎不同證候的評價。韓芳等[28]采用PRO評價量表，對偏頭痛從4個不同維度進行綜合評價，從而反應中藥干預效果。

3.2 問診模型構建與應用 而在量表制作完善的基礎上，結合現代計算機技術，可進一步研制問診信息采集系統，以實現問診信息的完整、規范及數字化。早在20世紀70年代，開始有學者探索將人工智能技術應用于中醫問診領域[29]，當今隨著機器學習、深度學習等的快速發展，越來越的研究者開始關注問診模型的研究。

王立文[30]以慢性胃炎患者中醫問診數據為研究樣本，使用多標記學習、深度學習等方法解決了臨床上疾病患者證候兼夾問題，促進中醫證候診斷客觀化、數字化研究。梁建慶等[31]以“人機結合，以人為主”方法，探索病證問診與數據挖掘結合，用數據挖掘的方法對帕金森病的中醫證型以及癥狀進行了研究，并進一步客觀化、規范化了帕金森病患者的中醫問診內容。劉國萍等[32]根據確定的心系問診量表，結合計算機技術，研制了心系問診采集系統。該系統經臨床測試及用戶測評，顯示其界面友好，性能穩定，基本實現了中醫心系問診信息采集的規范化、程序化及數字化。

因中醫問診在臨床中越來越趨于簡單化，往往流于形式，這一定程度上限制了中醫發展。傳統問診還是耳聞口述，這受醫患雙方的主觀因素影響最大。故制定規范的問診量表與客觀的問診模型將具有重要意義，而在這過程中應注重立足中醫基礎理論、?？萍膊〉奶攸c、患者自身評價以及中醫術語的規范運用等。

4 “切脈而知之謂之巧”

切診是中醫最有特色的診察方法之一，是醫生用手指或手掌對患者的某些部位進行觸、摸、按、壓，從而診察疾病的方法[2]?！鹅`樞·刺節真邪》曰：“凡用針者，必先察其經絡之實虛，切而循之，按而彈之，視其應動者，乃后取之而下之?！惫是性\的起源與發展，與經絡學說密切相關。而在循經切按以診病的過程中，人們發現了經脈循行處淺表動脈的異常搏動，可以來候氣血虛實、臟腑盛衰等病情?！端貑枴と烤藕蛘摗穭t診察上、中、下3部有關的動脈，以判斷病情，《難經》提出“獨取寸口”。切診作為中醫四診之一，在獲取健康與疾病相關信息方面，有著十分重要的作用，正如《難經·六十一難》所說：“切脈而知之謂之巧?！?/p>

4.1 脈診現代研究與應用 中醫學認為，人體的血脈貫通全身，內連臟腑，外達肌表，心主血脈，脈為血府，《靈樞·決氣》說：“壅遏營氣，令無所避，是謂脈?！毙牡年枤馔苿託庋\行于脈管中，周流全身。因此，脈象能夠反映全身臟腑功能、氣血陰陽的綜合信息。然而，脈診自古有“心中了了，指下難明”，可見相比于其他診法，脈診顯得更難以把握。然而，由于脈診在中醫四診中不可替代的地位，從古至今，對其研究層出不窮。

目前，脈診現代化研究主要集中脈診儀的研制，各種脈診儀主要區別在于傳感器類別及其探頭分布與組合方式[33]。傳感器關系脈象信息獲取的質量，是脈象儀的關鍵硬件。用于脈象采集的傳感器按工作原理分為壓力式傳感器、光電式傳感器、超聲多普勒式傳感器、網格圖像法傳感器等。其中，壓力傳感器因與中醫“浮、中、沉”取脈原理相符，目前最常用。如張西洋[34]設計了穿戴式脈象儀，采用壓阻式傳感器來提取脈象信號，并可模擬中醫“浮、中、沉”的切脈手法。丁姝等[35]應用基于手機腕帶充氣式智能脈診系統對脾虛泄瀉虛脈患者檢測，發現“浮、中、沉”3 個脈位虛脈 P1、P、P2、H1（y）、-H1（y）參數均小于平脈組（P＜0.05）。此外，在傳感器探頭方面，脈診單探頭正朝著多探頭發展。郭思嘉[36]根據手指生理結構建立手指診脈有限元模型，并基于仿真脈診觸覺機制為智能化多探頭脈診儀的設計提供數據和模型支撐，最終設計出三探頭高精密脈診儀。周侃恒[37]制作的新型三通道自動加壓脈象儀，可滿足中醫“三部九候”脈象采集要求，該新型三通道自加壓脈象儀各項技術指標均符合設計要求。將脈象特點與疾病進行關聯分析，郭睿等[38]發現冠心病患者脈象非線性動力學特征遞歸率（RR）和誘捕時間（TT）鑒別頸動脈斑塊的診斷價值較好，脈圖可為評估冠心病患者頸動脈粥樣硬化的發展程度提供參考依據。

4.2 經絡切診現代研究與應用 人體的五臟六腑、四肢九竅通過經絡系統聯屬而形成一個有機整體，正如《靈樞·海論》所云：“夫十二經脈者，內屬于府藏，外絡于支節。”當機體內部發生病變時，可在相應的經絡上出現各種異常反應?！鹅`樞·九針十二原》：“五臟有疾也，應出十二原。而原各有所出，明知其原，睹其應，而知五臟之害矣?！被诖耍t生可通過診察體表相關經絡、腧穴的異常變化對機體內部的疾病進行診斷。

目前，在經絡切診方面的現代化研究主要集中在穴位儀的研發與應用方面，其原理為借助于電阻測量等技術，根據經穴和非經穴之間電阻的差異進行穴位的探測，從而進行穴位識別[39]。20世紀50年代，日本中古義雄[40]利用直流式兩極電阻測定儀首次發現人體體表存在電阻小、電流容易通過的系統，該系統與經絡系統的形態相似，還發現人體經穴處電阻比穴位周邊皮膚電阻低，這引起了世界各國非常多學者的關注。而傳統兩極電阻測量儀多使用直流電源，存在使蛋白質變性，電流分布不均勻、會對測試者造成痛感等不足，一定程度上影響阻值的測定。針對兩極電阻測量儀的不足，楊威生等[41]研制了可探測穴位皮膚下2 mm處區域的四電極探測儀，使用的是5 000 Hz正弦交流電，其對人體無刺激作用。席強等[42]設計人體經穴阻抗動態經絡監測系統，研究發現經絡穴位處的交直流電阻都具有較周圍皮膚阻抗低的特性，并明確人體經穴阻抗在低中頻范圍內響應規律。

由于切診是一種偏重于感覺的診斷方法，目前切診傳承相對欠缺，因而挖掘、總結及傳承現代名老中醫或民間老中醫的切脈經驗尤為重要。此外，切診在測量過程中各影響因素較多，難以將各種儀器的影響因素控制在相對統一的標準，如何更好、更準確地用機器模擬切脈，這是提高切診客觀化研究的關鍵問題。

5 小結

綜上可見，中醫四診圍繞客觀、規范、量化的目標從多途徑、多學科開展了現代化研究，尤其在人工智能時代來臨的今天，中醫診斷過程中多維性、模糊性、主觀性等問題將有望理想解決，從而促進中醫診斷的標準體系的建立。但目前也存在著種種問題，首先，因四診現代研究上尚處于探索階段，各部分指標尚未建立統一標準與準確描述，如面色有神、少神、失神該如何客觀鑒定，并將各參數與中醫辨證原理相切合。其次，望、聞、問、切是從4個不同方面體現疾病的特點，目前四診客觀化研究主要集中于某部分的探究，未十分重視四診合參，如何立足整體觀念，客觀準確地實現四診合參亦是亟待解決的關鍵問題。再者，中醫診斷現代化研究已開展多年，研制了一系列產品，然而目前臨床中醫仍是保持傳統看病模式，四診現代化研究的臨床實際應用與轉化問題也值反思。最后，人體是一個復雜的巨系統，證的內涵也在不斷地豐富，單一層面的分析或者簡單線性分析難以概括其全部的生命特征，如何將四診采集的癥狀、體征信息與機體的微觀指標結合來進行全面系統的中醫診斷值得深入探索。