中醫(yī)舌診新技術(shù)研究進(jìn)展?

魏翔宇， 詹松華， 周 華， 張鈺瑩

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院， 上海 200120)

舌診隸屬望診范疇，《難經(jīng)》謂“望而知之謂之神”。舌診是具有鮮明中醫(yī)特色的診斷技術(shù)，其理論逐漸豐富和完善。舌診包括望舌體與望舌苔，細(xì)分又有辨舌質(zhì)、舌色、舌形、舌態(tài)以及苔色、苔質(zhì)等不同。舌體位居口腔，形態(tài)位置固定便于觀察，這些特點(diǎn)使舌診標(biāo)準(zhǔn)化、客觀化研究具備理想的先天條件。此外，舌診信息可用于指導(dǎo)疾病診斷、病情評(píng)估、疾病轉(zhuǎn)歸、療效評(píng)價(jià)多方面。因此，對(duì)舌診圖像的采集、儲(chǔ)存及分析具有廣闊的應(yīng)用潛力。目前舌診標(biāo)準(zhǔn)化研究主要集中在舌象采集及分析兩方面。

1 舌診圖像采集的標(biāo)準(zhǔn)化研究

早期舌診圖像標(biāo)準(zhǔn)化采集主要依托標(biāo)準(zhǔn)照明環(huán)境及光學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。通常基于人工制造的封閉環(huán)境，如采集暗箱、遮光布、主動(dòng)光源等部件，配合數(shù)碼相機(jī)獲取圖像。這一時(shí)期的代表性成果，包括北京中醫(yī)藥大學(xué)葉永安[1]、上海中醫(yī)藥大學(xué)許家佗[2，3]等研制的舌診圖像采集暗箱及系統(tǒng)裝置。

這些研究初步解決了舌診圖像采集設(shè)備“有或無”的問題，并具備小型化及便攜式優(yōu)點(diǎn)。隨著對(duì)舌診圖像質(zhì)量要求的提高，人工調(diào)節(jié)光源逐漸暴露出可靠性低、圖像質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。目前舌診圖像的標(biāo)準(zhǔn)化采集多利用高光譜圖像技術(shù)[4]，克服可見光與數(shù)碼相機(jī)光譜范圍窄的局限，獲得全波段內(nèi)的舌體信息。

同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化采集環(huán)境下獲取的舌象原始資料，需要經(jīng)過預(yù)處理(如濾波)提高圖像信噪比，使舌象資料質(zhì)量穩(wěn)定的同時(shí)，便于舌體與舌苔的圖層分離和區(qū)域分割，以及進(jìn)一步的病情分析。從已公開的理論及報(bào)道來看，實(shí)現(xiàn)舌體與舌苔圖像分割的方法很多，有根據(jù)區(qū)域特征的彩色圖像區(qū)域分割算法[5]，有通過構(gòu)建舌象高分辨率網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提取舌象特征的分割算法[6]，有針對(duì)目標(biāo)區(qū)域不同顏色閾值提高舌象分割精度的方法[7]，這些方案從不同技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)了舌質(zhì)與舌苔圖像的高質(zhì)量分離，為后續(xù)的舌象分析奠定基礎(chǔ)。

2 舌診圖像分析的標(biāo)準(zhǔn)化研究

舌診圖像的標(biāo)準(zhǔn)化采集為舌象大數(shù)據(jù)的構(gòu)建和多平臺(tái)共享奠定了基礎(chǔ)，拓展了舌診的應(yīng)用場(chǎng)景。臨床醫(yī)生既可將數(shù)字化舌診信息用于證候分析、療效評(píng)價(jià)，同時(shí)也可將舌診資料統(tǒng)一儲(chǔ)存管理，便于進(jìn)一步挖掘舌診數(shù)據(jù)的價(jià)值。實(shí)現(xiàn)這些功能需要對(duì)舌診圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，對(duì)舌色、舌體、苔色等要素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化識(shí)別與歸類。

當(dāng)前研究廣泛采用的舌象分析方法包括RGB(紅、綠、藍(lán))色值空間，HSV(色調(diào)、飽和度、明度值)色彩空間，以及舌體局部特征的灰階差分方法，通過這些多維度參數(shù)，建立舌象及表面紋理特征的數(shù)據(jù)庫[8]。這類分析方法兼顧了人眼分辨習(xí)慣與機(jī)器識(shí)別的需求，此類技術(shù)主要面臨舌(苔)色偏差與校正、舌象的機(jī)器辨識(shí)分類與優(yōu)化、舌體圖像質(zhì)量控制等問題。

針對(duì)開放環(huán)境下采集舌(苔)圖像存在的色彩偏差、偽影干擾等問題，趙曉梅等[9]分別提出基于布谷鳥搜索(cuckoo search，CS)和基于等效圓方法的舌色校正算法[10]，針對(duì)不同光源環(huán)境下的圖像進(jìn)行偏色檢測(cè)和校正，提高了圖像質(zhì)量的穩(wěn)定性。

舌診首辨舌(苔)色，有團(tuán)隊(duì)將現(xiàn)代色度學(xué)理論引入舌色分類研究中[11]，將不同舌象資料從色度學(xué)角度進(jìn)行等級(jí)聚類分析，對(duì)傳統(tǒng)舌診經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行量化研究，同時(shí)指出色度學(xué)各項(xiàng)參數(shù)是舌診標(biāo)準(zhǔn)化與客觀化的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前該領(lǐng)域仍然缺乏較為統(tǒng)一的舌象采集與圖像校正方案。

在舌象提取階段，既往主要依靠人工識(shí)別，容易帶入研究者的主觀意識(shí)，不同樣本之間偏差較大，不利于舌象大數(shù)據(jù)的整合與共享。機(jī)器分類減少了人工干預(yù)。在各種分類算法研究中，舌象模型的質(zhì)量對(duì)機(jī)器辨識(shí)的準(zhǔn)確率有決定作用，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器高效辨識(shí)大樣本舌象信息，需要一定樣本量的舌象數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。

目前有關(guān)舌象提取的模型較多[12]，根據(jù)提取目標(biāo)不同可分為舌體模型、苔質(zhì)分離模型、舌體局部特征模型，不同的模型采用的算法有所不同。如舌象提取階段，常用的Snake模型、基于閾值和圖論的分割模型；在苔質(zhì)分離階段，常用的基于聚類或分割的模型等[13-15]，這些模型在某些舌體和苔質(zhì)類別的研究中已經(jīng)取得了較高的準(zhǔn)確率。

某些舌象具有局部特性但定位難度較高，如病理狀態(tài)下舌苔與舌體瘀斑圖像的鑒別，陳飛飛等[16]采用形態(tài)學(xué)開閉重建預(yù)處理的分水嶺算法，對(duì)舌體圖像進(jìn)行細(xì)分割，可以得到理想的舌體瘀斑區(qū)域。

齒痕舌常見于各類陽虛水泛證型患者，如脾虛濕盛證。齒痕舌屬于較穩(wěn)定的舌體局部特征之一，不同證候分型和舌體部位之間的波動(dòng)變化較小。有研究[17]利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)齒痕舌進(jìn)行特征提取研究，在500例樣本中，獲得了理想的準(zhǔn)確率，且這一齒痕舌模型具有良好的遷移能力，具備較穩(wěn)定的舌體特征提取能力和應(yīng)用價(jià)值。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)舌診圖像的質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)，以防止不合格的舌象資料干擾機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果，如舌體過度緊繃、唾液過多、未完全暴露以及舌體圖像失真等情況[18]。由于特定疾病帶來的舌象變化差異較大，樣本數(shù)據(jù)不足等問題，總體來說目前研究多從健康人群入手。

3 舌象客觀化與疾病相關(guān)性研究

中醫(yī)理論認(rèn)為，同種疾病臨床表現(xiàn)與證型不同，反映出的舌象特征也不盡相同，這給單病種的舌象規(guī)律研究帶來了挑戰(zhàn)。因此，目前針對(duì)病理狀態(tài)下的舌象客觀化、病理性舌苔特征的提取與分割，多以疾病的某一證型、階段或病機(jī)為切入點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)研究。

1項(xiàng)針對(duì)原發(fā)性高血壓伴高同型半胱氨酸血癥患者的研究發(fā)現(xiàn)[19]，該型高血壓患者的苔色偏黃，以舌中部為主，舌右側(cè)黃苔積聚明顯。該研究為高血壓病亞型群體建立了較為穩(wěn)定的舌象特征數(shù)據(jù)庫。

慢性胃炎在中醫(yī)辨證中多離不開濕熱之邪，具體證候分型中有熱偏盛和濕偏盛的不同，有研究[20]針對(duì)慢性胃炎患者群體構(gòu)建了舌(苔)色、舌體胖瘦、膩苔等指數(shù)，分析不同參數(shù)與慢性胃炎不同證候之間的相關(guān)性，最終總結(jié)出不同證型與舌(苔)色、舌體胖瘦、膩苔等指數(shù)的相關(guān)性，為慢性胃炎患者的中醫(yī)診斷及辨證提供了客觀標(biāo)準(zhǔn)化舌象參數(shù)。

冠心病多存在本虛標(biāo)實(shí)病機(jī)，然而具體辨證分型中多存在虛實(shí)夾雜證候，此時(shí)采用舌象客觀化技術(shù)，根據(jù)舌色的RGB色值差異和HSV色彩差異，可以分析患者本虛與標(biāo)實(shí)的權(quán)重及各類虛實(shí)夾雜證候與特定舌色之間的相關(guān)性，為辨證施治提供大數(shù)據(jù)指導(dǎo)[21]。

我國肝病發(fā)病率較高，1項(xiàng)有關(guān)慢性乙肝患者舌象客觀化特征的多中心、大樣本研究[22]表明，在慢性乙型肝炎患者群體中，肝膽濕熱型舌象特點(diǎn)為舌色紅、苔色黃、苔質(zhì)膩，而肝郁脾虛型舌象特點(diǎn)為舌色淡紅、苔色白、苔質(zhì)薄，齒痕舌。此2種證型患者具備穩(wěn)定的舌象特征，這其中的舌象規(guī)律，有助于進(jìn)一步揭示不同證型患者各自潛在的發(fā)病機(jī)制。

上述研究對(duì)不同疾病與舌象信息之間的相關(guān)性做出了不同程度的有益嘗試，值得今后的研究借鑒。此外，南京中醫(yī)藥大學(xué)徐天成[23]等團(tuán)隊(duì)長期致力于舌苔與腸道、口腔菌群的相關(guān)性研究，將體內(nèi)具體菌群變化與舌苔變化規(guī)律相結(jié)合，促進(jìn)中醫(yī)理論與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)體系的交互。上海、北京等多個(gè)團(tuán)隊(duì)[24，25]圍繞糖尿病患者血糖、糖化血紅蛋白、尿視黃醇結(jié)合蛋白、同型半胱氨酸等指標(biāo)與舌(苔)色的相關(guān)性研究，將糖尿病患者的舌(苔)色變化規(guī)律用于指導(dǎo)血糖控制、心腦腎微血管并發(fā)癥的預(yù)測(cè)中。

4 小結(jié)與展望

4.1 未來舌診新技術(shù)研究的主攻方向

舌診作為中醫(yī)診斷學(xué)的重要內(nèi)容，從目前研究進(jìn)展可以看出主要聚焦在以下研究方向，一是建立一系列舌診采集與分析標(biāo)準(zhǔn)；二是將采集的海量舌診數(shù)據(jù)，結(jié)合一系列算法與深度學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)舌診信息的智能分析，減少人為主觀因素干擾；三是將標(biāo)準(zhǔn)化的舌診信息用于指導(dǎo)疾病研究，探索疾病與舌診信息之間的關(guān)系；四是帶動(dòng)面診、脈診等四診相關(guān)研究的跟進(jìn)，為互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療時(shí)代的應(yīng)用場(chǎng)景做準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)四診信息的遠(yuǎn)程共享、多平臺(tái)交互、數(shù)字化儲(chǔ)存等功能。

4.2 舌診新技術(shù)在中醫(yī)現(xiàn)代化研究中扮演的關(guān)鍵角色

舌診新技術(shù)研究是中醫(yī)四診信息化建設(shè)的重要組成部分，由于其圖像采集與處理的屬性，伴隨著近年來大數(shù)據(jù)科學(xué)、深度學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，有逐漸形成獨(dú)立學(xué)科的趨勢(shì)。回顧X線、CT、磁共振及超聲等影像學(xué)的發(fā)展歷史及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，這對(duì)于構(gòu)建以舌診為核心特色的中醫(yī)影像學(xué)(TCM Imageology)有良好的借鑒意義。查閱既往資料，尚未見有“中醫(yī)影像學(xué)”一詞。文章認(rèn)為，中醫(yī)舌診新技術(shù)的研究，在充足的技術(shù)儲(chǔ)備之下，中醫(yī)舌診完全可以與面診、體質(zhì)辨識(shí)系統(tǒng)等進(jìn)行整合，構(gòu)建屬于中醫(yī)的影像學(xué)科。中醫(yī)影像學(xué)的建設(shè)，也將帶動(dòng)脈診學(xué)、脈象學(xué)的研究建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)中醫(yī)四診系統(tǒng)的現(xiàn)代化，賦予中醫(yī)診斷學(xué)以全新的內(nèi)涵。

4.3 舌診新技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)化探索之路

隨著四診儀、舌象儀等新型硬件的迭代，2019年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正式發(fā)布了一項(xiàng)中醫(yī)舌診相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO20498-5)，該標(biāo)準(zhǔn)由上海中醫(yī)藥大學(xué)王憶勤教授團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)制定，是一種規(guī)范化的舌象數(shù)字化表示方法，用于客觀地表示舌(苔)色屬性，不受采集設(shè)備影響。該標(biāo)準(zhǔn)從源頭確保舌診圖像的質(zhì)量，解決了舌診數(shù)據(jù)互通的壁壘，有助于提高我國中醫(yī)基礎(chǔ)研究在國際交流中的話語權(quán)。

舌診與各類疾病的相關(guān)性研究尚存在諸多空白。這些短板阻礙著中醫(yī)四診統(tǒng)一平臺(tái)的建設(shè)與推廣，因此需要中醫(yī)與相關(guān)各界科研工作者共同協(xié)調(diào)，在發(fā)展中解決。同時(shí)，串聯(lián)舌診、面診、脈診等系統(tǒng)研究成果，構(gòu)建中醫(yī)影像學(xué)及新型中醫(yī)診斷學(xué)平臺(tái)，將帶動(dòng)中醫(yī)現(xiàn)代化建設(shè)上升到新的高度。