常用中醫(yī)診斷裝備檢測原理與多源信息融合方法

王俊文

中國中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究所 智慧中醫(yī)藥研究中心，北京 100700

引言

傳統(tǒng)中醫(yī)講究“四診合參”，望、聞、問、切都是中醫(yī)診病以及傳承的重要內(nèi)容。古代中醫(yī)沒有現(xiàn)代檢測技術(shù)，醫(yī)生根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行望、聞、問、切四診合參來診斷和判斷療效。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究者希望通過儀器裝備來幫助中醫(yī)診病，并客觀地記錄下過程中的信息。2019年10月，國務(wù)院《中共中央國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新發(fā)展的意見》提到相關(guān)內(nèi)容，調(diào)研中醫(yī)診斷裝備的檢測原理，選擇和提出合適的策略，促進(jìn)現(xiàn)有裝備的臨床應(yīng)用和新裝備的研發(fā)，是國家中醫(yī)藥發(fā)展的重要需求。

中醫(yī)診斷裝備是指在中醫(yī)理論指導(dǎo)下使用的儀器、裝備、器具、材料及其他物品（包括所需軟件），是應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和方法研發(fā)的醫(yī)療裝備[1]。20世紀(jì)70年代起，國內(nèi)就開始了中醫(yī)脈診、舌診等診法客觀化、儀器化的研究，為中醫(yī)裝備輔助診斷奠定了重要基礎(chǔ)[2]。目前我國生產(chǎn)中醫(yī)診斷裝備的企業(yè)一共14家，已拿到批件的上市產(chǎn)品包括舌面儀、脈象儀、紅外儀、經(jīng)絡(luò)檢測儀等。由于中醫(yī)講究整體觀念，需要綜合和集成各種診法研究的新成果，將多源信息融合到一起，建立“更符合傳統(tǒng)中醫(yī)理論的模型”[3]。這是中醫(yī)與信息技術(shù)等現(xiàn)代科技交叉融合，以及發(fā)展人工智能輔助診斷的基礎(chǔ)。

1 常用中醫(yī)診斷裝備的檢測原理

1.1 望診儀

望而知之謂之神，與中醫(yī)望診對應(yīng)的儀器裝備包括舌面儀、目診儀、步態(tài)分析儀等，舌診、面診、目診等儀器檢測原理多基于中醫(yī)全息分區(qū)診斷理論，通過識別特定全息分區(qū)下的疾病特征來為疾病診斷提供參考。舌診和目診的診斷原理及全息分區(qū)如圖1～2（示意圖為為中醫(yī)常識，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）所示。

圖1 舌診分區(qū)診斷原理示意圖

圖2 目診分區(qū)診斷原理示意圖

其中，舌象分析由于特征較為直觀且共識度較高，受益于圖像分割算法的快速發(fā)展，目前已經(jīng)能自動提取齒痕、裂紋等多個特征。據(jù)內(nèi)部數(shù)據(jù)，在正確拍攝、圖片清晰的情況下，識別準(zhǔn)確率能達(dá)到85%。舌象檢測長期作為中醫(yī)辨證客觀依據(jù)，具有臨床療效評價價值[4-5]。

1.2 脈象檢測

“脈象是手指切脈感知的脈搏形象”，費(fèi)兆馥[6]根據(jù)臨床和教學(xué)的經(jīng)驗，將脈診的指感因素分解為以下檢測要素，包括：脈位、脈寬、脈力、脈率、流利度、緊張度、均勻度、長度等。與舌象儀相比，脈象儀在原理等各方面差異較大，分別基于壓力壓強(qiáng)檢測，以及光電、超聲等不同的原理，采用不同種類的傳感器來檢測和展示脈象。

市面上已出現(xiàn)了各種各樣的脈診儀器，如BYS-14型四導(dǎo)脈象儀，YGJ醫(yī)管家多功能辨證儀等，主要是采用的傳感器不同。鄭行一[7]研制的多維脈象檢測儀通過在寸、關(guān)、尺的不同位點記錄脈象信號來對脈象進(jìn)行分析。Luo等[8]利用PVDF脈搏傳感器開發(fā)了自動加壓的三部脈象儀。Xue等[9]建立了五維非接觸式光學(xué)計量脈搏信號獲取系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時10 fps震動模式觀測。

1.3 紅外儀

紅外儀在中醫(yī)領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展較快，其檢測原理是溫度成像，根據(jù)中醫(yī)全息理論對體表劃分五臟六腑、十二條經(jīng)絡(luò)區(qū)域，然后對溫度分布進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，紅外成像在疼痛及炎性疾病中應(yīng)用較多[10-12]，尤其是對于膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（Knee Osteoarthritis，KOA），紅外檢測具有一定的診斷價值[13]，這可能與中醫(yī)辨證分型相關(guān)[14]，可作為療效評價的有力工具[15-16]。

紅外成像可能與經(jīng)絡(luò)相關(guān)[17]，且KOA屬于中醫(yī)痹癥范疇，其診斷和治療常用到經(jīng)絡(luò)原理，因此研究者可選擇經(jīng)絡(luò)儀與紅外儀配合進(jìn)行局部檢測，并與舌象和紅外面部檢測后的全身辨證一起組合使用，以提升整體診斷效能及多源信息合參辨證的效率。

1.4 經(jīng)絡(luò)儀

經(jīng)絡(luò)儀實現(xiàn)了對十二正經(jīng)原穴及人體臟腑器官之“全息裸點”（如腳背內(nèi)外側(cè)敏感點等）等48個全息點的電阻值、電壓值、電容值、溫度值的變化進(jìn)行采集。經(jīng)絡(luò)儀曾被用于鼻咽癌和鼻咽炎的鑒別診斷[18]。與經(jīng)絡(luò)儀檢測原理相似的電阻抗成像技術(shù)在西醫(yī)界也運(yùn)用較多。

1.5 四診儀

目前國內(nèi)市場上除了單獨(dú)的舌診儀或者脈診儀外，上海道生、天中依脈、蕪湖圣美孚、通化海恩達(dá)等公司均推出了四診儀，在形式上將望診、脈診和問診的儀器集成到一起，并致力于將中醫(yī)四診數(shù)字化、客觀化和智能化。但真正將舌診圖片、脈診特征、以及問診的文本等多源四診信息融合處理，進(jìn)行中醫(yī)四診合參并輔助智能診斷或決策，尚需要學(xué)術(shù)界在基礎(chǔ)研究方面的突破。

2 多源信息融合智能算法研究現(xiàn)狀及問題

中醫(yī)四診客觀化信息采集技術(shù)以及相應(yīng)的智能裝備研究已經(jīng)取得了比較大的進(jìn)步，與人工智能技術(shù)結(jié)合是發(fā)展的必然趨勢，尚有很多問題需要解決：多數(shù)算法立足于單一來源的信息，比如面診、舌診或者脈診做出分析判斷；大量的優(yōu)秀前沿的深度學(xué)習(xí)方法由于客觀化采集數(shù)據(jù)的缺乏而應(yīng)用困難。這可能是由于智能裝備的研發(fā)者主觀上對于中醫(yī)理論的整體觀理解不夠，也可能是因為缺乏標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、有標(biāo)簽的多源信息中醫(yī)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對多源信息的綜合處理[19]準(zhǔn)確率不高。中醫(yī)診斷學(xué)習(xí)樣本的采集需要尋找合適的自動化方法，比如使用便攜式裝備等，以方便采集大數(shù)據(jù)訓(xùn)練樣本，并促進(jìn)中醫(yī)四診信息的客觀化采集以及模擬傳統(tǒng)中醫(yī)四診合參的思維模式。

多源信息融合本質(zhì)上是一種數(shù)據(jù)分析或數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)，它將綜合利用到多個模態(tài)之間的信息，挖掘其潛在聯(lián)系[20]。該技術(shù)在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用場景之一是四診合參。牛欣及王憶勤團(tuán)隊[3,21-22]長期對數(shù)字化的四診信息進(jìn)行融合處理，研發(fā)和使用四診合參輔助診療儀開展臨床研究。溫川飆團(tuán)隊[23]使用視音頻通用裝備實時采集中醫(yī)臨床四診數(shù)據(jù)，同時利用大數(shù)據(jù)流式計算等完成動態(tài)數(shù)據(jù)處理功能，旨在開發(fā)新的中醫(yī)辨證論治四診輔助系統(tǒng)。

多源信息融合智能化算法也適用于健康管理，如健康管理大數(shù)據(jù)采集[24]及治未病研究[25]；尤其是有裝備參與的健康狀態(tài)辨識和對健康狀態(tài)變化的監(jiān)測，如李燦東團(tuán)隊開發(fā)了集成多種裝備的中醫(yī)太空養(yǎng)生艙用于中醫(yī)健康狀態(tài)辨識[26]。本團(tuán)隊之前也致力于將各種中醫(yī)診斷及便攜式裝備鏈接到健康管理云平臺，建立多源信息融合的智能健康檢測系統(tǒng)，開發(fā)面向個體的小程序。

總體來說，中醫(yī)診斷信息智能融合算法研究尚處于起步階段，CNKI文獻(xiàn)不足10篇[27]。要能真正實現(xiàn)中醫(yī)的四診合參，需建立海量四診信息數(shù)據(jù)庫，探討適合中醫(yī)辨證思維的四診信息融合方法[3]。

3 解決策略：適合中醫(yī)辨證思維的信息融合方法

目前，中醫(yī)領(lǐng)域已有一定數(shù)量的中醫(yī)診斷裝備，從現(xiàn)有裝備入手，將客觀檢測信息與原來由醫(yī)生主觀觀察并文本化記錄的四診信息對比和融合分析，一方面為中醫(yī)診斷、辨證和療效評價增加客觀化的檢測指標(biāo)，另一方面也為中醫(yī)裝備研究建立起適合醫(yī)工交叉融合的工程學(xué)接口，見圖3。

圖3 中醫(yī)多源信息融合方法

首先，中醫(yī)工程領(lǐng)域本體的構(gòu)建有助于信息融合。領(lǐng)域本體是對某一領(lǐng)域知識進(jìn)行總結(jié)和推理的有效工具，它對特定領(lǐng)域信息整理出共同理解[28]，對交叉領(lǐng)域的信息融合有重要作用[29-30]。中醫(yī)領(lǐng)域本體構(gòu)建可以在辨證信息間形成結(jié)構(gòu)化的連接[31]，多源信息融合框架基礎(chǔ)上基于本體的元素相似度算法及融合規(guī)則研究[32]可為中醫(yī)工程領(lǐng)域本體的建立和多源信息融合提供參考。

其次，在建立中醫(yī)工程領(lǐng)域本體的基礎(chǔ)上，基于人工智能技術(shù)，建立多模態(tài)信息自動標(biāo)注平臺，把來自裝備的客觀信息做符合中醫(yī)理論的解讀和標(biāo)注；并通過以中醫(yī)工程領(lǐng)域本體為核心的多源信息融合算法，綜合利用主觀四診信息和多種裝備信息，建立可以實現(xiàn)主客觀信息高效合參的中醫(yī)裝備輔助診斷模型。可以健康人群或者特定疾病為例，以多種中醫(yī)診斷裝備為數(shù)據(jù)采集手段，對本構(gòu)想所提出的多源信息融合模型進(jìn)行驗證。

4 總結(jié)

總之，現(xiàn)代中醫(yī)裝備能檢測出越來越多的信息，四診儀、紅外儀、經(jīng)絡(luò)儀等裝備的研發(fā)和應(yīng)用，為中醫(yī)診斷信息的客觀化采集提供了基本的工具。本文建議從整體觀念等符合中醫(yī)特點的臨床實際使用需求出發(fā)，讓這些工具發(fā)揮其應(yīng)有的作用。將主客觀多源信息融合到一起，對采集的信號進(jìn)行符合中醫(yī)思維方式的解讀，建立信息合參輔助診斷模型，更符合傳統(tǒng)中醫(yī)的整體觀念；有望促進(jìn)中醫(yī)裝備真正為中醫(yī)醫(yī)生診斷疾病、辨證分型或者療效評價增加客觀化的檢測指標(biāo)；同時，也便于中醫(yī)積累客觀化數(shù)據(jù)，為中醫(yī)藥療效證據(jù)的研究提供客觀工具，更有利于處理和分析未來不斷增加的新裝備不斷產(chǎn)生的“大數(shù)據(jù)”。

未來，我們需要從中醫(yī)理論體系的梳理和重構(gòu)、信息采集、整合、分析模型的構(gòu)建等多個維度開展基礎(chǔ)性研究，從而促進(jìn)中醫(yī)診療裝備的臨床應(yīng)用，為進(jìn)一步的裝備研發(fā)和改進(jìn)奠定理論基礎(chǔ)。