基于人工智能的舌診實訓與考核平臺的設計與應用*

汪莉 彭成東 徐文兵 張平波 周雪梅 董昌武

(1.安徽中醫藥大學，安徽 合肥 230012；2.合肥明信軟件技術有限公司，安徽 合肥 230088)

中醫診斷學是一門理論與實踐并重的課程，實訓教學對于提高學生中醫臨床技能操作水平，培養中醫辨證思維具有重要的意義[1]。通過舌診技能實訓能夠培養學生敏銳而準確的觀察能力，為臨床辨證提供可靠的依據[2-3]。隨著信息技術的迅速發展，舌診技術的研究內涵越來越豐富[4]。當前AI技術在中醫舌診客觀化的研究中發揮著重要的作用，通過AI舌象分析的精確度不斷提升[5-6]。AI舌診開放平臺提供了舌象云計算應用程序接口(application program interface，API)服務，即便是一張非標準光源條件下拍攝的舌象圖片，也能通過計算辨識出舌象特征和中醫健康狀態。本文以舌象云計算API服務為基礎，結合舌診實訓的教學現狀，設計研發人工智能舌診實訓與考核平臺(Learning Training and Evaluation Platform For Tongue Diagnosis，Tongue LTE)，通過Tongue LTE平臺引導學生自主學習，模擬臨床進行拓展實訓，激發學生對舌診學習的興趣，促進學生理論知識的理解和應用。

1 平臺設計思路

Tongue LTE平臺的設計思路如圖1所示，包括構建標準舌象庫、舌象特征AI識別模型、實訓與考核應用系統。在標準舌象庫中，通過運用深度學習和機器學習等AI方法構建舌象特征識別模型，以實現舌象特征的AI檢測、識別和多維度的定量化分析，并經過專家多輪次的數據驗證和評審確保模型的準確性和可靠性。同時標準舌象庫，也作為學生自主學習的舌象資源。該部分封裝為舌象云計算API接口服務，實訓考核系統只需要調用API就可以完成舌象AI辨識。實訓與考核應用系統為學生提供移動端舌象學習和實訓、規范的PC端舌象采集與舌診技能考核功能。

1.1舌象資源庫建設 舌象資源庫覆蓋30多種舌象特征、9種單一體質與數種復合體質的舌象資源。包括自然光照環境下拍攝的舌象圖片、問卷調查，涵蓋各年齡階段的健康人群、亞健康人群及患病人群，這些舌象都經過多位專家多輪次的精確標注、AI檢測，AI檢測結果和中醫專家的診斷結果一致性達90%以上方可入庫。

1.2舌診API開放接口 為舌象各個特征配置最優的深度神經網絡或機器學習算法模型，包括使用基于機器學習的中醫舌色苔色定量分析方法，以解決自然光照條件下舌色苔色顏色屬性和舌色苔色綜合判定；使用基于多尺度卷積神經網絡的舌象紋理定量分析方法，以解決舌體提取和裂紋、齒痕、剝落、點刺、瘀點等多項特征的像素級識別與提取[7-9]。同時保證AI檢測模型的快速迭代、檢測精度與檢測效率。舌象AI云計算提供的服務包括舌象特征計算接口和中醫健康狀態計算接口：

舌象特征計算接口：檢測圖像中的舌象，提取出舌體區域，識別舌象特征屬性。

中醫健康狀態計算接口：按年齡、性別、既往病史等進行問診交互，再結合舌象特征、問診數據，辨識臟腑健康狀態。

2 平臺功能模塊

平臺包括學生學習與實訓系統、學生舌診考核系統、教師管理系統，功能結構如圖2所示。

2.1學生學習與實訓系統 學生實訓包括正向學習模塊(包括舌象檢索學習、薄弱推送學習、學習記錄)、反向訓練模塊(包括舌象采集、舌象標注、AI分析與解讀)、在線交互模塊(包括在線提問、追問與評價)、舌診考試(在線考試、成績查詢)。

自主學習：按舌象特征、健康狀態、年齡段、性別、學習、考核等條件查詢舌象，進行舌診學習。

推薦學習：在學生實訓后，系統將學生辨識錯誤的舌象，形成錯題集，推送相關知識點的舌象給學生有針對性學習。

舌診實訓：學生通過手機拍照采集舌面圖像、采集舌下絡脈圖像；在手機頁面標注舌象特征、填寫舌診結論、辨證分析選擇飲食或用藥建議；提交舌診結論；AI進行標注評判。

2.2學生舌診考核系統 教師設置好考核任務，學生登錄系統進行在線作答：標注舌象特征、填寫舌診結論、辨證分析選擇飲食或用藥建議，按時間要求完成考核。系統使用AI評分系數計算學生考核成績，考核成績=∑(題目分值×AI評分)，最終得到考核分數。

2.3教師管理系統 教師管理系統包括學習監督、學習反饋、在線指導模塊。

教師可以查詢所帶班級和學生的實訓次數和完成進度，系統推送學習反饋，將學生易錯的知識點反饋到教師賬號，供教師調整教學策略，進行在線答疑。

3 平臺應用案例

本平臺已在多個中醫學專業學生舌診實訓教學中使用，操作如圖3所示。學生可隨時隨地采集舌象進行實訓，系統操作便捷、AI評閱準確可靠，激發了學生的學習興趣，應用效果良好。

4 平臺應用特色

傳統舌診教學是以肉眼觀察為主，其正確程度取決于教師的經驗，受限于當時的環境，缺乏客觀統一的辨識指標，可能因為光線、環境等因素，造成對舌象的判斷失誤，制約了舌診教學、科研、臨床的發展[10-12]。傳統舌診實訓設備，一定程度上克服了理論與實踐脫節的弊端，但是舌診采集與檢測儀器往往配置專業數碼相機，用于特定的醫療環境和光照條件，其缺陷是設備繁雜、硬件昂貴、便攜性差、檢測速度較慢、操作不便利、應用范圍局限，學生缺乏便捷高效的舌診實訓平臺，影響了學生的學習興趣，降低了學習效率[13-14]。Tongue LTE平臺具備以下特色：

①基于AI圖像識別技術和大數據分析手段，精選10萬例經過多位專家、多輪次精確標注的舌象數據，通過機器學習、深度學習的神經網絡算法，對舌象特征進行精準識別和多維度的定量化分析。

②平臺為學生提供中醫舌診智能化實訓，提高了學習興趣和效率，更好的檢測學習成果，學生在手機移動端即可與AI云服務在線交互，結合舌象大數據進行正向和反向實訓[15]。

③平臺有助于教師對學生的學習行為進行多次連續監測和動態趨勢分析，對學生的實訓效果實現了綜合評價。

6 結語

舌診是中醫學了解人體生理功能和病理變化的獨具特色的診斷方法，將其繼承和發展是中醫教育的重要任務[16-17]。當下許多中醫藥院校臨床見習基地不足，學生實踐機會少，學生普遍存在臨床實踐能力差、中醫辨證思維弱的問題[18]。實訓教學可以幫助學生熟練掌握知識技能，鍛煉學生的動手能力，培養訓練學生的專業思維，提高學生分析問題、解決問題的能力[19]。隨著網絡技術的不斷發展，計算機輔助舌診分析成為一大優勢，舌診客觀化、標準化、定量化研究飛速發展，實驗實訓教學改革迎來了新機遇[20-22]。Tongue LTE平臺是一個智能化、規范化、系統化的舌診實訓與考核系統，使得學生能夠隨時隨地在手機移動端完成舌診學習、實訓、考核，正確地掌握舌象采集方法及舌象特征分析，體現了“以學生為中心”的教育理念，提高了學習興趣和效率，夯實專業基礎[23]。同時教師能全面的掌控學生的學習進程，有效引導學生學習，便捷的組織舌診技能的考核和評價，有助于培養學生自主學習能力，優化改進實訓教學，提高學生臨床實踐技能，促進學生綜合素質協調發展[24-25]。