不同體重指數人群的中醫舌象客觀參數分析

李驍群 程翰林 陳婧 陳夷 張皓倩 覃庭威 趙瑞珍

體重指數(body mass index, BMI)是用于衡量體重是否符合正常標準的一項重要指標,正常范圍為18.5～23.9 kg/m2,低于或超出這個范圍即表現為消瘦、超重肥胖。BMI指數異常現象在我國人群中普遍存在,會對機體產生各種負面影響,如降低身體素質機能、增大心腦血管及各種代謝疾病的患病風險[1-2],因此盡早進行體質量狀態的辨識變得尤為重要。中醫學較早認識到不同體型人群的舌象特征存在差異[3],現代研究也表明體重指數與舌象存在一定的相關性,異常BMI人群舌色、舌苔特征通常不同[4]。舌診作為中醫臨床診斷和辨證的重要依據,目前正不斷向客觀化和標準化的方向發展,越來越多的學者已經在舌象客觀研究方面取得了較大進展。本研究以不同BMI指數的體檢大學生為切入點,通過圖像數據化技術提取消瘦、超重肥胖人群的舌象特征參數,分析各組舌象RGB、Lab及HSV參數差異,探討BMI指數與舌象參數的相關性,以期為消瘦、超重肥胖人群的辨識和診療提供一定客觀化依據[5-6]。

1 資料與方法

1.1 研究對象

本課題的研究類型為橫斷面研究,采用整群抽樣的方法選取2019年9月于北京中醫藥大學入學體檢的大學生(包括研究生)作為研究對象,由經過統一培訓的2名專業研究人員收集研究對象的年齡、性別、身高及體重等指標,計算BMI指數,BMI=體質量(kg)/身高(m)2。納入標準:通過體檢無嚴重器質性疾病、既往3個月無急慢性疾病者;年齡不低于18歲;對研究方案知情同意且能配合舌象拍攝者。排除標準:體檢基本資料及指標不全者;因糖尿病、胃腸疾病、嚴重器質性病變、惡性腫瘤及其他急慢性代謝疾病引起的繼發性消瘦和超重肥胖者;舌象拍攝過程中不配合者。最終納入符合標準的體檢者386例,年齡為18～22歲,平均年齡為(18.22±1.26)歲,其中男性175例,平均年齡為(18.24±1.08)歲,女性211例,平均年齡為(18.20±1.40)歲。本研究依托于上海中醫藥大學承擔的國家重點研發計劃—中醫智能舌診系統研發項目,為其子課題,經上海中醫藥大學附屬曙光醫院倫理委員會審查通過(批號:2018-626-55-01)。

1.2 分組標準

按照中國成人超重和肥胖診斷標準[7]將研究對象劃分為3組:消瘦組(BMI<18.5 kg/m2),體重正常組(18.5≤BMI≤23.9 kg/m2),超重肥胖組(BMI≥24.0 kg/m2)。

1.3 舌象圖像采集

本研究使用的舌象圖片采集設備為國家重點研發計劃—中醫智能舌診系統研發項目提供的TFDA-1型舌診儀,由相機、標準光源箱、底座、曲面反光罩組成。其中標準光源色溫為5000 K,顯色指數為97;NIKON D40單鏡頭反光數碼相機,手動自平衡,自動對焦,50 mm定焦。舌象采集時研究對象采用坐位,面部正對相機鏡頭及標準光源,下頜放于舌診儀固定框上,自然放松地將舌伸出口外,研究對象盡量張口,從而較大程度地暴露舌體,并保持姿勢3～5秒,由1名研究人員通過相機采集照片2～3張,每位研究對象保存1張舌象圖用于舌象客觀參數分析及舌象判讀。拍攝前囑體檢者禁食有色食物,排除染苔等原因對舌象識別的影響。

1.4 舌象客觀參數提取

采用“舌象數據采集”軟件提取各組人群的舌象參數特征,包括舌色、苔質、苔色在RGB、Lab及HSV三種顏色空間中的9種特征參數值,每位研究對象導入1張舌象圖用于舌象參數提取。首先點擊“打開文件”將舌象圖導入軟件,通過圖像分割得到舌體圖像,然后進行舌體研究區域的選取。研究區域為舌尖、舌中、舌根、舌兩邊共5個區域,手動選擇每個區域中心點作為研究點,舌體分區以中醫診斷學舌面圖為標準。研究點選取完畢后,點擊“采集數據”通過本軟件的MATLAB R2016a智能算法對5個研究點分別進行R(紅色值)、G(綠色值)、B(藍色值)、L(明度)、a(綠—紅值)、b(藍—黃值)、H(色調)、S(飽和度)、V(亮度)參數均值提取,輸出舌色參數報告并以Excel格式保存,苔質及苔色參數的提取方式與舌色參數一致,軟件操作界面見圖1。MATLAB是一個包含大量數學運算算法的集合,它包括從最基本的函數到矩陣、特征向量、傅里葉變換的復雜函數,并且具有完備的圖像處理功能,可以通過數學表達式運算實現數值結果的可視化。

圖1 舌象數據采集操作示意圖

RGB顏色空間由紅色值(Red)、綠色值(Green)、藍色值(Blue)構成,各顏色特征取值范圍為[0,255],數值越高表示相應的顏色特征越明顯。Lab顏色空間由明度(Luminosity)、綠—紅值(a)、藍—黃值(b)構成,明度取值范圍為[0,100],數值越大表示色彩越明亮,反之越晦暗;綠—紅值取值范圍為[-128,127],負值為綠色,正值為紅色,數值越大代表紅色特征越明顯;藍—黃值取值范圍為[-128,127],負值為藍色,正值為黃色,數值越大代表黃色特征越明顯。HSV顏色空間由色調(Hue)、飽和度(Saturation)、亮度(Value)構成,色調取值范圍為[0,1),數值越小則紅色特征越明顯;飽和度取值范圍為[0,1],數值越高表示顏色越深,反之越淺淡;亮度取值范圍為[0,1],數值越高表示越明潤,數值越低表示越暗淡。各顏色空間模型見圖2～圖4。

圖2 RGB顏色空間模型

圖3 Lab顏色空間模型

圖4 HSV顏色空間模型

1.5 舌象判讀

舌象特征由2名具有副主任及以上職稱的中醫師在自然光線下根據舌診儀采集的舌象圖進行判讀,并將結果錄入Excel表格,若判讀存有異義,則由專家組和研究人員共同討論確定。舌色、舌形、苔質及苔色特征參照《中醫診斷學》中舌診部分,具體分為淡白舌、淡紅舌、紅舌、絳舌、黯紅舌、胖大舌、瘦舌、點刺舌、裂紋舌、齒痕舌、薄苔、厚苔、膩苔、剝苔、少苔、白苔、黃苔、黃白相兼苔等維度。

1.6 研究方法

觀察各BMI分組人群的舌色、舌形、苔質及苔色特征,比較各組舌色、苔質及苔色RGB、Lab及HSV參數的差異,運用Spearman檢驗分析BMI指數與舌象參數的相關性。

1.7 統計學方法

2 結果

2.1 各BMI分組性別、年齡比較

本研究共納入386例研究對象,其中消瘦組110例、體重正常組140例、超重肥胖組136例,三組研究對象性別、年齡相比差異無統計學意義(P>0.05),BMI指數相比差異有統計學意義(P<0.01),見表1。

表1 各組一般資料比較

2.2 舌象特征比較

舌色方面,消瘦組以紅舌為主,體重正常組以淡紅舌為主,超重肥胖組各異常舌色占比大致相當,以紅舌、淡白舌、黯紅舌為主;舌形方面,消瘦組以瘦舌為主,體重正常組以正常舌形為主,超重肥胖組以齒痕舌為主;苔質方面,消瘦組和超重肥胖組以厚苔為主,體重正常組以薄苔為主;苔色方面,3組苔色均以白苔為主。綜上,消瘦組多見紅舌、瘦舌、白厚苔,超重肥胖者組多見紅舌、淡白舌、黯紅舌、齒痕舌、白厚苔,體重正常組多見淡紅舌、正常舌形、薄白苔。各組典型舌象見圖5。結果見表2～5。

表2 舌色特征比較[例(%)]

表3 舌形特征比較[例(%)]

表4 苔質特征比較[例(%)]

表5 苔色特征比較[例(%)]

注:從左到右依次為超重肥胖組、體重正常組、消瘦組。圖5 各組典型舌象圖

2.3 舌象參數比較

3組間舌色R、a、S、V值差異有統計學意義(P<0.01),其中體重正常組舌色R、a、S值顯著低于消瘦組、顯著高于超重肥胖組(P<0.01),舌色V值顯著大于其余2組(P<0.01);消瘦組舌色R、a、S值顯著高于超重肥胖組(P<0.01)。3組間苔質L、a、V值差異有統計學意義(P<0.01),其中體重正常組苔質L、a、V值顯著高于其余2組(P<0.01),消瘦組舌苔a、V值高于超重肥胖組(P<0.01)。3組間苔色參數差異無統計學意義(P>0.05)。見表6～表8。

表6 舌色參數比較

表7 苔質參數比較

表8 苔色參數比較

2.4 BMI指數與舌象參數相關性分析

Spearman相關性分析顯示,BMI指數與舌色R、舌色a、舌色S、苔質a、苔質V值呈負相關(P<0.01),BMI越高則相應的舌象參數值越低。見表9。

表9 BMI與舌象參數的相關性

3 討論

體重指數又稱身體質量指數、體質指數,中國成人超重和肥胖診斷標準將BMI<18.5 kg/m2定義為消瘦,將BMI≥24.0 kg/m2定義為超重肥胖,二者均屬于BMI異常狀態,對機體健康均會造成不良影響[7]。研究表明,消瘦容易誘發免疫力低下、貧血、營養不良、月經紊亂等疾病[8];超重肥胖在我國的發病率急劇上升并逐步呈現出年輕化趨勢,在大學生中的檢出率高達31%[9],不僅會導致體型異常,同時也是高血壓、代謝綜合征、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病、慢性腎臟病及抑郁癥等疾病的重要危險因素[10]。舌診屬于中醫望診的范疇,具有反應靈敏、客觀準確、辨識方便的優勢,為臨床辨病辨證提供了重要的診斷依據,《臨證驗舌法》言:“凡內外雜證,亦無一不呈其形,著其色于舌……據舌以分臟腑、配主方……危急疑難之頃,往往癥無可參,脈無可按,而惟以舌為憑。”隨著人工智能技術的發展[11],圖像數據化分析技術廣泛應用在中醫舌診領域,促進了舌診的客觀化、標準化和規范化。

3.1 舌象特征結果分析

本研究觀察了各BMI分組人群的舌象特征分布情況,發現體重正常組多見淡紅舌、正常舌形、薄白苔,有較多臨床研究[12-13]與本文結論一致。超重肥胖組舌象以紅舌、淡白舌、黯紅舌、齒痕舌、白厚苔為主[14]。消瘦組以紅舌、瘦舌[15]、白厚苔居多。有研究顯示超重肥胖人群黯紅舌、齒痕舌、厚膩苔占比顯著高于體重正常人群,消瘦人群以紅絳舌、厚苔為主[16-17],與本文研究結論相似。

3.2 舌象參數結果分析

本研究應用圖像數據化技術分析了不同BMI指數大學生的舌色、苔質、苔色參數,結果提示舌象參數顯示的結果與本文舌象主觀判讀的結論基本一致,這表明將舌象客觀參數應用于消瘦、超重肥胖人群的舌象特征研究中是可行的。

體重正常組舌色R、a、S值介于其余兩組之間,提示該組舌色呈現為淡紅色,舌色V值高于其余兩組,提示體重正常組舌色更加明亮且潤澤;苔質L、V值明顯高于其余兩組,提示體重正常組苔質明亮度高;a為綠—紅值,而舌苔中無此顏色特征值,此處反映的應是舌面的顏色特征,a值的差異考慮受舌苔厚薄程度影響,舌苔越厚則舌面a值越低,因此苔質a值可間接反映舌苔厚薄,體重正常組苔質a值最高提示該組苔質薄。三組苔色參數相比顯示無統計學意義,表明苔色差異不大,均以白苔為主。分析舌象參數結果可知體重正常組舌象多呈現為舌質淡紅、明亮潤澤、苔質薄、苔色白,這與中醫學理論相契合。中醫認為體重正常者氣血調和,胃氣充盛,徐靈胎在《舌鑒總論》中曰“舌乃心苗……舌故當舌地淡紅,舌胎微白,而紅必紅潤內充,白必胎微不厚……不滑不燥,斯為無病之舌”,傅松元在《舌胎統志》中亦言“舌為心之苗,其色當紅,紅不嬌艷……必得淡紅上有薄白之胎氣”。

超重肥胖組舌色R、a、S值以及苔質L、a、V值較低,說明其舌質淡白、晦暗少澤、苔質厚,結合舌象主觀判讀的結果,超重肥胖組紅舌、黯紅舌和齒痕舌的出現頻率也較高。超重肥胖為本虛標實之證,脾氣虧虛為本,胃熱、痰濕、瘀血為標。胃強脾弱,脾虛無力生化氣血,血不榮舌致舌色淺淡而呈淡白舌,這與舌色R、a、S值偏低相符[18];脾胃運化失司,膏脂痰濕內停,故可見齒痕舌,白厚苔是由胃氣兼夾痰濕穢濁上蒸于舌面所致,反映于苔質參數方面則L、a、V值較低;紅舌多主熱證,超重肥胖者胃熱熾盛,體內熱象已顯故可見紅舌;日久痰濕壅滯阻礙氣機運行,氣不行血,形成血瘀,可見舌色黯紅。Hsu PC等[19]提取了2型糖尿病患者的BMI及舌象,并使用自動舌診系統(ATDS)分析舌象特征,發現BMI越高則黯紅舌、厚苔出現比例越高,舌體潤澤程度越低。王露等[20]運用ZBOX-I型中醫舌象數字化分析儀采集了2型糖尿病患者舌象,發現超重肥胖組舌苔燥、厚及腐膩指標顯著高于正常組。

消瘦組舌色R、a、S值在三組中最高,苔質L、a、V值較體重正常組低,提示該組舌色紅,苔質厚。元代朱丹溪提出“瘦人火多”“瘦人陰虛火熱”的觀點,認為消瘦人群多陰虛內熱;葉天士指出:“形瘦膚干畏冷,由陰氣走乎陽位,益氣以培生陽,溫攝以固下真”,認為消瘦人群也會出現陽氣虧虛、氣血不足。現代研究發現消瘦人群多為陰虛體質和陽虛體質,這與古代醫家有關瘦人的論述相吻合[21-22]。消瘦人群陰虛內熱,虛火上炎,故舌色鮮紅,可見舌色紅色特征R、a值及飽和度S值最高;陰虛日久,損及陽氣,陽虛無力溫化水液,痰濁內停,上蒸于舌面而致白厚苔,故舌苔L、a、V值較低。有研究發現,消瘦人群中紅絳舌和舌色平均a值最高,認為消瘦組舌紅色度最深,可與本研究的結果相印證[18]。也有學者使用舌脈象數字化采集分析儀提取消瘦兒童的舌象參數,發現消瘦兒童舌尖舌色R、G、B值顯著高于正常兒童,可進一步印證本研究的結果[23]。

3.3 舌象客觀化指標與BMI相關性結果分析

本研究表明,BMI指數與舌色R、舌色a、舌色S、苔質a、苔質V值均呈負相關,即BMI指數越大各舌象參數值越小,二者具有顯著的相關性,這與金昕等[24]的研究結果大致相符。陳小愚[25]使用便攜式舌診儀采集并分析了超重肥胖糖尿病患者的舌象參數特征,認為舌象參數與BMI具有相關性,全舌質及舌邊左L、b值,舌苔及舌邊右b值均與BMI指數呈正相關。

近年來,舌診客觀化技術廣泛應用于中醫臨床診療過程,通過量化中醫舌診信息,能夠準確地描述舌象特征,提高舌診的精確性和客觀標準性,為中醫臨床辨證診療提供客觀依據。本研究基于圖像數據化技術分析了不同BMI指數大學生的舌象特征,發現消瘦、體重正常及超重肥胖人群的舌象參數存在明顯差異,BMI指數與舌象參數具有顯著相關性,其中舌色R、a、S值以及苔質a、V值可作為消瘦、超重肥胖人群與體重正常人群的鑒別點,這提示舌象參數用于消瘦、超重肥胖人群的辨識評價中是可行的,能為該人群的臨床辨識和診療提供一定的客觀化依據。本研究是消瘦及超重肥胖等異常BMI指數人群評估方法的一次客觀化探索和嘗試,尚存在一些不足,例如研究對象主要是以大學生為主,缺乏其他年齡段人群的舌象特征分析;同時并不是所有的舌象參數都存在差異性,有些舌象參數反映的結果并不能與臨床舌象相對應。故在今后的研究中,需進一步增加樣本量,納入不同年齡段的研究對象從而構建出不同年齡結構的舌象庫,進行大樣本舌象特征分析,并進一步優化舌象客觀參數,使其更加準確地與臨床舌象相對應,以期將圖像數據化分析技術更好地應用于中醫舌診中,為臨床辨證與診斷提供更加準確的客觀化依據。