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        基于圖像分析技術(shù)探索中醫(yī)舌診研究*

        2013-12-09 05:00:54丁成華杜建強朱明峰張康鄭紹勇寧倫高巍巍陳鈴鄧露露張珂江西中醫(yī)學(xué)院南昌330004
        江西中醫(yī)藥 2013年11期
        關(guān)鍵詞:研究

        ★ 丁成華 杜建強 朱明峰 張康 鄭紹勇 寧倫 高巍巍 陳鈴 鄧露露 張珂 (江西中醫(yī)學(xué)院南昌330004)

        舌象的客觀化診斷是舌診研究的熱點之一。舌診是通過觀察病人舌質(zhì)和舌苔變化以診察疾病的方法,為臨床醫(yī)生的必察之項[1]。近年來,有越來越多的學(xué)者投入到計算機(jī)舌診的研究中,本課題組多學(xué)科研究人員攜手合作,優(yōu)勢互補;借鑒國內(nèi)外有關(guān)研究成果,對中醫(yī)舌診進(jìn)行客觀化、數(shù)字化研究與探索。

        1 舌象采集環(huán)境研究

        圖像采集是舌象分析的重要前提,對于舌象采集環(huán)境,研究人員主要從光源選取、CCD 設(shè)備和色彩校正方法等方面開展研究。對光源的選取嘗試以人工光源代替自然光,有學(xué)者比較了人工光源和自然光對舌象的影響[2-3],人工光源研究比較一致的方法是在暗室、暗箱等環(huán)境下,應(yīng)用D50、D65 等標(biāo)準(zhǔn)光源照明,但受到色溫、顯色性、光譜連續(xù)性等因素的制約,不能完全替代自然光,而且設(shè)備繁雜,臨床實用性較差。臨床應(yīng)用過程中,舌象采集的最佳環(huán)境仍是自然光[4]。自然光條件下使用國際色彩聯(lián)盟(ICC)提出的數(shù)碼相機(jī)圖像校正方法進(jìn)行舌色色塊校正研究具有較好的校正效果[5]。有研究表明,晴天上午10 點鐘左右室內(nèi)(同一地點)光照充足,自然光線照度、色溫參數(shù)相對穩(wěn)定,一致性較好,可作為中醫(yī)望診光源環(huán)境設(shè)計的參考標(biāo)準(zhǔn) 。隨著研究的深入,越來越多的關(guān)于采集標(biāo)準(zhǔn)化的觀點被提出,相關(guān)的采集設(shè)備也不斷升級與成熟。

        本課題組分別在自然光和暗室條件下采集舌象,即分別采用了人工光源與自然光源,人工光源多與CCD 設(shè)備融為一體,如天津天堰等多家公司研制的數(shù)字化舌象采集儀,并對圖像進(jìn)行客觀量化數(shù)據(jù)分析;對于自然光源的選擇,基于文獻(xiàn)[3-6]研究成果,課題組對臨床患者舌圖像的采集多選擇在晴天上午9 -11 點自然光線下進(jìn)行。極少數(shù)情況下,直接采用了數(shù)碼相機(jī)的自帶閃光燈作為照射光源。相機(jī)分別采用尼康COOL P1950;佳能600D、500D、70D 等多款單反相機(jī),使閃光燈功能關(guān)閉,采用微距模式,多點自動聚焦,感光度為100,白平衡設(shè)置為日光或手動。拍攝的照片分辨率為1 600 ×1 200 以上。偶爾使用高分辨率的索尼、尼康等數(shù)碼自動相機(jī)。利用12 級別的灰度色標(biāo)和若干彩色色標(biāo)作為監(jiān)督色塊,將不同條件下獲取的舌象通過TRM 模型還原到標(biāo)準(zhǔn)條件下的色度值。

        2 舌象的預(yù)處理研究

        舌象的預(yù)處理對后續(xù)的定量工作有著至關(guān)重要的影響;陳海燕等[7]提出使用多個色彩通道動態(tài)選取閾值,再根據(jù)先驗的空間信息輔助判斷,最終分離舌苔舌質(zhì)的算法。通過與手工分離結(jié)果以及現(xiàn)有自動分離算法的比較,分析表明該算法在分離舌苔舌質(zhì)的準(zhǔn)確度以及處理速度上都有較好的效果。

        本課題組[8-10]利用舌象色調(diào)和亮度等多種顏色信息,實現(xiàn)了一種自適應(yīng)多閾值舌象分割算法。將舌象的顏色和空間位置特征相結(jié)合,利用貪心規(guī)則實現(xiàn)了舌象的提取,解決了其它算法不能提取有苔舌象的問題。并且在顏色空間利用模糊聚類方法實現(xiàn)了舌質(zhì)與舌苔的分離。該方法通過樣本加權(quán)有效提高了苔質(zhì)分離的速度,取得了較好的實驗效果(詳見圖1)。

        3 舌象的量化研究

        3.1 舌色的定量研究

        針對舌象彩色信息的處理,研究人員分別應(yīng)用了RGB 模型,YUV 模型,Lab 模型、YCrCb 模型和HSI 模型等多種顏色模型。王永剛等[11]將舌質(zhì)和舌苔的顏色識別問題分解為苔質(zhì)分離和顏色細(xì)分2步。結(jié)果表明,該方法簡單且操作性強,能夠有效地用于舌診客觀化。本課題組應(yīng)用多個顏色模型對舌象顏色進(jìn)行定量研究,利用CIELAB 顏色空間,分析數(shù)據(jù)庫中各類舌色(每類50 例)在顏色空間中的數(shù)據(jù)特征和分布特征,結(jié)果各類舌色特征分量的色度值區(qū)間如表1。

        表1 CIELAB 顏色空間舌色分布數(shù)據(jù)

        圖1 舌體自動分割

        本試驗比較了各類舌色與淡紅舌的色度學(xué)數(shù)據(jù):紅舌與淡紅舌比較,L* 小于淡紅舌、A* 大于淡紅舌、B* 小于淡紅舌,暗紅舌的L* 小于淡紅舌、A* 大于淡紅舌、B* 小于淡紅舌;淡暗舌與淡紅舌比較,L* 大于淡紅舌、A* 小于淡紅舌、B* 小于淡紅舌,紫暗舌的L* 小于淡紅舌、A* 小于淡紅舌、B*小于淡紅舌,淡白舌的L* 大于淡紅舌、A* 小于淡紅舌、B* 大于淡紅舌,絳舌的L* 小于淡紅舌、A*大于淡紅舌、B* 小于淡紅舌。淡白色L* 最大,表示亮度最大。絳舌A* 值最大,表明舌色顏色最紅。紫暗舌和絳舌B* 最小,表示藍(lán)色成分偏多,顏色偏紫。(A* 負(fù)值指示綠色而正值指示品紅,B* 負(fù)值指示藍(lán)色而正值指示黃色,L * = 0 生成黑色,而L* = 100 指示白色)。

        3.2 舌體歪斜的定量研究

        衛(wèi)保國等[12-13]采用一種新的確定對稱中軸線的方法,并結(jié)合嘴角定位,實現(xiàn)了舌體歪斜的自動定量分析;采用曲線擬合參數(shù)與曲線形狀胖瘦的關(guān)系,結(jié)合舌體的長寬比,實現(xiàn)了舌體胖瘦的自動定量分析。

        本課題組提出了一種具有自校正的舌象歪斜自動分析方法[14]。比較和分析了現(xiàn)有中軸提取方法,事實證明已知方法均不適用于舌象的中軸提取。設(shè)計了一種利用形態(tài)對稱分析提取中軸的算法,該算法具有自動校正舌根部位的邊界的能力,提高了中軸分析的準(zhǔn)確程度。提出了一種借助舌象的變異色調(diào)分量進(jìn)行嘴角分析的方法。在對比實驗中,該方法較原有方法有更高的準(zhǔn)確性,并且效率較原有方法更高。

        4 舌象與疾病相關(guān)性研究

        翁維良等[15]運用“中醫(yī)舌診專家系統(tǒng)”對照觀察了352 例血瘀證舌質(zhì)和218 例非血瘀證舌質(zhì)的改變,進(jìn)行了舌質(zhì)RGB 的量化觀測,認(rèn)為舌質(zhì)RGB 對血瘀證量化診斷具有重要參考價值。本課題組對69 例冠心病患者舌象進(jìn)行RGB 值特征分析,發(fā)現(xiàn)舌苔的RGB 值均多大于舌質(zhì);是因為整體舌苔亮度大于舌質(zhì),反映在HSI 空間就是舌苔I 值大于舌質(zhì)。由于被采集的冠心病患者舌質(zhì)顏色偏紫紅色,反映在RGB 色彩空間上R 值最大,G 值最小,和實驗所獲得數(shù)據(jù)相符(見圖2)。許家佗等[16]研究了基于圖像分析的亞健康狀態(tài)舌象顏色特征。本課題組不斷從臨床調(diào)查入手,對舌象與多臟腑病證的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行探究[17-19]。

        圖2 舌質(zhì)與舌苔RGB 均值、HSI 均值

        5 舌象與臨床數(shù)據(jù)融合研究

        課題組通過舌象與體質(zhì)關(guān)聯(lián)研究[20],探索性的研制了中醫(yī)體質(zhì)的臨床決策支持系統(tǒng),該系統(tǒng)由5 個模塊組成。分別是查詢模塊,調(diào)查結(jié)構(gòu)模塊,調(diào)查修改模塊,調(diào)查刪除模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。該屬性信息,體質(zhì)信息和舌象特征信息(其中舌象特征包括:舌色、舌形、舌態(tài)、舌下絡(luò)脈、舌苔厚薄、苔質(zhì)和苔色)是通過調(diào)查模塊進(jìn)行收集。測試者的體質(zhì)類型是通過計算機(jī)自動識別并與之對應(yīng)的選方用藥由計算機(jī)自動生成。通過具體的數(shù)據(jù)分析模塊,舌象特征與體質(zhì)類型間的特異性和敏感性關(guān)系數(shù)據(jù)可自動獲得。該系統(tǒng)的應(yīng)用與不斷改進(jìn),將有助于輔助中醫(yī)臨床診治。同時,課題組還研制了“基于XML的中醫(yī)動態(tài)結(jié)構(gòu)化電子病歷系統(tǒng)”[21]該系統(tǒng)的實現(xiàn)具有一定的前瞻性意義和臨床實用價值。

        綜上,多年來,筆者從舌象采集環(huán)境、舌體分割、舌質(zhì)和舌苔的分離、顏色量化以及其他舌體特征的識別、舌象與體質(zhì)、相關(guān)疾病的關(guān)聯(lián)研究等方面開展了探索性的研究。隨著研究的深入,將進(jìn)一步探究舌象與臨床證候之間的內(nèi)在聯(lián)系,使舌診研究建立在同步與動態(tài)的臨床調(diào)查、圖像分析的基礎(chǔ)上。

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