中医舌诊方法及其意义

中医舌部图像的计算机辅助诊断方法研究

课题背景及研究意义

在中国上下五千年的历史长河中，中医可谓是最具中华特色的一颗明珠。但是随着西医的传入与人民受科学教育地提高且中医理论难懂，越来越多的人开始不信中医，要解决这个问题我们首先要弄懂中医的理论体系。中医的理论体系与长久以来中国古代人民对世界万物的认知——“天人合一”息息相关，通过观察中国古代人民认为世界万物包括人体运作都是遵循阴阳五行的规律的，如果人体的阴阳五行调和则身体健康否则就会出现各种疾病或不适症状。中医医师通过经验的积累和传承总结出了“望闻问切”四种诊断方法来辩证开方，治病救人。“望闻问切”指的就是观察病人体征表现、听病人描述病况、询问病史及其他相关症状的有无、切脉以查脉象这四种方法合起来了解病人的病情变化，从而判定病证，对症下药使人体达到阴阳调和而康复。对于中医来说明确不同病证的表现是宝贵的经验，对于这一点“望”诊即细致观察就发挥重要的作用。舌像被认为是能直观反映人体虚实，阴阳是否调和且明显表达出体内脏腑的病变情况的重要特征，因而舌诊是“望”诊的主要内容。

依据舌像诊断的历史十分悠久，早在甲骨文中就有“贞疾舌”的记载，且在《黄帝内经》和《伤寒论》等古典医籍中也有关于舌诊的记载[1]，十三世纪时已有舌诊专著《敖氏伤寒金镜录》问世，后十六世纪对辨舌验齿颇为重视的温病学派兴起，此时舌诊得到了前所未有的重视可见，舌诊在中医辨证方面的地位也越来越重要。舌象作为人体的重要辨证指标，不仅客观准确而且对于医生来说观察舌像也非常简单方便，通过观察舌像就可以判断人的正气是否旺盛、病变的深浅程度、湿邪之气侵袭的程度、病情的发展趋势[2]，并且能根据判断结果来确定治疗方案、指导处方用药。

在现阶段的临床舌诊中，对舌像的观察及以及诊断是由医生直接观察病人的舌头并且做出诊断开处方的，这需要医生能够快速作出准确的判断分析，要求很高但是对病人来说没有一些科学的指标仅仅通过医生的肉眼观察诊断得到结果的过程可信度很低，另外这样通过人肉眼观察到的舌象资料与临床诊断的过程和结果一般无法做到精确记录，这一点就给中医学交流活动带来不便，假若所有中医医师都是凭借经验治病，没有一些典型的舌像资料及科学支持的案例，中医舌诊就迟早会被淘汰。

随着计算机图像处理技术的发展，研究舌诊的客观化方法将成为接下来的研究热点，虽然当前还没有较完善较好的关于中医舌像的计算机辅助诊断方法，但是这对于推动中医舌诊的进一步发展、促进中医现代化进程具有十分重要的意义，也是舌诊乃至中医现代化进程中的必然趋势。

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中医舌部图像的计算机辅助诊断方法研究

1.2 舌诊的临床意义

中医理论认为舌与内脏的联系主要是通过经脉的询行来实现的，据《内经》记载：心、肝、脾、肾等脏及膀胱、三焦、胃等腑均通过经脉、经别或经筋与舌直接联系。至于肺、小肠、大肠、胆等，虽与舌无直接联系，但手足太阴相配，手足太阳相配，手足少阳相配，手足阳明相配，故肺、小肠、胆、大肠之经气，亦可间接通于舌。所以说，舌不仅是心之苗窍，脾之外候，而且是五脏六腑之外候。在生理上，脏腑的精气可通过经脉联系上达于舌，发挥其营养舌体并维持舌的正常功能活动。在病理上，脏腑的病变，也必须影响精气的变化而反映于舌[3]。

舌头的部位划分是遵循生物的部分与整体的缩影相似的规律，即舌头上部对应人身体上部分，舌头中部对应人身体中部分，舌头下部对应人身体上下部分，总结来说就是上以候上，中以候右，下以候下。在实际情况中，具体对舌体的划分法根据划分的依据分为三种：以脏腑分属诊舌部位、以三焦分属诊舌部位、以胃脘分属诊舌部位。本论文主要讨论以脏腑分属诊舌部位这种情况。 1.2.1 以脏腑分属诊舌部位

舌与脏腑关系密切。舌为心之苗，心气通于舌；舌为脾之外候，舌苔是胃气蒸化谷气上乘于舌面而生成，与脾胃运动功能相适应；肾藏精，在液为唾；脾在液为涎，均为津液组成部分，关系着舌体之润燥，反映脾肾的功能。总之，人体内部的脏腑虚实均可以反映于舌像的变化。

脏腑病变反映在舌上表现为：心、肺居于舌尖，脾胃居于舌中，肾居于舌根，舌边主肝胆，左边属肝，右边属胆。如下图1.1所示。

图 1.1 依据脏腑分属理论的舌面划分划

1.2.2 舌像变化对应的临床病症分析

临床上医师舌诊的过程是先观察舌质的颜色、形态，然后观察舌苔的苔质、苔色。舌质的性征反应了人体脏腑、气血以及津液的盛衰状况，舌苔的性征反映了病邪的寒热及邪正的消长。观察舌像时如有必要医师可以行刮舌与揩舌之法用此鉴别有根苔、无根苔及其是否染苔。

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在不同的环境下，舌像会产生生理性变异（调节），这种舌像的生理性改变是正常的，我们不应该将其算入病证表现中。舌像的生理性变异根据其形成原因分为四种：一是年龄原因；二是体质原因；三是性别原因；四是气候原因。临床上医师舌诊时往往会结合病人的其他病况来综合判断排除这种生理性变异所产生的影响，但计算计在进行舌像设备时并不了解病人的其他情况，所以本论文在研究的时候会尽量选取避开上述可能会产生影响因素的人群的舌部图像，要区分正常的生理性变异和非正常的病理性变异也是计算机辅助诊断的一个难点。

舌诊主要通过观察舌色、舌体的性质特征、舌态变化、舌苔苔质、苔色五个特征来进行辩证，因此临床上想对病证作出准确迅速的判断应对这五个特征的表现及变异性征及对应的原因应当十分了解。

舌色即为舌体的颜色，有淡白、淡红、红、绛红、青、紫六种颜色。淡白舌主气血两空、阳气虚衰，其舌色比正常舌色浅淡：白色偏多红色偏少则称为淡舌；若舌色白且全无血色则称之为枯白舌。淡红舌是一种健康的舌色，是气血调和的征象，见于正常人或者表征初起，其颜色淡红润泽，白里透红。红舌的舌色较淡红舌更红，舌色深红者称为绛红舌，红舌和绛红舌在临床上表征热斥血络，分为实热证和虚热证，前者苔黄燥或毛刺，多因血热亢盛，热入气分而舌红，热入营血而舌绛；后者苔少或者无苔，多因热病伤阴或阴虚火旺所致。青、紫舌的舌色淡兰为青，黑赤为紫，临床上主气血通行不畅：血瘀、寒极或者热极，舌青紫湿润，苔白而滑，多属阳虚阴盛，气血不畅之证；舌青紫深绛，苔少而干，多属热毒炽盛，深入营血之证；舌青紫而暗，有瘀斑点，多属淤血内阻，络脉瘀滞之证。

苔色即为舌苔的颜色，根据舌苔乘病邪性质的不同分为白、黄、黑、灰等不同颜色，苔色的变化临床上可单独出现也可以相兼出现，因此辩证的时候要和舌质的颜色与性质变化结合起来诊断。白色苔又分为薄白苔（苔色白可见舌体者）和白厚苔（苔色白不可见舌体），主表证和寒证，但淡红舌薄白苔是正常舌，需加以区分。黄苔分为淡黄苔、深黄苔和焦黄苔，主热证、里证。灰黑苔苔色有深灰和浅灰色，主里证，常见于里热证，也见于寒湿证。

舌体的形质特征有很多种，主要包括：荣枯、老嫩、胖瘦、点、刺、裂纹、齿痕等等；病理性舌态变化的特征需要观察舌头的动态变化，其包括：舌体痿软或强硬、歪斜、颤动、吐弄、短缩等。舌苔苔质即舌苔的质地形态也是重要的舌像特征，在计算机辅助诊断过程中，这主要是涉及到舌像的纹理特征，有舌苔的厚薄、腻腐、润燥、剥落等。除这些外，在临床上还要通过望舌下脉络对血瘀证进行辩证，络短色淡多气血不足，络粗色青紫则多血瘀证。

1.3 课题国内外研究现状及存在的问题

随着计算机图像处理技术的发展，设计一套以中医舌诊理论为指导，能够对舌象进行无创、定量和客观地分析的系统对中医舌诊的发展有着重要意义，这已经成为目

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前舌诊发展的热门方向。

根据翁维良和黄世敬发表的《中医舌诊客观化研究》中谈到中医研究院研究出来的中医专家舌诊系统，该系统全面完善了关于舌像的计算机辅助诊断的所有功能，从采集到诊断到指导处方用药到病史整理各种功能，文中对该舌诊系统介绍：“中国中医研究院西苑医院等运用计算机图像处理技术，结合中医舌诊相关理论研制出“中医舌诊专家系统”，实现了舌诊的定量分析。应用该系统对927例患者舌质舌苔定量观察，探讨舌诊定量变化规律，结果表明，各类舌质舌苔有相应的RGB数量特征；舌苔RGB值不仅与舌苔颜色密切相关，而且和舌苔的厚薄、腐腻等变化明显相关；舌苔面积百分数基本上反映了舌苔的覆盖面积。因此, 应用中医舌诊专家系统对舌质舌苔进行量化诊断, 可为中医辨证提供客观依据[4]。”

周越 ,沈利 ,杨杰发表的《基于图像处理的中医舌像特征分析方法》提出了对舌像分割及舌像颜色特征、纹理特征识别的方法，“应用了2D Gabor小波变换和色度信息较为精确地检测出舌体区域；提出了运用统计方法标定舌质和舌苔点以及确定其颜色的算法。舌苔的厚度通过色度信息和2D Gabor小波系数能量进行量化。分析了在不同相位时，有无舌纹情况下GWTE呈现出的不同特性，根据这一特点用不变矩描述了舌区域的GWTE，从而对舌纹的多少做出了定性的说明。实验表明, 提出的相关算法行之有效，得到了较好的结果[5]。”

卫保国等人在《中医舌苔腐腻分析算法的研究》一文中介绍了一张分析腐腻舌色算法：“首先将舌苔区分为固定大小的块，然后对各块进行分类，最后得到整幅图像的腐腻指数。舌苔块分类时，采用改进的子空间法分析纹理结构的疏密，并结合纹理粗糙度特征来表达颗粒的粗细。实验表明其分析结果正确率达到 83%，并且可以反映舌苔腐腻的程度[6]。”

尽管采用计算机分析技术实现舌诊客观化具有突出的优点，但是可以看到现有的研究成果还很初步，在舌图像的采集、舌图像的彩色失真、舌诊知识的模糊性、典型样本数量有限等主要问题的攻克上还存在一定的难度[7]。

1.4 论文的研究内容及结构

本论文是对中医舌像计算机辅助诊断方法的研究，主要是利用Matlab软件进行设计。本论文调研了现有的一些可以运用到舌诊客观化上的方法算法的研究后将计算机辅助诊断分为对舌像的分割处理，对舌像特征的提取与识别两大板块，这两大板块的功能的实现都应该具有自动化。客观化的特性。通过大量的文献阅读以及对本课题的研究现状有一定理解后，本文制定了能基本实现简单舌像的计算机辅助诊断功能的软件诊断流程，即导入舌像、舌体分割、舌像部分划分、特征识别、输出结果。整体流程如图2所示。

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图 1.2 舌像的计算机辅助诊断软件设计流程

本论文一共四章，第一章绪论阐述了课题的背景意义及本课题涉及到的一些核心背景知识介绍；第二章是舌像的自动分割，主要介绍了图像分割的概念方法，并阐述了本论文所用到的图像分割方法的原理及其实验结果；第三章是舌像特征识别，介绍了现有的对颜色特征和纹理特征两方面的识别方法，及本文所使用的对颜色特征识别的方法和实验效果；第四章总结与展望对本论文的研究成果进行了总结介绍、利弊分析，并且分析了该课题日后的发展形势。

（1）对舌像的自动分割处理：当临床上得到一副舌像并输入计算机时，这幅图往往是带有唇部、脸部等其他部位的图片，为了得到后续需要对其进行分析的舌像，我们需要对图片进行分割，本文采用的方法是通过色彩空间转换并基于阈值法的分割方法对舌像进行分割的。虽然本文的重点是对舌像的辅助诊断，但是分割是后续图像处理及特征提取与识别的先决条件，也是一个完整地舌诊客观化的系统中重要的第一步，因此本文对分割有一定的简单的介绍和研究。

（2）对舌像特征提取与识别：得到分割后的舌体图像后对舌体进行依据脏腑的五部分划分，然后对划分后的每部分舌像都进行特征识别，最后对该舌像进行综合判断。舌像特征主要包括舌色、舌体的性质特征、舌态变化、舌苔苔质、苔色五个方面，但由于目前的舌像的计算机辅助诊断方法中对舌色和苔色的提取与识别的研究比较成熟，因此本文的软件设计中特征识别的板块是对舌色和苔色进行识别，然后也会对纹理特征的识别方法的研究做一个简单介绍。

本论文的软件设计功能的实现就包括自动分割和颜色识别两大块，能做到输入一张图片后将图片中的舌体部分分割出来，然后对舌头的舌色苔色进行识别，输出识别结果，对临床上中医医师的诊断提供一个参考。

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