四診現(xiàn)代化研究原理與應用*

夏淑潔 ，周智慧 ，李佐飛 ，靖 媛 ，王 洋 ，李燦東 ，

（1.福建中醫(yī)藥大學證研究基地，福州 350122；2.福建省中醫(yī)健康狀態(tài)辨識重點實驗室，福州 350122；3.福建中醫(yī)藥大學李燦東岐黃學者工作室，福州 350122）

作為基礎理論與臨床實踐的重要橋梁，中醫(yī)診斷現(xiàn)代化是未來中醫(yī)發(fā)展的關鍵所在[1]。中醫(yī)診斷立足于整體觀念，望、聞、問、切分別從4個不同方面、不同途徑提供患者疾病相關信息，進而綜合分析以判斷疾病的機制，其特點是辨證論治[2]。然而，實際臨床中四診信息主要通過目測觀察、語言描述、主觀感受等獲得進而判斷病證，其診斷結果常伴有主觀性與模糊性，這成為限制中醫(yī)進一步發(fā)展的主要瓶頸。目前，基于計算機學、系統(tǒng)工程、數(shù)學物理等多學科交叉的研究思路為中醫(yī)四診現(xiàn)代化發(fā)展提供了強大的理論與技術支撐，以使中醫(yī)診斷盡可能擺脫主觀因素干擾，從而提高辨證準確率[3]。文章以中醫(yī)理論為基礎，從四診現(xiàn)代化研究原理、技術及應用等方面，系統(tǒng)剖析四診現(xiàn)代化研究現(xiàn)狀，以期為中醫(yī)診斷現(xiàn)代化發(fā)展提供理論與方法依據(jù)。

1 “望而知之謂之神”

中醫(yī)學四診中，望診居于“神圣工巧”之首，《醫(yī)門法律》曰：“凡診病不知察色之要，如舟子不識風汛，動罹復溺，魯莽粗疏，醫(yī)之過也?！睆娬{行醫(yī)過程中應重視望診。中醫(yī)認為，人體是一個有機整體，人體的外部，尤其是面部、舌體等與臟腑的關系密切，局部的病變可影響到全身，而體內(nèi)氣血、臟腑、經(jīng)絡等的病理變化，必然會在其體表相應的部位反映出來，正如《靈樞·本臟》言：“視其外應，以知其內(nèi)臟，則知所病矣?！币蛑嗅t(yī)望診易受醫(yī)生經(jīng)驗及環(huán)境影響，可能會出現(xiàn)較大差異，這給臨床、科研等帶來諸多不便。目前，隨著信息技術的發(fā)展，望診現(xiàn)代化研究在望診信息的客觀采集方面已取得相應進展，主要集中于面診和舌診研究[4-5]。

1.1 面診現(xiàn)代研究與應用 皮膚的光澤是臟腑精氣盛衰的表現(xiàn)，《四診抉微》云：“夫氣由臟發(fā)，色隨氣華。”正常人的面色應該是紅黃隱隱，明潤含蓄；當有疾病時，面部皮膚光澤發(fā)生變化，呈現(xiàn)某種病色，如“青黑為痛，黃赤為熱……”此外，《素問·刺熱》認為各個臟腑在面部具有相對應的部分，“肝熱病者，左頰先赤色；心熱病者，顏先赤……”通過望面色不僅可以了解機體的健康狀況，還可更深入地了解疾病臟腑病位等信息。

面診現(xiàn)代化研究主要技術有光學技術、光電容積技術以及數(shù)碼相機拍攝結合圖像處理與智能模式識別等技術，涉及內(nèi)容包括：采集環(huán)境設置、面部區(qū)域定位與分割、面部特征提取與識別等方面。鄭冬梅等[6]將圖像采集系統(tǒng)制作為箱體式上下結構，并用色溫5 500 K的氙燈模擬日光光源，可有效避免光線反射不均現(xiàn)象。除采用光學技術外，也有學者通過光電原理轉化探索人體生理病理狀態(tài)的差異。胡志希等[7]用無創(chuàng)性GD-3型光電血流容積儀，測量面部不同部位血流容積值及3類偏色的血流容積，發(fā)現(xiàn)光電血流容積值能較為準確地反映循環(huán)系統(tǒng)的功能狀態(tài)。在特征處理方面，陳夢竹等[8]采用橢圓膚色模型和主動外觀模型算法對面部皮膚進行感興趣區(qū)域分割，并基于紅綠藍色彩模式（RGB）空間、六角錐體模型（HSV）空間及局部二值模式（LBP）特征等對各區(qū)域進行顏色與紋理特征提取，該方法面色識別率可達89.08%。

1.2 舌診現(xiàn)代研究與應用 在疾病的發(fā)展過程中，舌象的變化往往比較明顯，故舌診在望診中具有舉足輕重的地位。《筆花醫(yī)鏡·望舌色》云：“舌者心之竅，凡病具現(xiàn)于舌，能辨其色，證自顯然?！薄夺t(yī)門棒喝》記載：“觀舌本，可驗其陰陽虛實；審苔垢，即知其邪之寒熱淺深也。”強調通過全面觀察舌質、舌苔，便可推測其發(fā)病的性質。

舌診現(xiàn)代化研究主要包括舌象圖片采集、舌象特征處理（如色彩校正、舌體分割、苔質分離）以及舌象特征識別（舌色苔色顏色識別、舌質苔質特征識別、舌形舌態(tài)特征識別）等。張冬等[9]利用高光譜圖像技術采集舌象，與以往數(shù)碼相機相比，前者可同時采集幾百個不同光譜波段（包括可見光和不可見光）下的成像信息，極大程度地豐富了舌象信息。唐俊安等[10]利用snake模型對于小區(qū)域分割的高準確度優(yōu)勢分割舌象，并基于RGB顏色空間下通過對“濕寒證”和“濕熱證”2種舌象的檢測與對比，結果表明此模型對病證的檢測效果良好。此外，亦有將舌診儀檢測結果與病證關聯(lián)進行研究。付晶晶等[11]采用TP-1型中醫(yī)舌脈象分析儀研究發(fā)現(xiàn)了不同證型的慢性胃炎患者與其相對應的舌象參數(shù)，可為慢性胃炎中醫(yī)證候臨床診斷提供客觀依據(jù)。

可見，望診系統(tǒng)主要由圖像采集系統(tǒng)和特征處理系統(tǒng)構成，通過計算機數(shù)字圖像處理和模式識別等方法，從而對面色、面部光澤、舌色、舌苔等特征進行分析。目前，舌、面采集設備光源的種類、參數(shù)等具有多樣性，并沒有公認的最佳標準。此外，針對面部五臟反射區(qū)域分割、舌象的動態(tài)形態(tài)等研究尚處于較基礎階段，未能很好從根本上解決中醫(yī)內(nèi)在辨證論治原理的描述，故仍有待進一步探究。

2 “聞而知之謂之圣”

聞診為四診之一，亦受歷代醫(yī)家的重視，《周禮·天官》記載：“以五氣、五聲、五色視其生死?！薄饵S帝內(nèi)經(jīng)》中更明確了聞診的主要內(nèi)容：“視喘息，聽音聲，而知所苦?！薄墩f文解字》云：“知聞也。從耳門聲。”“聞”原指聽聲音之意，而現(xiàn)代漢語中“聞”有幾種含義，《辭?！吩疲骸捌湟恢嘎牰闷渎?；其二指知識也；其三指傳知也，其四指鼻嗅……”故聞診現(xiàn)主要包括“聽聲音”和“嗅氣味”兩方面內(nèi)容，即醫(yī)者通過聞聲、嗅味，以了解人體臟腑的生理和病理變化，從而為疾病辨證論治提供依據(jù)。然而，在現(xiàn)今的中醫(yī)臨床診療中，由于聽覺認知因人而異或年紀大的醫(yī)生聽力減退等種種原因，聞診往往未被重視，使其之“圣”不得發(fā)揮，故需要在現(xiàn)代化研究中進一步加強與完善。

2.1 聲診現(xiàn)代研究與應用 《素問·陰陽應象大論》提出以五音“宮、商、角、徵、羽”，五聲“呼、笑、歌、哭、呻”，與五臟“肝、心、脾、肺、腎”相對應的理論?！端脑\抉微·聞診》中亦記載：“脾應宮，其聲慢以緩；肺應商，其聲促以清……”說明五臟所主之音存在差異，音色表現(xiàn)上各有特征?！夺t(yī)宗金鑒·傷寒心法要訣》：“言語心主之也，心氣實熱而神有余，則發(fā)譫語。譫語為實，故聲長而壯……鄭聲為虛，故音短而細。”以上均為通過患者發(fā)音，辨五臟之病，辨陰陽虛實提供依據(jù)。

語音的實質是振動，振動中含有信息、能量等特征，可反映語音特性[12]。當今中醫(yī)聲診客觀化研究，主要借助于計算機學、物理學、空氣動力學等現(xiàn)代科學技術，實現(xiàn)對患者語音的高低、強弱、清濁等特征分析以判斷病證。郭佳等[13]通過加頻率固定、聲強固定的參考音，利用聲強校準原理，將人的語音歸一化到同一位置的聲音幅度值，從而消除傳統(tǒng)聽診因距離和發(fā)音角度變化帶來的信號不確定性。胡贛[14]使用隱馬爾可夫模型、深度學習分類法等分析線譜對參數(shù)、線性預測倒譜系數(shù)等聲音信號，通過特征互補提高聲音參數(shù)識別不同證型的能力。董偉等[15]分析不同頻段的能量和熵值特征數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)慢性咽炎各證型組間的能量和熵值特征在較多頻段存在差異，這對本病中醫(yī)證型的辨別提供客觀參考依據(jù)。此外，聲診研究對象除語音外，尚有咳嗽、呼吸等語言內(nèi)容，如魯法庭等[16]提出通過將咳嗽聲時間、頻率與強度制成三維聲譜圖，然后根據(jù)聲音屬性的物理量探索疾病不同證型咳嗽聲音的特征。

2.2 嗅診現(xiàn)代研究與應用 嗅診主要是通過嗅覺器官感受病體發(fā)出的異常氣味、排出物及病室等的氣味特點[2]?！段烈呙鞅妗け鏆狻酚涊d：“瘟疫氣從中蒸達于外，病即有臭氣觸人，輕則盈于床帳，重則蒸然一室……”《形色外診簡摩·嗅法》記載：“口氣重者，胃熱盛也……汗出黏稠，有腥膻氣或色黃者，風濕久蘊于皮膚……小兒糞有酸氣者，停滯也?！笨梢?，不同病證，人體及其排泄物往往會產(chǎn)生不同的氣味。

氣味的本質是氣體所含分子作用于受體產(chǎn)生物理振動或化學刺激的過程[17-18]。氣味的特征可以借助于直接頂空分析、紅外光譜法、氣相-液相色譜等分析方法進行研究。目前，嗅診現(xiàn)代化研究主要集中在電子鼻的研發(fā)。電子鼻是一種對氣體具有高度交叉敏感性的智能設備，主要由氣體采集器、氣體傳感器陣列和信號處理系統(tǒng)3部分組成[19]。西醫(yī)領域的應用主要涉及肺部疾病、糖尿病、細菌感染等疾病的檢測。中醫(yī)領域中，李燦東教授團隊研制的第3代薄膜型陣列式氣體傳感器的醫(yī)用電子鼻（EN011103-A），通過氣體傳感器陣列收集氣味信號，提取氣味圖譜響應曲線的振幅和斜率等作為客觀的特征參數(shù)[20]。林雪娟等[21]將電子鼻應用在慢性胃炎不同病位的研究中，通過對比慢性胃炎患者和健康者的氣味圖譜特征，初步判斷慢性胃炎常見病位間的氣味差異。

可見，聲診儀與電子鼻的研制，在促進聞診的客觀化發(fā)展在臨床的研究應用顯得極其重要。但目前嗅診較聲診相比更難量化，尚無較多臨床運用研究報道，但隨著科技進步，利用傳感器與機器學習等技術，豐富氣味識別特征，建立完整氣味圖譜，在此基礎上組建不同疾病、不同證型氣味特征的數(shù)據(jù)庫，可為全面、客觀、辨證提供參考，其應用前景良好。

3 “問而知之謂之工”

問診在四診中占有重要地位，被視為“診病之要領，臨證之首務”?！端貑枴ふ魉氖д摗氛f：“診病不問其始，憂患飲食之失節(jié)，起居之過度，或傷于毒，不先言此，卒持寸口，何病能中?！焙笫泪t(yī)家在長期的醫(yī)療實踐中不斷補充、完善，《景岳全書》中立專篇“十問篇”加以論述，受到了廣泛認可。實際臨床中，問診的范圍較廣，可涉及患者的一般情況、主訴、現(xiàn)病史、既往史、個人生活史、家族史等。因此，問診是了解患者病情，診察疾病的重要方法，而問診采集信息的多少因人而異?！峨y經(jīng)》謂：“問而知之謂之工?！彪m曰工，更是一門技術，面對繁多的問診內(nèi)容，問診的效率、針對性、真實性等都是亟需在問診客觀化上努力實現(xiàn)的。

3.1 問診量表研制與應用 為進一步滿足臨床、科研的需要，不少學者以傳統(tǒng)中醫(yī)癥狀量化為基礎，借鑒現(xiàn)代醫(yī)學和心理學中針對主觀癥狀的量化分級方法，在中醫(yī)癥狀的量化表達方面進行了許多嘗試，用于收集癥狀、規(guī)范辨證及療效評價等[22-23]。中醫(yī)證候量表研制方法主要結合統(tǒng)計學與數(shù)據(jù)挖掘等方法，其中流行病學調查法、德爾菲專家咨詢法、文獻法等主要用于條目設計方面；因子分析、隱變量分析、結構方程模型等被應用于中醫(yī)量表研制中證候的量化方面。

目前，中醫(yī)問診?？屏勘淼难兄?，主要體現(xiàn)在心系和脾系[24-25]，分別從飲食、睡眠、寒熱、汗、頭身胸腹、二便、情緒等多個方面進行問診信息系統(tǒng)采集。近年來，患者報告結局（PRO）量表分別從心理、功能、軀體感受等不同維度，通過標準化的問卷收集患者填寫的信息，尤其在中醫(yī)療效評價方面發(fā)揮重要作用。陳潔等[26]在中醫(yī)“心主血脈”理論指導下，建立了含有63個條目的預調查量表，通過數(shù)據(jù)挖掘結合專家意見，制定出了中醫(yī)心系疾病PRO量表。黃松珉等[27]研制膝骨關節(jié)炎PRO量表，發(fā)現(xiàn)該量表具有良好的適應性和較高的信度、效度與反應度，適用于所有膝骨關節(jié)炎不同證候的評價。韓芳等[28]采用PRO評價量表，對偏頭痛從4個不同維度進行綜合評價，從而反應中藥干預效果。

3.2 問診模型構建與應用 而在量表制作完善的基礎上，結合現(xiàn)代計算機技術，可進一步研制問診信息采集系統(tǒng)，以實現(xiàn)問診信息的完整、規(guī)范及數(shù)字化。早在20世紀70年代，開始有學者探索將人工智能技術應用于中醫(yī)問診領域[29]，當今隨著機器學習、深度學習等的快速發(fā)展，越來越的研究者開始關注問診模型的研究。

王立文[30]以慢性胃炎患者中醫(yī)問診數(shù)據(jù)為研究樣本，使用多標記學習、深度學習等方法解決了臨床上疾病患者證候兼夾問題，促進中醫(yī)證候診斷客觀化、數(shù)字化研究。梁建慶等[31]以“人機結合，以人為主”方法，探索病證問診與數(shù)據(jù)挖掘結合，用數(shù)據(jù)挖掘的方法對帕金森病的中醫(yī)證型以及癥狀進行了研究，并進一步客觀化、規(guī)范化了帕金森病患者的中醫(yī)問診內(nèi)容。劉國萍等[32]根據(jù)確定的心系問診量表，結合計算機技術，研制了心系問診采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)臨床測試及用戶測評，顯示其界面友好，性能穩(wěn)定，基本實現(xiàn)了中醫(yī)心系問診信息采集的規(guī)范化、程序化及數(shù)字化。

因中醫(yī)問診在臨床中越來越趨于簡單化，往往流于形式，這一定程度上限制了中醫(yī)發(fā)展。傳統(tǒng)問診還是耳聞口述，這受醫(yī)患雙方的主觀因素影響最大。故制定規(guī)范的問診量表與客觀的問診模型將具有重要意義，而在這過程中應注重立足中醫(yī)基礎理論、?？萍膊〉奶攸c、患者自身評價以及中醫(yī)術語的規(guī)范運用等。

4 “切脈而知之謂之巧”

切診是中醫(yī)最有特色的診察方法之一，是醫(yī)生用手指或手掌對患者的某些部位進行觸、摸、按、壓，從而診察疾病的方法[2]。《靈樞·刺節(jié)真邪》曰：“凡用針者，必先察其經(jīng)絡之實虛，切而循之，按而彈之，視其應動者，乃后取之而下之?！惫是性\的起源與發(fā)展，與經(jīng)絡學說密切相關。而在循經(jīng)切按以診病的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了經(jīng)脈循行處淺表動脈的異常搏動，可以來候氣血虛實、臟腑盛衰等病情?！端貑枴と烤藕蛘摗穭t診察上、中、下3部有關的動脈，以判斷病情，《難經(jīng)》提出“獨取寸口”。切診作為中醫(yī)四診之一，在獲取健康與疾病相關信息方面，有著十分重要的作用，正如《難經(jīng)·六十一難》所說：“切脈而知之謂之巧?！?/p>

4.1 脈診現(xiàn)代研究與應用 中醫(yī)學認為，人體的血脈貫通全身，內(nèi)連臟腑，外達肌表，心主血脈，脈為血府，《靈樞·決氣》說：“壅遏營氣，令無所避，是謂脈?！毙牡年枤馔苿託庋\行于脈管中，周流全身。因此，脈象能夠反映全身臟腑功能、氣血陰陽的綜合信息。然而，脈診自古有“心中了了，指下難明”，可見相比于其他診法，脈診顯得更難以把握。然而，由于脈診在中醫(yī)四診中不可替代的地位，從古至今，對其研究層出不窮。

目前，脈診現(xiàn)代化研究主要集中脈診儀的研制，各種脈診儀主要區(qū)別在于傳感器類別及其探頭分布與組合方式[33]。傳感器關系脈象信息獲取的質量，是脈象儀的關鍵硬件。用于脈象采集的傳感器按工作原理分為壓力式傳感器、光電式傳感器、超聲多普勒式傳感器、網(wǎng)格圖像法傳感器等。其中，壓力傳感器因與中醫(yī)“浮、中、沉”取脈原理相符，目前最常用。如張西洋[34]設計了穿戴式脈象儀，采用壓阻式傳感器來提取脈象信號，并可模擬中醫(yī)“浮、中、沉”的切脈手法。丁姝等[35]應用基于手機腕帶充氣式智能脈診系統(tǒng)對脾虛泄瀉虛脈患者檢測，發(fā)現(xiàn)“浮、中、沉”3 個脈位虛脈 P1、P、P2、H1（y）、-H1（y）參數(shù)均小于平脈組（P＜0.05）。此外，在傳感器探頭方面，脈診單探頭正朝著多探頭發(fā)展。郭思嘉[36]根據(jù)手指生理結構建立手指診脈有限元模型，并基于仿真脈診觸覺機制為智能化多探頭脈診儀的設計提供數(shù)據(jù)和模型支撐，最終設計出三探頭高精密脈診儀。周侃恒[37]制作的新型三通道自動加壓脈象儀，可滿足中醫(yī)“三部九候”脈象采集要求，該新型三通道自加壓脈象儀各項技術指標均符合設計要求。將脈象特點與疾病進行關聯(lián)分析，郭睿等[38]發(fā)現(xiàn)冠心病患者脈象非線性動力學特征遞歸率（RR）和誘捕時間（TT）鑒別頸動脈斑塊的診斷價值較好，脈圖可為評估冠心病患者頸動脈粥樣硬化的發(fā)展程度提供參考依據(jù)。

4.2 經(jīng)絡切診現(xiàn)代研究與應用 人體的五臟六腑、四肢九竅通過經(jīng)絡系統(tǒng)聯(lián)屬而形成一個有機整體，正如《靈樞·海論》所云：“夫十二經(jīng)脈者，內(nèi)屬于府藏，外絡于支節(jié)?！碑敊C體內(nèi)部發(fā)生病變時，可在相應的經(jīng)絡上出現(xiàn)各種異常反應。《靈樞·九針十二原》：“五臟有疾也，應出十二原。而原各有所出，明知其原，睹其應，而知五臟之害矣?！被诖?，醫(yī)生可通過診察體表相關經(jīng)絡、腧穴的異常變化對機體內(nèi)部的疾病進行診斷。

目前，在經(jīng)絡切診方面的現(xiàn)代化研究主要集中在穴位儀的研發(fā)與應用方面，其原理為借助于電阻測量等技術，根據(jù)經(jīng)穴和非經(jīng)穴之間電阻的差異進行穴位的探測，從而進行穴位識別[39]。20世紀50年代，日本中古義雄[40]利用直流式兩極電阻測定儀首次發(fā)現(xiàn)人體體表存在電阻小、電流容易通過的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與經(jīng)絡系統(tǒng)的形態(tài)相似，還發(fā)現(xiàn)人體經(jīng)穴處電阻比穴位周邊皮膚電阻低，這引起了世界各國非常多學者的關注。而傳統(tǒng)兩極電阻測量儀多使用直流電源，存在使蛋白質變性，電流分布不均勻、會對測試者造成痛感等不足，一定程度上影響阻值的測定。針對兩極電阻測量儀的不足，楊威生等[41]研制了可探測穴位皮膚下2 mm處區(qū)域的四電極探測儀，使用的是5 000 Hz正弦交流電，其對人體無刺激作用。席強等[42]設計人體經(jīng)穴阻抗動態(tài)經(jīng)絡監(jiān)測系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)絡穴位處的交直流電阻都具有較周圍皮膚阻抗低的特性，并明確人體經(jīng)穴阻抗在低中頻范圍內(nèi)響應規(guī)律。

由于切診是一種偏重于感覺的診斷方法，目前切診傳承相對欠缺，因而挖掘、總結及傳承現(xiàn)代名老中醫(yī)或民間老中醫(yī)的切脈經(jīng)驗尤為重要。此外，切診在測量過程中各影響因素較多，難以將各種儀器的影響因素控制在相對統(tǒng)一的標準，如何更好、更準確地用機器模擬切脈，這是提高切診客觀化研究的關鍵問題。

5 小結

綜上可見，中醫(yī)四診圍繞客觀、規(guī)范、量化的目標從多途徑、多學科開展了現(xiàn)代化研究，尤其在人工智能時代來臨的今天，中醫(yī)診斷過程中多維性、模糊性、主觀性等問題將有望理想解決，從而促進中醫(yī)診斷的標準體系的建立。但目前也存在著種種問題，首先，因四診現(xiàn)代研究上尚處于探索階段，各部分指標尚未建立統(tǒng)一標準與準確描述，如面色有神、少神、失神該如何客觀鑒定，并將各參數(shù)與中醫(yī)辨證原理相切合。其次，望、聞、問、切是從4個不同方面體現(xiàn)疾病的特點，目前四診客觀化研究主要集中于某部分的探究，未十分重視四診合參，如何立足整體觀念，客觀準確地實現(xiàn)四診合參亦是亟待解決的關鍵問題。再者，中醫(yī)診斷現(xiàn)代化研究已開展多年，研制了一系列產(chǎn)品，然而目前臨床中醫(yī)仍是保持傳統(tǒng)看病模式，四診現(xiàn)代化研究的臨床實際應用與轉化問題也值反思。最后，人體是一個復雜的巨系統(tǒng)，證的內(nèi)涵也在不斷地豐富，單一層面的分析或者簡單線性分析難以概括其全部的生命特征，如何將四診采集的癥狀、體征信息與機體的微觀指標結合來進行全面系統(tǒng)的中醫(yī)診斷值得深入探索。