常用中医诊断装备检测原理与多源信息融合方法

王俊文

中国中医科学院中医基础理论研究所 智慧中医药研究中心，北京 100700

引言

传统中医讲究“四诊合参”，望、闻、问、切都是中医诊病以及传承的重要内容。古代中医没有现代检测技术，医生根据经验进行望、闻、问、切四诊合参来诊断和判断疗效。随着现代科学技术的发展，研究者希望通过仪器装备来帮助中医诊病，并客观地记录下过程中的信息。2019年10月，国务院《中共中央国务院关于促进中医药传承创新发展的意见》提到相关内容，调研中医诊断装备的检测原理，选择和提出合适的策略，促进现有装备的临床应用和新装备的研发，是国家中医药发展的重要需求。

中医诊断装备是指在中医理论指导下使用的仪器、装备、器具、材料及其他物品（包括所需软件），是应用现代科学技术和方法研发的医疗装备[1]。20世纪70年代起，国内就开始了中医脉诊、舌诊等诊法客观化、仪器化的研究，为中医装备辅助诊断奠定了重要基础[2]。目前我国生产中医诊断装备的企业一共14家，已拿到批件的上市产品包括舌面仪、脉象仪、红外仪、经络检测仪等。由于中医讲究整体观念，需要综合和集成各种诊法研究的新成果，将多源信息融合到一起，建立“更符合传统中医理论的模型”[3]。这是中医与信息技术等现代科技交叉融合，以及发展人工智能辅助诊断的基础。

1 常用中医诊断装备的检测原理

1.1 望诊仪

望而知之谓之神，与中医望诊对应的仪器装备包括舌面仪、目诊仪、步态分析仪等，舌诊、面诊、目诊等仪器检测原理多基于中医全息分区诊断理论，通过识别特定全息分区下的疾病特征来为疾病诊断提供参考。舌诊和目诊的诊断原理及全息分区如图1～2（示意图为为中医常识，图片来源于网络）所示。

图1 舌诊分区诊断原理示意图

图2 目诊分区诊断原理示意图

其中，舌象分析由于特征较为直观且共识度较高，受益于图像分割算法的快速发展，目前已经能自动提取齿痕、裂纹等多个特征。据内部数据，在正确拍摄、图片清晰的情况下，识别准确率能达到85%。舌象检测长期作为中医辨证客观依据，具有临床疗效评价价值[4-5]。

1.2 脉象检测

“脉象是手指切脉感知的脉搏形象”，费兆馥[6]根据临床和教学的经验，将脉诊的指感因素分解为以下检测要素，包括：脉位、脉宽、脉力、脉率、流利度、紧张度、均匀度、长度等。与舌象仪相比，脉象仪在原理等各方面差异较大，分别基于压力压强检测，以及光电、超声等不同的原理，采用不同种类的传感器来检测和展示脉象。

市面上已出现了各种各样的脉诊仪器，如BYS-14型四导脉象仪，YGJ医管家多功能辨证仪等，主要是采用的传感器不同。郑行一[7]研制的多维脉象检测仪通过在寸、关、尺的不同位点记录脉象信号来对脉象进行分析。Luo等[8]利用PVDF脉搏传感器开发了自动加压的三部脉象仪。Xue等[9]建立了五维非接触式光学计量脉搏信号获取系统，实现了实时10 fps震动模式观测。

1.3 红外仪

红外仪在中医领域应用发展较快，其检测原理是温度成像，根据中医全息理论对体表划分五脏六腑、十二条经络区域，然后对温度分布进行分析。研究发现，红外成像在疼痛及炎性疾病中应用较多[10-12]，尤其是对于膝关节骨性关节炎（Knee Osteoarthritis，KOA），红外检测具有一定的诊断价值[13]，这可能与中医辨证分型相关[14]，可作为疗效评价的有力工具[15-16]。

红外成像可能与经络相关[17]，且KOA属于中医痹症范畴，其诊断和治疗常用到经络原理，因此研究者可选择经络仪与红外仪配合进行局部检测，并与舌象和红外面部检测后的全身辨证一起组合使用，以提升整体诊断效能及多源信息合参辨证的效率。

1.4 经络仪

经络仪实现了对十二正经原穴及人体脏腑器官之“全息裸点”（如脚背内外侧敏感点等）等48个全息点的电阻值、电压值、电容值、温度值的变化进行采集。经络仪曾被用于鼻咽癌和鼻咽炎的鉴别诊断[18]。与经络仪检测原理相似的电阻抗成像技术在西医界也运用较多。

1.5 四诊仪

目前国内市场上除了单独的舌诊仪或者脉诊仪外，上海道生、天中依脉、芜湖圣美孚、通化海恩达等公司均推出了四诊仪，在形式上将望诊、脉诊和问诊的仪器集成到一起，并致力于将中医四诊数字化、客观化和智能化。但真正将舌诊图片、脉诊特征、以及问诊的文本等多源四诊信息融合处理，进行中医四诊合参并辅助智能诊断或决策，尚需要学术界在基础研究方面的突破。

2 多源信息融合智能算法研究现状及问题

中医四诊客观化信息采集技术以及相应的智能装备研究已经取得了比较大的进步，与人工智能技术结合是发展的必然趋势，尚有很多问题需要解决：多数算法立足于单一来源的信息，比如面诊、舌诊或者脉诊做出分析判断；大量的优秀前沿的深度学习方法由于客观化采集数据的缺乏而应用困难。这可能是由于智能装备的研发者主观上对于中医理论的整体观理解不够，也可能是因为缺乏标准、高质量、有标签的多源信息中医数据，导致对多源信息的综合处理[19]准确率不高。中医诊断学习样本的采集需要寻找合适的自动化方法，比如使用便携式装备等，以方便采集大数据训练样本，并促进中医四诊信息的客观化采集以及模拟传统中医四诊合参的思维模式。

多源信息融合本质上是一种数据分析或数据挖掘的技术，它将综合利用到多个模态之间的信息，挖掘其潜在联系[20]。该技术在中医领域的应用场景之一是四诊合参。牛欣及王忆勤团队[3,21-22]长期对数字化的四诊信息进行融合处理，研发和使用四诊合参辅助诊疗仪开展临床研究。温川飙团队[23]使用视音频通用装备实时采集中医临床四诊数据，同时利用大数据流式计算等完成动态数据处理功能，旨在开发新的中医辨证论治四诊辅助系统。

多源信息融合智能化算法也适用于健康管理，如健康管理大数据采集[24]及治未病研究[25]；尤其是有装备参与的健康状态辨识和对健康状态变化的监测，如李灿东团队开发了集成多种装备的中医太空养生舱用于中医健康状态辨识[26]。本团队之前也致力于将各种中医诊断及便携式装备链接到健康管理云平台，建立多源信息融合的智能健康检测系统，开发面向个体的小程序。

总体来说，中医诊断信息智能融合算法研究尚处于起步阶段，CNKI文献不足10篇[27]。要能真正实现中医的四诊合参，需建立海量四诊信息数据库，探讨适合中医辨证思维的四诊信息融合方法[3]。

3 解决策略：适合中医辨证思维的信息融合方法

目前，中医领域已有一定数量的中医诊断装备，从现有装备入手，将客观检测信息与原来由医生主观观察并文本化记录的四诊信息对比和融合分析，一方面为中医诊断、辨证和疗效评价增加客观化的检测指标，另一方面也为中医装备研究建立起适合医工交叉融合的工程学接口，见图3。

图3 中医多源信息融合方法

首先，中医工程领域本体的构建有助于信息融合。领域本体是对某一领域知识进行总结和推理的有效工具，它对特定领域信息整理出共同理解[28]，对交叉领域的信息融合有重要作用[29-30]。中医领域本体构建可以在辨证信息间形成结构化的连接[31]，多源信息融合框架基础上基于本体的元素相似度算法及融合规则研究[32]可为中医工程领域本体的建立和多源信息融合提供参考。

其次，在建立中医工程领域本体的基础上，基于人工智能技术，建立多模态信息自动标注平台，把来自装备的客观信息做符合中医理论的解读和标注；并通过以中医工程领域本体为核心的多源信息融合算法，综合利用主观四诊信息和多种装备信息，建立可以实现主客观信息高效合参的中医装备辅助诊断模型。可以健康人群或者特定疾病为例，以多种中医诊断装备为数据采集手段，对本构想所提出的多源信息融合模型进行验证。

4 总结

总之，现代中医装备能检测出越来越多的信息，四诊仪、红外仪、经络仪等装备的研发和应用，为中医诊断信息的客观化采集提供了基本的工具。本文建议从整体观念等符合中医特点的临床实际使用需求出发，让这些工具发挥其应有的作用。将主客观多源信息融合到一起，对采集的信号进行符合中医思维方式的解读，建立信息合参辅助诊断模型，更符合传统中医的整体观念；有望促进中医装备真正为中医医生诊断疾病、辨证分型或者疗效评价增加客观化的检测指标；同时，也便于中医积累客观化数据，为中医药疗效证据的研究提供客观工具，更有利于处理和分析未来不断增加的新装备不断产生的“大数据”。

未来，我们需要从中医理论体系的梳理和重构、信息采集、整合、分析模型的构建等多个维度开展基础性研究，从而促进中医诊疗装备的临床应用，为进一步的装备研发和改进奠定理论基础。