不同体重指数人群的中医舌象客观参数分析

李骁群 程翰林 陈婧 陈夷 张皓倩 覃庭威 赵瑞珍

体重指数(body mass index, BMI)是用于衡量体重是否符合正常标准的一项重要指标,正常范围为18.5～23.9 kg/m2,低于或超出这个范围即表现为消瘦、超重肥胖。BMI指数异常现象在我国人群中普遍存在,会对机体产生各种负面影响,如降低身体素质机能、增大心脑血管及各种代谢疾病的患病风险[1-2],因此尽早进行体质量状态的辨识变得尤为重要。中医学较早认识到不同体型人群的舌象特征存在差异[3],现代研究也表明体重指数与舌象存在一定的相关性,异常BMI人群舌色、舌苔特征通常不同[4]。舌诊作为中医临床诊断和辨证的重要依据,目前正不断向客观化和标准化的方向发展,越来越多的学者已经在舌象客观研究方面取得了较大进展。本研究以不同BMI指数的体检大学生为切入点,通过图像数据化技术提取消瘦、超重肥胖人群的舌象特征参数,分析各组舌象RGB、Lab及HSV参数差异,探讨BMI指数与舌象参数的相关性,以期为消瘦、超重肥胖人群的辨识和诊疗提供一定客观化依据[5-6]。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本课题的研究类型为横断面研究,采用整群抽样的方法选取2019年9月于北京中医药大学入学体检的大学生(包括研究生)作为研究对象,由经过统一培训的2名专业研究人员收集研究对象的年龄、性别、身高及体重等指标,计算BMI指数,BMI=体质量(kg)/身高(m)2。纳入标准:通过体检无严重器质性疾病、既往3个月无急慢性疾病者;年龄不低于18岁;对研究方案知情同意且能配合舌象拍摄者。排除标准:体检基本资料及指标不全者;因糖尿病、胃肠疾病、严重器质性病变、恶性肿瘤及其他急慢性代谢疾病引起的继发性消瘦和超重肥胖者;舌象拍摄过程中不配合者。最终纳入符合标准的体检者386例,年龄为18～22岁,平均年龄为(18.22±1.26)岁,其中男性175例,平均年龄为(18.24±1.08)岁,女性211例,平均年龄为(18.20±1.40)岁。本研究依托于上海中医药大学承担的国家重点研发计划—中医智能舌诊系统研发项目,为其子课题,经上海中医药大学附属曙光医院伦理委员会审查通过(批号:2018-626-55-01)。

1.2 分组标准

按照中国成人超重和肥胖诊断标准[7]将研究对象划分为3组:消瘦组(BMI<18.5 kg/m2),体重正常组(18.5≤BMI≤23.9 kg/m2),超重肥胖组(BMI≥24.0 kg/m2)。

1.3 舌象图像采集

本研究使用的舌象图片采集设备为国家重点研发计划—中医智能舌诊系统研发项目提供的TFDA-1型舌诊仪,由相机、标准光源箱、底座、曲面反光罩组成。其中标准光源色温为5000 K,显色指数为97;NIKON D40单镜头反光数码相机,手动自平衡,自动对焦,50 mm定焦。舌象采集时研究对象采用坐位,面部正对相机镜头及标准光源,下颌放于舌诊仪固定框上,自然放松地将舌伸出口外,研究对象尽量张口,从而较大程度地暴露舌体,并保持姿势3～5秒,由1名研究人员通过相机采集照片2～3张,每位研究对象保存1张舌象图用于舌象客观参数分析及舌象判读。拍摄前嘱体检者禁食有色食物,排除染苔等原因对舌象识别的影响。

1.4 舌象客观参数提取

采用“舌象数据采集”软件提取各组人群的舌象参数特征,包括舌色、苔质、苔色在RGB、Lab及HSV三种颜色空间中的9种特征参数值,每位研究对象导入1张舌象图用于舌象参数提取。首先点击“打开文件”将舌象图导入软件,通过图像分割得到舌体图像,然后进行舌体研究区域的选取。研究区域为舌尖、舌中、舌根、舌两边共5个区域,手动选择每个区域中心点作为研究点,舌体分区以中医诊断学舌面图为标准。研究点选取完毕后,点击“采集数据”通过本软件的MATLAB R2016a智能算法对5个研究点分别进行R(红色值)、G(绿色值)、B(蓝色值)、L(明度)、a(绿—红值)、b(蓝—黄值)、H(色调)、S(饱和度)、V(亮度)参数均值提取,输出舌色参数报告并以Excel格式保存,苔质及苔色参数的提取方式与舌色参数一致,软件操作界面见图1。MATLAB是一个包含大量数学运算算法的集合,它包括从最基本的函数到矩阵、特征向量、傅里叶变换的复杂函数,并且具有完备的图像处理功能,可以通过数学表达式运算实现数值结果的可视化。

图1 舌象数据采集操作示意图

RGB颜色空间由红色值(Red)、绿色值(Green)、蓝色值(Blue)构成,各颜色特征取值范围为[0,255],数值越高表示相应的颜色特征越明显。Lab颜色空间由明度(Luminosity)、绿—红值(a)、蓝—黄值(b)构成,明度取值范围为[0,100],数值越大表示色彩越明亮,反之越晦暗;绿—红值取值范围为[-128,127],负值为绿色,正值为红色,数值越大代表红色特征越明显;蓝—黄值取值范围为[-128,127],负值为蓝色,正值为黄色,数值越大代表黄色特征越明显。HSV颜色空间由色调(Hue)、饱和度(Saturation)、亮度(Value)构成,色调取值范围为[0,1),数值越小则红色特征越明显;饱和度取值范围为[0,1],数值越高表示颜色越深,反之越浅淡;亮度取值范围为[0,1],数值越高表示越明润,数值越低表示越暗淡。各颜色空间模型见图2～图4。

图2 RGB颜色空间模型

图3 Lab颜色空间模型

图4 HSV颜色空间模型

1.5 舌象判读

舌象特征由2名具有副主任及以上职称的中医师在自然光线下根据舌诊仪采集的舌象图进行判读,并将结果录入Excel表格,若判读存有异义,则由专家组和研究人员共同讨论确定。舌色、舌形、苔质及苔色特征参照《中医诊断学》中舌诊部分,具体分为淡白舌、淡红舌、红舌、绛舌、黯红舌、胖大舌、瘦舌、点刺舌、裂纹舌、齿痕舌、薄苔、厚苔、腻苔、剥苔、少苔、白苔、黄苔、黄白相兼苔等维度。

1.6 研究方法

观察各BMI分组人群的舌色、舌形、苔质及苔色特征,比较各组舌色、苔质及苔色RGB、Lab及HSV参数的差异,运用Spearman检验分析BMI指数与舌象参数的相关性。

1.7 统计学方法

2 结果

2.1 各BMI分组性别、年龄比较

本研究共纳入386例研究对象,其中消瘦组110例、体重正常组140例、超重肥胖组136例,三组研究对象性别、年龄相比差异无统计学意义(P>0.05),BMI指数相比差异有统计学意义(P<0.01),见表1。

表1 各组一般资料比较

2.2 舌象特征比较

舌色方面,消瘦组以红舌为主,体重正常组以淡红舌为主,超重肥胖组各异常舌色占比大致相当,以红舌、淡白舌、黯红舌为主;舌形方面,消瘦组以瘦舌为主,体重正常组以正常舌形为主,超重肥胖组以齿痕舌为主;苔质方面,消瘦组和超重肥胖组以厚苔为主,体重正常组以薄苔为主;苔色方面,3组苔色均以白苔为主。综上,消瘦组多见红舌、瘦舌、白厚苔,超重肥胖者组多见红舌、淡白舌、黯红舌、齿痕舌、白厚苔,体重正常组多见淡红舌、正常舌形、薄白苔。各组典型舌象见图5。结果见表2～5。

表2 舌色特征比较[例(%)]

表3 舌形特征比较[例(%)]

表4 苔质特征比较[例(%)]

表5 苔色特征比较[例(%)]

注:从左到右依次为超重肥胖组、体重正常组、消瘦组。图5 各组典型舌象图

2.3 舌象参数比较

3组间舌色R、a、S、V值差异有统计学意义(P<0.01),其中体重正常组舌色R、a、S值显著低于消瘦组、显著高于超重肥胖组(P<0.01),舌色V值显著大于其余2组(P<0.01);消瘦组舌色R、a、S值显著高于超重肥胖组(P<0.01)。3组间苔质L、a、V值差异有统计学意义(P<0.01),其中体重正常组苔质L、a、V值显著高于其余2组(P<0.01),消瘦组舌苔a、V值高于超重肥胖组(P<0.01)。3组间苔色参数差异无统计学意义(P>0.05)。见表6～表8。

表6 舌色参数比较

表7 苔质参数比较

表8 苔色参数比较

2.4 BMI指数与舌象参数相关性分析

Spearman相关性分析显示,BMI指数与舌色R、舌色a、舌色S、苔质a、苔质V值呈负相关(P<0.01),BMI越高则相应的舌象参数值越低。见表9。

表9 BMI与舌象参数的相关性

3 讨论

体重指数又称身体质量指数、体质指数,中国成人超重和肥胖诊断标准将BMI<18.5 kg/m2定义为消瘦,将BMI≥24.0 kg/m2定义为超重肥胖,二者均属于BMI异常状态,对机体健康均会造成不良影响[7]。研究表明,消瘦容易诱发免疫力低下、贫血、营养不良、月经紊乱等疾病[8];超重肥胖在我国的发病率急剧上升并逐步呈现出年轻化趋势,在大学生中的检出率高达31%[9],不仅会导致体型异常,同时也是高血压、代谢综合征、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病、慢性肾脏病及抑郁症等疾病的重要危险因素[10]。舌诊属于中医望诊的范畴,具有反应灵敏、客观准确、辨识方便的优势,为临床辨病辨证提供了重要的诊断依据,《临证验舌法》言:“凡内外杂证,亦无一不呈其形,著其色于舌……据舌以分脏腑、配主方……危急疑难之顷,往往症无可参,脉无可按,而惟以舌为凭。”随着人工智能技术的发展[11],图像数据化分析技术广泛应用在中医舌诊领域,促进了舌诊的客观化、标准化和规范化。

3.1 舌象特征结果分析

本研究观察了各BMI分组人群的舌象特征分布情况,发现体重正常组多见淡红舌、正常舌形、薄白苔,有较多临床研究[12-13]与本文结论一致。超重肥胖组舌象以红舌、淡白舌、黯红舌、齿痕舌、白厚苔为主[14]。消瘦组以红舌、瘦舌[15]、白厚苔居多。有研究显示超重肥胖人群黯红舌、齿痕舌、厚腻苔占比显著高于体重正常人群,消瘦人群以红绛舌、厚苔为主[16-17],与本文研究结论相似。

3.2 舌象参数结果分析

本研究应用图像数据化技术分析了不同BMI指数大学生的舌色、苔质、苔色参数,结果提示舌象参数显示的结果与本文舌象主观判读的结论基本一致,这表明将舌象客观参数应用于消瘦、超重肥胖人群的舌象特征研究中是可行的。

体重正常组舌色R、a、S值介于其余两组之间,提示该组舌色呈现为淡红色,舌色V值高于其余两组,提示体重正常组舌色更加明亮且润泽;苔质L、V值明显高于其余两组,提示体重正常组苔质明亮度高;a为绿—红值,而舌苔中无此颜色特征值,此处反映的应是舌面的颜色特征,a值的差异考虑受舌苔厚薄程度影响,舌苔越厚则舌面a值越低,因此苔质a值可间接反映舌苔厚薄,体重正常组苔质a值最高提示该组苔质薄。三组苔色参数相比显示无统计学意义,表明苔色差异不大,均以白苔为主。分析舌象参数结果可知体重正常组舌象多呈现为舌质淡红、明亮润泽、苔质薄、苔色白,这与中医学理论相契合。中医认为体重正常者气血调和,胃气充盛,徐灵胎在《舌鉴总论》中曰“舌乃心苗……舌故当舌地淡红,舌胎微白,而红必红润内充,白必胎微不厚……不滑不燥,斯为无病之舌”,傅松元在《舌胎统志》中亦言“舌为心之苗,其色当红,红不娇艳……必得淡红上有薄白之胎气”。

超重肥胖组舌色R、a、S值以及苔质L、a、V值较低,说明其舌质淡白、晦暗少泽、苔质厚,结合舌象主观判读的结果,超重肥胖组红舌、黯红舌和齿痕舌的出现频率也较高。超重肥胖为本虚标实之证,脾气亏虚为本,胃热、痰湿、瘀血为标。胃强脾弱,脾虚无力生化气血,血不荣舌致舌色浅淡而呈淡白舌,这与舌色R、a、S值偏低相符[18];脾胃运化失司,膏脂痰湿内停,故可见齿痕舌,白厚苔是由胃气兼夹痰湿秽浊上蒸于舌面所致,反映于苔质参数方面则L、a、V值较低;红舌多主热证,超重肥胖者胃热炽盛,体内热象已显故可见红舌;日久痰湿壅滞阻碍气机运行,气不行血,形成血瘀,可见舌色黯红。Hsu PC等[19]提取了2型糖尿病患者的BMI及舌象,并使用自动舌诊系统(ATDS)分析舌象特征,发现BMI越高则黯红舌、厚苔出现比例越高,舌体润泽程度越低。王露等[20]运用ZBOX-I型中医舌象数字化分析仪采集了2型糖尿病患者舌象,发现超重肥胖组舌苔燥、厚及腐腻指标显著高于正常组。

消瘦组舌色R、a、S值在三组中最高,苔质L、a、V值较体重正常组低,提示该组舌色红,苔质厚。元代朱丹溪提出“瘦人火多”“瘦人阴虚火热”的观点,认为消瘦人群多阴虚内热;叶天士指出:“形瘦肤干畏冷,由阴气走乎阳位,益气以培生阳,温摄以固下真”,认为消瘦人群也会出现阳气亏虚、气血不足。现代研究发现消瘦人群多为阴虚体质和阳虚体质,这与古代医家有关瘦人的论述相吻合[21-22]。消瘦人群阴虚内热,虚火上炎,故舌色鲜红,可见舌色红色特征R、a值及饱和度S值最高;阴虚日久,损及阳气,阳虚无力温化水液,痰浊内停,上蒸于舌面而致白厚苔,故舌苔L、a、V值较低。有研究发现,消瘦人群中红绛舌和舌色平均a值最高,认为消瘦组舌红色度最深,可与本研究的结果相印证[18]。也有学者使用舌脉象数字化采集分析仪提取消瘦儿童的舌象参数,发现消瘦儿童舌尖舌色R、G、B值显著高于正常儿童,可进一步印证本研究的结果[23]。

3.3 舌象客观化指标与BMI相关性结果分析

本研究表明,BMI指数与舌色R、舌色a、舌色S、苔质a、苔质V值均呈负相关,即BMI指数越大各舌象参数值越小,二者具有显著的相关性,这与金昕等[24]的研究结果大致相符。陈小愚[25]使用便携式舌诊仪采集并分析了超重肥胖糖尿病患者的舌象参数特征,认为舌象参数与BMI具有相关性,全舌质及舌边左L、b值,舌苔及舌边右b值均与BMI指数呈正相关。

近年来,舌诊客观化技术广泛应用于中医临床诊疗过程,通过量化中医舌诊信息,能够准确地描述舌象特征,提高舌诊的精确性和客观标准性,为中医临床辨证诊疗提供客观依据。本研究基于图像数据化技术分析了不同BMI指数大学生的舌象特征,发现消瘦、体重正常及超重肥胖人群的舌象参数存在明显差异,BMI指数与舌象参数具有显著相关性,其中舌色R、a、S值以及苔质a、V值可作为消瘦、超重肥胖人群与体重正常人群的鉴别点,这提示舌象参数用于消瘦、超重肥胖人群的辨识评价中是可行的,能为该人群的临床辨识和诊疗提供一定的客观化依据。本研究是消瘦及超重肥胖等异常BMI指数人群评估方法的一次客观化探索和尝试,尚存在一些不足,例如研究对象主要是以大学生为主,缺乏其他年龄段人群的舌象特征分析;同时并不是所有的舌象参数都存在差异性,有些舌象参数反映的结果并不能与临床舌象相对应。故在今后的研究中,需进一步增加样本量,纳入不同年龄段的研究对象从而构建出不同年龄结构的舌象库,进行大样本舌象特征分析,并进一步优化舌象客观参数,使其更加准确地与临床舌象相对应,以期将图像数据化分析技术更好地应用于中医舌诊中,为临床辨证与诊断提供更加准确的客观化依据。