资料来源：王忆勤. 中医诊断技术发展及四诊信息融合研究. 上海中医药大学学报，2019，33（1）：1-7

【摘 要】 近20余年来，中医诊断技术取得了突破性进展，在舌诊、面诊、声诊、嗅诊、问诊、脉诊客观化信息采集设备和数据处理软件方面成果丰硕，并开展了相应的临床研究，但在诊断技术及指标的规范化方面尚处于起步阶段，目前仅出台舌诊仪相关国际标准 1 项、中医脉诊压力传感器国际标准 1 项。随着计算机信息处理技术在中医领域的深入渗透，模式识别方法在四诊信息融合中得到应用和发展，四诊合参辅助诊疗及中医四诊检测系统的研发，建立了更适合中医思维的辨证模型和人工智能识别平台； 未来，借助物联网技术、云平台技术、可穿戴技术，四诊信息采集设备必将向小型化、可穿戴式发展，并可研发中医诊疗机器人，以期在中医临床及各级医疗平台、慢性病管理、健康风险评估等方面发挥更大的作用。

“中医诊断学”是在中医基础理论指导下，研究如何诊察病情、辨别病证的基本理论、基本知识和基本技能的一门学科。中医诊断的基本原则为整体审察、诊法合参、病证结合，但随着科学技术的发展，传统中医诊断已经不能仅仅局限于主观感觉的望、闻、问、切，更需要与现代科技发展相匹配的手段。近 20 余年来，许多学者在中医诊断客观化、规范化以及标准化方面做了大量工作，并在舌象、脉象等信息采集设备、数据处理软件以及临床评价方面取得了突破性进展； 同时，包括笔者在内，开展了四诊信息融合辨证模型及中医四诊检测系统的研发。可以肯定的是，大部分诊断技术的研究既强调现代科研思想和方法的引进，又注重保持和发扬中医学的理论体系和特色； 但在标准化、规范化方面尚处于起步阶段，在四诊信息融合研究及中医诊断智能平台研发方面尚需加强。

1  中医诊断技术发展

1.1  舌诊研究  舌诊在临床运用广泛、备受重视。随着图像采集设备和计算机技术的发展，舌诊仪的研究有很大进展。由于舌象图像质量的优劣会直接影响后续的数据分析，因此舌诊采集平台的研发及优化是舌诊客观化研究的前提。该平台由采集设备和光照环境设计两方面组成。采集设备的固定装置多相对封闭，如采用箱体、积分球式箱体、黑幕布摄影棚等；采集设备有相机、数码摄像机、数码单反相机、高清摄像头，采集设备逐步从数码相机发展为摄像头拍摄，采集的图像从静态单帧逐渐到动态多帧图像发展[1-3]。光照环境设计主要考虑光源及布光，常用的人工光源有荧光光源、卤钨灯、发光二极管[4-6]；布光设计主要遵循国际照明协会推荐的 4 种测色标准照明和观察条件，即 45°/垂直（45 /0）、垂直/45°（0/45）、垂直/漫射（O/d）、漫射/垂直（d /O）。

舌诊软件研究主要是舌象特征处理系统，包括预处理（色彩校正、舌体分割、苔质分离）及舌象特征识别（舌色苔色颜色识别、舌质苔质特征识别、舌形舌态特征识别） 两方面。舌图像分析常用的颜色模型有RGB 模型、HSV 模型、Lab 模型等。舌象特征研究多集中于舌体图像分割及颜色识别，舌形、舌态等研究较少，舌神未见研究报道。

在舌图像分析方面，沈兰荪等[7]提出一种基于灰度投影与刚性模板的舌体轮廓初始化方法，选用基于样条函数的 Snakes 模型对图像进行分割； 王永刚等[8]设计了基于 JSEG 算法和 k-NN 法的自动分离苔质的方法，并利用麦克斯韦颜色三角，建立舌色的分类标准。卫保国等[9]研究了曲线拟合参数与曲线形状胖瘦的关系，实现了舌体胖瘦的自动定量分析。谢涛[10]利用二分光反射模型以及润燥系数，对舌苔的润燥进行了识别与量化。夏雨[11]基于图像灰度差法研究了点刺舌、裂纹舌的识别。

舌诊仪已在中医药临床疗效评价、中医理等领域得到较广泛应用。如：杨琼等[12] 采用ZBOX-I型舌象数字化分析仪，观察了原发性肺癌患者舌象特征参数与生命质量的相关性；程悦蕾等[13]观察了肠益方治疗湿热蕴结型大肠癌术后患者舌象参数的变化。付晶晶等[14]采用 TP-1 型中医舌象仪分析慢性胃炎常见中医证候的舌象参数，发现不同中医证候的舌色苔色指数、舌体胖瘦指数、舌苔薄厚指数、腻苔指数存在显著性差异。可见，使用舌象仪采集舌象参数作为一种无创、简便的检测手段，可为临床疾病的中医证候诊断提供客观依据。

1.2 面诊研究  面诊主要通过望面部各部位的色泽、斑点等来判断整体及各相应内脏的健康状况。“色”是颜色，即色调变化；“泽”是光泽，即明亮度。人类的诸多感觉中，最先实现客观量化的就是颜色视觉。近年来，许多学者应用现代色度学和红外成像技术等对面部色诊的一些理论进行了阐释、证明。研发的仪器主要包括测色仪（ 如色差计、光电血管容积仪、红外热像仪器、显微分光光度计等）和基于中医诊断理论研发的面诊仪。李福凤等[15]研制了以环形发光二极管光源为照明光源的面诊采集暗箱； 因面诊仪与舌诊仪采集环境要求相似，宫爱民[2]研制了舌、面一体仪，并于 2010 年在上海世博会“未来城市馆”展示。

面诊软件分析包括面部图像预处理和面部特征识别。图像预处理主要包括面部图像与背景图像的分割、面部特征部位的定位（如额头、鼻部、右颊、左颊、下颌、目框及口唇）。蔡艺芳等[16]结合中医基础理论建立了面部二维坐标体系，提出对面部进行矩阵分区。面诊特征识别在面色、光泽方面的研究较多，眼神、色斑、唇色等方面的研究还处于起步阶段。李福凤等[17]运用 LDA、2DLDA 和 PLS 方法提取并分类判别面部光泽特征。李蕊玲[18]开展了眼神和肤色的研究，通过分析实验优化了眼睛边缘提取效果和瞳孔定位准确率。

早期，国内学者应用色差计、光谱仪、红外热像仪等对面部色诊理论进行了阐释。蔡光先[19]利用CP6R-1001DP 型携带式色差计，对面诊中的病理五色进行量化检测。田雪飞等[20]运用 MPV-Ⅱ型显微分光光度计，采集患者鼻尖部的色相，绘制光谱曲线图对脾病患者进行分析。刘金涛等[21]利用中医面诊检测仪对慢性肾炎患者的面色、光泽进行分析。宫爱民[2] 运用舌、面一体检测仪对上海地区1 000 余例健康正常人的四季面色进行客观测量和分析，验证“春青、夏赤、秋白、冬黑”面诊理论。《灵枢·五色》对面部分候脏腑的方法进行了系统阐释，但面部病理五色的定量检测及其与中医病证之间的关系尚待深入研究。

1.3 声诊研究  听声音是指听辨患者语声、语言、气息的高低、强弱、清浊、缓急变化以判断病证。采集声样并对其分析是闻诊的重要内容。声样采集一般选择在噪音低于30分贝的环境下，使用专用软件采集语音信号。林源等[22]运用电脑音频分析仪分析哮喘患者治疗前后发音改变的规律；高也陶[23]利用二十五音分析仪实时测定发音的频率，根据“五脏相音”理论，研究了健康人的二十五音规律；陈春凤等[24]建立了“中医声诊采集系统”。被研究的声样主要有非语音声样（咳嗽、呼吸、啼哭、呻吟等）、元音声样（a、i、o 等）、字句声样 3类。采用线性方法、非线性方法和小波包分析等对声诊信息进行特征提取，并利用模式识别方法进行分类识别。鲁法庭等[25]将咳嗽声时间、频率与强度制成三维声谱图，根据声音属性的物理量探索不同证型咳嗽声音的特征。沈小静[26]运用小波包能量熵和小波包盒维数提取声诊特征，发现小波包变换分辨特征与人耳对音频感知特性相似。胡赣[27]使用隐马尔可夫模型、动态时间规整分类法、深度学习分类法等分析线谱对参数、线性预测倒谱系数等声音信号，通过特征互补提高声音参数识别不同证型的能力。

中医声诊的客观化研究尚处于起步阶段，临床研究案例较少。陈春凤等[24]以唐诗《登黄鹤楼》和符合五音的 10 个汉字作为声样，运用小波包分析声诊信息，发现熵值能较好地区分哮喘患者与正常人的声样。他们还结合非线性分析方法分析了寒、热、虚、实证型的声样信息； 分析五脏疾病患者的声诊信息，发现五脏疾病患者声样的部分频段的特征有显著差异。董伟等[28]发现慢性咽炎实证患者的声音能量特征与熵特征高于虚证。

1.4 嗅诊研究  嗅诊是指嗅病体发出的异常气味、排出物及病室的气味。集中报道的是电子鼻研究。电子鼻是一种对气体具有高度交叉敏感性的智能设备，主要由气体采集器、气体传感器阵列和信号处理系统 3 部分组成。西医领域的应用主要涉及肺系疾病、微生物感染、2 型糖尿病、泌尿系统等疾病。在中医领域有李灿东课题组研制的第 3 代薄膜型阵列式气体传感器的医用电子鼻（ EN011103-A） 等。

电子鼻技术通过气体传感器阵列收集气味信号，提取气味图谱响应曲线的振幅和斜率等作为特征参数，与气味图谱对比分析后得到客观评价结论。宋镇贵[29]通过电子鼻技术获取气味信号，运用小波分析气味在时频率空间的特征，增加获取气味信号特征的稳定性、鲁棒性，提高气味信号获取的效率。

林雪娟等[30]运用电子鼻采集口腔气味，发现气味图谱中实证患者相应曲线的 D 振幅、斜率较大，虚证患者相应曲线 G 斜率较高，以口腔气味特征初步判断2型糖尿病虚实病性。总之，中医嗅诊研究较少，处理中难以测定数据误差。

1.5 问诊研究  问诊在四诊中占有重要地位，被视为“诊病之要领，临证之首务”。传统问诊是耳闻口述，其受医患双方的主观因素影响最大，当代学者主要进行了规范化问诊量表及问诊模型研究。常用以表达四诊信息的症状表词近千个，如果考虑症状的发生原因及诱发、加重等因素，形成的复合症状达 4 500个之多[31]。为了满足临床科研的需求，人们在传统中医症状量化方法的基础上，吸取现代医学和心理学中较为成熟的对主观症状的量化分级方法进行了尝试。

量表是用来量化观察中所得印象的一种测量工具，与中医问诊的内容相似。近年来，中医界引进了不少国外的标准化调查问卷及量表，也自行设计了一批问卷及量表，用于症状的系统性收集。王哲等[32]采用临床流行病学调查、条目分析及经验性筛选等方法，编制简明抑郁症中医证候自评量表；刘国萍等[33]以心系病证为研究对象，基于文献梳理及专家讨论，并经临床反复验证，研制了中医心系病证问诊采集量表；并结合计算机技术研制了问诊信息采集系统，实现了问诊的系统性、完整性、规范性。

早在 20 世纪 70 年代中期，已有学者探索将人工智能技术应用于中医问诊领域，而且随着计算机信息技术的发展，越来越多的研究者开始关注问诊模型的研究。中医诊断的优势在于将人体作为一个整体性的复杂动态系统，从症状、体征等信息探查系统内部变化，辨析病证。许朝霞等[34]选择基于聚类分析及概率论原理的隐结构方法，建立了心系疾病的隐结构模型，该模型在定性与定量层面与中医理论有较好的一致性。刘国萍等[35]选择条件随机场、互信息、模糊数学等方法，筛选证候诊断的关键症状、体征及微观指标组合（主症），并结合多标记学习和深度学习算法，构建主症辨证模式，建立了慢性胃炎中医证候模型，其预测结果表明证型的相互关系与中医理论基本一致。

1.6 脉诊研究  中医脉诊是医生用手指切按患者桡动脉浅表搏动，通过大脑分析和综合得到有效信息，以判断病情的一种特殊诊断方法。医生接触与感知的脉搏搏动如何客观化重现? 经大脑综合分析得到的脉诊信息是什么? 经过近半个世纪的努力，中医脉诊的现代化取得了长足进展。目前国内外研制的性能各异的脉诊仪，其主要区别在于传感器类别及其探头分布与组合方式。

传感器关系脉象信息获取的质量，是脉象仪的关键硬件。用于脉象采集的传感器按工作原理分为压力式传感器、光电式传感器、传声式传感器、超声多普勒式传感器、网格图像法传感器。压力传感器与中医“浮、中、沉”取脉原理相符；光电式传感器通过血管内血流流量、容量、浓度等不同而导致的光线反射不同来识别脉象信号； 传声式是通过检测桡动脉内脉搏搏动的低频次声信号反映脉象信号；超声多普勒通过对脉动过程中血管内外变化的三维立体建模来表现脉象；网格图像是利用高分辨率摄像机高速连续拍摄，通过灰度值来反映脉象信息。为了将脉搏压力信号转换为计算机可以识别的数字信号，多采用压力传感器来实现压力到电信号的转换。目前，脉象仪多采用传统的压力传感器，如上海的 ZM-Ⅰ、ZM-Ⅱ、ZBOX-Ⅰ型脉象仪，天津的 MTY-2 型脉图仪等，且脉象仪开始向便携式、可穿戴式发展。张西洋[36]设计了一款穿戴式脉象检测和分析系统，采用压阻式传感器来提取脉象信号，并设计了自动寻找最佳取脉压力的算法来模拟中医“浮、中、沉”的切脉手法。现今，脉象仪多采用单探头压力传感器，但其获得的信息难以全面反映脉象“位、数、形、势”四要素的信息。脉象仪中传感器的探头由单探头逐渐发展到三探头、多探头、阵列式，即传感器组合方式从单一的压力传感器向多通道复合传感器发展。“寸、关、尺”三部九候的同步检测是脉诊客观化研究长期实践的目标。周侃恒[37]设计并制作了新型三通道自动加压脉象仪；杨杰等[38]研制了由超声传感器和压力传感器组合的复合传感器；中国科学院微电子研究所依据寸上、寸、关、尺、尺下位置信息，建立了脉诊 25点阵列传感器[39]。

常用的脉象特征提取方法主要包括时域分析方法、频域分析方法、时频分析方法、非线性动力学方法、血液动力学方法及模型法。时域分析是以时间轴为坐标表示动态信号的关系； 频域分析是把信号以频率轴为坐标表示出来。时域的表示较为形象与直观，频域分析则更为简练。为了得到信号的时频谱特性，许多学者提出了各种形式的时频率分析方法如小波变换和 Hilbert-Huang 变换等。时频方法优于时域法和频域法，但时频参数同频率参数一样，比较抽象，生理意义不明确。非线性动力学方法是研究非线性动态系统各类运行状态的定性和定量变化规律的方法。人体生理状态的变化所引起的生理信号变化存在非线性特征，非线性时间序列分析方法已广泛应用于生物医学信号的分析。非线性动力学分析主要包括关联维数、李雅普诺夫指数、递归图及递归定量分析、样本熵、延时矢量方差等分析方法。非线性动力学方法比较敏感，容易获得差异性参数。

脉象仪的临床应用已走过了半个世纪，研究成果丰硕。朱一鸣[40]采用模型法，建立人体心血管系统电网络仿真模型，分析了常见脉象波形形态的影响因素和脉图的形成机制。郭睿等[41]分析冠心病患者脉象非线性动力学特征参数与其颈动脉粥样硬化程度（内膜增厚、斑块形成）的关系以及与冠脉病变支数的关系，结果显示，脉图的非线性动力学参数能较好地反映动脉病变。尚倩倩等[42]利用脉图时域参数分析，发现原发性高血压不同靶器官受损的患者脉图参数存在差异，脉图参数能反映其动脉粥样硬化、外周阻力增大等特征。魏红等[43]研究发现不同证型抑郁症患者的脉象信息与其脏腑功能异常具有相关性。

2  中医诊断标准化研究

在中医现代诊断学发展方面，客观化的数据采集与处理技术均得到了长足的进步，并开展了相应的临床研究，但在诊断技术及指标的规范化方面尚处于起步阶段，目前仅在舌诊与脉诊方面推出了相关的国际标准。

2.1  舌诊标准化研究  在中医舌诊国际标准化研究领域，中、日、韩三国竞争激烈。在国际标准化组织ISO/TC 249 成立之初（2009 年），三个国家就舌诊仪研究的相关技术和设备标准先后向 ISO/TC 249 的第四工作组（WG 4）和第五工作组（WG 5）提案。目前已出版舌诊仪相关国际标准 1 项（中医计算机舌象分析系统-第二部分：光源环境，中国，2017），该标准规范了计算舌象分析系统中光源环境的要求。另有中、韩、日等国向 ISO/TC249 递交了多项舌象采集及舌象分析相关内容的国际标准提案。按照术语优先原则，舌象术语标准的制定应优先于舌象仪的相关标准，但该项研究争议激烈，成果难产。

2.2 脉诊标准化研究  脉诊是国际标准热逐领域。目前已出版国际标准 1项（ISO 19614：中医脉诊压力传感器，中国，2017），该标准规范了脉诊压力传感器的技术要求、分类等。目前国内同行已开展了中医脉诊术语的标准化研究，并向 ISO/TC 249 递交了提案，与舌项术语标准研究面临的国际形势一样，脉诊术语标准化研究争议激烈。

3 中医四诊信息融合研究

疾病是一个复杂的过程，其临床表现可体现于多方面，且望、闻、问、切四诊是从不同的角度收集临床资料，故中医学强调四诊合参，正如《医门法律》所说： “望闻问切，医之不可缺一。”自 20 世纪 80 年代以来，计算机信息处理技术越来越深入地运用于中医领域，随着信息技术的飞跃发展，支持向量机、决策树、贝叶斯网络、多标记学习、深度学习等模式识别方法在四诊信息融合中得到应用和发展。基于标记相关特征的多标记学习算法（REAL） 建立了四诊信息融合的辨证模型，该算法通过互信息最大化挑选出与证型最相关的特征子集，该模型充分关注了证型和症状的关系，更适合中医的辨证思想[44]。

吴喜庆等[45-46]应用自行研发的舌脉象仪和量表，采集并分析冠心病、慢性乙肝患者的临床信息，结果发现，脉图、舌图、证候量表等能准确反映出治疗前后的临床状态及疗效。钱桂凤等[47]提出通过四诊合参辅助诊疗仪获取帕金森病患者的数字化四诊特征，形成帕金森病的数字中医辨证诊断方案。笔者领衔的课题组[48]应用中医四诊检测系统采集患者的舌、面、脉、问、声等综合信息，运用人工神经网络、支持向量机等信息融合技术进行证候的识别研究，取得了一系列有意义的结果；并基于REAL 算法利用心系疾病四诊数据建立了辨证模型，还与 ML-KNN[49]、BSVM[50]、ECC[51]、BP-MLL[52]、Rank-SVM[53]、LIFT[54]这 6种多标记学习算法进行比较，发现基于REAL 算法的辨证模型的整体识别率最高。人工智能、模式识别等技术应用到中医辨证的客观化和智能化研究中，具有一定的实用性和科学性。因中医四诊信息具有多维性，样本分布均匀性不足，影响模型“学习”和“适应”能力。因此，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。

4  中医诊断智能平台建设展望

国家《中医药信息化发展“十三五”规划》指出，中医药信息化是实现中医药振兴发展的重要引擎和技术支撑。“十三五”是中医药信息化实现“融入、整合、跨越”的关键时期，其中一个重要任务是研制推广数字化中医药健康智能设备。中医诊断信息技术的研究及诊断仪器的研发，是增强中医药智能化技术装备的前提。

中医药现代化任重而道远，我们期待中医诊断技术有大的突破。如 深入开展中医诊断术语标准研究，克服术语多样性、歧义等弊端，定义诊断术语的内涵与外延；研制反映脉象位、数、形、势的多通道、多探头复合传感器，实现脉象多源信息获取的全面性、准确性； 研究舌、面诊在开放环境下的在线颜色纠正技术，满足舌、面诊仪颜色纠正的实时性以及实现舌、面诊仪的小型化、便携式；借助现代信号处理技术，挖掘声诊“五脏相音”的临床意义；研制与中医嗅诊理论相符合的电子鼻采集系统，并建立不同疾病、不同证候的气味图谱；建立海量四诊信息数据库，研究符合中医理论且具有“自学习”能力的四诊信息融合方法。

未来，随着信息技术的革新，需要建立新一代智能化四诊采集平台，实现四诊信息全面收集；借助物联网技术、云平台技术、可穿戴技术，四诊信息采集设备逐渐向小型化、可穿戴式发展，并研发中医诊疗机器人，满足多层次、多样化的中医药服务需求。另外，尚需推广中医诊疗设备在各级医疗平台的临床应用及评价；基于大数据和云平台技术，建立中医四诊信息海量数据库；基于四诊信息技术，着重研究亚健康、慢性病人群的中医证候诊断及风险评估系统，构建智能化的中医健康管理服务云平台，从而实现对亚健康、慢性病人群的个性化、动态化的健康管理。

中医药国际信息交流、医疗活动、科学研究、管理法规都亟需国际标准，目前我国已发布实施中医药标准296项，其中国家标准 47项、行业标准 249项。未来，开展中医诊断相关系列标准的研究可包括制定四诊名词术语标准、采集规范、四诊采集仪器及操作规范等行业（含团体）标准和国际标准。中医诊断的标准化对于加速中医现代化和中医药走向世界起到重要作用，标准的制定对于巩固中医学在国际上的主导地位，确立我国医学的自主知识产权、促进国际贸易具有重要意义。

参考文献（略）