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智能中医诊断信息处理技术研究进展与展望.pdf智能中医诊断信息处理技术研究进展与展望.pdf -- 5 元

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CorrespondencetoChangLeZHOU,PhD,Professor.Emaildozero@xmu.edu.cn智能中医诊断信息处理技术研究进展与展望周昌乐1,张志枫2(1.厦门大学人工智能研究所,福建厦门3610052.上海中医药大学基础医学院,上海201203)[摘要]智能中医诊断信息处理技术作为中医现代化的重要内容,也越来越引起科技界的高度重视。本文就智能中医诊断信息处理技术的研究进展作了系统的介绍,特别是对有关脉象、舌象信息处理及智能中医诊断系统的研究现状,作了较为详细的分析总结,并在此基础上,对未来智能中医诊断信息处理技术的发展趋势,进行了系统的展望,包括建立中医辨证认知逻辑系统、中医诊断智能系统构成技术、中医诊断知识的数据挖掘技术、中医诊断信息获取与分析技术,提出了有建设性意义的观点。[关键词]中医诊断人工智能舌诊脉诊[中图分类号]R203[文献标识码]A[文章编号]16721977(2006)06056007ProgressandprospectsofresearchoninformationprocessingtechniquesforintelligentdiagnosisoftraditionalChinesemedicineChangLeZHOU1,ZhiFengZHANG2(1.InstituteofArtificialIntelligence,XiamenUniversity,Xiamen,FujianProvince361005,China2.SchoolofBasicMedicalSciences,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China)ABSTRACTInformationprocessingforintelligentdiagnosisoftraditionalChinesemedicine(TCM),animportantpartofthemodernizationofChinesemedicine,attractsworldwideattentionfromthesciencecircle.Thisarticlepresentsasystematicintroductiontothedevelopmentofinformationtechnology,especiallytheprocessingofpulseandtongueimagesandsystemsofcomputeraidedChinesemedicaldiagnosis.Furthermore,itpointsoutfouressentialareasoffutureresearch,includingepistemiclogicsystemofsyndromedifferentiation,systemconstructiontechnology,datamimingtechnologyandinformationacquisitionandanalysisinTCMdiagnosis.KEYWORDStraditionalChinesemedicinediagnosisartificialintelligencetongueinspectionpulsediagnosisZhongXiYiJieHeXueBao/JChinIntegrMed,2006,4(6)560566www.jcimjournal.com中医药现代化是国家中长期科技发展规划中具有战略意义的研究课题,其目标之一就是要逐步建立现代化中医药科学技术研究方法体系,包括构建现代中医药辨证论治创新体系和临床常用智能化、信息化诊疗技术。其中的一个重要方面就是现代中医诊断信息处理方法与先进技术,其关键则是中医诊断的先进智能方法体系的基础研究,包括用于中医诊断的先进智能方法及其关键技术。为了使中医中药在国际竞争中更具优势和特色,利用现代先进的智能信息技术来解决中医诊断信息化过程中的关键问题,无疑是一项迫在眉睫的基础性工作。我国在智能中医诊断信息处理技术方面的研究肇始于20世纪70年代中期,主要是开展简单的中医专家系统的开发研究。最近20年来,针对中医现代化的要求,中医诊断智能信息处理研究,除了智能中医诊断专家系统外,还广泛开展了有关四诊客观化方面的研究,实际上主要是关于望诊和切诊方面的信息获取与处理研究[1],呈现了一种良好发展的态势。本文主要针对智能中医信息处理技术的研究进展与发展方向,作比较系统的总结与展望。065中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.61四诊诊断信息获取技术研究进展在过去的四诊诊断信息获取技术研究中,为了满足中医四诊客观化的需求,主要在切诊与望诊方面开展了较为广泛的研究,并已经应用于中医临床实践中。在切诊方面,主要是有关脉象信息获取与处理方面的研究[2~4]。从20世纪50年代起,许多不同学科的学者开展了脉诊客观化的研究[5~7]。这些研究主要是运用现代检测技术、方法和手段,将脉象的物理特征描绘、记录下来,对所得到的脉图进行定性和定量相结合的识别和分析。自20世纪50年代朱颜率先将杠杆式脉搏描记器引入到中医脉诊研究当中起[8],研究人员运用现代测试技术和方法,研制出了多种形式的脉象检测、记录仪器。除了脉象信息的定量化研究外,主要的研究包括脉象信息的单触头压力检测方法的研究[9~16]、脉象信息的多触头压力检测方法研究[17~21]、非机械压力式检测方法研究[22~26]。目前,脉象的检测方法、检测技术研究开展得相当活跃,并正朝着多方法、多学科协同的研究方向深化[27,28]。半个世纪以来,国内外有众多学者都致力于中医脉诊客观化、脉象检测现代化的研究,期望用现代医学方法及电子仪器设备来解决中医脉诊指下难明的问题。尽管这些研究都取得了一定的进展,形成了许多有效的脉象信息检测方法,研制出了多种多样的脉象检测仪器。但是,众多研究者在脉象检测的方法学上尚未达成一致,主要表现在(1)对脉象特性缺乏统一的认识(2)对脉象的表述没有一致的方法(3)在脉象测试仪器的性能、规格以及测试方法上还未形成统一的标准,测试数据达不到规范化、结构化的要求。这使得脉象检测以及脉诊客观化的研究在今天还远未成熟[29~31]。因此,进一步丰富和完善脉象信息的检测方法,充分利用电子测量、人工智能等相关领域的新技术,将多重传感系统有机地集成起来,在脉象传感器技术上取得突破,并结合智能化的信息和数据处理方法,设计、研制出具有高时空分辨率的脉象检测、分析仪器,就成为新的发展趋势。在望诊方面,则主要是有关舌象信息获取方面的研究[32~35],并在最近10年得到极大的发展,已经开始了临床应用。这样成果的取得,首先应该归功于北京工业大学信号与信息研究室的沈兰荪、卫保国课题组所作的努力,他们在这方面进行了长期系统的研究,发表了10余篇论文[36~49],并开发了中医舌象分析仪。其次则是厦门大学与上海中医药大学中医信息处理联合实验室所开展的工作,他们也开展了较为系统的研究,发表了18篇论文[50~67],开发了WZX舌色分析系统。当然其他还有一些相对分散的研究工作,也都为此作出了贡献,比如像上海交通大学周越课题组的工作等等(包括如香港、日本、韩国、澳大利亚、美国等海外开展的研究),总计也有近20篇论文[68~85]。迄今为止,所有这些相关的研究工作已经涉及到舌体与舌苔的颜色、形质、动态、歪斜、纹理(裂痕、点刺)、厚薄、胖瘦、润燥等所有方面。可以说,有关舌象信息获取与处理的研究工作已经相当深入和成熟。遗憾的是,望诊的其他方面研究却还处在空白阶段。除了望舌外,望诊还包括望神、望面色和望形体等等。从四诊信息获取与处理上看,则研究的范围更不够全面,除了上述介绍的舌诊与脉诊外,其他方面的望诊、问诊和闻诊的研究几乎都是空白,因此需要开展的工作还很多。2中医智能诊断信息系统研究进展中医诊断专家系统的研究起步较晚,直到20世纪70年代中期,人工智能技术才开始运用于中医领域[86]。到了80年代,全国范围内研制完成的中医诊疗专家系统共140多个,基本上都是基于规则的决策推理。比如,知识库采用树型结构,从节点生长出辨证推理树和施治推理树推理过程则是对节点可信度的判定,利用回溯机制从初始态到目标态来寻找最优途径。或者规则是产生式规则,通过逆向推理获取专家知识或者用数组、矩阵表达知识,以多级极大值搜索法建立启发式联想推理机。有时,为了向着中医的整体思维靠拢,在推理机制方面,往往采用多种推理技术的综合[87~93]。比较深入的研究则出现在20世纪90年代。随着中医理论形式化的深入研究,中医专家系统的实现技术,更多采用的是突破传统专家系统概念的先进人工智能技术。如根据模糊判别模式模拟临床经验进行中医辨证[91,92,94~96]、采用协同分布式方法进行中医诊断[97,98]、广泛采用神经网络模型建立中医辨证系统[99~105]、应用数据挖掘技术和决策树方法进行中医证型分类[106~108]、采用基于信息熵的决策树算法[109],等等。国外的有关研究也类似,主要针对中医诊疗系统的构建,或利用语义网络描述中医知识信息,或基于假设测试的方法作为推理策略,以及基于决策支持系统和模糊推理方法等[93,110~112]。比如日本东京大学研制的慢性肝炎中医诊疗系统,利用语义网络165中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6描述中医知识信息,基于假设测试的方法作为推理策略,用prolog编程实现。加拿大SimonFraser大学的J.Shieh也开发了诊治癌症的有关中医专家系统。英国中医药研究院建立了国际中医门诊部,病人可以通过因特网进行就诊。美国RockyMountainHerbal研究所的UrtisJ.Kruse则有中医信息专家系统问世,并采用面向对象的方法来开发有关中医专家系统。UniversityofCalifornia的Davis给出了一个中医决策支持系统(http//www.medinformatics.org/mdi207/)。总之,从上述总结与分析可以看到,迄今为止国内外有关中医诊疗信息系统的研究,不仅整体研究水平仍然较低,缺乏系统性,而且离临床实用要求还有很大距离[113]。从中医诊断处理方法上看,大多采用了数理统计方法和经典逻辑推理,也有把两种方法结合起来使用。在推理方法上,多数直接采用人工智能现有的推理方法,而推理规则的获取则直接从病历中归纳[114~119]。虽然最近也有一些利用比较先进的推理技术和方法,如近似推理[120,121]、不确定性推理[122,123]及分级推理方法[124],但总体上依然是从人工智能方法的角度来简单进行应用,没有从根本上解决中医内在辨证论治原理的描述问题。3智能中医诊断信息处理技术研究展望通过上述有关智能中医信息处理技术的研究进展分析,我们可以看出,由于存在一些技术难度和研究投入上的不足,总体进展还是比较缓慢的。主要原因是没有从根本上解决中医辨证论治的逻辑形式化描述问题,仅仅针对具体病症分散开发一些小系统,加上不能及时运用人工智能最近发展的新理论、新方法和新技术,所以很难建立起比较普遍适用的中医诊断智能方法与技术。因此,如何利用最近兴起的一些人工智能新技术,特别是诸如软计算技术、自然语言处理技术、数据挖掘技术、先进图像获取与处理技术、次协调逻辑与认知缺省逻辑等技术,开展中医智能诊断信息处理方法及其关键技术的研究,不仅十分必要,而且目前条件也是具备的。目前国内外有关中医诊断智能方法与技术的研究开发,主要是一些具体方法和技术的分散研究,其无法系统集成的主要原因有三个方面。第一个方面是没有解决中医辨证论治思维方法的形式化描述问题。我们知道,中医诊断往往是在许多不完全、不精确和不一致信息的情况下来进行辨证论治的,以往采用经典逻辑及其推理技术无法从根本上解决这一问题,因此这一问题也就成为中医诊断智能化研究的瓶颈。第二个方面是没有系统引进人工智能先进的理论、方法和技术,特别是基于软计算的混合专家系统构成技术,使得宏观表征与微观实现之间相互分离,限制了中医诊断思维机制的实现效果。第三个方面主要是在一些具体的智能技术开发中,如舌诊、头面望诊、脉诊、闻诊、问诊等信息获取与分析技术,以及支持数据、知识的获取、挖掘与学习技术等,没有进行充分的深入研究,目前的方法和技术还远不够成熟。未来的智能中医诊断信息技术的研究,将主要围绕中医诊断信息处理智能方法体系的建立,来为中医临床诊断的信息化、现代化提供先进的智能化方法及其关键技术。为此,开展的主要研究内容将主要包括如下4个方面。(1)建立中医辨证认知逻辑系统。过去的中医专家系统采用传统人工智能中的符号逻辑主义方法来进行中医诊断的逻辑推理,其核心技术主要是知识规则表示的符号化(其存在着无法突破经典计算的局限性的问题)、推理机制的精确单调性(其存在着无法处理在不完全信息、不精确信息或不一致信息情况下进行推理的问题)、系统构造的固定化(其存在着无法动态完善系统结构、无法自动知识更新、无法进行优化适应等问题)而中医专家在实际的临床诊断过程中,是基于辨证论治思想来进行的,往往要在不完全信息(如症的缺失,隐症,无证可辨等)获取的情况下做出诊断,有时还要在信息不确定、不一致或有矛盾(如脉症不符等)的情况下做出诊断,并随时对诊断进行调整。因此如何研究中医辨证论治思想的逻辑基础,引入认知缺省逻辑、模糊逻辑与次协调逻辑,来构造一种适合中医临床诊断实践要求、符合中医辨证思维规律的逻辑形式化系统及其相应的机器推理技术,就成为未来发展智能中医诊断信息处理技术的一个方面的研究内容。(2)中医诊断智能系统构成技术。传统的专家系统主要是采用符号计算方法来构建,其共同弱点就是知识更新很难自动完成。系统一经形成,其中的知识(规则)无法自动更改以适应不断变化的环境。因此如何利用当前人工智能先进的模糊计算、神经网络、遗传算法等软计算方法,特别是通过构建混合专家系统原理方法,研究先进的中医专家系统构成技术,包括基于软计算方法研究中医专家诊断规则的发现与运用算法,构造一种混合智能系统构成技术,就成为开发先进智能中医诊断系统的关键。(3)中医诊断知识的数据挖掘技术。经过长期的临床实践、研究和分析,中医已经积累、总结和发现了大量有关中医诊断方面的数据、知识,并将研究结果应用于临床医疗,为人类健康事业做出了重要贡献。然而中医诊断是一门复杂的、实265中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6践性很强的知识体系,人类对于其认识还远未结束,随着大量中医诊断病历数据的数字化、网络化,传统的人工数据分析和处理方法已经不再能适应,利用现代信息处理手段进一步深刻揭示中医诊断规律的时代已经到来。于是,研究海量中医诊断数据的挖掘方法,从而建立起中医专家知识、中医病历信息的有效数据、规则的自动归纳、整理和发现的基本方法,给出具体有效的算法及其程序系统,也将成为未来智能中医诊断信息处理技术发展的热点之一。(4)中医诊断信息获取与分析技术。四诊是中医诊断疾病信息的最主要收集途径。近年来,虽然在四诊客观化研究方面开展了较为广泛的工作,但在头面望诊、闻诊等重要信息获取方面依然还留有空白。因此,在四诊信息获取与分析方面,一方面将在已有研究成果基础上继续完善舌象、脉诊信息获取的有关工作,另一方面应系统开展有关头面望诊和闻诊信息获取技术的研究。近年来,人机对话技术、语音处理技术、嗅觉传感器技术与图像处理技术的高速发展,为中医四诊信息的采集、识别、处理、量化、分析、判断提供了理论和方法上的支持。主要发展趋势包括第一,研究先进的随动式脉象仪及其信息获取技术,解决脉象信息的获取问题第二,在舌象信息获取技术的基础上,进一步开展头面神色信息获取研究,解决中医望诊智能化信息的获取问题第三,利用电子鼻技术和语音识别技术开展中医闻诊信息获取方法的研究第四,利用自然语言处理技术与人机对话接口技术,开展中医问诊特定语言的处理方法与技术的研究,即运用成熟的自然语言处理方法与技术,结合先进的可视化人机界面技术,提供一种更为自然的人机交互方式。总之,随着人工智能技术的不断进步,智能中医诊断信息处理技术的研究也会不断深入地发展,为推动我国中医诊断技术现代化进程作出贡献。4结语中医中药学科领域是我国有能力成为站在国际科学前沿的重要领域,也是最能够增强我国在科技创新及相关产业的国际竞争力和自主创新能力的研究领域之一。而这种可能性完全取决于中医现代化、中医信息化、中医智能化的步伐。因此,将人工智能先进理论、方法与技术引入到中医诊断方法体系的现代化建设中,研究先进智能中医诊断方法中的关键问题,不但对于促进中医中药现代化发展有着重要意义,而且对于加快中医科技创新、迅速增强中医领域的国际竞争力和自主创新能力,同样有着重要的现实意义。[参考文献]1史振武,赵三强.中医药工程领域研究的新进展.世界科学技术中医药现代化,2005,7(1)89,127132.2李景唐.中医脉象的客观检测和描述.医疗装备,2005,18(5)712.3燕海霞,王忆勤,李福凤.中医脉象传感器的研究进展.上海中医药大学学报,2005,19(1)6264.4燕海霞,王忆勤,李福凤.脉象信号分析方法的研究与应用新解.中医药学刊,2005,23(1)129130,190.5费兆馥.现代中医脉诊学.北京人民卫生出版社,2003.10.6李景唐.中医脉象的客观描述和检测.中国医疗器械杂志,2001,25(6)318323.7傅骢远.中医脉诊研究述评.北京中医学院学报,1993,16(2)39.8张力.脉诊研究进展.山东中医学院学报,1995,19(4)281284.9蔡轶珩,沈兰荪,黄祥林.脉象分析仪的研究进展.电子测量与仪器学报,2002,16(4)5559.10王炳和,相敬林.脉搏系数建模与脉象信息分析的研究进展.生物医学工程学杂志,2002,19(2)329333.11王贻俊,王劲松,蔡新吉.ZMCⅠ型脉象换能器的设计.现代医学仪器与应用,1999,11(4)24.12王贻俊,王劲松,蔡新吉.MXYⅡ型脉象仪的设计.现代医学仪器与应用,2000,12(1)68.13刘泉,高路,杨广昕.家用脉象图仪系统设计.武汉理工大学学报,2001,23(4)4850.14黄献平,李冰星.BYS14型心电脉象仪与MX811型脉象仪的比较.湖南中医学院学报,1999,19(1)6667.15闫述池,胡家宁,刘明岩,等.仿中医脉象传感器的研究与应用.中国医学物理学杂志,1996,13(4)245247.16刘梅,郝小梅,陈群,等.中医脉诊客观化研究新探.中医函授通讯,2000,19(2)911.17汤伟昌.双探头复合式中医脉象传感器的研究.中国医疗器械杂志,2000,24(1)1619.18汤伟昌,孙汉钧,李斌芳.双路中医脉象检测方法的研究.中国医药学报,2000,15(1)1417.19张凤英,姚萝姑.多路脉象检测系统的设计.微型电脑应用,1999,15(6)3033.20汤伟昌,孙汉钧.多路脉象检测方法和换能器的研究.中国中医药科技,2000,7(5)319320.21寿小云.中医脉象振动觉.北京中医药大学学报,1998,21(1)2326.22王炳和,董彦武,仝杰,等.人体脉象信息的声学检测与倒谱分析.自然科学进展国家重点实验室通讯,1993,3(6)508514.23姜凤歧,郭山河,张铁强,等.利用光纤传感器的脉象仪研究.电子科学学刊,1994,16(6)655659.24姜凤歧,申弦京,张铁强.光纤探头脉象仪的实验研究.吉林工业大学学报,1993,23(3)5659.25刘文娜.脉诊客观化研究的超声技术应用进展.中国医365中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6药学报,2003,18(9)557559.26刘昭武,李芳兰.双功超声血流图对脉象的初步观察.山西中医,1993,9(5)4344.27刘瑞茂,刘旭光,刘熙和,等.寸口桡动脉管参数激振模型.福州大学学报(自然科学版),1995,23(6)16.28邓原成,王新.脉象图的参数模型及其应用研究.北京生物医学工程,1994,13(1)19.29刘保延,胡镜清,谢雁鸣,等.中医药学现代个体诊疗体系建立的构想与研究.世界科学技术中医药现代化,2003,5(1)15.30关晓光,李宝琴.简单的逆向追求与脉诊客观化的困惑.医学与哲学,1998,19(4)212.31李洪娟.对现代中医脉诊研究的反思.中国中医基础医学杂志,2003,9(11)1113,16.32岳小强,刘庆.中医舌象计算机识别研究的现状分析.中西医结合学报,2004,2(5)326329.33陈群,徐志伟,刘梅.中医舌诊客观化识别技术的现代研究.中医药学刊,2004,22(7)12151216.34莫传伟,武哲丽,陈群.中医舌诊客观化识别与图像技术的探析.中医药学刊,2005,23(6)10321034.35高丽,令晓明.中医舌诊客观化研究进展.仪器仪表学报,2005,26(增刊)724726,731.36北京工业大学信号与信息处理研究室.中医舌像分析仪.电子学报,2002,30(2)244.37张新峰,沈兰荪.现代信息融合技术应用于中医舌象分析的初步研究.测控技术,2005,24(5)3033,43.38沈兰荪,蔡轶珩,卫保国,等.中医舌象分析技术的研究.世界科学技术中医药现代化,2003,5(1)1519.39卫保国,沈兰荪,王艳清,等.数字化中医舌象分析仪.中国医疗器械杂志,2002,26(3)164166,169.40王爱民,赵忠旭,沈兰荪.中医舌象自动分析中舌色、苔色分类方法的研究.北京生物医学工程,2000,19(3)136141.41蔡轶珩,刘长江,沈兰荪.新型舌象分析仪的设计方案.测控技术,2005,24(5)3436,47.42王永刚,王爱民,沈兰荪.舌象分析仪中舌色重现方法的研究.照明工程学报,2001,12(2)410.43王艳清,卫保国,蔡轶珩,等.一种基于先验知识的自动舌体分割算法.电子学报,2004,32(3)489491.44卫保国,沈兰荪,蔡轶珩,等.中医舌苔腐腻分析算法的研究.电子学报,2003,31(12A)20832086.45沈兰荪,王爱民,卫保国,等.图像分析技术在舌诊客观化中的应用.电子学报,2001,29(12A)17621765.46卫保国,沈兰荪,蔡轶珩.舌体歪斜的自动分析.计算机工程与应用,2003,39(25)2225.47张新峰,沈兰荪,卫保国,等.多类支撑向量机在中医舌质、舌苔分类和识别的应用研究.电路与系统学报,2004,9(5)110113.48蔡轶珩,沈兰荪.二分光反射模型在中医舌苔润燥分析中的应用.电子学报,2004,32(6)10261028.49卫保国,沈兰荪.舌体胖瘦的自动分析.计算机工程,2004,30(11)2526,68.50孙炀,罗瑜,周昌乐,等.一种基于分裂合并方法的中医舌像区域分割算法及其实现.中国图象图形学报,2003,8(A版)(12)13951399,F003.51张志枫,顾超,王志国,等.WZX舌色分析系统在胃病患者舌像信息处理中的应用.上海中医药大学学报,2004,18(3)5255.52许家佗,周昌乐,方肇勤,等.舌象颜色特征的计算机分析与识别研究.上海中医药大学学报,2004,18(3)43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