基于图像分析的中医舌诊及客观化研究_张康

1、1舌诊客观化的必要性“舌诊”是中医经过长期探索累积下来的宝贵临床经验,是我国传统医学四诊“望、闻、问、切”中的重要内容。但是中医舌诊也存在如下一些问题:(1舌诊结果与医生的经验、诊断技能密切相关。(2舌诊结果受照明光线等外部环境的影响大。综上所述,中医舌诊主观性强,缺乏客观评价依据,严重影响了中医舌诊的发展。这是中医不能回避的问题。2中医舌诊客观化研究近年来,中医舌像的自动分析取得了可喜的进展,对一些重要舌像指标如舌色、苔色、苔厚、裂纹、舌苔的腐腻、舌体的歪斜、舌体胖瘦已实现了自动定量分析。现对中医舌诊客观化研究取得的进展进行概述。基于图像分析的中医舌诊及客观化研究Tongue D i agn

2、osi s and O bj ect i ve R esear ch张康金石杜建强朱明峰Zhang Kang Jin Shi Du Jianqiang Zhu Mingfeng(江西中医学院计算机学院,江西南昌330004(College of Computer,Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine,Jiangxi Nanchang330004摘要:舌诊是我国传统医学四诊“望、闻、问、切”中的重要内容。传统的舌诊方法主要依靠医生目视,主观观察诊断病情。这种方法缺乏客观评价依据,制约了舌诊的进一步应用和发展。利用计算机技术研究舌诊,

3、使其更加科学化、客观化、定量化,已成为舌诊研究的必然方向。本文介绍了中医舌诊客观化在舌体分割、舌质舌苔识别、舌体胖瘦和歪斜识别等方面的研究发展现状和舌诊的主要研究指标。关键词:中医舌诊;舌诊客观化;图像分割中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1671-4792(201302-0009-03Abstract:Tongue inspection is the main content of four diagnostic methods"observation,auscultation and ol-faction,interrogation,palpation"fo

4、r traditional Chinese medical science.Traditional tongue inspection mainly de-pends on doctor's eyesight and subjective observation to diagnose a disease.It lacks objectivity and hinders further development.It is the only tendency to use computer technology to realize quantitative,objective and

5、standard tongue inspection.This thesis introduces the traditional Chinese Medicine Tongue Characterization in tongue seg-mentation,the tongue body and tongue coating recognition and other aspects of the research development present situation.Keywords:Tongue Diagnosis;Tongue Characterization;Image Se

6、gmentation江西省科技计划项目(编号:2011ZBBG70050:中医舌诊数字舌图像分割算法研究,主持人:金石;江西省自然科学基金(编号:20114BAB201030:中医舌象与证候关联研究,主持人:杜建强;江西中医学院2011年度重点学科青年教师培养计划资助项目:舌图像的数字化及分析,主持人:张康;江西中医学院生物医学工程特色专业子课题(编号:JZJSJ-2012-08:中医院校医学图像处理教学改革探索主持人:张康基于图像分析的中医舌诊及客观化研究9科技广场2013.22.1舌图像分割方法的研究 尽管在拍摄过程中可以调节硬件以获得最大舌体原始图像,但非舌体部分如脸额、唇和牙齿仍然会存

7、在。因此,在进行舌体和舌苔鉴定前,先要将非舌体的部分分离出去。早期的舌体分割多采用手工方式。手工分割的图像准确率较高,但费时费力。赵忠旭等从数学形态学的基本理论出发,利用数学形态学描述图像形态特征,结合HSI 模型,提出了基于数学形态学和HSI 模型的舌图像分割算法。该算法通过色度分量获取阈值,对图像进行分割。但是该方法不能够有效地分割舌体和嘴唇区域,这是因为嘴唇区域和舌体区域的颜色非常接近。江西中医学院的杜建强等在HSI 模型的基础上,在使用色度分量阈值的同时,引入亮度分量阈值,能够更有效地分离舌体和嘴唇区域,获得完整的舌体区域。分割效果如图一所示。 2.2舌质舌苔自动分类方法的研究舌像包括

8、舌质和舌苔两部分。必须将舌图像中的舌质和舌苔区分开,才能对舌象进行正确的识别和分析。早期的研究多以舌尖及舌边无苔质覆盖区域作为舌质区域,舌中舌苔覆盖区作为舌苔区域。这种分类方法较粗糙,不能客观反映舌像的特征。近年来,部分学者对舌质、舌苔的计算机自动分类技术进行了研究。王爱民等提出了一种监督FCM 聚类算法,并设计了多层去模糊处理,用于中医舌像自动分类。FCM 算法在解决图像的模糊性和不确定性方面有很大优势,但也存在一些缺点:(1在聚类的类数无法事先确定时,需人工输入;(2类中心和隶属度矩阵的初始值不确定时,需要事先进行猜测或随机初始化;(3对图像进行聚类时,运算量很大,速度较慢。杜建强等对FC

9、M 聚类算法进行了改进,通过色度直方图自动获取聚类中心和聚类个数,加快运算速度,实现多苔和少苔舌图像的舌质舌苔分离。识别效果如图二所示。2.3舌像其他特征识别的研究在颜色自动识别研究的基础上,舌像的其他特征,如舌苔的厚薄、润燥、腐腻、舌形、舌态等研究也陆续开展。卫保国等基于中医“舌苔的厚薄以见底、不见底为依据”的知识和经验,在舌质与舌苔精确分割的基础上,定量化舌苔的见底程度,作为舌苔的厚度。许家佗等应用灰度差分统计方法,从对比度、角度方向二阶矩、熵和平均值等四个参数,进行舌像纹理的量化和定义分类。学者利用曲线拟合来判断舌体胖瘦的指标。许家佗、张志枫等建立一种基于图像采集分析的舌形胖瘦的诊断方法

10、。对舌体正、侧面同步进行立体图像采集;测算舌体长度(L、宽度(K、厚度(H参数,并应用参数与体表面积(Mt比值关系建立五种舌体系数计算方法;通过临床500例舌象不同舌体系数分析、数据离散度(CV检验分析,建立了单位体表面积(Mt的舌体宽度(K与厚度(H的最佳舌体系数计算方法。朱明峰等提出了一种具有自校正的舌像歪斜自动分析方法。比较和分析了现有中轴提取方法,事实图一舌体图像分割效果图图二舌质舌苔FCM 识别效果图10证明这些方法均不适用于舌像的中轴提取。为了克服原有方法利用面积对称寻找中轴可能造成找到错误中轴的问题,设计了一种利用形态对称分析提取中轴的算法。该算法具有自动校正舌根部位边界的能力,

11、提高了中轴分析的准确程度,并提出了一种借助舌像的变异色调分量进行嘴角分析的方法。3结束语舌诊是中医四诊中望诊的重要内容,是中医临床诊断的主要依据之一。传统舌诊是根据中医医生的主观观察来诊断病情的,缺乏客观性。舌诊客观化的主要内容之一就是解决舌诊的模糊性和不确定性问题,计算机图像处理技术在这一方面具有独特的优势。以现代科学技术手段研究舌诊原理、提高舌诊临床应用价值,使其更加科学化、客观化、具体化,已成为舌诊研究的必然方向。近年来,研究人员采用计算机技术对中医舌像进行了自动分析研究,取得了一些进展。但是,仍然存在着研究机构较少、技术较单一、计算机人员和中医专家结合不够紧密、研究成果不够实用等问题。

12、中医舌诊客观化研究仍然处于起步阶段,离中医临床的要求还差得较远,还有很多问题值得我们去研究和探索。参考文献1王爱民,沈兰荪,赵忠旭.监督FCM聚类算法及其在中医舌像自动分类中的应用J.模式识别与人工智能,1999,12(04:480-485.2许家佗,周昌乐,方肇勤,等.舌像颜色特征的计算机分析与识别研究J.上海中医药大学学报, 2004,18(03:43-47.3刘关松,徐建国,高敦岳.基于神经网络集成的舌苔分类方法J.计算机工程,2003,29(14:100-102.4J.Q.Du,Y.S.Lu,K.Zhang,M.F.Zhu,C.H. Ding.A Novel Approach of T

13、ongue Body and Tongue Coating Separation Based on FCM.The2nd Interna-tional Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering,May16-18,2008,Shanghai,China.5Du J.Q.,Lu Y.S.,Zhang K.,Zhu M.F.,Ding C.H.A Novel Algorithm of Color Tongue Image Seg-mentation Based on HSI.The International Conferenceon BioMedical Engineering and Informatics,May27-30,2008,Sanya,China6卫保国,王爱民,沈兰孙.一种新的多类模式识别支撑矢量机J.模式识别与人工智能,2002,15 (02:178-181.7王爱民.用于舌诊客观化的图像分析技术的研究D.北京:北京工业大学,2001.8Shen Lansun,et at.Image analysis for Tongue CharacterizationJ.Chinese