摘 要： 随着中医学发展,中医诊察方式逐步趋向智能化数字化。在舌诊仪、脉诊仪出现之后,眼诊仪器的研究逐渐开始进行,其主要通过图像处理技术与计算机视觉技术来实现。将摄像头所采集的患者完整眼球图像在计算机上进行定位,按照中医眼诊理论对白睛图像进行分区,对每个区域图像中白眼球上的红血丝的颜色、形状等特征以及其他可能出现的斑块等症状进行检测,在与健康样本对比后得到该区域图像所映射的身体部位的状况,最终得出身体健康情况。将结果显示给医生及患者,方便医生的诊断以及提供参考,患者也可看到自己眼像,使症状对于患者更直观。
关键词： 中医眼诊; 计算机视觉; 图像处理;
Abstract： With the development of Chinese medicine,TCM diagnosis and inspection methods are gradually becoming more intelligent and digital.After the appearance of the tongue diagnosis instrument and the pulse diagnosis instrument,the research of ophthalmological instruments begins gradually,which was mainly realized by image processing technology and computer vision technology.The complete eyeball image of the patient collected by the camera is positioned on the computer,and the white-eye image is partitioned according to the theory of TCM ophthalmology.The color,shape,and other possible plaques of red blood streak on the white eyeballs in each area image are detected,and the status of the body part mapped in the area image is obtained after comparison with healthy samples,and finally the physical health condition is obtained.The results are displayed to the doctor and the patient for the doctor's diagnosis and reference.Patients can also see their own eyes,making symptoms more intuitive to the patient.
Keyword： Chinese medicine ophthalmology; Computer vision; Image processing;
1 、引言
(1)眼诊背景。
中医是一套完整的、融入大量的临床经验医学理论体系,已被世界卫生组织列入最具影响力的医学纲要。其中,观眼诊断,是通过观察眼的各部分形态诊察脏腑的病变的实用的诊断技术,是依据表里相应等学说、根据长期临床实践经验总结出来的诊断方法。中医认为“眼清则心静、眼浊则淤、眼朦则衰”,眼睛带有人体各部位的生物信息并能真实地反映人体内部的众多生理与病理变化。病症在双眼球上的反映主要是在眼球(眼白部分)上出现血丝、斑块与浊环。目前眼诊的诊断主要依靠经验丰富的中医,根据肉眼观测进行诊断和分析。
郑氏望眼辨证(又称中医望眼辨证),起源于20世纪60年代,21世纪初以来经过临床实验研究,已逐步成为新的眼像研究学派。巩(结)膜眼像辨证,就是临床对眼组织中的巩膜 、球结膜所表现的眼像形态特征进行观察,并按照中医望眼辨证的原理进行诊断及治疗。将水平线(即内、外两眦角顶点连线)以下的部分由内眦至外眦分成A、B、C、H区,具体分区如图1。其中每个区域对应不同的身体部位。这是临床上长期积累所得,在实证上还不是很完善,区间之位置也不太严格,需要通过反复比较才能确定。虽然如此,利用这种区分方法,已基本解决了临床的各种诊断难题[1]。
(2)图像处理与计算机视觉的发展背景。
图像处理(Image Processing)指数字图像处理,是利用计算机根据所需结果对图像进行处理的技术,包括去除噪声、增强、复原、分割、压缩以及特征提取识别等处理。随着模式识别、深度学习、大数据和数学建模等相关学科快速发展,图像处理技术也日益强大,在通信工程、生物医学工程等领域应用也越来越多。医学图像处理技术正在向诊断一体化、图像描述定量化、图像三维化、可视化及网络化等方向发展[2]。
计算机视觉(Computer Vision),常称Open CV,主要是利用摄像头和计算机代替人眼,识别、跟踪和检测预观察目标以及进一步处理图像,以便更加适合人眼观察或将数据传输到计算机[3]。Open-CV最早于1999年由英特尔公司启动,现今被涉及计算机视觉的工程与项目广泛应用。
图1 郑氏眼像定位图
2 、设计思路及创新点
我们将眼诊这一中医理论结合计算机及图像处理技术等完成眼诊系统,以实现中医望眼诊断的智能化,为医生和病人提供便利。
2.1 、设计思路
2.1.1 、图像处理在中医领域的应用
中医“望闻问切”的计算机化、客观化、数据化是发展中医内容的重要过程,其近年来的研究有了很大进展,其中望诊主要是用图像处理技术来实现的诊察方法。望诊可反映人身体健康状况的信息,为疾病的定性定位提供了诊断依据,利用图像处理对信号加以提取,有利于提高望诊的准确。中医望诊中舌诊的计算机化经过不断完善,已经实现了通过图像处理对舌体形态、颜色及舌苔等特征进行分类。
2.1.2、 图像处理在眼诊的应用
随着图像处理技术与相关采集装置性能的不断进步,中医眼诊客观化也具备了充分的条件。郭锋通过区域分割、边缘提取、灰度投影、模板匹配及对称变换等方法,对人眼睛的各部分进行精准定位,通过眼球的颜色、形状等特征来判断病位和病性;朱贵东在博士阶段研究中提出一种新的颜色校正方法——基于von-Krie色适应的分区颜色校正方法,对眼像颜色偏差进行矫正,通过自适应边缘跟踪来实现对白睛络脉的自动跟踪;他还构建了一个“望目辩证”的数字化实验系统并初步验证其可行性[2]。
2.2 、创新点及研究价值
2.2.1 、创新点
目前暂无成熟眼诊智能辅助系统,这将是一个全新的中医智能诊断设备;
传统眼诊受医师经验积累等影响,诊断结果缺乏客观指标;
具有辅助中医眼诊的功能,进行疾病智能预诊断和病理智能诊断。
2.2.2、 研究价值
(1)学术价值。
目前此领域并没有成熟的项目,OpenCV在生物识别方面虽已用于人脸识别,但极少用于人眼检测。本项目借鉴前辈在中医望眼领域有限的成果,以及其他中医诊疗仪器的研究完成项目,从了解眼诊理论到构建大体模型,再细节化完成。
(2)社会效益。
将传统眼诊过程中由医生翻开病人眼皮观诊变成病人转动眼珠由摄像头记录图片,方便医生诊断,提高病人就诊舒适度。
简单的诊断可由患者自行操作电脑完成,更加容易及普遍诊断。
将中医理论转变为简便的计算机机器操作。
3 、功能实现及简述
3.1 、功能实现简述
主要功能:根据观眼诊断学理论,实现观眼诊断的智能化的处理。包括:
(1)实现眼白区的采集,并具有智能化提示;
(2)合并成一副完整眼球图像,便于中医诊断;
(3)疾病智能化预判诊断实现;
(4)病理智能化诊断实现。
3.2、 眼诊具体实现过程
(1)将高清摄像头连接到路由器,采集眼睛(白眼球)图像。
(2)网络摄像头通过WI-FI将采集到的图片传输至计算机,显示在摄像头上位机上。
(3)患者在指示下用手指撑开眼皮,通过上位机控制抓取眼球的上、下、左、右四幅图片,得到四张包含整个眼球信息的图像并显示。
(4)对于采集到的图像进行定位,确定当前为眼球的哪一部分。
(5)在电脑端进行图像分割,按照中医方法中的分区把代表身体不同部分的每一区域分割出来。
(6)检测每个区域是否存在血丝,判断相对应部位是否有疾病。
(7)进行状况排除,比如熬夜,外部物理撞击对于眼球血丝的影响。
(8)将采集图像与样本相比较初步判断病症,为医生提供参考。
(9)对于血丝的血色深浅、粗细程度、特殊形状等等详细信息的判断得出病人病症的详细状况。
在研究过程中需要熟练运用计算机技术、图像处理技术、模式识别技术、嵌入式设计技术,并咨询专业的中医眼诊专家,完成眼诊智能辅助系统。
4 、存在问题及原因分析
4.1 、目前存在的技术性问题
问题:眼球图像的拼接技术的掌握。
解决方案:跳过图片拼接步骤,直接对四幅图片进行划区识别判断是否存在红血丝以完成简单诊断功能。完成身体部位存在病变与否的判断后,再有剩余时间进行项目完善,攻克图片拼接问题。
4.2 、中医眼诊智能化普遍问题
(1)中医诊疗数据具有不规范性,数据化难以实现。
现代中医诊断设备尚未在临床推广应用,未实现真正意义上的数据化,更难以实现大数据。这是制约中医药智能化发展的关键问题。
(2)缺乏中医药与模式识别学科交叉人才及研发平台。
当前中医学人才与AI人才相结合的研究平台与项目还很少,缺乏真正的学术联合开发,兼具中医与AI背景的交叉学科人才更是凤毛麟角。此外,受时间成本、技术水平等限制,目前尚无通过三类器械证书的AI中医或大健康产品[4]。
5 、结语
本文中首先对中医眼诊及图像处理技术的研究背景进行了了解和概述;其次对所做项目的研究与实现进行了概述;最后对于整个眼诊项目目前仍存在的问题、相应的措施以及使问题存在的部分原因进行了分析和论述。
在中医诊断领域,以舌诊、脉诊为代表的客观化技术逐渐成熟,形成了舌诊仪、脉诊仪等多种中医诊断仪器,涉及边缘提取、区域分割、特征提取及模板匹配等技术,而中医诊察客观化需要的远不止这些。现代中医诊断技术的发展使症状信息逐步实现客观数据化,在问诊主观症状方面逐步实现规范化和定量化,都为诊断技术数据化、智能化应用奠定了重要基础。虽然目前图像处理技术在中医的应用更偏重于面诊和舌诊中,但未来眼诊样本特征信息数据库会越来越完整。运用数据挖掘技术将诊察采集到的信息与数据库进行比对,从而得到诊察结果;甚至可利用采集到的大量特性信息数据,训练一个深度学习系统,来实现智能诊察的效果。
参考文献
[1] 郑德良.中医望眼辨证图解[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2016.
[2] 王晓洒,王峰,王宏武,等.图像处理在中医望诊中的应用[J].电脑知识与技术,2019,15(22):212-213,221.
[3] 毛星云.OpenCV3编程入门[M].北京:电子工业出版社,2015.
[4] 赵宇平,李楠,闫朋宣,等.中医药人工智能现状研究及发展思考[J/OL].中国中西医结合杂志:1-4[2020-03-25].http://h-s.kns.cnki.net.forest.naihes.cn/kcms/detail/11.2787.R.20191111.1550.002.html.
