基于光谱的中医舌色客观化方法初探

摘  要：为了更加客观地反映舌的生理、病理变化，本文探讨基于光谱的舌色客观化的新方法：按照国际照明委员会推荐的测色标准照明和观测条件测量舌体的反射光谱，并将测量得到的反射光谱进行归一化处理，以尽可能地除去光源等测量条件变化带来的影响。将光谱学的方法应用于舌诊领域，在多个波长上精确分析舌色信息，能够更加客观准确地刻画舌的颜色，提供更多与人体健康状况相关的微观信息，如舌组织成份、微循环状态和舌组织结构等，克服了以往方法不能准确、祥实反映组织成份、结构以及微循环状态，量化指标不精确、实用性差的缺点。通过对物体和人舌光谱数据进行的初步采集实验，证明相比于现有的比色法，光谱法既可以更全面、深入、客观地反映人舌所携带的生理和病理信息，突出舌色的细微区别，又可以用特征参数准确度量来表征，与现有物理基准相衔接，从而促进舌色客观化的研究进程。

关键词：舌诊，光谱，中医，客观化

中图分类号：O433．4　　　　　文献标识码：A        文章编号：

引    言

    中医认为，人体五脏六腑均与胃气相通，并通过胃气上蒸于舌，附着于舌之表面，表现为苔^[1]。通过对舌质和舌苔的观察，可以测知脏腑气血各种生理功能、病理变化的部分情况，成为指导临床辨证论治的依据。中医症状辨别有很大的主观性。天津中医学院伍喜良通过10名中医师对230例舌图中舌色诊断结果进行分析^[2]，结果完全一致的诊断仅为9例。舌诊的第二个弊端是受外部环境的影响很大。传统舌诊这些不可避免的缺点，必须通过确定客观化的标准、执行客观化的诊断手段才能解决。

在舌色客观化中，后出现了很多方法。随着计算机技术的发展，徐元景等^[3]利用小型摄像头摄取患者的舌象图形。周越等^[4]利用彩色CCD和光源采集舌象。耿俊等^[5]利用Sony DSC-70型数码相机，方便快捷的采集到了舌象图像。北京工业大学信号与信息处理研究室研制了计算机舌象分析仪，并将分类器融合技术、支撑向量机、图像分析^[6～9]等技术和理论引入到舌象分析中来，取得了很好的效果。这些方法使得数据采集更加方便快捷，但是感光器件的灵敏度、动态范围、响应均匀性等参数都会影响到成像的质量和成像的真实性^[10、11]。

以往的舌色采集方法仍和传统的人眼观察法一样，受环境的影响非常大，对照明光源的色温、显色指数、采集使用的方法要求都非常严格。本文提出了基于光谱的舌色客观化方法，这种方法操作简单方便，同时还大大降低了对光源参数和采集方法的依赖性。它不仅能够更加客观准确的反映舌的颜色，而且可以提供更多与组织成份^[12]、人体生理、病理、微循环变化有关的微观信息，克服了以往方法量化指标不精确、实用性差的缺点。

    在中医的诊断过程中，仅凭肉眼判断舌苔的颜色并不能确定具体的病症，中医师还要结合患者其他的病征才能得出最后的结论。也就是说，单就舌象一项而言，一种舌象可以代表多种疾病。但是根据光谱学的原理，肉眼判断结果一致的色彩光谱学未必一致，因此就存在通过光谱成分判断病症的可能性。如图1为三种视觉为红色的物体的归一化反射率比较。

Fig.1  Reflectivity of different object with similar color

2  实验部分

3.1  实验设备

实验使用的照明设备是白光LED，由光纤采集的数据通过光谱仪转换成数字信号经由USB口输入电脑。根据CIE（国际照明委员会）推荐的四种测色标准照明和观测条件之一^[13]，照明光束的光轴与样品表面的法线之间夹角不超过10°，在与样品表面法线成45°±5º的方向进行观测。实验设备如图2所示。

Fig.2  Equipment of the experiment based on spectrum

3.2  数据处理

如果单纯采集舌体反射的光谱信息，数据受到照明条件、采集方法的影响仍然很大。这里实验主要采集两部分数据，光源数据和舌色数据，最终获得的是各个波长上光的强度。数据处理流程如图3所示。

Fig.3　 Schematic of data processing

输入到电脑中的两部分数据都存在着高频噪声，在进行进一步数据处理之前必须先对数据进行滤波处理。

照明光源的放置位置、照射光入射的角度、光纤头与舌体的距离、位置等都会影响到采集的数据，因为这些原因，采集到的舌色数据仍然受外界环境和采集方法的影响很大，为了消除这些影响采取了如下的措施。

A、利用光谱记录软件可以采集时间光谱的功能，每隔100ms采集一个数据，共采集3秒钟的数据进行叠加。

B、物体对光的反射率是物体的物理特性，与光源等因素无关，之所以在不同的条件下反映出不同的视觉效果，是由于光源光谱成分和观测方法不同造成的，因此在观测颜色时有严格规定的照明参数和观测方法。这里，将处理后的舌色数据在各个波长上计算相对于光源的反射率，并将反射率归一化^[14、15]，只考虑各个波长上反射率数据之间的相对关系，通过计算归一化反射率的方法消除照明和采集方法带来的影响。如图4为采集到的原始舌色光谱数据，图5为滤波后并叠加后的舌色光谱数据，图6为最终叠加并计算归一化反射率后的数据。其中采集的对象舌象体现为红舌少苔。

Fig.4  Original data of tongue color   Fig.5  Data filtered and stacked

Fig.6  Final data of reflectivity

3.3  试验结果

    通过舌色数据的采集和处理，得出了舌体对光的归一化反射率数据。这种方法更为直观的将舌色信息用对不同波长光的反射率来表示，量化指标明确，并且排除了照明参数和观测方法的干扰，不但可以反映出舌色信息，而且还为后期比较提供了方便的数据。如图7为红舌少苔(曲线A)和青紫舌白腻苔（曲线B）两种情况归一化光谱的比较。

Fig.7 　The difference between two kinds of tongue

3、结论

将光谱法应用在舌色采集中有其他方法无法比拟的优点。它可以区别出相似甚至相同颜色不同成分的彩色光，为区分不同病症引发的视觉相似的舌象提供了客观依据。在反映舌色的同时，这些信息又与舌的生理、病理等变化相关。这种方法可以得到量化的指标，而且操作方便。通过数据处理，可以排除背景噪声以及在操作过程中的不稳定因素带来的干扰，得到直观的特征，可以很好的区分出视觉相近的颜色，有利于不同舌象间的比较。

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