基于图像识别技术的中医肝病目诊系统设计与研发(1)
摘要 立足于“目为肝之窍”的中医望诊理论，针对传统医学中肝病目诊缺少客观化及量化指标的问题，研发一种可穿戴的中医肝病智能目诊系统(设备)。本系统主要是由眼部图片自动采集、图谱智能生成设备及数字化诊断系统两部分构成。利用仿生模式识别理论的同源连续性算法构建眼部特征发现模块，利用仿生模式识别的高维目标识别算法实现眼部肝病图谱生成模块。通过这2个模块，根据中医目诊理论，对照片及识别结果进行分层次结构化的存储，建立有中医内涵的健康人及肝病患者人眼库，为提高中医数字化、可视化诊断水平提供方法与手段。
关键词 目诊;目诊设备;仿生模式识别;同源连续性算法
Abstract Based on the theory of “ liver opening into eye” and aiming at the lack of objectivity and quantitative indicators of eye inspection in traditional Chinese medicine， a wearable intelligent eye inspection system (equipment) for liver diseases in traditional Chinese medicine was developed. This system is mainly composed of two parts： automatic eye image acquisition， intelligent atlas generation equipment and digital diagnosis system. The bionic pattern recognition theory homology continuity algorithm was used to construct the eye feature discovery module， and the bionic pattern recognition high-dimensional target recognition algorithm was used to realize the ocular liver disease map generation module. Through these two modules， according to the eye inspection theory， the photos and recognition results were stored in a hierarchical structure， the health and liver disease patients ’eye banks were established to provide methods and means for improving the level of digitalization and visual diagnosis of TCM.
Keywords Eye inspection; Eye-inspection equipment; Bionic pattern recognition; Homology continuity algorithm
目诊是通过观察眼睛变化来诊断全身疾病的方法，是中医望诊中特色诊法之一。“目为肝之窍”“心之使”“为肾精之所藏”“为血之宗”“五脏六腑之精气皆上注于目”。在生理上，目与五脏六腑联系密切。在病理上，察目亦可反映脏腑精气的盛衰。《重订通俗伤寒论》：“凡病至危，必察两目，视其目色，以知病之存亡也，故观目为诊法之首要”[1]。瑶医目诊是具有民族特色诊法之一，其内容包括白睛诊法、黑睛诊法、眼球经区诊法以及天、人、地三部形色目诊等，其诊断符合率颇高，且一直应用于临床。近来随着计算机科学与医学的交互应用与发展，为目诊的现代化、客观化的研究提供了技术支撑。
眼部识别是最自然的一种识别方式，人们甚至可以依据文字描述来区别不同人的眼睛。人类诸多疾病亦可反应于眼，眼睑、巩膜、虹膜等部位上的每个特异性表现都可能是某种疾病生物特征在眼部反射。虽然人的眼睛会随着年龄增长发生变化，但眼表血管分布的几何关系与虹膜边沿纹理在人的一生中都非常稳定，因此可以反映躯体的不同状态。基于此，本项目以肝病为切入点，运用仿生模式识别及计算机图像处理技术，通过对患者眼睛各部位形态、色泽、纹理、斑点及位置结构的动态变化与分析，来判断躯体内在器官病变及功能紊乱。即设计可通过自动采集与分析眼睛的物理、生物和行为等特征来识别人体疾病的中医肝病智能目诊仪(全息仿生智能诊断设备)，其前端眼睛图片采集设备见图1。
1 基于中医目诊理论的数据采集与分析
以中医目诊理论为指导，基于图像处理技术，研发目诊图像采集功能模块和图像采集设备，形成可穿戴中医肝病目诊仪图像采集样机。眼睑及眼前血管纹理等在可见光波长照明下即可采集，巩膜与虹膜图片也可采用大景深镜头高清晰采集。通过采集被试人员(健康人及肝病患者)眼部(眼睑及眼球)彩色及红外线照片，建立不同疾病眼部图片库，并基于图像处理技术进行眼部特征提取及关联分析，以获得不同年龄段的健康人及不同疾病的眼部特异性特征。
1.1 眼部图片采集
运用目诊仪采集被测试者眼部高清彩色照片，通过无线传输模块将图像传至计算机，人工标注年龄，性别，职业等一般资料，形成眼部多粒度信息采集。
1.1.1 采集人群 肝病患者主要来自于上海中医药大学附属曙光医院肝硬化科住院及门诊的肝硬化患者。健康志愿者来源于曙光医院体检中心，其中性别、年龄与患者相匹配。为了便于机器學习寻找特征，需采集尽量多的不同年龄段的眼睛图片，现阶段完成并用于分析的样本数为200例。, 百拇医药(朱会明 赵锐 高悦)
关键词 目诊;目诊设备;仿生模式识别;同源连续性算法
Abstract Based on the theory of “ liver opening into eye” and aiming at the lack of objectivity and quantitative indicators of eye inspection in traditional Chinese medicine， a wearable intelligent eye inspection system (equipment) for liver diseases in traditional Chinese medicine was developed. This system is mainly composed of two parts： automatic eye image acquisition， intelligent atlas generation equipment and digital diagnosis system. The bionic pattern recognition theory homology continuity algorithm was used to construct the eye feature discovery module， and the bionic pattern recognition high-dimensional target recognition algorithm was used to realize the ocular liver disease map generation module. Through these two modules， according to the eye inspection theory， the photos and recognition results were stored in a hierarchical structure， the health and liver disease patients ’eye banks were established to provide methods and means for improving the level of digitalization and visual diagnosis of TCM.
Keywords Eye inspection; Eye-inspection equipment; Bionic pattern recognition; Homology continuity algorithm
目诊是通过观察眼睛变化来诊断全身疾病的方法，是中医望诊中特色诊法之一。“目为肝之窍”“心之使”“为肾精之所藏”“为血之宗”“五脏六腑之精气皆上注于目”。在生理上，目与五脏六腑联系密切。在病理上，察目亦可反映脏腑精气的盛衰。《重订通俗伤寒论》：“凡病至危，必察两目，视其目色，以知病之存亡也，故观目为诊法之首要”[1]。瑶医目诊是具有民族特色诊法之一，其内容包括白睛诊法、黑睛诊法、眼球经区诊法以及天、人、地三部形色目诊等，其诊断符合率颇高，且一直应用于临床。近来随着计算机科学与医学的交互应用与发展，为目诊的现代化、客观化的研究提供了技术支撑。
眼部识别是最自然的一种识别方式，人们甚至可以依据文字描述来区别不同人的眼睛。人类诸多疾病亦可反应于眼，眼睑、巩膜、虹膜等部位上的每个特异性表现都可能是某种疾病生物特征在眼部反射。虽然人的眼睛会随着年龄增长发生变化，但眼表血管分布的几何关系与虹膜边沿纹理在人的一生中都非常稳定，因此可以反映躯体的不同状态。基于此，本项目以肝病为切入点，运用仿生模式识别及计算机图像处理技术，通过对患者眼睛各部位形态、色泽、纹理、斑点及位置结构的动态变化与分析，来判断躯体内在器官病变及功能紊乱。即设计可通过自动采集与分析眼睛的物理、生物和行为等特征来识别人体疾病的中医肝病智能目诊仪(全息仿生智能诊断设备)，其前端眼睛图片采集设备见图1。
1 基于中医目诊理论的数据采集与分析
以中医目诊理论为指导，基于图像处理技术，研发目诊图像采集功能模块和图像采集设备，形成可穿戴中医肝病目诊仪图像采集样机。眼睑及眼前血管纹理等在可见光波长照明下即可采集，巩膜与虹膜图片也可采用大景深镜头高清晰采集。通过采集被试人员(健康人及肝病患者)眼部(眼睑及眼球)彩色及红外线照片，建立不同疾病眼部图片库，并基于图像处理技术进行眼部特征提取及关联分析，以获得不同年龄段的健康人及不同疾病的眼部特异性特征。
1.1 眼部图片采集
运用目诊仪采集被测试者眼部高清彩色照片，通过无线传输模块将图像传至计算机，人工标注年龄，性别，职业等一般资料，形成眼部多粒度信息采集。
1.1.1 采集人群 肝病患者主要来自于上海中医药大学附属曙光医院肝硬化科住院及门诊的肝硬化患者。健康志愿者来源于曙光医院体检中心，其中性别、年龄与患者相匹配。为了便于机器學习寻找特征，需采集尽量多的不同年龄段的眼睛图片，现阶段完成并用于分析的样本数为200例。, 百拇医药(朱会明 赵锐 高悦)