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编者按：2020年9月19日，深圳市委宣传部、深圳市社科联联合邀哈尔滨工业大学（深圳）计算机科学与技术学院副院长卢光明教授作客深圳市民文化大讲堂，为市民朋友们做了一场题为“人工智能助推中医新发展”的精彩讲座。  中医有着几千年的历史，是中国的国粹之一，它为中华民族的繁衍发展做出了不可磨灭的贡献。20世纪之前中国人的救死扶伤主要是靠中医完成的，到20世纪以后由于西医的引进和发展，中医才慢慢变得式微和沉寂。 在这个过程中有很多不同的声音，甚至有些质疑的声音：中医是否科学？中医究竟是否有效？但是几千年的临床实践已经充分证明了中医确实是可行和有效的，所以今天我们必须以科学的眼光来看待中医的问题，并用计算机技术、人工智能等现代化技术来解决传统中医中存在的一些问题，助推中医的新发展。 一、中医的机遇和挑战 中医学的源起 中医学历史源远流长，是华夏民族在和大自然做斗争的过程中不断积累，不断发展起来的最古老、最基础的学科之一。中医学的发展史也是人类文明史的一部分，中医来源于感性认知，服务于理性实践，华夏民族在长期的医疗实践活动中，逐渐形成了医疗理性认识，经过反复验证，不断创造、发展和完善，形成了有中华民族特色的传统医药理论体系。 中医的机遇  中医的诊疗方法叫“望闻问切”，俗称中医四诊，它是中华医学最重要的组成部分。中医现代化最主要的目标就是把四诊进行数字化和标准化，以助推中医的发展。中医四诊的优势是非常明确的，具有无损伤、无疼痛、简便易行等优点，已受到越来越多的关注。 从国家的政策上来讲，国务院16部委联合发布的《中医药创新发展规划纲》中已经把中医诊疗技术的研究列为优先发展领域之一，其发展目标包括研制具有中医特点的诊疗仪器设备和探索中医四诊客观化、规范化方法。“十三五”中国国家战略百大工程项目其中第32项就是开发应用具有中医特色优势的医疗器械。从国家的发展规划上看，中医处于一个非常高的战略高度，这对于中医现代化的发展来说是一个非常好的机遇。 中医在新冠疫情中的应用  新冠疫情已经持续了大半年的时间，全球发病人数已经超过了3000万，现在还不清楚它什么时候能得到遏制或者缓解。目前，我国新冠肺炎疫情防控已进入常态化阶段，在我国新冠疫情防控过程中，中医和中医药在临床治疗的参与度是非常高的： ·国内疫情防控期间，中医药参与救治率在90%左右，疗效得到充分的证明。 ·北京的新发地疫情期间，中医药参与治疗率高达100%。 ·广东省推出的“肺炎1号方”在救治新冠肺炎患者中有效率达到94.21%。 ·张伯礼院士（天津中医药大学校长）与武汉“肝胆相照”，指导中医药全过程介入新冠肺炎救治，为新冠肺炎疫情防治做出了重大贡献，获得了“人民英雄”的国家荣誉称号。实际上这就是国家对中医在疫情防控中起到作用一个非常大的肯定。 中医诊察的发展  传统中医发展过程中到底存在哪些问题，我们为什么要对它进行现代化？ 第一：过于依赖中医师的经验。都说看中医要找老中医，因为老中医看过的病人更多，经验更丰富，更值得信赖。如果用计算机的语言来说，就是他的训练模型更稳定。 第二：缺乏量化的数据与标准。中医很多东西都是描述性的，只能细细的体会，没有办法量化。不量化就不能广泛传播，也很难被国际认可。 第三：中医人才培养周期长。中医传承主要靠老中医积累经验，凭感觉传授，这就要求徒弟既要有悟性又要勤奋，训练周期长，在很大程度上限制了它的传承与发展。 一种新的研究策略  中医现代化提出来以后，研究人员进行了很多尝试，其中一个有代表性的技术路线叫“中医专家系统”，它就是把一些中医诊断的经验整理成规则，然后用这些规则来进行辨证论治。中医专家系统在一定程度上助推了中医现代化的发展，但是也存在缺乏量化的数据标准等一些问题。我们研究团队提出一种叫“医学生物特征识别”的方法，旨在将传统中医体外诊察与现代信息技术相结合，在保留中医诊断自身特色（如无损伤/无疼痛）的基础上，利用人工智能技术为中医诊察现代化提供一个新途径。 这个策略充分分析了现代中医里面所存在的一些问题，以及该用什么样的方式和手段来对它进行量化和客观化。比如，对传统中医来说，诊断过程主要依靠的是经验积累，诊断依据没有办法量化，理论又比较抽象，甚至存在一些主观的因素。这些问题可以用人工智能的技术来进行解决，首先我们用标准化、自动化的信号采集技术把摸脉、声音、气味等信息采集起来，然后对采集的数据进行特征分析，并把异常的特征提取出来，最后再运用模式识别、数据挖掘等技术对其进行建模，最终实现中医分析的客观化、规范化。 中医诊断现代化的挑战  实现中医现代化仍然任重道远，当前首先需要研发标准化的中医体外诊察信息感知仪器。同时，未来医疗发展已从治病为主转向预防为主。面向人体诊察的“感知/计算”已成为重要方向。 感知是利用先进的传感器技术来诊察人体信息，即人体的各种生理/病理参数和健康状态；计算则是利用人工智能技术，对各类诊察信息进行深度挖掘与综合计算，建立健康预测/预警及疾病分析/诊断的计算模型。 西医能得到大家的认可是因为西医有非常规范和标准诊疗手段，例如影像学（包括核磁共振、X光片、CT、超声等等），而中医现在还做不到这些，所以建立中医自己的影像学，把舌像、脉象、口腔、气味等等数据都用标准的方式采集进来，并在诊疗过程中进行分析和跟踪，是中医现代化的首要任务。 因此，中医现代化的使命就是把传统中医里面用语言描述的内容进行数字量化；把人为感知的信息用客观的传感器进行采集；把经验传承的知识尽量进行标准化；把中医诊断以客观化和标准化的手段进行呈现。为此，我们希望突破中医体外诊察技术及应用平台，研发具有中医特色优势的医疗检测/诊断设备，开创中医诊疗自主创新的新亮点！助推中医新发展！ 二、中医+AI—中医发展的新方向  在中医诊断现代化里面，有两条主要的技术路线：多源异质体外诊察信息的广度感知和多源异质体外诊察信息的深度计算。广度感知就是尽可能多的采集体外检查信息，包括视觉、触觉、嗅觉信息等等；深度计算则是对采集的数据进行深入的分析和建模，建立可计算的模型。 “广度”四觉体外感知包括视觉信息、听觉信息、嗅觉信息、触觉信息等。“望”是视觉感知，主要看舌像、面色、总体的形态等等；“闻”包括听觉感知和嗅觉感知，一个是听声音，一个是嗅异味；“切”就是触觉感知，比如摸脉，包括更广泛的一些触觉，比如西医的ECG、血压、体温等信息都可以采集起来进行综合的分析。 信息采集之后就要进行深度的融合计算。分别可以从传感器、特征提取、分类器、决策分析四个不同的层次进行深度的计算，然后对数据进行处理和分析。 中医诊断现代化要实现的三个阶段性目标： 第一个目标是要实现中医影像的数字化、标准化采集，构建大规模中医影像数据库。对科学研究来讲，数据是基础，只有拥有大规模的数据，才可以通过现代化的手段，利用大数据分析来进行分析。 第二个目标是实现中医体外诊察信息的智能分析。通过设计并实现中医诊断计算机辅助系统，充分挖掘各项异常信息，辅助中医师进行更加准确的诊断。 第三个目标是实现基于中医体外诊察信息综合分析的自动健康评估和疾病诊断系统。当然，这是一个远期的目标，现有的一些医疗机构、体检机构，甚至中医馆有类似的系统已经可以做一些简单的健康自我评估。我们的终极目标是用这些设备来完成部分疾病的自动诊断。 望：基于视觉感知的舌面诊断现代化  “望闻问切”中“望”为四诊之首。望是视觉感知，是观察病人的神、色、形、态的变化，其中舌象/舌下、面色是望诊的重要组成部分。 在中医学的理论中，有“受之内，形之外”的说法，认为人体内部脏腑的病变可由舌象上的变化得知。因此，有人将舌称为观察人体脏腑变化的一面镜子，是及时反映人体生理和心理整体健康状况的“晴雨表”。传统中医面诊认为“相由心生”，认为眼通肝、鼻通肺、口通脾、耳通肾、舌通心，意思就是说当人体内部器官的病理发生了变化，最终都会表现在人面部的一些相关区域。 要实现望诊的客观化或者现代化，首先要设计标准化的采集设备及采样流程，全面采集望诊信息。包括采集人体舌面、舌下及面部的图像信息等。例如，在舌像诊断里面主要观察舌的一些具体特征，包括颜色特征、全局特征、局部有形物质特征、舌体几何形状特征等，只有设计标准化的采集设备和采样流程，才能保证舌象图像的高保真度，图像采集后要对它的特征进行提取，对大量采集到的舌像样本进行分析和挖掘，以客观和标准的形式呈现出来辅助医生进行治疗。 所以，对望诊的信息采集与分析就是通过客观化和现代化研究手段，建立中医舌像临床的样本数据库，研究符合中医舌诊诊断标准的多维舌像特征提取与量化算法，建立舌像与中医症候的隐性影射关系模型，最后构建智能化察舌辩证中医诊断平台，把舌面、舌下和脸色都结合起来，真正实现视觉客观化的综合分析和数据挖掘。 切：基于触觉感知的脉诊现代化  “切” 即指的是脉诊，切脉通常的做法是将食指、中指和无名指同时按压在病人手腕桡动脉的部位来获取脉搏跳动的深度、 强弱、迟缓等信息，这些生理信息也被称为脉象。中医师通过手指感受病人的脉象信息，从而判断病人的身体状况。 脉学理论的描述和诊断过程里面存在很多主观的因素，只能通过大量的摸脉，把这种主观体会转换成自己能接受的量化知识和规则，它有很多不太容易理解的内容。所以我们做脉象的客观化是要在信息化时代，利用压力、光电、超声等传感器将脉搏跳动的信息以数字信号的方式进行表示和分析。 实际上脉搏在传导和反射过程中会受到心动周期、心输出量等心脏性状因素的影响，同时还受到血管的硬度、直径，血液粘度，外周阻力等血液和血管的性状影响。脉搏信号可视为多个心脏活动的叠加，并受脏腑器官、血管功能、皮肤弹性等生理因素影响，这使它蕴含了与整个循环系统相关的丰富的人体生理和病理信息。 所以在做脉象客观化工作时，第一是如何用仪器设备更真实更客观的采集脉搏信号，第二是如何对采集的脉象信号进行数据分析。 脉象的数字化主要分成以下两大部分。第一个就是探头的设计。在脉象传感器的设计上，首先用多传感器融合的方式。比如，压力传感器能更好地模拟手指切脉的感觉，检测到切脉的压力。光电传感器发出的近红外光深入皮肤到达血管，获取血流变化的信息。将两种传感器进行融合，就可以同时获取多重信息。 第二个是采用阵列传感器设计。每个传感器头就是一个阵列，这样定位精确，同时还可以获取脉搏跳动的宽度信息，它具有稳定性高、抗干扰能力强的特点。 闻：基于嗅觉感知的气味诊断现代化  嗅觉在医学里面能反应出很多信息，不仅仅是中医学，包括西医里面也有。 ·医学研究表明，多种疾病会导致呼出的气体中相关标志物的浓度发生变化，例如丙酮与糖尿病相关，氨气与肾衰竭相关等。 ·呼气分析就是通过分析呼出气体中的标志物的组成来进行疾病的预测和辅助诊断。该方法具有无创、样本易收集的优点。 ·传统的化学分析设备（如气相色谱仪、质谱仪等）能够精确地确定混合气体中每一组份的浓度，可以用来对疾病和标志物的关系进行前期调研。但这类设备成本高，不易普及。 ·比起气相色谱仪、质谱仪这类设备，电子鼻的优势在于易操作、便携、快速、成本低，因此更适合推广到社区和家庭中应用。 ·电子鼻：由具有部分选择性的气敏传感器阵列和适当的模式识别方法组成的、具有识别单一或复杂气味能力的装置。 ·电子鼻的原理：待测气体→气敏传感器→控制电路→数据分析 比如交警查酒驾的设备实际上就是一个电子鼻，只不过该“电子鼻”是针对检测酒精浓度而设计。相比之下，我们的电子鼻涵盖了更广泛的人体健康信息。 电子鼻的传感器是由多个对口腔病气敏感的气敏传感器组成的气敏传感器阵列。在检测气味时，气敏传感器将气味信息转化为多路电信号，经过模数转化送入计算机处理。电子鼻气体传感器的主要类型有金属氧化物传感器、导电聚合物传感器、压电类气体传感器、电化学型传感器以及光纤气体传感器。 闻：基于听觉感知的语音诊断现代化  “闻”的另外一部分就是听觉。 ·研究发现患帕金森的病人可能在其疾病被确诊前五年就可以通过声音检测到病人的异常。 ·有研究指出，90%的肺癌患者具有发声困难症。研究表明，慢性阻塞性肺炎患者和健康人的嗓音量化特征存在显著差异。 ·肾功能衰竭容易导致呼吸系统紊乱，使得患者的嗓音频率增高。 以帕金森为例，国内外很多研究员在研究帕金森，因为其发病率比较高，60岁以上的人发病率是1%，随着年龄的增长，发病率会进一步升高，75岁以上老人的发病率会接近2.7%。因此，这会对人体的健康和正常生活构成重大的威胁。如何来预测帕金森严重的程度？怎么来评估诊疗过程和治疗过程中康复的情况？帕金森病人天天去医院就诊是很痛苦的事情，如果用声音做居家评估就简单很多。 语音检测与分析首先要做的也是更好的采集声音，一定要保证信号的可靠性。所以我们对这种麦克风，包括声卡、声音的取样环境，甚至包括人的发声都要有相对苛刻的要求。 三、中医四诊数字化及应用场景 中医诊断讲究“四诊”合参，通过四诊，四诊合参实际上是中医整体观念在诊断学上的具体体现。四诊合参对于全面了解病情，识别真伪，探求本原，具有非常重要的意义。望、闻、问、切各有独特的作用，他们之间互相联系，互相补充，不能相互取代。临床必须结合运用，互相参证，才能全面系统的了解病情。 为了推动中医现代化，通过整合上述“中医四诊”任务的各项需求，我们设计并实现了“四诊”合参的设备——四诊仪，有效地解决了解决舌脉、舌像、舌面、语音等数据的一体化采集。通过这种多种数据采集，然后融合起来做诊断进行诊疗分析，可靠性和稳定性得到比较大的提高。另外我们也设计了一些便携式的、适合家用的仪器。比如便携式舌面象采集分析设备，它可精准采集舌象、面象、舌下静脉等中医望诊中的关键医学体征信息，提取辨识舌色、舌形、苔质、苔色、舌下静脉、面色等6类/33种舌面象特征。 这些中医诊断的现代化设备的应用领域很广泛： ·病历存档：中医医院、诊所和研究单位等 ·远程会诊：电子病历传输、远程会诊 ·健康状况体检：体检中心，社区医疗，长者服务中心等 ·教学科研：中医研究单位，中医学院 ·辅助诊断：中医诊所，医院等医疗单位 四、未来中医现代化发展的思考 中医现代化要更进一步发展离不开两条主要的技术路线，即标准化的采集和智能化的分析。其根本目的是把中医学由传统的人工主观操作逐步发展成为计算机定量化、智能化分析，形成真实、客观、高效的计算机中医学诊断应用。。 第二，要和不同的中医院或不同的中医师进行交流。中医现代化是要把传统文化和现代技术进行结合，并不是把中医西医化，通过一些现代化手段让中医焕发更好、更强的生命力，实现中西医共存和协作。 中医现代化还有一些问题需要解决： ·中医体外诊察数据标准。现在国家在逐步重视，有些标准已经起来，但有些标准还在探讨，只有确定了标准，才能实现数据的共享。 ·建立中医实验科学体系。有了实验科学体系认可度才能更高，实现定量化和客观化才是科学实验体系的标准。 ·建立中医诊疗评价体系。没有诊疗评价体系，中医诊疗的有效性无法评估，往往不能让人信服。 ·培养中医现代化研究高端人才。怎么用现代化的方法来辅助人才梯队的培养，这个也是我们需要去进一步加强的问题。 未来中医现代化的应用场景会有更加广泛的拓展，我们要突破医院和患者的就诊场景，使其变得更加开放，并进一步结合互联网、移动设备、可穿戴设备等等，让它有更大的想象空间，也能更好的造福人类。 嘉宾简介 卢光明:教授，博士生导师，哈尔滨工业大学（深圳）计算机科学与技术学院副院长。2005年3月获哈尔滨工业大学计算机应用专业博士学位，2005-2007年在清华大学从事博士后研究工作，2007年7月起任职于哈工大深圳研究生院，2013年晋升为教授、博士生导师。2001年至2013年间，曾多次受邀前往香港理工大学进行访问研究。2009年被评为深圳市地方级高层次专业人才。近年来一直从事机器学习、计算机视觉、医学图像/信号处理等方面的研究。曾获黑龙江省自然科学一等奖、黑龙江省教育厅自然科学一等奖、香港最佳工业设计奖等奖项，获发明专利授权近20项，出版国际学术专著2部，在高水平国际期刊和国际会议上发表学术论文100余篇。 The End （头条号运营：深圳科筑信息技术有限公司） |
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