CN102222153A - 中医机器问诊数量化辩证诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种利用计算机系统进行中医机器问诊的中医数量化辨证诊断方法和系统。本系统对临床常见的一些证候(症状、体征等)按照中医理论进行分类，并将其中的中医专业术语白话解，以通俗易懂的问题形式表达出来，由计算机模拟医师语音发问，给出四-五个可选项，由被测者进行选择，根据被测者所选项确定对相关证素的联接权值，对测试结果可视化表示并形成相应的中医数量化辨证诊断证名，基于中医数量化辨证诊断结果给出治疗或养生建议。本发明提供了一种新的中医数量化辨证问诊的方法和系统，可应用于亚健康体检中心、医院、中医院、药店等单位进行中医机器自动诊断和家庭日常自我健康检测。

Description

中医机器问诊数量化辩证诊断方法

所属技术领域

本发明涉及一种利用计算机系统进行中医机器问诊的方法。具体地说，是涉及一种用计算机产生中医问诊语音或者文字问卷对被测者进行问诊，并基于被测者回答而生成中医数量化辨证诊断结果的方法。该方法所给出的结果可以用于对被测者体质和身体状态的诊断，并给出相应的调理或治疗方案。

背景技术

中医问诊是中医诊察疾病的基本方法之一。问诊是医生通过病人或陪诊者进行有目的的询问，以了解病情的方法，特别是了解患者当时的身体主观感受。通过问诊可以了解有关患者身体状况很多情况，如病人的自觉症状、起病过程、治疗经过、生活起居、平素体质及既往病史、家族病史等。中医问诊对于做出最后的辨证诊断结果具有诊断信息全(可以得到被测者身体体质以及各个脏腑的全面信息)、信息早(被测者主观感受早于机能结构和细胞病理的变化)、信息准(来自待诊断的个体感受)的特点。如何将传统中医问诊的方法通过采用现代科学技术实现并能广泛应用是一个重要的课题。

从近期发表的论文和专利看，现有的中医问诊系统是由计算机模拟病人，由学生模拟医生，以此实现训练诊法技能目的。这类中医问诊系统表现出训练系统和教学软件的特征，主要由使用者主动选择一些不同的证候(症状、体征等)进行分析，并给出分析后的证名。另外，由于此类软件目前对证候的描述往往使用专业术语，令非中医专业人员难以使用。由于现有软件是以训练和教学为目的，因此一般不具有语音合成与识别功能，对于计算机水平不高的用户也存在使用上的困难，与真正意义的中医问诊相距甚远。

本发明以中医问诊理论为基础，基于中医机器问诊软件系统对病人进行问诊。将传统的中医问诊术语白话解，形成中医问诊问卷，利用计算机系统对用户进行语音提问或文字提问，用户对所提问题进行回答，计算机再根据用户回答情况自动生成中医辨证诊断结果。

与传统方法相比，本发明应用对象为普通用户，为大众保健与疾病诊断服务，不同于以往的训练系统与教学软件；与传统方法相比，本发明问诊的内容既包括传统的中医问诊所涉及的十问，也包括针对气质、体质所设计的新问题，不同于以往软件只针对传统的问诊范围；与传统方法相比，本发明采用多元统计图表示进行诊断结果可视化分析，使用者可以更直观的观察被测者的各个指标，增强了诊断结果的可读性与易用性，不同于以往只利用文字对诊断结果进行描述。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的利用计算机系统进行中医机器问诊方法，此方法将专业中医问诊术语转化为白话解并通过模拟真人语音提问(或者以文字方式提问)，被测试者可以语音回答(或通过键盘、鼠标等外部设备回答)，计算机系统自动生成中医数量化辨证诊断结果。这种方法还可以通过互联网对被测者进行测试，由服务器端自动产生中医问诊数量化辨证诊断结果。

为了满足用户需求多样化的需要，本系统将从不同的角度分为多个版本。

从问卷的详细程度上分，本发明分为简化版与专业版。其中，简化版问卷问题数目在50-150之间，适用于中医辨证诊断的初步筛查；专业版问卷问题数目较多，在150-300个问题之间，可以生成详细的中医数量化辨证诊断结果。

从诊断问卷与诊断过程实现的地点上分，本发明分为网络版与单机版。其中，网络版将用户资料、问卷库与证素联接权值保存于服务器端，用户需要通过网络对其进行访问。网络版的优势在于用户可随时在有网络的地方进行测试，且问诊问卷与证素联接权值会根据临床结果动态更新；单机版则把所有功能安装于客户端，适用于网络接入不方便的用户使用。

从系统载体上，本发明分为PC版、移动终端版与独立版。其中，PC版以通用目的计算机为载体，运行于计算机操作系统之上；移动终端版以智能手机为主要载体，运行于智能操作系统如symbian、windows CE或java平台上，便于用户随时使用；独立版则为该问诊系统设计单独的硬件与软件平台，解决了平台依赖问题。

多版本的划分是为了满足不同阶层用户的需求，以下内容与版本无关。为了描述方便，以PC平台为例进行介绍。

众所周知，中医诊断学是一门专门的学问，传统的中医问诊主要问寒热、问汗、问疼痛、问睡眠、问头身胸腹、问耳目、问咳喘、问饮食口味、问二便、问经带(女)、问生殖系统(男)等问题。中医机器诊断系统的目的是让更多的人能够使用中医问诊诊断方法和系统，因此应该使非专家用户能够顺畅使用。为了做到这一点，本发明在将涉及到的中医诊断问题和术语进行白话解后，融合现代中医的新理论，通过大样本临床或实际使用，对问卷反复修改后得到中医问诊问题库。该程序根据用户的特定信息(如性别、年龄)从问题库中选取合适的问题进行提问。用户根据自身情况对所生成的问卷进行回答。

中医体质诊断的问卷采用中华中医药学会发布的中医体质分类与判定标准问卷。

为了扩大应用范围，使不具备计算机操作能力和视力障碍者可以顺利使用该系统，本发明设置了语音合成与识别功能。在计算机显示器上给出语音问诊问题和备选答案的同时，由计算机对其进行语音合成输出。被测者根据选择答案的提示，可以对回答方式进行选择，既 可以使用键盘、鼠标或专用问诊键盘等计算机外部设备进行回答，也可以用语音回答问卷。因此，就人机交互而言，本发明共有四种问卷人机交互模式，分别为屏幕显示问题计算机合成语音发问和语音识别、屏幕显示问题计算机合成语音发问和被测者利用计算机外部设备进行输入、屏幕显示问题和语音识别、屏幕显示问题和被测者利用计算机外部设备进行输入。

在问卷的生成上，对问题库中的每一个问题进行属性归类，使得每一个问题针对不同用户的用户信息(如年龄、性别等)，从而最大程度减少无效问题的产生。同时为了防止用户对固定顺序的问题过于熟悉而产生的疲劳感对诊断效果产生影响，本发明所设计的问诊问卷问题可以随机排列顺序。

根据用户对问题的回答，需要进行问诊证候分级量化。对此，本发明采用四级黄金分割法，即：某一症状存在且严重，得分为1；症状存在且较重，得分为0.618；症状存在且较轻，得分为0.382；症状不存在，得分为0。本发明还可采用五级分割方法，五级分割方法可在0-1之间线性分割。最后，得到的问诊分级量化数值乘上这个证候对某一个证素的联接权值(联接权值的确定将在结构方程模型部分介绍)，得到该证候对特定证素的贡献。

被测者完成测试后，根据证候与证素之间的联接权系数，可计算各个证素得分。若某证素得分超过阈值，则具有诊断意义。将得分具有诊断意义的证素按照中医理论组合，得到了中医机器问诊的诊断结果。依据中医机器问诊结果，可以给出相应的中医调理方法，比如：针灸方法与中药治疗的参考方剂。

对于诊断结果，本发明将按用户按测试时间进行保存，以提供特定用户身体状况的变化趋势，为不同体质和不同证素得分最高用户提供更为准确的调理与治疗方案，并根据用户身体状况变化趋势对调理与治疗方案进行针对性调整。

该发明的理论基础为在中医理论指导下的基于多元图表达原理的“病辖诸证，证辖诸症”的中医数量化诊断模型。一般化中医诊断复杂系统概念模型有四个层次：病、证名、证素和证候。一种病可能有若干个证，一个证可能由若干个证素组成，一个证素可能有若干个证候。证候与证素联接，证素与证名联接，证名与病联接。这些联接构成了复杂系统的层级网络模型。根据一般化中医诊断复杂系统概念模型，基于多元图表示原理的递阶、多层次证候诊断一般化概念模型分为四大部分：第一部分是证候层即中医诊断的浅层次部分，由问诊所收集的临床症状、体征组成；第二部分是证素层即辨证部分，由八纲辨证、气血津液辨证、脏腑辨证、经络辨证等若干个模块组成；第三部分为证，既通过辨证的结果得出疾病属于哪种证型；第四部分即诊断的最高层次疾病层次。特别需要指出的是：表面上看提出的模型是三层结构，实际上，每个证素是由多个临床证候(症状)信息表达的，也就是说，每个证候(症状)可能对每个证素都有贡献，因此构成“证候-证素-证”“一对多映射”复杂表示系统。

因此，证候诊断复杂系统一般化层次关系模型具有这样一些特点：层次性和“一对多”联接性。层次性是指这个模型具有“病辖证，证辖证素，证素辖证候(症)”层次关系；“一对多”联接性是指在证候(症状)区和证素区(辨证区)输入变量的“一对多”联接关系。换句话说，每个证素可能是所有症状(证候)输入信号的函数，每个证可能是每个辨证区(证素)输出信号的函数。这个模型很好地表达了中医证候诊断系统的复杂性，也揭示了各个变量间的联接关系。从结构上看，给出的结构和神经网络结构极为相似，所不同的是神经网络变量间的联接权重是通过训练得到的，而这里的联接权重是通过专家知识加以确定的(或者通过结构方程模型确定)。

在建立中医诊断模型后，实现中医数量化诊断的重要问题转化为：证候→证素和证素→证名联接关系估计问题。对证候→证素联接关系的估计问题来讲，因为证候是显变量，证素是隐变量，所以证候→证素节点间的联接权系数估计问题就是一个典型的自变量→因变量关系估计问题，参数回归问题。

对于证候与证素的关系，本发明采用无指导模型参数估计方法(结构方程模型方法)进行。在问诊过程中，证候是测量变量(显变量)，是已知的，而证素是隐含变量(隐变量)，没有直接给出值，这时应用结构方程模型来研究两者之间的关系。

结构方程模型(SEM)是一种建立、估计和检验因果关系模型的方法，它主要是通过引入潜在变量，来研究多个抽象变量之间的因果结构关系。结构方程模型用于处理含有众多变量及复杂相关指标的网络结构，学习可观测的显变量和不可观测的隐变量间的直接及间接作用，有如下几个优点：允许自变量含有误差，尽可能调整了测量误差及个体差异；同时考虑变量间的直接关系和间接关系，并能利用通径图给出直观表示；可根据专业知识对模型做出合理假设，并检验这种假设，有助理解因果关系。

将结构方程模型应用于证候与证素模型辨识的基本结构如下所示。

结构方程模型包括测量模与结构模型。用X_pq来表示第p个样本的第q个证候。假设显变量证候X的值只取决于隐变量证素Z，即在给定隐变量的条件下，各显变量是相互独立的。在该条件下证候与证素间的关系可以表示为：

随机向量σ_pq表示显变量的测量误差，满足均值E(σ_pq)＝0和方差cov(σ_pq)＝M的多元正态分布。在结构部分，定义隐变量之间的线性结构关系为：

Z_ij＝α+AZ_ij+ξ    (1)

其中A为l×m矩阵，其所有对角元素a_ij＝0，且矩阵(I-A)可逆。残差向量满足均值E(ξ)＝0 和方差cov(ξ)＝N的多元正态分布，且独立于ξ。对含有隐变量的密度函数进行积分则可得到似然方程x_pq＝ω_pqz_p+σ_pq      q＝1，2，...，d    (2)

(q为证候的索引角标，σ_pq为测量误差)

$L\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Π}}}f\left(X_{\mathrm{pq}}\right|\mathrm{\θ})=\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Π}}}\∫f\left(X_{\mathrm{pq}}\right|Z_p,\mathrm{\θ})f\left(Z_p\right|\mathrm{\θ})d{Z}_p---\left(3\right)$

其中θ＝{M，N，α，ω_pq}，可用极大似然法或广义最小二乘法求出各参数的估计值。

本发明可采用专用按键输入加密设备对问题进行按键回答并对软件进行加密。该设备主要由单片机和USB接口芯片组成，单片机用八个I/O口连接8个按键，每当按键按下时将键值通过USB接口芯片传给上位机。此设备还可起到软件加密的作用，其原理是将软件的关键数据存储到单片机的闪存中，每当软件启动时通过USB接口将数据读出，数据间通信用AES算法加密。

本发明的有益效果是，将专业术语白话解，使系统易于被无医学知识的用户使用，提高了易用性与通用性；在传统中医问诊基础上加入现代中医理论，使诊断过程不但具有传统的疾病诊断功能，且具有体质检测功能，可用于未病学分析，扩大了诊断范围；通过计算机模拟医师语音发问和增加自动语音识别功能，提高了问诊的真实感和易用度，解决了计算机水平较低者的使用困难问题；对测试结果采用多元图可视化表示以及利用互联网进行专家会诊有助于提高诊断的准确率；而且，作为一种中医数量化辨证诊断方法，可以推广至中医专病的机器问诊诊断，具有较强的通用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的主框架图。

图2是图1中问卷生成模块的框架图。

图3是图1中人机交互模块的框架图。

图4是图1中证素数量化模块的框架图。

图5是图1中互联网专家会诊模块的框架图。

图6是图1中测试结果的中医体质诊断结果柱状图(平行坐标)可视化模块的例图。

图7是图1中测试结果的中医体质诊断结果雷达图可视化模块的例图。

图8是图1中测试结果的中医数量化辨证诊断各个证素检测结果柱状图(平行坐标)可视化模块的例图。

图9是图1中测试结果的中医数量化辨证诊断各个证素检测结果雷达图可视化模块的例 图。

图10是中医数量化辨证诊断一般化概念模型图。

图11是基于多元图表示原理中医机器问诊数量化诊断模型图。

图12是结构方程模型应用于证候与证素模型辨识的基本结构图。

图13是专用按键输入加密设备电路原理图。

图14是中医机器问诊系统结构模型图。

具体实施方式

在图1中，本方法分为八个模块，分别为记录被测者基本信息(1)、问卷生成(2)、人机交互(3)、证素数量化(4)、测试结果可视化(5)、证名生成(6)、因特网远程专家会诊(7)、治疗建议和保健方法建议(8)。

记录被测者基本信息(1)模块中，主要记录以下基本信息：性别、生辰、籍贯、婚否、职业、身高、体重、腰围、肤色、主要症状、发病经过、是否长期用过激素、是否大量用过消炎药、是否做过内脏手术。

问卷生成(2)模块如图2所示，首先对证候(症状、体征等)按性别进行分类，分别形成男女证候库。然后进行专业术语白话解，例如专业术语“小便短赤”，白话解为“您是否感觉到小便时发热，且量少色黄？”。分别形成男女问题库。最后分别将男女问题库中的问题随机排序，形成男性问卷188问题、女性问卷202问题。

人机交互(3)模块主要功能为将问题清晰地展示给被测者，同时接受被测者对问题可选项的选择即输入。人机交互共有四种模式，分别为屏幕显示问题计算机合成语音发问和语音识别、屏幕显示问题计算机合成语音发问和被测者利用计算机外设进行输入、屏幕显示问题和语音识别、屏幕显示问题和被测者利用计算机外部设备进行输入。

证素数量化(4)模块作用如下，问卷中每一个问题对应四个可选项，即症状存在且严重，得分为1；症状存在且较重，得分为0.618；症状存在且较轻，得分为0.382；症状不存在，得分为0。例如被测者回答完一个问题后选择症状存在且较重，则将这个问题的得分0.618分别乘以这个问题对每个证素的联接权值即为该证素的量化值。当被测者回答完男性问卷188问或女性问卷202问后，分别将证素的量化值相加即得到证素的总量化值。本发明还可采用五级分割方法，五级分割方法可在0-1之间线性分割。

测试结果可视化(5)模块主要是将各个证素总得分值采用平行坐标或者雷达图进行表示，给出直观可视化诊断结果。诊断结果又可分为中医体质和中医辨证诊断两大类，其中体质诊断分为平和质、气虚质、阳虚质、阴虚质、痰湿质、湿热质、瘀血质、气郁质、特禀质九类，如图6、图7所示；而中医辨证诊断分可细为八纲辨证、气血津液辨证、病因辨证、脏腑辨 证共四类，分别用柱状图和雷达图进行可视化表示。例图如图8、图9。

证名生成(6)模块作用是分别从八纲辨证、气血津液辨证、病因辨证、脏腑辨证中取出量化值最大的前三个证素，用查表法得到相应的证名。

因特网远程专家会诊(7)模块如图5所示，被测者在客户端回答中医问诊问卷，客户端根据回答情况进行分析，给出诊断结果即证名并通过网络传输到远程端即专家端，专家端对测试结果进行验证分析，将可行治疗建议和保健方法传回客户端。远程诊断另外一种工作方式为：被测者在客户端回答中医问诊问卷，将所有问题的回答结果汇总，形成证素数量值，通过网络传输到远程端，在远程端通过专家诊断形成最后诊断结果即证名，远程端再将诊断结果和治疗或调养方法的建议回传给客户端。

治疗和保健方法建议(8)模块通过分析测试得到的证名，给出可行治疗建议和保健方法。例如证名：脾胃气虚证，治疗建议：四君子汤。

本发明提供了一种新的中医数量化辨证机器问诊的方法和系统，可应用于亚健康体检中心、医院、中医院、药店等单位进行中医机器自动诊断和家庭日常自我健康检测。

Claims (10)

1.一种中医机器问诊交互方法，其特征是：基于中医问诊原理生成白话解问诊题库，依据用户性别、年龄等信息生成中医机器问诊特定问卷，基于用户对中医问诊问题的回答自动生成中医数量化辨证诊断结果，并根据中医数量化辨证诊断结果给出中医药治疗建议或者保健养生方法。

2.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：中医问诊采用白话表达方式的问卷，问卷内容由中医问诊中问寒热、问汗、问疼痛、问睡眠、问头身胸腹、问耳目、问咳喘、问饮食口味、问二便、问经带(女)、问生殖系统(男)、中医体质测量等问题组成。并根据用户信息(性别、年龄等)生成有针对性的问卷；中医问诊问卷问题的顺序可以是固定的或随机的。问诊结果既可以进行体质测量分析，从而对未病进行调理，也可以对已发生疾病进行诊断，提供治疗方案。

3.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：根据不同用户需要分为多个版本。从问卷的详细程度上分，分为简化版与专业版。其中，简化版问卷问题数目在50-150之间，适用于中医辨证诊断的初步筛查；专业版问卷问题数目较多，在150-300个问题之间，可以生成详细的中医辨证诊断结果。从诊断问卷与诊断过程实现的地点上分，分为网络版与单机版。其中，网络版将用户资料、问卷库与证素连接权值保存于服务器端，使用者需要通过网络对其进行访问，问诊问卷与证素连接权值会根据临床结果动态更新；单机版则把所有功能安装于客户端，适用于网络接入不方便用户使用。从系统载体上，分为PC版、手机版与独立版。其中，PC版以通用目的计算机为载体，运行于计算机操作系统之上；手机版以智能手机为主要载体，运行于智能操作系统如symbian、windows CE或java平台上，便于用户随时使用；独立版则为该问诊系统设计单独的硬件与软件平台，解决平台依赖问题。

4.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：人机交互共有四种模式，分别为屏幕文字显示提问问题并计算机合成语音发问/语音回答计算机语音识别模式、屏幕显示提问问题并计算机合成语音发问/被测者利用计算机外设(键盘、触摸屏、鼠标、专用按键输入加密设备)进行输入回答模式、屏幕显示提问问题/语音回答语音识别模式、屏幕显示提问问题/被测者利用计算机外设(键盘、触摸屏、鼠标、专用按键输入加密设备)进行输入回答模式。

5.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：采用四级黄金分割法，即：某一症状存在且严重，得分为1；症状存在且较重，得分为0.618；症状存在且较轻，得分为0.382；症状不存在，得分为0。本发明还可采用五级分割方法，五级分割方法可在0-1之间线性分割。得到的问诊分级量化数值乘上这个证候对某一个证素的连接权值，得到该证候对特定证素的贡献分值。

6.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：患者主观感受的中医诊断证候与中医诊断八纲辨证、脏腑辨证、气血津液辨证、病因辨证的证素之间建立起关联关系，其关联程度由相互之间权系数的大小决定；中医机器问诊诊断结果是由得分超过一定阈值且最高的八纲辨证证素、气血津液辨证证素、脏腑辨证证素和病因辨证证素组合生成；中医机器问诊八纲辨证证素、气血津液辨证证素、病因辨证证素、脏腑辨证证素最后可以用可视化方式来表示，可视化表示的方式可以是平行坐标(柱状图)，或者是雷达图等。

7.根据权利要求1所述的中医机器问诊交互方法，其特征还在于：中医机器问诊数量化辨证诊断结果(证名)可以指导临床治疗，给出治疗方法和中药治疗参考方剂建议。

8.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：集成了问卷生成、机器诊断与提供治疗方案整个过程，用户可以在无医护人员指导下自助完成。

9.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：可采用专用按键输入加密设备对问题进行按键回答并对软件进行加密。该设备主要由单片机和USB接口芯片组成，单片机用I/O口连接按键，每当按键按下时将键值通过USB接口芯片传给上位机。此设备还可起到软件加密的作用，其原理是将软件的关键数据存储到单片机的闪存中，每当软件启动时通过USB接口将数据读出，数据间通信用AES算法加密。

10.根据权利要求1所述的中医问诊交互方法，其特征还在于：对于诊断结果，本发明将按用户按时间进行保存，以提供特定用户身体状况的变化趋势，为不同体质和不同证素得分最高用户提供更为准确的调理与治疗方案，并根据用户身体状况变化趋势对调理与治疗方案进行针对性调整。

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