摘 要： 在數(shù)據(jù)挖掘" title="數(shù)據(jù)挖掘">數(shù)據(jù)挖掘得出的知識(shí)庫基礎(chǔ)上，結(jié)合中藥方劑配伍理論及組方過程，提出了方劑配方模型，采用自定義的U連接操作生成主方劑，用中藥配伍規(guī)則修正主方劑中的藥物相克、有毒等不正常現(xiàn)象，再對(duì)方劑的四氣、五味進(jìn)行數(shù)字化調(diào)整，成功為用戶開出治療特定癥狀的量化中藥方劑，切實(shí)為醫(yī)生及中藥研發(fā)人員提供計(jì)算機(jī)輔助決策支持。
關(guān)鍵詞： 中醫(yī)藥； 配方模型； 知識(shí)管理； 決策支持
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自人工智能技術(shù)誕生以來，專家系統(tǒng)一直是最活躍的分支之一，而醫(yī)療也一直是專家系統(tǒng)的典型實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。在此中，疾病診斷系統(tǒng)是近年來的研究熱點(diǎn)，眾多學(xué)者已先后提出多種疾病診斷模型[1-4]。然而，對(duì)癥開方系統(tǒng)尤其是中藥配方系統(tǒng)卻少有人涉及。中醫(yī)藥是我國的國粹，經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展，它積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有浩瀚的文獻(xiàn)，運(yùn)用最新科學(xué)技術(shù)來促進(jìn)中醫(yī)藥的國際化、現(xiàn)代化已成為中醫(yī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
為此，作者初步研制了中醫(yī)藥應(yīng)用決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與中醫(yī)配伍理論相結(jié)合的結(jié)果。系統(tǒng)首先從原始的中藥專利數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)加以預(yù)處理，再經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘得到有用的知識(shí)組建配方知識(shí)庫[5-6]；然后用本文提出的對(duì)癥開方模型為用戶自動(dòng)開出中藥方劑，從而達(dá)到?jīng)Q策支持的目的。這種方法智能而且高效，是人為中藥配伍所不及的。
1 對(duì)癥開方系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
對(duì)癥開方系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。從圖中可以看出，對(duì)癥開方模型針對(duì)病人或中藥研發(fā)人員輸入的癥狀集，從配方知識(shí)庫中匹配癥狀，生成初始主方劑；然后應(yīng)用配伍知識(shí)對(duì)主方劑進(jìn)行修正；最終生成期望的中藥方劑。可見，其最核心的部分是配方知識(shí)庫，下面介紹該模型的知識(shí)表示。
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2 配方知識(shí)管理
本模型中的知識(shí)庫分為三大類：癥-藥組知識(shí)庫、配伍知識(shí)庫和藥性知識(shí)庫。每個(gè)知識(shí)庫主要包括配方參量和規(guī)則兩部分。配方參量是指開方過程中所利用的反映疾病或藥物的基本參數(shù)；規(guī)則一般是指專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，表現(xiàn)了病癥與藥組、藥物與藥物之間的內(nèi)在聯(lián)系。
2.1 配方知識(shí)的表示
配方參量在不同的情況下將會(huì)有不同的取值，為了有利于配方參量的組織和管理，本專家系統(tǒng)使用對(duì)象、屬性、值的三元組表示標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)象可以是抽象的實(shí)體，如疾病、藥物等，屬性是與對(duì)象相關(guān)的普通特征，如疾病的癥狀、藥物的四氣五味等，值是指在特定環(huán)境下屬性的特殊性質(zhì)。在對(duì)癥開方系統(tǒng)中配方參量的結(jié)構(gòu)定義為：
? Struct Parameter{
??? Char *ParameterObj;? //對(duì)象
??? Char *ParameterAttr;? //屬性名
?? ? Int? *ParameterType;? //屬性類型
??? Int? *ParameterNum;? //屬性值的數(shù)目
? ? Char *ParameterVal;? //屬性值
??? }；
產(chǎn)生式規(guī)則是應(yīng)用最廣泛的知識(shí)描述方法，其表示形式為：
IF〈前提〉THEN〈結(jié)論〉|〈動(dòng)作〉[〈可信度〉c]
??ELSE〈結(jié)論〉 [〈可信度〉c]
即：當(dāng)前提滿足時(shí)，得出結(jié)論或執(zhí)行動(dòng)作，其可信度是c。系統(tǒng)中規(guī)則類的定義為：
class rules{
?? Char *name;? ?? //規(guī)則名
?? Premise *clause;? ?//規(guī)則前提
?? Premise? *action;? ?//前提成立時(shí)要執(zhí)行的結(jié)論
Float *certainty;? //規(guī)則可信度
Void set_medicine();?
?? Void get_medicine();
?? Premise reference(Premise pr);
??? }；
其中，前提是由配方參量在特定環(huán)境下取值。它是單個(gè)命題的五元組，定義為：
Struct Premise{
?? Char *ParameterObj;? ?//對(duì)象
?? Char *ParameterAttr;? ?//屬性名
?? char *ParameterOper;? ?//關(guān)系運(yùn)算符
?? Char *ParameterVal;? ?//屬性值
?? Struct Premise*next;
??? }；
2.2 配方知識(shí)庫的建立和維護(hù)
對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的組織與存儲(chǔ)并能夠進(jìn)行有效的管理是建立專家系統(tǒng)時(shí)必須要考慮的問題。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫" title="關(guān)系數(shù)據(jù)庫">關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立知識(shí)庫，充分利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)" title="管理系統(tǒng)">管理系統(tǒng)功能，可以方便知識(shí)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它通過數(shù)據(jù)庫本身的技術(shù)，如關(guān)聯(lián)、索引等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)簡單的知識(shí)推理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫的維護(hù)。
從知識(shí)的邏輯表示觀點(diǎn)來看，配方知識(shí)庫中只存在兩種謂詞：配方參量和規(guī)則；而從數(shù)據(jù)的關(guān)系模型的觀點(diǎn)看，知識(shí)庫中存在兩種關(guān)系，對(duì)應(yīng)這兩種關(guān)系可以建立兩張表，如表1和表2所示。
表1中定義的六個(gè)字段分別對(duì)應(yīng)于參量的結(jié)構(gòu)定義。表2中的每一條規(guī)則都在特定的知識(shí)庫中，屬性名、關(guān)系運(yùn)算符和屬性值構(gòu)成規(guī)則的前提，藥組即是由前提推導(dǎo)出的結(jié)論。
3 對(duì)癥開方模型的設(shè)計(jì)
根據(jù)圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)癥開方模型分四步進(jìn)行處理：
步驟1 藥組U連接，生成主方劑
當(dāng)病人或者中藥研發(fā)人員向中藥配方系統(tǒng)輸入他們需要配置中藥藥方的癥狀集時(shí)，對(duì)癥開方模塊第一步做的處理就是為輸入的各個(gè)癥狀，從(癥-藥組)知識(shí)庫中查找各自的藥組，然后進(jìn)行一個(gè)U連接，生成主方劑。
定義1? X操作 (藥組與藥組間的操作)
設(shè)有藥組B1=(aL, bH, dM)；B2=(aM, bH, cL)（小寫字母表示藥物名，大寫字母表示藥劑量，以下類同），則B1 X B2 =(aM, bH, cL, dM)，即當(dāng)藥組中存在相同的藥物時(shí)合并同一藥物，藥劑量取相同藥物中最高的一項(xiàng)(L
若對(duì)59 049種不同的中藥方劑進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，其中有大量的方劑只有很細(xì)微的區(qū)別，并不具代表性，完全可以合并。為了組合方劑，使方劑的數(shù)量盡量地少，而各條方劑又都具代表性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如下的藥組連接方法：
定義2? U連接
設(shè)有n個(gè)癥狀(A1, A2, … An) (n≥1)，分別從(癥-藥組)知識(shí)庫中查找到各自的藥組有：(A1；B11, B12,…,B1i)，(A2；B21,B22,…,B2j)，(A3；B31, B32,…,B3k)…(An；Bn1, Bn2, …,Bnl)(一個(gè)癥狀對(duì)應(yīng)的藥組個(gè)數(shù)：i, j,k…l≥1)，取前三位癥狀的藥組個(gè)數(shù)i、j、k，設(shè)y=max(i,j,k)，則這n個(gè)癥狀的U連接操作如下：
當(dāng)癥狀A(yù)x對(duì)應(yīng)的藥組個(gè)數(shù)Γ(Γ≥1)小于y時(shí)，則取Bxt=B1(Γ
(1)對(duì)用戶輸入的癥狀進(jìn)行一定的限制，按照癥狀表現(xiàn)的明顯程度和影響程度從高到低輸入癥狀，即(A1, A2,…An) n個(gè)癥狀中A1的影響和表現(xiàn)是最強(qiáng)的。
(2)對(duì)已知的一個(gè)癥狀從(癥-藥組)知識(shí)庫中查找藥組時(shí)，按照藥組的支持?jǐn)?shù)由高到低排列。
通過以上的預(yù)處理再進(jìn)行U連接，便得出了比較具有代表性、數(shù)量較少的中藥方劑。從醫(yī)學(xué)的角度看，某種疾病一般而言有1～5種最能體現(xiàn)疾病的基本癥狀，因此，本系統(tǒng)在生成主方劑時(shí)重新考慮了前三個(gè)癥狀，所以有y=max(i,j,k)，前三個(gè)癥狀所擁有的藥組數(shù)決定了將生成中藥方劑的數(shù)目。
為了加深U連接操作的理解，以圖2表示主方劑的生成過程。
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通過以上方法，就可以將(癥-藥組)知識(shí)庫轉(zhuǎn)換成癥狀的主方劑。
步驟2? 應(yīng)用配伍知識(shí)修正主方劑
在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，可以知道配伍知識(shí)主要是收集了中藥性相克、會(huì)發(fā)生反應(yīng)、藥物組合顯毒性的規(guī)則。這項(xiàng)處理起來比較簡單，關(guān)鍵問題在于如何建立知識(shí)庫。
修正方法：把各主方劑依次和配伍知識(shí)庫中的屬性進(jìn)行匹配，如匹配成功，則說明需對(duì)主方劑添加或減去藥組中的相應(yīng)藥物，從而達(dá)到方劑的配伍修正。
步驟3 方劑四氣調(diào)整
四氣的調(diào)整旨在為用戶開出特定四氣的中藥方劑。為了便于調(diào)整，可將四氣分成如表3所示的幾種，并且加以數(shù)字化。
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經(jīng)過對(duì)方劑四氣的數(shù)字化，就可以用數(shù)字來計(jì)算方劑的平均四氣，并可以為用戶配出一定四氣值的方劑。有關(guān)方劑的四氣計(jì)算公式如下：
在公式(3)中，調(diào)整藥物是系統(tǒng)提供的少量幾種不影響藥性但能調(diào)整方劑四氣的中藥材，可以供用戶選擇或系統(tǒng)推薦（按最大推薦法，即如果需要添加四氣為涼的藥物，則選擇四氣值最低的藥物進(jìn)行調(diào)整）并自動(dòng)計(jì)算需要的劑量。通過公式(3)，用戶即可以得到想要的四氣方劑。
步驟4? 方劑五味調(diào)整
中藥理論將五味分為：甘、苦、酸、咸、辛。五味的調(diào)整旨在為用戶開出特定五味的中藥方劑。為了方便調(diào)整可將五味數(shù)字化，用一個(gè)四元向量β(a, b, c, d)來表示，如表4所示。
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因此，可以得出一個(gè)方劑的五味，其計(jì)算公式如下：
根據(jù)公式(4)就可以得到已經(jīng)方劑的五味向量。由于五味中只有甘、苦是明顯相克的，所以對(duì)五味的調(diào)整主要是對(duì)方劑甘、苦味覺的調(diào)整，調(diào)整的方法與四氣的調(diào)整方法相似，這里不再贅述。
經(jīng)過以上一系列過程的處理，系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)用戶的需求開出了系統(tǒng)認(rèn)為最佳的方劑。
4 對(duì)癥開方模型的實(shí)現(xiàn)
對(duì)癥開方系統(tǒng)運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，采用了B/S結(jié)構(gòu)，Tomcat5.5 作為Web服務(wù)器，SQL Sever2000作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用Java Server Page(JSP) 及JavaBean技術(shù)編寫而成。用戶只需根據(jù)上述對(duì)癥開方流程在操作界面內(nèi)輸入相應(yīng)參數(shù)，系統(tǒng)就可自動(dòng)生成中藥方劑。例如，用戶在完成輸入如下四個(gè)癥狀：鼻塞、咳嗽、發(fā)熱和頭痛；方劑四氣設(shè)置為：微溫；方劑五味設(shè)置為微甘等步驟后，系統(tǒng)就會(huì)針對(duì)所輸入癥狀給出如圖3所示的推薦的中藥方劑。
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本文重點(diǎn)研究了中醫(yī)藥的對(duì)癥開方模型，該模型是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與中醫(yī)配伍理論相結(jié)合的結(jié)果。中醫(yī)藥與計(jì)算機(jī)的結(jié)合是全新的中藥配伍方法。它通過對(duì)藥組進(jìn)行U連接產(chǎn)生主方劑，再經(jīng)配伍修正、四氣、五味調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)癥開方功能，成功地為用戶開出治療特定癥狀的量化中藥方劑，以此形式為病人、中藥研發(fā)人員提供強(qiáng)有力的決策支持，也為中醫(yī)藥現(xiàn)代化建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。
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