類方衍化關(guān)系自動發(fā)現(xiàn)研究.pdf

1、方劑是歷代醫(yī)家根據(jù)中醫(yī)理論指導，按照一定配伍原則形成的治療疾病的藥物組合。中醫(yī)數(shù)千年臨床實踐積累下來大量成方，是醫(yī)家治療經(jīng)驗及智慧的載體。方劑的學習是中醫(yī)學習中必不可少的一步，將方劑結(jié)合其主治、尤其是結(jié)合相關(guān)醫(yī)案進行綜合分析，挖掘用藥規(guī)律，是提高臨床療效的重要手段。但這樣龐大的方劑知識，要一一精習、掌握并不現(xiàn)實，因而對方劑進行分類整理、研究、分析就必不可少。
　　類方有組成結(jié)構(gòu)相近、功效治法相類的特點，一般有一個制方較早的基礎(chǔ)方劑

2、，其他方劑均為該方的加減衍化。類方的研究對方劑理論的提高和臨床實踐均有重要價值。一方面，類方就是傳統(tǒng)名方繁衍發(fā)展而成的方劑系統(tǒng)，是歷代名醫(yī)應(yīng)用古方的精華，是指導臨床組方用藥、加減變化的規(guī)矩與準繩。對類方的研究，也是對歷代組方配伍衍化規(guī)律的學習過程;另一方面，類方是一條方劑學習的捷徑，只要熟練掌握了祖方及加減變化規(guī)律，在臨床中就能夠應(yīng)對自如;而類方組成結(jié)構(gòu)和功效方面的相似性，也對處方的配伍規(guī)律研究有著重要意義。
　　中醫(yī)數(shù)千年臨床實

3、踐積累下來海量的成方，加上臨床實際應(yīng)用中不斷產(chǎn)生的新的大量的衍化方，如果單純靠手工查詢、整理和分析，難免錯訛疏漏，如果能基于計算機技術(shù)，對類方進行自動分析整理，將大大提高研究效率。因而，研究類方衍化規(guī)律，挖掘類方衍化關(guān)系的內(nèi)涵并構(gòu)建數(shù)學模型，進而實現(xiàn)類方衍化關(guān)系的自動識別，輔助構(gòu)建古今類方衍化關(guān)系知識體系，對方劑的學習和臨床應(yīng)用都有十分重要的意義。
　　基于目前研究現(xiàn)狀的調(diào)研來看，使用計算機來完成類方衍化關(guān)系的自動發(fā)現(xiàn)還很少。歸納

4、其研究的難點主要包括以下幾點:
　　1)“類方”作為中醫(yī)方劑學中一個十分重要的概念，不但廣泛出現(xiàn)在諸多方劑著述中，也已作為一個特定的專題研究領(lǐng)域。然而，從權(quán)威著述、教材及已公開發(fā)表的研究成果來看，類方的內(nèi)涵和外延仍存在著不同的理解，類方衍化關(guān)系更是一個比較模糊的概念，如何提出一個適合計算機進行分析處理的類方衍化關(guān)系模型是研究難點之一。
　　2)類方衍化關(guān)系涉及到方劑的相似度模型，而已有的相似度模型主要從方劑的組成藥物和劑量上

5、來進行簡單的度量，無法滿足對類方衍化關(guān)系的判別需求。需要從方劑的時間源流關(guān)系、性、味、歸經(jīng)、功效相似性等方面綜合考慮相似度模型。
　　3)類方衍化的過程十分復雜，除了需要考慮性、味、歸經(jīng)、功效這些維度以外，還要體現(xiàn)出功效的改變。也就是要考慮隨著藥物和藥量的增減，藥物間的配伍關(guān)系如何發(fā)生相應(yīng)變化，從而導致方劑整體功效發(fā)生變化的過程。這不僅需要實現(xiàn)基于方劑整體功效自動計算，還要完成衍化方相對于祖方的整體功效變化程度的度量。
　　

6、本文的研究對以上研究難點逐個擊破，首先，通過對類方衍化關(guān)系相關(guān)概念的梳理和分析，確定適合計算機分析和計算的因素和指標。其次，通過構(gòu)建出一個較為完善的功效語義網(wǎng)絡(luò)，并基于該語義網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計出一套自動計算方劑功效子網(wǎng)絡(luò)的算法。然后，提出了基于圖理論計算不同方劑間功效語義距離的方法，將方劑間的功效語義距離，轉(zhuǎn)化為計算不同方劑的功效子網(wǎng)絡(luò)的最小費用流問題，從而完成了不同方劑間整體功效的變化程度的度量。最終，以四君子湯類方為例，實現(xiàn)了基于包括方劑的

7、時間源流關(guān)系、性、味、歸經(jīng)、功效相似性等因素的類方衍化關(guān)系的判別模型，并完成了對類方樹的自動構(gòu)建的應(yīng)用案例。
　　本文內(nèi)容組織如下:
　　1)“文獻綜述”部分:對已有的關(guān)于類方衍化關(guān)系的相關(guān)研究進行了文獻調(diào)研，將關(guān)于類方概念內(nèi)涵、類方組成結(jié)果、類方的特征及計算機分析的文獻著述的研究成果和觀點進行了梳理。另外，還對本研究涉及的其他相關(guān)研究也做了述評和總結(jié)，包括方劑相似度模型、功效語義網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及方劑整體功效自動計算與可視化等

8、。
　　2)“前言”部分:對類方衍化關(guān)系自動發(fā)現(xiàn)研究的背景和意義進行了分析，提出研究目標:通過對類方衍化關(guān)系相關(guān)概念的梳理和分析，確定適合計算機分析和計算的因素及指標;設(shè)計出一套自動計算方劑功效子網(wǎng)絡(luò)的算法，并完成不同方劑間整體功效變化程度的度量。最終，以四君子湯類方為例，實現(xiàn)了基于方劑的時間源流關(guān)系、性、味、歸經(jīng)、功效相似性等因素的類方衍化關(guān)系的判別模型。
　　3)“類方相關(guān)概念分析及形式化表達”部分:對類方及類方衍化關(guān)系

9、等相關(guān)概念進行梳理和分析，提出了適合計算機進行分析和計算的類方、類方衍化關(guān)系、類方樹等概念的定義，并進行了形式化的表達。
　　4)“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準備和處理”部分:介紹了研究所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的納入標準、采集、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、標準化和規(guī)范化等過程;構(gòu)建完成了中藥數(shù)據(jù)庫和方劑數(shù)據(jù)庫兩個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集。
　　5)“飲片的功效強度量化研究”部分:基于臨床醫(yī)案的文獻數(shù)據(jù)，對飲片及其功效的強度進行了量化研究。并與《藥典》記載的功效和臨床用藥經(jīng)驗進行比較分

10、析，其結(jié)果在很大程度上能反映臨床醫(yī)生對飲片功效使用上的關(guān)聯(lián)度。
　　6)“功效語義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究”部分:構(gòu)建出了一個較為完善的功效語義網(wǎng)絡(luò)。首先，將功效術(shù)語標準化過程抽取出的功效概念，作為語義網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點;其次，對功效間的語義關(guān)系進行了系統(tǒng)分析，總結(jié)出促進、雙向促進、抑制、雙向抑制、上下位和類似等六種功效間的語義關(guān)系;然后，通過文獻共現(xiàn)和專家咨詢相結(jié)合的方法，對功效間語義強度進行了量化和強度級別歸類。最終，構(gòu)建出了一個218個節(jié)點，1

11、405條邊的功效語義網(wǎng)絡(luò)。
　　7)“基于功效語義網(wǎng)絡(luò)的方劑功效子網(wǎng)絡(luò)計算”部分:提出了基于功效語義網(wǎng)絡(luò)自動計算方劑功效子網(wǎng)絡(luò)的方法。通過測試和參數(shù)優(yōu)化，對標準方劑測試集進行計算統(tǒng)計，能達到綜合評價指標F-Score的加權(quán)平均值Favg=0.818，準確率和召回率的加權(quán)平均值分別為:Pavg=0.754和Ravg=0.893的結(jié)果。該方法除了能較為準確的分析出教程所記錄的方劑功效，還能以方劑功效子網(wǎng)絡(luò)的形式更加全面直觀地反映方劑的

12、整體功效。
　　8)“基于功效語義網(wǎng)絡(luò)的方劑間功效的語義距離計算”部分:提出了基于圖理論的計算不同方劑間功效語義距離的方法。將方劑間的功效語義距離，轉(zhuǎn)化為計算不同方劑的功效子網(wǎng)絡(luò)的最小費用流問題。通過對不同的案例進行對比分析，發(fā)現(xiàn)該方法計算的指標，該能較好地反映兩個方劑間的功效差異，尤其適合衡量和體現(xiàn)類方逐步衍化過程中的功效相應(yīng)的改變程度和方向。
　　9)“類方衍化關(guān)系的機器學習”部分:以四君子湯類方為例，基于Logisti

13、c回歸方法構(gòu)建了類方衍化關(guān)系判別模型。該模型包含了時間源流關(guān)系、方劑藥物組成、方劑間的歸經(jīng)相似度、共同藥物功效比率、方劑間功效語義距離等參數(shù)。對四君子湯的數(shù)據(jù)集的實驗表明，該模型的準確率為0.821，召回率0.822，F(xiàn)值為0.821。同時，對其他類方的抽樣測試發(fā)現(xiàn)該模型具有普適性，并能對八珍湯等合方進行有效的解釋。
　　10)“應(yīng)用案例:類方樹的自動構(gòu)建”部分:基于類方衍化關(guān)系判別模型，完成了對類方樹的自動構(gòu)建的應(yīng)用案例。結(jié)果顯

14、示了本研究構(gòu)建的類方衍化關(guān)系判別模型能有效完成類方衍化知識體系的自動梳理，具有較大的實用價值和應(yīng)用前景。
　　11)“結(jié)論與展望”部分:對類方衍化關(guān)系自動發(fā)現(xiàn)研究進行系統(tǒng)性的總結(jié)和展望，提出了后續(xù)需要研究的方向。
　　本文的研究在以下方面有所創(chuàng)新:
　　1)嘗試構(gòu)建出了一個較為完善的功效語義網(wǎng)絡(luò)（218個節(jié)點，1405條邊），總結(jié)出功效間的六種語義關(guān)系:促進、雙向促進、抑制、雙向抑制、上下位和類似。通過文獻共現(xiàn)和專家咨

15、詢相結(jié)合的方法，對功效間語義強度進行了量化和強度級別歸類。
　　2)基于功效語義網(wǎng)絡(luò)，對方劑進行功效的自動分析，得到方劑功效子網(wǎng)絡(luò)。該方法不僅能較為準確的分析出教程所記錄的方劑功效，還能以語義網(wǎng)絡(luò)的形式更加全面直觀地展現(xiàn)方劑的整體功效。
　　3)嘗試基于圖理論計算不同方劑間功效語義距離的方法。該方法能較好地反映兩個方劑間的功效差異，尤其適合衡量類方逐步衍化過程中的功效改變的程度和方向。
　　4)對類方衍化關(guān)系構(gòu)建了判別