电子处方配伍的智能评价方法

1、电子处方配伍电子处方配伍的的智能评价方法智能评价方法 摘摘 要要 近几年医院信息化的快速发展，电子处方在医院的应用已不断深化和普及， 为了提高电子处方质量、促进合理用药，借助人工智能技术对电子处方中药物 配伍的审查和分析显得格外重要。 为了对电子处方进行准确智能的评价，本文结合对武汉大学医院信息系统 的需求调研和分析，以得到电子处方的功效为目的，针对医学数据中大量存在 的模糊性概念，引入模糊数学和数据挖掘的相关知识和方法，将医学概念和数 据量化研究，从而分析出处方中的药物关系和功效关系，从本质上探索处方配 伍规律，得出处方的功效及强度，进而达到对处方配伍评价的目的。本文的研 究将对医院信息化建

2、设具有相当重要的意义。 现有的处方评价方法大多是通过配伍规律表来对处方配伍进行审查，而并 没有将处方本身结合起来分析，因此本文研究是基于处方的，是从处方的药物 间关系和功效间关系入手的。由于影响处方功效的主要因子是处方中药物的属 性、药效和药量等，所以本文需要从这三点计算功效强度。 首先，在研究药物间的关系时，本文运用模糊数学中模糊聚类分析方法， 将处方中诸药的性味归经等药物属性进行适当的量化描述，从而将处方描述成 一个模糊矩阵，进而得出描述药物间关系的模糊关系矩阵，运用数学方法分析 该模糊关系得出处方中不同药物间的相似度以及药物的分类。 其次，在研究功效间的关系时，本文借鉴数据挖掘中关联规则

3、分析方法， 提出功效间影响率的概念，从处方历史数据的分析中，找出与处方中药物功效 相关的规则，计算出处方的不同药物功效间的影响率。 最后，在计算处方功效时，本文根据处方中药物间关系，药物功效间关系 和药物的药量，运用本文提出的计算模型，计算出处方的主要功效及其强度。 对待检测药物加入前后处方功效的变化来判断药物是否合理。本文还以三种常 见的不合理配伍为例验证了本文方案的正确性。 本文还通过实验系统验证了所设计的研究方案的可操作性，同时也证明了 模糊数学和数据挖掘技术在评价处方配伍问题方面具有可行性。 关键词：配伍规律；模糊数学；关联规则；聚类分析 ABSTRACT In recent year

4、s, with the rapid development of the construction of hospital information, electronic prescribing in hospitals continue to deepen and spread, in order to improve the quality of e-prescribing, to promote the rational use of medicines, with the help of artificial intelligence to examine and analyze of

5、 the compatibility of drugs in electronic prescription appeared particularly important. In order to evaluate prescription accurate and intelligently, In this paper, Combined with the research and analysis of Wuhan University Hospital Information System, research starts from the relationship between

6、the efficies of the electronic prescription,In connection with the reality of medical data had a large number of fuzzy concepts and phenomena,the paper leads into the theory of fuzzy math and data mining to research the relation of Drugs and efficies, quantified the related concepts and data, study

7、the regular pattern of incompatibility Essentially. This study has great significance to the construction of hospital information. In existing research, most of them based on the frequency of using common drugs in prescription, used association rules analysis method to analyze the laws, but the effi

8、cacy of the drug itself is not combined. So research in this paper combined the relationship between drugs and efficacy.Because of the main factors affecting the efficacy of prescription is property, efficacy and doseage, therefore, this article starts research from this. The research will provide t

9、he basis for introducing the detection method of incompatibility below. First, in the study of relationship between drugs, this paper used the method of fuzzy clustering analysis, quantitative described the doseage,property,taste and subjection of various drugs in prescription by appropriate,thus pr

10、escription described as a fuzzy matrix, And then come to the fuzzy relation matrix which described the relationship between drugs. Using the mathematical methods to analyze the fuzzy relation matrix derived the similarity between different drugs and Classification of drugs in prescription. Secondly,

11、 in the study of the relationship between the efficacies, this paper learned the method of association rules analysis in data mining, put forward the conception which described the impact rate between efficacy, with analysis of historical data, identified strong rules which associated with prescript

12、ion drug efficacy, calculated the impact rate between efficacies in prescription. Finally, in the calculation of the prescription efficacy, according to the relationship between the drugs, their efficacy and doseage of drugs, using calculation model which proposed in this paper, calculated the main

13、efficacies of the prescription and their strength at last. Determine whether the drug is contraindicated by the change of efficacy before and after adding the drug.This paper used three common incompatibility models as examples to test and verify the correctness of this method. Finally, the experime

14、ntal system verified the operability of the research method proposed in this paper, it also shows that the fuzzy mathematics and data mining techniques in solving the problem of incompatibility is feasible. Key words: prescription compatibility, fuzzy maths, association rules, cluster analysis 目 录 摘

15、摘 要要.I I ABSTRACT.IIII 1绪论绪论 .6 6 1.1研究背景及意义.6 1.2研究现状.7 1.2.1处方评价体系的发展.7 1.2.2处方配伍规律的研究.8 1.3本文的研究目标.10 1.4本文的研究内容.10 1.5论文组织结构.11 2配伍研究的基础知识配伍研究的基础知识 .1212 2.1配伍问题简介.12 2.2配伍问题产生原因.12 2.3三种常见的不合理配伍.13 2.3.1量效.13 2.3.2药效.13 2.3.3证效.14 2.4医学数据的特点.14 2.4.1多样性.14 2.4.2不健全性.15 2.4.3冗余性.15 2.4.4隐私性.15 2

16、.5处方配伍研究的意义.16 2.6本章小结.16 3模糊数学及其在数据挖掘上的应用模糊数学及其在数据挖掘上的应用 .1717 3.1模糊数学的基础知识.17 3.1.1引入模糊数学的原因.17 3.1.2模糊矩阵和模糊关系.18 3.1.3模糊相似关系.19 3.2模糊聚类分析.20 3.2.1相关概念和方法.20 3.2.2系统聚类法的流程.21 3.3关联规则分析.22 3.4本章小结.24 4处方配伍评价的方法处方配伍评价的方法 .2525 4.1研究思路.25 4.2研究方案.26 4.2.1药物间关系的模糊分析.26 4.2.2研究药物功效间的影响.29 4.2.3建立处方功效数学

17、模型.32 4.2.4计算处方功效强度.33 4.2.5评价配伍的药物.36 4.3常见的不合理配伍分析.37 4.3.1量效模型.37 4.3.2药效模型.38 4.3.3证效模型.39 4.4本章小结.39 5处方配伍评价系统的设计处方配伍评价系统的设计 .4040 5.1实验环境.40 5.2实验过程.41 5.2.1实验目标.41 5.2.2实验内容.41 5.3实验结果.45 5.3.1药物分类测试.45 5.3.2药物功效之间影响率的计算.45 5.3.3药物相对药量的计算.45 5.3.4处方功效的计算.45 5.4本章小结.45 6总结与展望总结与展望 .4646 6.1论文工

18、作总结.46 6.2论文创新点.46 6.3不足和展望.47 参考文献参考文献.4848 附录附录 实验运行结果实验运行结果.5151 致致 谢谢.5454 1 绪论 1.1研究背景及意义 随着计算机网络和通信技术的高速发展与广泛应用，医疗行业信息化建设 也在不断深化和普及。为了迅速提高医疗服务机构的质量和效率，满足复杂多 变的需求，加速医疗信息化建设己经不容迟缓。 医院信息系统是是医疗信息化建设的根本，是现代化医院必不可少的基础 设施与基础技术环境。医院信息系统借助计算机与网络通信技术收集、组织、 存储、传递和利用所有医疗过程中产生的各类数据，对医院或者相关的医疗服 务机构进行全面的管理，为

19、医院的日常工作提供各种服务信息及自动化的管理。 医院及其相关机构由于其本身的复杂需求、任务和独特的性质决定了医院信息 系统是企业级的信息管理系统中最为复杂的一类1。作者在研究生期间参与了 武汉大学医院信息系统的开发工作，在此期间，对医疗活动的流程和具体需求 有着深入了解。 电子处方（Electronic Health Record, HER）是医院信息系统的核心，在医院 的现代化管理中，电子处方保存了医疗活动相关信息的所有数据，所以发挥着 巨大的作用。它不仅是医疗和科研的原始数据来源，也是对医疗服务质量、医 院技术水平和管理水平等进行综合评价的依据。因此，提高电子处方的质量显 得格外重要。为了

20、促进合理用药、防止医疗活动中发生差错甚至事故，借助计 算机技术对电子处方中药物配伍规律的分析、对处方配伍的检测和评价等具有 很大的研究意义，研究电子处方中的药物配伍规律和预防配伍禁忌问题已成为 医院信息化很重要的一部分。 虽然目前研制的各类处方配伍检测系统或者处方评价系统都屡见不鲜，在 大量的医院信息系统中都存在对处方配伍的检测，但是此类的系统缺乏对电子 处方的智能分析，都有其一定的局限性。加之医学领域内的知识量大并且繁杂， 所以目前这些理论和规律并没有运用在电子处方中为工作人员提供引导。因此 作者在阅读了大量的相关文献后，根据武汉大学医院信息系统和处方点评系统 的成功经验，以武汉大学校医院信

21、息系统建设为背景，进行了详细的需求调查、 需求分析，尝试着利用本学科内的技术和方法，制定一个行之有效的药物配伍 审查、评价，并对不合理配伍做出检测的方案。 本文的评价方法基于处方功效分析的，只有了解了处方的功效才知道处方 是否合理，为了能将处方功效更准确的表达出来，本文根据相关文献，运用了 多种技术完成了处方功效的计算工作。首先通过模糊数学的方法对医学中原始 的模糊概念和数据量化，运用相关的模糊数学知识对量化后的数据进行推导， 计算出药物间的相似度并对药物分类；接着借鉴关联规则分析的思想将药物功 效间的相互关联作用用数据表示出来；最后结合了电子处方中的所有药物的药 量和药效，依据本文中发现的知

22、识和规律来量化计算处方功效，这样就可以准 确的对处方做出评价，利用此方法分析药物加入处方前后功效的变化，还可以 对加入药物是否合理作出判断。另外，基于本文提出的研究思路，通过对常见 的三种常见的不合理配伍为例逐一分析，证实本文提出的处方配伍检测的方案 能够融入到实际引用中，本文的研究工作也为检测处方配伍提出了一种新思路， 为发现新的处方配伍提供一定的依据。 1.2研究现状 1.2.1处方评价体系的发展 处方评价是近年来在中国医院管理系统中发展起来的用药监管模式，是医院 将医生处方用药过程中对临床处方进行综合统计分析，从不同层面和不同角度 反映医疗机构处方工作的整体情况，为医疗机构进行决策提供科

23、学的数据支持， 以达到合理用药，用药监测、管理的目的。 处方是医药学的一个非常重要的概念，简单地说它是在医学理论的基础上选 择药物配伍而组成的。处方由各具特性的药物组合而成，不同的药物之间具有 药性和药效上的相互作用关系，中医上把这称之为配伍2。处方是中医临床实 践中为了达到治愈患者的目的采取的主要形式和手段，对于处方配伍的审查是 很有必要的，这是因为药物配伍不合理的处方直接威胁到病人的安全，处方的 合理性体现的是医院的服务质量，也是医疗信息化建设关注的焦点和重大的科 学问题。目前对不合理处方的评价内容包括：联合用药不适宜、重复给药、配 伍禁忌、是否会产生药物不良反应及潜在的具有临床意义的药物

24、相互作用。 在实际应用中研制的各类处方评价系统或者配伍禁忌检测系统都屡见不鲜， 而且在大量的医院信息系统中都存在对处方配伍的检测，处方评价系统作为解 决医院处方评价信息化管理的 MIS 方案，其重要性不言而喻，但是此类的系统 的设计思路往往却缺乏对处方的智能分析。第一种方法，通过建立药物禁忌数 据库，对处方配伍过程中是否出现禁忌药对作出检测；第二种常见方法是通过 不断的更新和维护处方配伍规则，对不符合规则的处方给予提示；还有一些处 方评价系统专门针对某种疾病而设计，这些方法都有其一定的局限性，要对处 方配伍做出合理的评价，或者发现处方配伍中是否存在不合理的药物，就必须 要对现有处方进行分析和判

25、断。目前在科学界对于处方的研究也是有着不同的 方法和侧重点。 其中，处方评价的主要工作就是判断处方是否存在不合理的药物，在这个问 题的研究上，目前基本上都是利用数据挖掘的技术。其中，段金廒教授8等以 一定的医学知识为背景，提出了研究配伍禁忌问题的思路和相应的技术体系框 架，文中指出研究配伍禁忌问题，首先需要具有中药配伍禁忌规律的数据挖掘 和知识发现技术、中药配伍毒性发现与评价方法等相关技术，其次再是以相关 的文献信息和医学数据作为支撑，以研究药物间相互影响和关系等为途径，揭 示中药配伍禁忌中一些具有代表性的药对的特征及其变化规律，最后总结出一 般规律，从预防配伍禁忌问题和药物宜忌转化的角度来总

26、结对处方不合理配伍 的检测思路。另外，尚尔鑫7等在研究中使用关联规则分析的方法对中药处方 中禁忌药对的组成特点进行研究，从而寻找出常见配伍禁忌的属性组合，并从 处方药物基本属性的角度揭示常见的配伍禁忌药对同正常的药对组合之间的差 异。综上所述，目前对配伍禁忌问题的研究热点是基于关联规则挖掘的方法从 不同角度发现处方中的药物禁忌组合或者一般规律。 在研究了大量的有关处方评价体系和处方配伍禁忌的文献之后，本文认为要 检测处方中可能存在的配伍问题，仅仅从规则出发是不够的，必须要将处方本 身结合起来，只有真正对处方的深入理解，才能对其作出评价。所以本文对处 方配伍评价的入手点是分析得到处方的功效及其强

27、度。 要得到处方的功效，需要统一的数学模型。目前研制的各类处方点评系统 其局限性就是没有一个统一的计算模型对当前处方配伍作出分析。实际处方的 配伍过程是千变万化的，没有一个统一的规则。一个高质量处方的形成是理论 联系实际的实践过程，每一因素的变化都会导致最终处方的药效不一样，甚至 就有不合理药物在处方之中。这就使得判断一个处方是否正确有效，必然要求 处方整体的信息，判断一个药物是否是禁忌药物，则需要看当前处方的所有信 息和待检测药物的信息。而用现有的计算机输入所处理的信息是不完全的，它 并没有包括药物或者药效间相互影响程度的详细信息。面对不完全的信息输入， 这就需要人工智能的研究，才能获得需要

28、的知识，方便系统检测处方和药物。 这就使得研究的任务从检测处方配伍过程转变为药物功效知识的发现过程。 1.2.2处方配伍规律的研究 目前对药物功效知识的研究也就是处方配伍规律的研究。处方配伍规律指的 是处方中的药物的药性及其用量和搭配的比重与处方的功效之间的关系，其中 蕴涵了组成处方的有效成分及其相互作用对处方功效的影响规律。本文对处方 功效分析的研究工作需要建立在对处方配伍规律的深刻认识之上。 目前对处方配伍规律的人工智能研究主要是从数据挖掘的知识和方法出发的。 中医药的知识体系历经了几千年的发展，积累了数据量庞大的文献数据，再加 上近些年相关领域对处方配伍规律的研究也留下了很多的文献，这都

29、为配伍规 律的完善起着重要的作用。这些文献中就不乏处方配伍规律的人工智能研究， 数据库技术的发展，以及人工智能对数据库技术的渗透，加之数据挖掘方法对 海量数据进行分析处理，发现有用知识的特点，都使得它应用于中医药处方配 伍规律研究成为一种可行性较高的方法37。 叶亮3等对处方配伍规律研究中运用的常用方法进行了总结，概括出了下述 的三种常用方法。 第一是关联规则分析，关联规则分析方法在对历史处方数据挖掘的研究中它 的优势主要体现在提取核心药物组合及揭示它们的配伍关系上。该方法是用关 联规则的相关算法找出频繁项集，即探寻处方中的使用频率较多的药组。比如 说曾令明4通过研究找出了处方配伍中一些常见的

30、药组（多种药物组合出现） 和药对（药物成对出现） ，并对它们之间的关系进行了研究，提出了一种可行的 关联规则挖掘方法，但是在他的研究中并未对它们之间的配伍规律作出深入探 索。 第二是对应分析，这种方法的优势则在于能直观的体现出“方”和“证”的 对应关系及其内在联系。在对处方的研究中，方证对应是重点的研究方向之一。 所谓方证对应，就是指处方和征候的相应关系，处方就其本质来说是各种药物 的组合，征候指病情的整体性概括，即病机的提取，表达的是跨越疾病表象的 病机层面的药理作用，所以这里的征候和症状是两个不同的概念。从数学的角 度看，处方和征候是两组变量，而且分别包含了多个种类，一般方法多侧重于 分析

31、这两组变量间的关联，很少能体现出变量各分类之间的内在联系，而对应 分析正是在此基础上解决该类问题的一种有效的分析方法3。比如说李帅等通 过改进的算法,从大量的药物症状的数据中,找到药物症状相关度比较高的子模块,然 后对子模块进行分析,发现子模块中真正有效的药物和症状间的对应关系。 最后是聚类分析，这种方法的特点是根据数据自身性质或特征使大量数据自 动分类，便于理解和研究。 高彦伟、郑文瑞5等在他们的研究中利用改进的模 糊聚类分析方法对处方中的所有药物进行了分类，结果表明改进后的方法对药 物的分类结果更符合实际，也与中药传统的配伍原则相吻合。 此外，浙江大学的吴朝晖教授等将数据挖掘技术应用到中药

32、处方的分析中， 在 2004 年连续在相关杂志期刊上发表了多篇论文，有对配伍知识的发现，有对 药物功效的聚类分析，也有对处方数据挖掘模式和算法的研究，在他的研究中， 分别使用了上述的三种那个方法，揭示了处方的配伍规律。 在处方配伍规律的研究中也有很多对药物功效的知识进行了研究。比如说任 廷革，刘晓峰6等在他们的研究中指出药物功效之间存在以下六种关系：双 向协同：相互加强；单向协同：只是一方对另一方加强；强抑制：抑制作 用较强烈；弱抑制：抑制作用较弱；相同：功效相同；无作用：相互无 影响。该文中的结论对本文分析处方功效具有很大的借鉴意义。 本文的研究是建立在借鉴了前人的研究成果的基础之上的，本人

33、根据在具体 实践中的调研和分析，运用专业内的相关知识和技术，提出了本文的研究目标 和研究计划。 1.3本文的研究目标 针对处方配伍复杂多变、医学数据模糊抽象的特点，本文的主要研究目标 在于借鉴模糊数学中对模糊概念的分析方法，用系统聚类法分析出处方药物间 的关系，然后借鉴关联规则分析的方法，定义一种表达功效间影响强度的概念 用于量化表达功效间的相互作用，构建一个处方功效强度计算模型，形象的展 示处方的功效及其强度和待检测药物对处方功效的影响，以此来检测处方配伍 的合理性。并通过实验系统证明本文研究的可行性和正确性。 综上，本文的研究目标是针对传统方法中没有结合处方和药物本身的属性 来对处方做出评

34、价的缺点，提出一种行之有效的处方配伍评价方案。 1.4本文的研究内容 本论文以武汉大学医院信息系统开发为研究背景，利用系统中的相关数据 使用数据挖掘方法分析出一些简单的配伍规律知识，并利用这些知识计算出处 方功效及强度，从而对处方做出评价。研究结合多种数据挖掘的分析方法和相 关的数学方法对中药处方的内部结构进行智能分析，来对处方配伍的合理性作 出检测，并以实际中的临床处方为例进行分析，论证本文阐述的方法。 本文的主要研究工作和内容是： 1. 对目前电子处方的配伍规律和评价体系研究现状进行简单的介绍，分析 利弊并提出本文研究的切入点。 2. 介绍相关的基础知识和技术要点，为下文的研究提供理论依据

35、。 3. 以计算处方功效为研究的目的，引入模糊聚类分析的理论和方法，来对 药物间的关系进行模糊聚类分析，借鉴关联规则分析方法，得到药物功 效间相互影响的强度，提出量化计算处方功效模型，计算出处方功效及 其强度，这些工作都为处方配伍合理性的检测提供依据。 4. 根据药物加入前后处方功效的变化判断药物是否合理，结合三种常见的 不合理配伍为例，逐一分析方案的可行性。 5. 设计简单的实验系统，对本文的处方配伍检测的方法进行测试分析。 1.5论文组织结构 本文分为六章： 第一章，是绪论部分。先介绍本文的研究背景，接着总结了中药处方配伍 规律和评价体系的研究现状，这其中包括了分析目前电子处方配伍评价方法

36、的 缺陷，最后提出了本文的研究目标和研究内容。 第二章，介绍本文研究问题的相关知识。首先讲述了配伍问题指的是什么， 接着提出了产生不合理配伍的原因和三种较为常见的例子，然后分析了医学数 据的特点，为下文引入模糊数学的理论提供依据。 第三章，介绍本文研究中用到的理论知识。首先说明引入模糊数学理论的 原因，之后介绍了模糊数学的基本概念，本章的知识重点在于如何运用系统聚 类法对某个论域里的元素进行模糊聚类分析，最后引入了关联规则分析的相关 知识，本章为下文提出处方配伍检测的思路提供理论依据。 第四章，阐述处方配伍评价的方法。分五个步骤介绍本文的研究方案，首 先根据药物属性对处方中的药物分类，第二步挖

37、掘处方功效间关系的知识，第 三步建立中药处方功效数学模型，第四步计算处方功效强度，有此可以对处方 配伍作出评价。第五步作为补充，可以用来判断待检测药物是否为合理药物。 此后运用该方案对前文提出的三种不合理配伍分别来证实它的可行性。 第五章，实验系统的设计。本章设计了一个简单的实验系统来验证上述检 测方法的可行性。本章首先对实验的环境进行了一个简单介绍，在搭建好实验 环境之后设计实验内容对研究方案进行测试，最后对测试结果进行分析和说明。 第六章，对本文所做的工作进行总结，并分析方案的不足之处，在此基础 上提出下一步的研究工作。 2 配伍研究的基础知识 2.1配伍问题简介 中药处方由各具特性的中药

38、组合而成，不同的药物之间具有药性和药效上 的相互作用关系，中医上把这称之为配伍。配伍问题通常表现为配伍禁忌，它 是指两种或两种以上药物混合在一起使用时，相互之间产生作用，发生理化反 应，导致药物功效减弱甚至失效9。比如说，有些药品组合在一起，由于相互 作用抑制了药物功效的发挥，减弱了药物的治疗作用并最终导致处方疗效不显 著；有些药品的组合则会产生副作用甚至毒性，最终不仅导致处方无效，还会 引起不良反应；还有些药品的组合使得处方的功效过度的增强，超出了病人所 能承受的范围，这也会引起一些不良反应，以致危害到病人健康等。对于生化 反应产生的配伍禁忌不在本文的研究范围之内，本文研究的配伍禁忌都属于药

39、 理性配伍禁忌。药理性配伍禁忌即两种或两种以上药物由于药物的属性和功效 各有不同，组合在一起后导致功效弱化、甚至无效的现象9，属于这一类配伍 禁忌的药物组合很多，比如说泻药与止泻药等，所以只有正确掌握药物的属性 和功效，才能在开处方的时候避免出现此类配伍禁忌的问题。本文以下未加说 明的配伍禁忌问题均指的是药理性配伍禁忌。 其他常见的配伍问题还有因为药物的剂量超出正常的适用范围等原因引起 的，下面将具体的分析常见的配伍问题的产生原因都有哪些。 2.2配伍问题产生原因 依上所述，药物配伍之所以不合理，是因为药物与处方的药理作用相反。 所以对于一张处方，只有清楚了它的功效，理清药物功效和处方功效的关

40、系才 能判断是否产生配伍问题。依据中医中药处方学的理论，与处方功效相关的主 要因子有药物的药量、药效、适应证候等，那么产生配伍问题的主要因子也就 有药物的药量、药效、适应证候三种。药物的药量过大，产生的药效可能于预 期差距过大，产生了不合理配伍；药物的药效与处方应该达到的功效相互抑制， 也是产生配伍问题的主要原因之一；药物的药效在病症的某段时期可能是对处 方功效有促进作用，但是当病症期改变之后，就转变为抑制作用，因此产生了 不合理配伍，这也是产生配伍的常见原因之一。 本文认为对配伍问题的研究本质上就是对功效间相互作用的研究。所以， 针对上述的产生不合理配伍的三种诱因，本文在任廷革，刘晓峰6等研

41、究的基 础上，抽象出了下述三种常见的不合理配伍的模型，这些配伍问题体现在功效 关系上可以表示为量效、药效和证效，下面将对这三种常见的不合理配伍做简 单的介绍。 2.3三种常见的不合理配伍 2.3.1量效 量效关系指的是处方中的药物剂量和处方功效之间的关系10，研究这一关 系的目的是发现药物剂量对处方功效的影响与决定程度。之所以提出这个问题， 是由于处方中药物的绝对剂量不能直接拿来比较的缘故，也就是说相同剂量的 不同药物，由于受到药物的物理化学特性等因素的影响，它所发挥的功效作用 强度是不同的。所以本文需要将不同药物的剂量转化到同一个量纲上去比较， 即转换成相对药量，具体的转化过程在下文中将要介

42、绍，对量效关系的研究对 于分析药物剂量的变化引起不合理配伍问题也很有帮助。 由于中药处方药物的剂量和发挥的药效之间并不是简单的线性关系，研究 量效关系的时候需要提出一个相对药量的概念。通过构建的量效模型计算得出 处方中各个药物的相对药量，就可以将每种药物对处方功效的影响强度进行比 较，并对药物在超出一定剂量范围内产生的负面功效进行评估，当药物对处方 中的主要功效产生抑制作用时，该药物即可视为该处方中的禁忌药物。 2.3.2药效 药效关系指的是处方中的药物功效和处方功效之间的关系10。研究这一关 系的目的是发现由处方药物带来的不同药效之间相互作用的方式及其强度。之 所以存在这种关系，是因为处方功

43、效不等于药物的功效简单的相加之和。一个 处方由多种药物构成，而其中每种药物有几种到十几种功效不等，所以在一个 处方中起码会有几十种药效，而处方功效是这些功效在一起发生相互作用后而 产生的。所以本文研究药物间的关系和功效间的关系就是为了将药效关系更贴 近实际的表现在最后的处方功效强度里。 处方中的每一味中药都具有性味归经等定性特征，因此，如果我们用一个 模糊集合 A 来表示处方，表示为 Ax1 , x2 , , xn，元素 x1 , x2 , , xn代表方 中各味药物，那么对药物 xi (1 i 0 时，表示功效 A 对 B 的有促进作用；当=0 时，功效),inf(BA),inf(BA A

44、和 B 之间无明显作用；当0 时，则表示功效 A 对 B 有抑制作用。),inf(BA 同样，根据前文的例子，第一个例子中药效 A 和 B 的影响率= ),inf(BA 0.90，第一个例子中药效 A 和 B 的影响率= 0.862，说明第一个例子中),inf(BA 功效 A 和 B 的相关程度要大于后一个例子中的 A 和 B。通过比较发现结论的正 确性更高。 4.2.2.3 挖掘药效关系知识表 这样，为了能够得到药效关系知识表，本文根据武汉大学医院数据库中常 见中药作为数据集，利用关联规则挖掘方法找出满足一定的支持度和置信度限 制的规则，并在这些规则中根据影响率来判定功效之间的作用关系。本文

45、以支 持数为 50（即功效 A 和功效 B 同时出现在一张处方中的次数至少在 50 次以上） ，置信度为 0.1（即功效 A 出现的情况下，功效 A 和功效 B 同时出现的概率在 0.1 以上）来筛选出有用的规则，步骤如下： 1) 对于处方中各味药物的功效，找到支持数大于 50 的项集，该项集即为 频繁项集； 2) 从得到的频繁项目集合中生成满足置信度大于 0.1 的规则。由于本文中 需要的频繁项集都是 2 阶的频繁项目集，所以只需遍历所有的频繁项 目集，从每个项目集中取 1 个元素作为后件，该项目集中的其他元素 中取 1 个元素作为前件，计算该规则的置信度进行筛选即可。这样的 穷举效率虽然很

46、低，但是并不复杂，对于一个 2 阶的频繁项目集，可 以迅速生成本文需要的关联规则。 3) 对于每一个规则，本文需要计算上文中提到的影响率来表示前件与后件 之间的作用强度。 以桂枝汤中出现的功效为例，发现的规则如下表所示。 表 4.2 功效互相影响率结果示例 规则 （功效 A功效 B） 置信度 confidence(AB) A 对 B 的影响 率 inf (A ,B) A 对 B 的作用 解表散寒0.32670.512增强 发汗解表0.25680.378增强 发汗散寒0.67500.427增强 降逆止咳0.13270.267增强 降逆和胃0.62750.275增强 温经温中0.27050.185

47、增强 解表降逆0.25720.062无影响 解表发汗0.32600.334增强 散寒发汗0.42530.280增强 敛阴发汗0.1245-0.455抑制 散寒解表0.48200.395增强 散寒温经0.60800.310增强 缓急温中0.34120.216增强 温中益气0.43300.225增强 温中和胃0.61330.452增强 温中缓急 0.26400.196增强 益气通脉0.21820.288增强 益气补血0.31850.655增强 4.2.3 建立处方功效数学模型 在实际的用药过程中对剂量与疗效的关系非常讲究。在实际过程中，药物 剂量的使用搭配可以控制整个处方功效的发挥方向。因此，自动

48、挖掘处方中某 味药物的剂量与处方功效之间的关联，对于充分理解处方中药物发挥的作用、 提升中药配伍的理论水平具有重要意义。 4.2.3.1 相对药量的提出 在对中药处方功效开展定量的研究之前，需要提出一个相对药量的概念， 来把不同药物的剂量都转换到相对药量上来比较。相对药量的计算是最基础也 是最关键的环节，因此尤其需要对它的计算方法引起重视。根据刘晓峰，任廷 革等人的研究，中药处方中药物的剂量与药效的发挥之间不是完全的线性关系 25，结合该文中对相对药量的计算提出的非线性的计算模型，本文稍作改进， 把量化过程结合了药物的药性，改进了该文中对中医中药处方功效定性的表达。 深入研究了剂量对药物的药效

49、的影响后，发现剂量对药物药效的影响并不 是简单的线性关系。对同一种药物来说，当它的剂量发生变化，甚至超过了常 用的剂量适用范围后，可以导致它的药效作用发生质的变化。在参考了相关文 献26后，发现桂枝汤在不改变其组成的药物的种类的情况下，桂枝的剂量从 3 两增加到 5 两后，桂枝的功效从发汗、解表转变成了平冲、降逆。类似于这样 的例子在中药处方中比比皆是，是一个普遍存在的客观现象。因此中药的药效 和剂量的关系颇为复杂，即某种药效作用的发挥与剂量密不可分。由此本文提 出这样的一个事实：中药产生的药效与其剂量之间的关系不是线性的。 4.2.3.2 相对药量的计算模型 根据刘晓峰，任廷革25等人的研究

50、，目前在研究领域内普遍接受的一种计 算模型如下所述，设 m、M 分别为某药物常用量的最小值和最大值，则该药物 实际用药量为 x 时产生的药量强度计算过程为： ，则 ；mMm1010 2/1 )2(bxkxX 若，则时；时；mM 2/1 10mx mxX/10mx )2(bxkxX 若，；mM10mxX/10 其中 ，为我们所求的该药物的实际药 )( )10(10 mMmM Mm k )10(2 10 22 Mm Mm b X 量强度，该计算模型中，对于和间的大小关系，相对药量的计算公式也各mM 不相同。本文中也将采用这种模型来求处方中药物的相对药量。 根据该文中对几百种常用药物的分析和计算，得

51、出的相对药量基本都符合 临床实际，特殊情况并不多见，所以本文将依据该计算公式来对药物剂量进行 处理，转化到同一量纲上比较。 根据以上所述模型，计算出处方中的每味药物的相对药量： 表 4.3 药物的相对药量 药物剂量(g)相对药量 桂枝9100 生姜974.6 白芍934.8 甘草646.9 大枣614.8 4.2.4计算处方功效强度 在前三节研究的基础上可以计算出处方功效强度了，对于功效项集中的某 一种功效 A，药物 xi具有功效 A，那么对于处方中的其他任意药物 xj，有下述 计算方法： )*),inf(*()()( 1 jkijjk N k rxAfjFjF 式 4.3 处方功效强度递推式

52、 其中，表示药物 xj被计算前的功效值，药物 xj被计算后的功效)( jF)( j F 值，N 表示药物 xj的功效总数目，表示药物 xj第 k 个功效的功效值（本文中 jk f 该数值等于第 j 个药的相对药量，也就是说本文中与 k 值无关），表示药 jk f jk x 物 xj第 k 个功效，表示药物 xi和药物 xj之间的相似度（即 4.1.1 中所述的药 ij r 物相似度的概念） ，即功效 A 和之间的影响率（即 4.1.2 中所述的),inf( jk xA jk x 功效间影响率的概念） 。本文中用表达药物 xj第 k 项的功效对当前 ijjk rxA*),inf( 计算的 xi的

53、功效的作用强度。所以，当两种药物相似并且功效之间的作用也明 显时，计算出来的功效值里面能够得以体现。 所以要计算某一个功效 A 的作用强度（为了考虑效率，只取每味药物的五 种功效加入分析，这样可以在分析效率和分析结果的正确性上达到最优） ，它的 伪代码如下： For i:=0 to n /n 是处方中药物的总数量 For j:=0 to n Begin For k:=0 to 5 /只取药物的 5 种主要功效加入研究 Begin /数组 dosagej保存药物 j 的相对药量 /数组 infab中保存功效 a 对功效 b 的影响率 /数组 efficacy jk中保存药物 j 的第 k 个功效

54、 /数组 similarity ij中保存药物 i 和药物 j 的相似度 Result := result + dosage j * inf A , efficacy j k * similarity i j ; End End 这种计算功效强度的方法说明处方功效的量化计算是由药物的强度、药物 间的关系和药物功效间相互作用的关系共同决定的。以桂枝汤为例，对功效 “解表”来说，桂枝和生姜都带有“解表”的功效，由表 2 可以知道， “散寒” 和“发汗”的功效都对“解表”有促进的作用，所以根据上面的公式得到该功 效的强度为 100 + 74.6*0.8299*0.395 + 75 + 100*0.8

55、299 * 0.378 = 230.8，类似方 法计算出其他的功效。下面以桂枝汤为例，计算过程整理如下表所示。 表 4.4 处方功效强度计算分析表 桂枝白芍生姜甘草大枣 解表1.313（生姜 与其配伍， 散寒与解表 双向协同） 01.327（桂枝 与其配伍， 发汗与解表 双向协同） 00 降逆10100 止咳0.372（甘草、 生姜与其配 伍，降逆与 止咳单向协 同） 01.176（甘草、 与其配伍， 降逆与止咳 单向协同） 10 散寒0.794 (生姜 与其配伍， 发汗、解表、 温经与散寒 双向协同) 0100 补血011.787（白芍、 大枣与其配 伍，益气与 补血单向协 同） 1.787

56、（白芍、 甘草与其配 伍，益气与 补血单向协 同） 发汗1-0.04（桂枝 与其配伍， 敛阴对发汗 弱抑制） 0.509（桂枝 与其配伍， 解表、温肺、 散寒与发汗 双向协同） 00 温经100.257（桂枝 与其配伍， 散寒与温经 双向协同） 00 通脉1000.163（桂枝 与其配伍， 益气与通脉 单向协同） 0.087（桂枝 与其配伍， 益气与通脉 单向协同） 温中0.153（生姜 与其配伍， 0.060（生姜 与其配伍， 10.143（生姜 与其配伍， 0 温经与温中 双向协同） 缓急与温中 双向协同） 缓急与温中 双向协同） 缓急010.184（白芍、 甘草与其配 伍，温中与 缓急双

57、向协 同） 10 益气00.266（大枣、 甘草与其配 伍，温中与 益气单向协 同） 11 和胃0.083（大枣 与其配伍， 降逆与和胃 单向协同） 00.379（大枣 与其配伍， 温中、降逆 与和胃单向 协同） 01 根据上表中的分析结果，可以计算出桂枝汤的主要处方功效及其强度如下 表所示。当计算出处方功效的强度之后，就可以根据患者的病症和处方的功效 来对处方进行评价了，这种方法分析的结果清晰，这使处方的合理性检测变得 很容易。 表 4.5 处方功效强度计算结果表 序号药物功效功效强度 1解表230.4 2降逆174.6 3止咳171.9 4散寒154.0 5补血145.1 6发汗136.5

58、 7温经119.2 8通脉108.9 9温中98.7 10缓急95.5 到这一步为止，对于本文提出的处方评价方法已经介绍完成。但是作为实 际运用中解决配伍过程中的不合理配伍的检测问题，还需要加上药物加入处方 后的处方功效分析过程，只有结合了药物加入前后的药物功效在一起形成对比， 才知道药物对处方功效的影响，从而对药物的合理性作出评判。 4.2.5评价配伍的药物 如果要对刚刚加入的药物进行检测，本文提出的方法也具有可行性。待检 测药物 x n+1加入处方 A: x1 , x2 , , xn 前的处方功效分析如前四章所述，用 同样的分析方法分析药物 xn+1加入后的功效，两者对比判断主功效的值是否

59、减 少，以此来判断药物 x n+1是否对处方功效起抑制作用。 首先，本文以海藻为例，根据数据库中对海藻的描述，海藻的药性为性寒， 记为 0.5。药味为苦、咸，各记为 1。中药归经有肺、胃和肾，则肺、胃和肾三 个类相应的隶属度记为 1，其他的为 0。于是得到海藻的药物属性量化结果。 同 4.1.1 节所述，使用系统聚类法对数字描述的样本分析，同样取阈值 =0.80 和 =0.70 得到模糊等价关系。 选 =0.80，得到模糊相似关系矩阵 R0.8=(rij)m*m，方中药物分为 5 类：桂 枝，生姜；白芍；大枣；甘草；海藻。 选 =0.70，得到模糊相似关系矩阵 R0.7=(rij)m*m，方中

60、药物分为 5 类：桂 枝，生姜；白芍；大枣，甘草；海藻。 中医理论认为：桂枝汤中桂枝、生姜属于一类；白芍、大枣、甘草属于一 类，海藻为一类，这跟本文的研究结果大致相同。 根据对海藻的描述，得到海藻的功效主要有软坚、散结、消痰、利水31， 由于海藻与处方中的药物关联不大，而且功效与处方的主功效相去甚远，经过 对数据库中历史处方数据分析，发现软坚、散结、消痰、利水功效很少与解表、 降逆、止咳、发汗联系在一起，在历史处方中，很显然有以下结论，解表降逆 功效出现的情况下存在软件散结的概率小于解表降逆功效不出现的情况下存在 软件散结的概率，即两者的影响率 inf (解表降逆，软坚散结) 0，即软坚散结