基于改进的互信息法的中医治疗胃脘痛用药规律研究

基于改进的互信息法的中医治疗胃脘痛用药规律研究

北京中医药大学丁霞教授是一位中西医结合伤口的专家。作为中国中医药消化专业委员会常务委员会、中国中西医结合诊断委员会常务委员会和世界中医药联合会消化专业委员会的常任理事国。他在中医临床医疗、教育和科学研究方面进行了近20年的工作，为中医药与消化疾病的综合控制取得了重要成果。丁教授临证厚古而不薄今,既娴熟于中医经典及传统辨证,又能结合西医对消化系统疾病的最新研究进展,擅长中西医结合治疗消化系统常见疾病及各类内科疑难痼疾杂症,每获良效。胃脘痛是指以上腹胃脘部近心窝处疼痛为主症的临床常见病证,见于包括急慢性胃炎、消化性溃疡、功能性消化不良等在内的多种西医疾病。丁教授在胃脘痛的临证中效若桴鼓,辨证、论治有的放矢,处方、用药颇具特色,对其病因、病机和治则、治法形成了系统而深刻的认识,积累了大量宝贵的临床经验。笔者有幸侍诊左右,受益匪浅,并曾详细收集丁教授治疗胃脘痛疗效卓著之医案近千则,现不揣冒昧,谨略择其中百余则,拟通过关联规则Apriori算法和复杂系统熵聚类等无监督数据挖掘手段,分析处方中药物使用频次、关联规则及其内在组方规律,初步归纳丁教授治疗胃脘痛临床用药经验,以期阐明其学术思想,谨供同道参佐。筛选病案处方,记录病案各大部位中的临床资料本研究以2013年6月至2013年10月丁霞教授于北京中医药大学东直门医院消化科门诊治疗胃脘痛的首诊处方为来源,经严格筛选,共收集处方360首。符合以下标准中任何一项者予以排除,其余纳入:①不以胃脘痛为主病的病案处方;②非首诊时的病案处方;③使用中西药结合治疗或单纯西药治疗的病案处方;④单纯使用中成药治疗的病案处方;⑤合并呼吸、循环、神经、血液、内分泌等系统严重疾病,病情复杂的病案处方;⑥记录不完整的病案处方;⑦疗效不显著或疗效判断不明确的病案处方。本研究相关研究操作基于中国中医科学院中药研究所和中国科学院自动化研究所联合开发的中医传承辅助平台(traditionalChinesemedicineinheritancesupportsystem,TCMISS)V1.1完成,该软件集成频次统计等传统算法与关联规则分析、改进的互信息法、复杂系统熵聚类、无监督的熵层次聚类等数据挖掘方法于一体,不仅可实现以频次为核心的显性经验分析,还可实现以关联为核心的隐性经验分析,适用于中医医案、处方的储存、分析、挖掘。将上述筛选后病案的处方用药录入TCMISSV1.1,数据录入及统计分析过程由双人负责审核确保准确。通过TCMISSV1.1系统中“数据分析”模块中“方剂分析”功能,进行包括药物频次统计、组方规律分析、新方分析,统计过程使用改进的互信息法、复杂系统熵聚类、无监督的熵层次聚类等算法,分析所得药物组合规则,绘制用药关联规则网络图、新方的核心组合药物网络图及新方的药物网络图,实现成果的网络化、可视化展示。中药组合关联规则的构建对丁霞教授360首胃脘痛处方中的药物频次进行统计,共包含了中药127味,体现了中药数据的离散型特点,其中使用频次高于75的有28味中药,统计结果见表1。使用频次前10位的中药为紫苏子、紫苏梗、砂仁、木香、制香附、白芍、延胡索、赤芍、清半夏、三七粉。中医数据离散型的特点为常用药对和核心组合的分析操作带来一定的困难。若支持度设置过高,筛选出的药对和组合较集中,但符合要求的数量较少;支持度设置过低,则符合要求的药对和组合数量较多,但分布过于分散,指导意义下降。为同时确保提取的常用药对和核心组合的数和质量,研究中进行如下尝试。在进行组方规律分析时,以支持度个数(即在所有药物中同时出现的次数)设定为80,置信度设定为0.9,共可获得865条中药组合关联规则,包含中药13味。按药物组合频次由高到低排序,前3位分别是“紫苏子-紫苏梗”“木香-砂仁”“砂仁-紫苏子”,前10位频次较高的中药组合结果见表2;置信度0.99以上的中药组合关联规则结果见表3。如放宽筛选标准,设定支持度个数为60,置信度保持设定为0.9,共获得2356条中药组合关联规则,包含中药17味。按药物组合频次由高到低排序,顺序结果同表2;按置信度排列,顺序结果同表3;绘制出用药关联规则网络见图1。3.药物网络筛选依据方剂数量并结合不同参数提取数据的预读,设置相关度为12,惩罚度为4,按照相关度与惩罚度约束,进行聚类分析,得到方剂中两两药物间的关联度。以改进的互信息法的药物间关联度分析结果为基础,按照相关度与惩罚度约束,基于复杂系统熵聚类,演化出3-4味药核心组合46组,节选结果见表4。治疗胃脘痛新方的核心组合药物网络见图2。在上述药物核心组合提取的基础上,运用无监督熵层次聚类算法分析获得新处方23个,结果见表5。治疗胃脘痛的新方药物网络见图3。基于关联规则分析的治疗胃哌痛方方中医学术思想和临床经验的高质量传承建立在中医医案的采集、保存及整理基础之上,这是中医学数千年保持旺盛生命力的核心所在,而名医医案是临床经验最朴素、最基础、最可靠、最原始的载体,是治疗有效性的直接证据,具有极高的学术价值。学术流派百家争鸣、学术思想百花齐放、配伍用药异彩纷呈的特征,直接决定了中医学信息的繁杂性与离散性。传统中医临证经验的继承一直以口授心传为主,对规律的探求分析单纯建立在用药频次的基础上,仅能实现对显性经验的推测性描述,难以探索方药间隐藏的内部规律,直接制约了对名医名方精髓把握的客观性和准确性。熵是刻画复杂系统复杂性的很好度量,基于关联规则算法和复杂系统熵聚类的无监督模式数据挖掘手段,是实现从海量数据中提取潜在有价值信息的强大工具,适用于中医方剂的数据研究,不仅可以定性且定量地挖掘药物间相关性,提取名医临证核心方药,还可探索隐藏于方药配伍中没有被医家所重视的核心组合,突破了既往依赖个人推测和实验评价的模式局限。本研究用药频次统计结果显示:紫苏子、紫苏梗、砂仁、木香、制香附、白芍、延胡索、赤芍、清半夏、三七粉、生甘草、陈皮、白芨粉、苍术、佛手、佩兰、炙甘草、合欢皮、炒枳壳、炒枣仁、炒枳实为使用频率最高的药物。丁霞教授认为胃脘痛当责之木郁克土、胃失和降、脾运无权,病位在胃,与肝、脾两脏关系密切。用药频次统计结果提示丁霞教授临证重视调胃、调肝、调脾三端,主张通降与清降并举、健脾与助脾并重、疏肝与柔肝并用。和胃理气通降之品当力专药多,务使气机畅达为度,如苏子梗、木香、陈皮、佛手、炒枳实、炒枳壳、大腹皮;然胃以降为和,调胃通降之外更寓清降之意,如虎杖、蒲公英、连翘等清降解毒之品。肝木相乘乃胃脘痛发生的主要病机,从肝论治切中要所,调肝之药常用已成定则,大抵包括疏肝、柔肝两端,如延胡索、制香附、白芍、当归。酌加健脾之药,药少量轻,贵在通补,如炙甘草、炒白术、焦四仙;然脾喜燥而恶湿,以湿邪最易困脾,故健脾之外亦重视醒脾,临床常酌用芳香化湿之品,如佩兰、藿香。疼痛日久,瘀阻胃络,当参佐活血化瘀之品,如赤芍、三七,以助病解。在支持度60、置信度0.9条件下,基于关联规则分析的组方规律分析结果显示:丁霞教授治疗胃脘痛用药核心处方组成为:紫苏子、紫苏梗、制香附、陈皮、清半夏、木香、砂仁、赤芍、白芍、三七粉、白芨粉、延胡索、生甘草、佩兰、佛手、苍术、炙甘草,共17味中药,环状用药关联规则网络图呈密集近似对称图形,显示入选药物间相关性紧密。纵观此核心处方:方中以紫苏子、紫苏梗入胃,行顺气开郁和胃之效,更能宽胸利膈;以制香附入肝,疏肝理气而止疼痛,又善条畅疏利三焦气机;以陈皮理气化痰、燥湿健脾和胃,为脾胃宣通要药,与香附、苏梗为伍共用,既能理气和胃,又能疏肝解郁止痛;更加炙甘草益气补中,能健运脾胃,缓急止痛,兼以调和药性以为使,以上五药合用,实为设《太平惠民和剂局方》香苏散为底。再观其余诸药,清半夏能燥湿化痰,更善消痞散结;木香乃三焦气分之药,能升降诸气而理气止痛,时与佛手相伍,增疏肝之意而倍理气之效,通则不痛;砂仁辛香醒脾,能化湿而开胃;赤芍能入肝脾,善行血破瘀而止疼痛;白芍柔肝、缓肝、养阴和血脉,又有缓急止痛之功,收脾气之散乱,敛肝气之恣横,于土中抑木,与赤芍合用疏导气血,助胃络畅达而不伤正气;延胡索利气疏肝、活血定痛;三七甘温善入肝胃,能活血祛瘀,与赤芍共用,则血脉通利瘀痛自止;白芨甘涩善入肝胃,善收敛止血,消疡生肌,打粉冲服更能直达病所,覆盖局部直接促进胃黏膜浅表损伤愈合;生甘草清热解毒,而亦有清降和胃,缓急止痛,调和诸药之力;佩兰、苍术二味,前者能芳香化湿而解表醒脾,后者善燥湿而健脾,共用则湿困速解,脾复健运。诸药合用,配伍严谨,思路清晰,具有能通、能散、能疏、能燥、能补、能和之功,体现了丁霞教授治疗胃脘痛注重条畅气机、通补相兼的治疗原则,临证执简驭繁,灵活变通,治有侧重,每获良效。基于复杂系统熵聚类的药物核心组合分析结果显示:丁霞教授治疗胃脘痛常用的药物核心组合共46组,以此为基础的基于无监督熵层次聚类的新处方分析结果显示:挖掘出的丁霞教授治疗胃脘痛候选新处方23个,部分可能具有重要临床意义。譬如第1、2号处方:乌药、天冬、炒枳实/炒枳壳、虎杖;第3号处方:焦四仙、白芨粉、炙黄芪、蒲公英、当归;第6号处方:炒薏仁、佛手、白扁豆、炙黄芪;第7号处方:焦槟榔、炒谷芽、炒麦芽、夜交藤;第10号处方:白芍、苍术、炒白术、白扁豆、佩兰、葛根;第11号处方:合欢皮、三七粉、茯神、酸枣仁;第12号处方:合欢皮、百合、珍珠母、酸枣仁;第14号处方:苍术、藿香、佩兰、旋覆花;第16号处方:炮姜、陈皮、清半夏、桔梗;第17号处方:炒枳实、生白术、莱菔子、虎杖、火麻仁;第20号处方:海螵蛸、煅瓦楞子、厚朴、葛根;第22号处方:生甘草、炙甘草、丹参、瓜蒌、煅瓦楞子;第23号处方:炒薏仁、砂仁、茯苓、白扁豆、虎杖,等。这些新处方的发现不仅佐证了丁霞教授治疗胃脘痛通降与清降并举(处方1、2、3)、健脾与助脾并重(处方6、10、14、23)、寓柔肝于疏肝(处方3、10)的临证策略,还提示了对重要证型或吞酸(处方16、20、22)、卧不安(处方7、11、12)、便秘(处方17)等重要兼症的可能用药规律,在经过进一步筛选验证可能具有一定潜在临床价值。综上所述,本研究采用基于关联规则算法和复杂系统熵聚类的无监督数据挖掘手段,获得了既往传统医案整理未获得的新知识、新信息,为丁霞教授胃脘痛治验的深度分析提供了参考。研究过程表明,将数据挖掘技术应用于名中医经验传承,可以较好解决中医传承非标准化、非客观化等问题,是中医药数据资源和现代信息技