基于规则计算机专家系统的脏腑相关模型研究

【摘要】长久以来,古代中医采用“五行学说”(五行即金,木,水,火,土)来解释各种发生在病者身上的生理、病理和病机的现象。但是临床中医越来越意识到,在五行学说的硬性框架下,不能完全解释脏腑之间发病机制的复杂性。名老中医邓铁涛教授,提出用五脏腑相关理论以取代五行学说。1988年邓铁涛教授在《广州中医学院学报》第2期发表“略论五脏相关取代五行学说”正式提出“五脏相关学说”。在该文中,邓铁涛教授提出舍弃五行机械模式,解决中医五行名实不符及内容与形式不统一的矛盾；以临床上实际观察到的症状对脏腑为准,而不必拘泥于生硬的五行理论的脏腑关系。虽然用了取代的字词,但邓铁涛教授的真正意思是使用五脏相关,以增补五行学说的不足,从而进一步解释脏腑之间在发病时的关系。自五脏相关理论发表后,很多国内外的中医研究相继展开,包括基础理论和临床研究；使用数学和计算机技术研究五脏相关理论的有不少,其中包括统计方法,结构方程模型和数据挖掘。这些方法的不足之处在于他们都是用“黑盒”的方式；从周边去探究脏腑之间的关系,不能详细了解疾病累及脏腑的先后次序。本研究提出一种不同的方法发掘脏腑的关系,就是使用基于规则的专家系统。(中文“基于规则”是从英文Rule-based翻译过来的。英文全名是Rule-basedcomputerexpertsystem,而中文翻译全名是“基于规则的计算机专家系统”。)目的：本研究目的是使用基于规则的专家系统找出发病时脏腑之间的关系细节,仔细检查疾病发生时影响脏腑的流程。《素问。玉机真脏论》“五脏相通,移皆有次。”,脏腑相关的特点是“移皆有次”。由一脏或腑影响另一脏或腑或影响多个脏腑,会有先后次序的分别。利用专家系统就可以把这些先后次序的关系发掘出来。这是之前利用数据挖掘或结构方程模型所不能达到的效果。专家系统的特点是可以从不同的角度把单脏腑相关、两两相关及多脏腑相关的资料串连起来成为有先后次序的多脏腑相关的关系。本研究的灵感来自西方医学专家诊断实验系统MYCIN。MYCIN是一个基于规则的专家系统,在1970年代早期开发。它使用人工智能来识别细菌所引起严重的感染性疾病,如菌血症和脑膜炎等。专家系统MYCIN名字是从抗生素的名称产生的,因为许多抗生素有”-mycin”的字尾。MYCIN也用曾于血液凝固疾病的诊断。它的功能包括有疾病诊断、根据病人不同体重病建议抗生素用量。MYCIN的开发美国斯是坦福大学用了五、六年时间完成。该系统是用Lisp写的(Lisp是基于列表的专家系统的计算机语言)；它是EdwardShortliffe的博士论文,导师是BruceBuchanan及StanleyN.Cohen.MYCIN从未正式应用于临床,但研究表明MYCIN的诊断准确度约占总诊断病例的69%。如果用同样的标准来判断,医学专家的诊断表现并没有比MYCIN系统的诊断能力更好。本论文提出从一个新的角度研究脏腑相关理论；就是使用基于规则的专家系统内的解释设施,以贯彻了解疾病的发病机制；了解从一脏腑到另一脏腑的传变过程。这将避免使用用“黑盒”的方式；以统计学的系数的高低来表达脏腑的关系是否密切,只能从周边去探究脏腑之间的关系。这些计算机分析技术都是以输入一篮子病人症状数据,经过计算机的运算,然后得出在某一个或几个证候下有那些脏腑受到影响。都是以一系列的参数以表达那些脏腑受影响的可能性有多高及那些脏或腑会同时受影响。这些技术不能详细了解疾病发生时脏腑受累的先后次序。本研究的目的是利用基于规则的计算机专家系统,尝试规探“五脏之气相通,其脏气输移,皆有次序”的发病次序以及在过程中那些脏或腑受累。基于规则的专家系统内的解释设施有一个很实用的功能,就是能够储存在运算过程中那些规则曾匹配到而导致结果。这样,每一个匹配到的规则会跟着计算机专家系统匹配的次序而形成一串导致结果的流程。利用基于规则的专家系统的解释设施,可以把储存好的一串规则再序列出来,这样就可以看到那些脏腑受影响而且在疾病怎样由一脏腑传递到另一个或多个脏腑。方法：1.数据收集：收集共121证候及其532相关症状从中医诊断学的书籍和《中华人民共和国国家标准。中医临床诊疗术语》,其中包括从《中医诊断学图表解》(陈家旭主编,北京：人民卫生出版社,2004,152-211)一书中所述的49个脏腑证候,和12(两两相关)脏腑兼证,并从《中华人民共和国国家标准。中医临床诊疗术语》中所述的60(两两相关)脏腑兼证。2.数据的前期整理：由于中医对证及症状的描述信息具有多样性、重复性、模糊性等特点,因此,在处理前必须对这些知识进行规范统一,将人日常生活的语言转化为计算机可以运算与识别的规范化语言。(1)证候名称的的规范：中医证候名称常有多名称一证候的现象。例如“肝郁气滞”亦石称为“肝气郁结”。本研究所采纳的121个证候名称主要是根据《中医临床诊疗术语》的证候名称规范。一个证候只取用一个标准名称。(2)症状名称的规范：中医对症状的描述常存在文字描述的冗长性,多样性,以致症状名称的不规范以及症状表述常带有模糊性。主要有同一意思文字先后次序不同、冗余子眼、多词一义、一词多义、以及附加的注释性字眼等。①同一意思文字先后次序不同：如“梦多”、“多梦”。一律以日常口语顺序描述。知识库会采纳“多梦”为纳入知识。这里要强调的是知识的统一性,一经定名,全个知识庳都会采用同一名称。②冗余子眼与多词一义：中医学一般惯用四字词句来描述症状,这类症状主要指症状的意思相同或相近,但表述各有不同。例如对四肢无力的不同描述有“四肢乏力”、“肢体疲倦”、“肢体乏力”等；都一律以“乏力”代替。③一词多义：这类症状主要指一个词句里包含了二个或以上症状的涵义。例如“咳喘”一词里包含了“咳嗽”及“喘”两个症状。这里引申至在一个病位上“比邻”的概念。在知识库里的病位描述有“心胸”、“胸胁”、“胁肋”、“胃脘”,“脘腹”,“少腹”,“小腹”等。所以在第三层面的知识加入了病位上的“比邻”,用以扩大推理范围。④把复杂的症状分割为多个单一的症状。例如,“少腹胀痛”可细分为“少腹胀”和“少腹痛”。⑤把描述症状的词句汇合成知识库的“中介”知识。症状名称中有些是注释性症状描述。这类症状主要指用于对相关症状的轻重程度进行描述的。例如“身目发黄,鲜如橘色”；而“鲜如橘色”是用于描述之前的“身目发黄”症状。3.基于规则的专家系统模型设计包括：(1)知识的归类及储存的设计(2)知识撷取设施的设计(3)知识库的设计(4)推理引擎的设计(5)解释设施的设计(6)使用者界面的设计4.系统测试：利用重症肌无力数据测试基于规则专家系统本系统的测试是采用饶媛,基于数据挖掘技术的重症肌无力疾病五脏相关性研究(博士论文,广州中医药大学,2010年6月。)内的447个重症肌无力病例中出现频次最高的30个症状作测验的数据。另外采用郑洪,五脏相关学说理论研究与临床分析.(博士论文,广州中医药大学,2002年4月。)内的重症肌无力病案一例作为实际测试。成果：本研究通过整理中医脏腑辨证121个证候及其532症状作为输入基于规则计算机专家系统的脏腑相关模型的数据,设计及构建一个专注于分析脏腑相关的专家系统。其中所产生症状规则1851条及脏腑相关规则151条。本研究可得到下列具创新性的成果：1.首次以则计算机专家系统技术用于中医脏腑相关研究。2.完成设计一个基于规则计算机脏腑相关专家系统模型,并用C计算机软件编写语言实现本系统。所以除了本论文之外,本研究同时产生一个可运作的脏腑相关专家系统。3.突破前人在脏腑相关研究中只能以“黑盒”模式产生脏腑相关涵数以描述脏腑关系的密切程度；本研的专家系统的优点是可直接提供发病时脏腑证候相关的流程。结论：从整个研究过程中,可得出以下结论：1.研究过程中发现中医脏腑证候名称不统一；及中医对症状的描述常存在文字描述的冗长性,多样性,以致症状名称的不规范以及症状表述常带有模糊性。主要有同一意思文字先后次序不同、冗余子眼、多词一义、一词多义、以及附加的注释性字眼等。这些都在本研究的知识前期处理中规范好。2.中医诊断学脏腑辨证证候描述主要集中于本脏腑内部,很少由一内部证候影响其他脏腑证候。但其中例外的主要有：(1)脾气虚影响心、肺、肝、肾气虚。脾气虚可导致肝胆湿热。脾气虚、肝血虚、心血虚相互影响。脾气虚、肺气虚、心气虚相互影响。(2)肝气郁结可导致脾气虚、胃热炽盛、胃阴虚、痰火扰神、心脉瘀阻、心火亢盛、肺阴虚。肝火炽盛影响肺阴虚。(3)心火亢盛、肾阴虚相互影响。(4)心阳虚、肾阳虚关系密切。脾阳虚、肾阳虚关系密切。(5)肺阴虚、肾阴虚关系密切。肝阴虚、肾阴虚关系密切。这些单脏腑与他脏腑的关系就是本研究探讨脏腑如何相关的主要根据。3.精、气、血、津液对脏腑的影响也可提示一些脏腑互相之间的潜在关系。4.通过以重症肌无力的病案测试,专家系统分析结果发现脾气虚、肺气虚、肝血虚是该患者可能同时兼有的证候。而脾气虚是导致肺气虚及肝血虚的主因。了解证候流程可提升用药及治疗的准确度。5.通过脏腑相关的研究,使现行中医临床辨证基于单脏证候的主要症状提升致多脏证候主要症状。脏腑相关证候的组合排列规律及其辨证对临床诊断很有价值。脏腑相关的专家系统对指导临床诊疗有意义；不单只对重症肌无力诊疗有意义,对其它危重病疑难病也很有意义。
【作者】谈耀永；
【导师】潘毅；
【作者基本信息】广州中医药大学，中医基础理论，2014，博士
【关键词】五脏相关理论；基于规则的专家系统；脏腑病因病机；脏腑辨证；藏象学说；

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