面向中醫(yī)證候學研究的知識服務系統研發(fā)*

于彤楊碩賈李蓉高博李敬華董燕朱玲于琦張竹綠

面向中醫(yī)證候學研究的知識服務系統研發(fā)*

于彤①楊碩①賈李蓉①高博①李敬華①董燕①朱玲①于琦①張竹綠①

為探索中醫(yī)證候領域的知識建模方法和知識服務模式，初步建立了一個“中醫(yī)證候知識庫”，并在此基礎上開發(fā)了基于萬維網的知識服務系統，該系統實現了知識檢索、知識瀏覽、知識問答等功能，能支持中醫(yī)證候學研究和臨床決策等應用。

中醫(yī)藥； 知識庫； 知識工程； 中醫(yī)證候

中醫(yī)藥領域中蘊含著豐富的知識遺產。如何促進中醫(yī)藥知識資源的深度共享與廣泛傳播，使全球中醫(yī)、學者都能充分利用這座知識寶庫，是非常重要的問題?；谌f維網構建的知識服務系統，為中醫(yī)藥知識的檢索和訪問提供了一種便捷的途徑[1]。作為領域知識的數字載體，知識庫在知識服務系統中扮演著核心角色[2-3]。近年來，知識工程方法在中醫(yī)藥領域得到廣泛應用，成為構建知識庫、實現知識服務系統的有效手段[4-5]。

中醫(yī)證候學是開展中醫(yī)藥知識工程研究的一個關鍵領域。證候是疾病某一發(fā)展階段病因、病理、病位、病勢的綜合表現，辨證是中醫(yī)學所獨特的認識疾病、診斷治療疾病的途徑和方法[6]。辨證論治是中醫(yī)學的精髓，正確的辨證分型是中醫(yī)臨床取得療效的關鍵[7]。開發(fā)面向證候學領域的知識庫和知識服務系統，不僅能夠實現證候學知識體系的系統梳理和永久保存，而且能為中醫(yī)臨床決策提供信息技術支持。

本體（Ontology）是近年來知識工程領域中出現的一項新興技術，它已在復雜知識建模和推理等方面體現出技術優(yōu)勢，為中醫(yī)證候知識建模提供了潛在的解決方案[8]。本體是一種用于表示領域知識的計算機模型，它定義了一組表示知識的“原語（primitive）”，如類（class）、屬性（property）和關系（relationship）等[9-10]。中醫(yī)學者已開展了基于本體構建中醫(yī)藥知識庫的探索工作[11-12]。例如，車立娟等[13]以Protégé為工具，構建了用于表達“肺陰虛證”病機規(guī)則的本體知識庫；李新霞[14]以Jena為工具，構建了中醫(yī)脾胃病領域本體知識庫；易鋼等[15]基于本體構建了一個包括中醫(yī)概念、關系及規(guī)則等內容的知識庫；于彤等[8]提出了基于本體對證候層次結構進行建模的方法。這些工作初步驗證了基于本體技術構建中醫(yī)藥知識庫的可行性，但構建全面、完整、實用的中醫(yī)藥學本體仍是一個長期而復雜的過程。

本研究選取“中醫(yī)脾系證候”作為目標領域，探索中醫(yī)證候領域的知識建模方法，開展中醫(yī)證候知識庫構建的示范研究，演示中醫(yī)證候知識庫的潛在應用，探索知識服務的新穎模式。本研究依據中醫(yī)文獻、病案以及網絡上的信息資源，界定“中醫(yī)脾系證候”的范圍，搜集并篩選相關概念，梳理概念的層次結構和語義關系，構建示范性的本體知識庫；繼而開發(fā)了一個面向中醫(yī)證候學研究的知識服務系統，支持領域專家共享中醫(yī)證候知識，開展中醫(yī)證候學研究，具體介紹如下。

1 中醫(yī)證候知識庫

本研究基于本體技術構建了一個示范性的“中醫(yī)脾系證候知識庫”（以下簡稱“Spleen”）系統。Spleen的分類體系如圖1（a）所示，其根節(jié)點是“事物”，其下定義了“證候”、“疾病”、“癥狀”、“方劑”、“中藥”等類型。在“證候”類型之下，以“八綱辨證”、“精氣血津液辨證”、“臟腑辨證”和“經絡辨證”等多種方式對證候概念進行了分類組織。為了精確描述證候的臨床表現、治療方法等知識，該本體還定義了相關的癥狀、疾病、中藥和方劑等概念。

本研究提出了“上下位關系”、“現象表達”、“組成”、“治療”、“證候調整”、“方劑調整”、“癥狀加（調整）”等一組語義關系，對Spleen中概念之間的關系進行系統性梳理與規(guī)范化表達。如圖1（b）所示，Spleen通過這組語義關系將“證候”與其他的語義類型關聯起來。中藥和方劑主要是用來治療證候的，因此在“證候”與“中藥”、“方劑”之間建立“被治療”關系。證候在某種程度上具有“癥候群”的含義，它可被視為由一組癥狀“組成”的。因此，在“證候”與“癥狀”之間建立“由……組成”關系?！凹膊　笔恰白C候”所表達出來的某種現象，它們之間是一種現象和本質的關系。因此，在“證候”與“疾病”之間建立“現象表達”關系。為了記錄證候知識的來源，建立“證候”與“文獻”之間的“來源于”關系。“來源于”關系也可被用于標注疾病、中藥等其他領域實體的出處。

圖1 中醫(yī)證候知識的基本模型

Spleen為概念添加文字屬性，來表達概念的相關知識（如方劑的功效、性味、歸經，以及疾病的病位、病因、病機、病性等），這豐富了Spleen的知識內容。

上述語義類型、語義關系和文字屬性，為證候學知識建模提供了一個簡單的框架。基于此框架，已錄入概念2710個，其中證候有265個，證候加減527個，疾病86個，方劑482個，中藥385個，癥狀959個；添加8926條文字信息以及10 471條語義關系（于2014年1月24日統計）。

2 中醫(yī)證候知識服務系統

在Spleen知識庫的基礎上開發(fā)了一個知識服務系統，以萬維網的方式向網絡用戶提供知識檢索與展示、知識瀏覽與導航以及知識問答等服務，現分別介紹如下。

2.1 知識檢索與展示 該系統實現了基于關鍵詞的知識檢索功能。如圖2所示，用戶可輸入關鍵詞——“肝氣犯胃證”，系統將會提供“肝氣犯胃證”等概念的基本信息，并推薦與“肝氣犯胃證”相關的概念的鏈接。當用戶點擊這些概念的鏈接時，系統將引導到這些概念所對應的知識展示頁面。系統以概念為單位對中醫(yī)證候知識進行展示，它在一張頁面中綜合呈現某一概念的相關知識，并基于概念語義關系實現知識導航功能。例如，系統會針對“脾胃陰虛證”提供一張知識展示頁面，展示“脾胃陰虛證”的中文正名、類型、來源等信息，基于“現象表達”關系導航到該證候相關的疾病，并基于“由……組成”關系導航到該證候相關的“癥狀”。

2.2 知識瀏覽與導航 系統實現了中醫(yī)領域概念的分類導航界面。該界面提供一個類型列表，展示語義類型的名稱及其實例數量；當用戶選擇某一類型時，系統列出該類型的實例。當用戶點擊某一概念的鏈接時，系統會導航到該概念的展示界面。

系統還實現了語義關系的導航界面。該界面列出知識庫中的語義關系（如“由…組成”、“來源于”、“上位詞”、“下位詞”等）以供用戶選擇。如圖3所示，當用戶選擇“由…組成”時，系統會分頁顯示知識庫中所有的“由…組成”關系。用戶還可以輸入關鍵詞對語義關系進行篩選。如當用戶輸入“香砂六君子湯”時，系統會列出所有包含“香砂六君子湯”的“由…組成”關系，用戶即可了解到“香砂六君子湯”是由哪些中藥組成的。若用戶想了解“哪些藥物治療肝火犯胃證”，可在語義關系列表中選擇“治療”，并在搜索框中輸入“肝火犯胃證”，系統則列出與“肝火犯胃證”有“治療”關系的中藥或方劑。

圖2 中醫(yī)證候知識檢索界面（以“肝氣犯胃證”為例）

圖3 語義關系的導航界面（以“香砂六君子湯”的組成為例）

2.3 簡單的知識問答 問答系統是知識庫系統的一般交互方式，也是展示推理能力的一種常用方式。本項目構建了一個中醫(yī)問答系統的雛形，它提供類似于搜索的界面，但“更加智能”：它不是提供成千上萬的搜索結果，而是提供問題的答案和準確的知識。該系統實現了根據癥狀辨別證候以及推薦處方等常見的問答形式。如圖4所示，當用戶輸入證候“脾胃虛寒證”之后，系統會向用戶推薦“小建中湯（來源于教材《方劑學》）”、“丁萸理中湯（來源于教材《中醫(yī)兒科學》）”等方劑。系統還基于簡單的間接關系推理來找出推薦方劑。例如，系統可根據“小建中湯加黨參白術治療腹痛”和“脾胃虛寒證現象表達腹痛”，推測出“小建中湯加黨參白術”治療“脾胃虛寒證”，并將“小建中湯加黨參白術”作為推薦方劑提供給用戶。用戶點擊“小建中湯加黨參白術”信息右側的“推理依據”，即可查看系統推薦意見背后的推理依據。

目前，中醫(yī)問答原型系統目前實現了3種用戶場景，具體如下。

2.3.1 中醫(yī)辨證場景 用戶可輸入一組癥狀（如口干、唇干、干嘔、呃逆、面色潮紅、皮膚干燥、大便干結等），系統從知識庫中找出與這些癥狀最為匹配的證候（如脾胃陰虛證），并列出相關證候的簡要信息。

2.3.2 中醫(yī)證候信息問答場景 用戶輸入證候（如“肝氣犯胃證”），系統根據知識庫向用戶推薦合適的方劑。在方劑推薦中，系統可根據知識庫處理“肝氣犯胃證兼有胃痛”等各種證候加減變化的情況。系統還根據知識庫向用戶推薦與該證候相關的疾病。

2.3.3 中醫(yī)疾病信息問答場景 用戶可輸入疾病名稱（如痰飲），系統基于知識庫向用戶推薦方劑（如苓桂術甘湯），并列出相關證候的簡要信息。

圖4 中醫(yī)證候知識問答界面（以“脾胃虛寒證”為例）

3 結語

中醫(yī)證候學的知識體系博大精深、內涵豐富，為中醫(yī)臨床實踐提供了重要的指導和依據。對證候進行深入研究，具有十分重要的理論意義和實用價值[1]?；谥R庫的知識服務系統，為中醫(yī)證候學研究提供了新穎的信息技術手段。本研究采用本體技術初步建立了一個“中醫(yī)證候知識庫”，對中醫(yī)證候的古今概念進行準確描述，并理順概念之間的語義關系。在該知識庫的基礎上，開發(fā)了基于萬維網的知識服務系統，該系統主要實現了如下3方面的功能：（1）知識檢索與展示：支持用戶通過檢索詞檢索知識庫中關于某個概念的知識；（2）知識瀏覽與導航：支持分類導航、語義關系導航以及概念之間的關聯導航；（3）知識問答：支持辨證問答、證候信息問答和疾病信息問答，為臨床決策提供支持。該系統初步驗證了基于中醫(yī)證候本體實現知識服務系統的可行性，對于在中醫(yī)證候學領域推廣知識服務具有借鑒意義。

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Research and Development of Knowledge Service System for Investigating Syndromes in Traditional Chinese Medicine/

YU Tong，YANG Shuo，JIA Li-rong，et al.//Medical Innovation of China，2014，11（21）：120-123

To investigate the method of knowledge modeling and the model of knowledge service in the field of Traditional Chinese Medicine （TCM） syndromes，we constructed a knowledge base for TCM syndromes，and built a Web-based knowledge service system，which implemented functions such as knowledge retrieval，knowledge navigation，question-answering and supported TCM syndrome research and clinical decision-making.

Traditional Chinese Medicine； Knowledge base； Knowledge engineering； TCM syndrome

10.3969/j.issn.1674-4985.2014.21.039

2014-05-06） （本文編輯：歐麗）

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金資助（ZZ070804）；中國中醫(yī)科學院基本科研業(yè)務費自主選題項目（ZZ070311、ZZ060303）

①中國中醫(yī)科學院中醫(yī)藥信息研究所 北京 100700

于彤

First-author’s address：Information Institute of Traditional Chinese Medicine，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing 100700，China