一種基于演化的中醫(yī)療效自適應動態(tài)評價模型

胡繼禮，闞紅星

（安徽中醫(yī)藥大學 醫(yī)藥信息工程學院，安徽 合肥 230012）

一種基于演化的中醫(yī)療效自適應動態(tài)評價模型

胡繼禮，闞紅星

（安徽中醫(yī)藥大學 醫(yī)藥信息工程學院，安徽 合肥 230012）

為了公正、客觀地評價中醫(yī)的療效，針對中醫(yī)證候復雜多變的特征提出一種基于演化的中醫(yī)療效自適應動態(tài)評價模型.模型在形式化描述中醫(yī)證候演化特點的基礎(chǔ)上，首先利用啟發(fā)式算法對評價指標的組成要素進行抽象并提出重構(gòu)方案，然后利用依賴矩陣計算不同指標間的關(guān)聯(lián)度，并通過關(guān)聯(lián)度重新構(gòu)造演化后的指標權(quán)重體系，實現(xiàn)演化環(huán)境下中醫(yī)療效的自適應動態(tài)評價.最后通過實例說明了該模型的使用方法和有效性.

中醫(yī)療效評價；演化性；指標重構(gòu)；自適應模型

1 引言

隨著世界對傳統(tǒng)醫(yī)學的關(guān)注和需求的增加，國內(nèi)外政府機構(gòu)、社會團體都十分關(guān)注中醫(yī)療效評價的研究.美國替代醫(yī)學研究中心(NCCAM)、國立衛(wèi)生研究院(NIH)等機構(gòu)都明確指出要對傳統(tǒng)和替代醫(yī)學療法進行有效性評價[1].2012年，國家中醫(yī)藥管理局出臺的《關(guān)于加強中醫(yī)藥標準化工作的指導意見》中也指出要加強中醫(yī)藥療效評價方面的研究[2].盡管國內(nèi)外機構(gòu)都十分關(guān)注中醫(yī)療效評價研究，但目前尚未建立起一套符合中醫(yī)自身規(guī)律的臨床療效評價方法和模型[3]，中醫(yī)療效評價體系缺失已顯現(xiàn)為越來越嚴重的問題[4].

目前國內(nèi)外主要從中醫(yī)證候、等級量化分表、循證醫(yī)學等幾個方面研究中醫(yī)藥療效評價問題，這些方法從不同側(cè)面促進了中醫(yī)藥臨床評價的發(fā)展，但由于受西醫(yī)評價模式的影響，這些方法大都忽視了疾病的演化特征，都試圖為某類疾病建立一個統(tǒng)一的、靜態(tài)的評價方法和體系，這顯然不符合中醫(yī)思想精髓——辨證論治的精神[5].實際上，中醫(yī)證候隨著疾病的發(fā)展，在不斷地演變和轉(zhuǎn)化，診斷也具有一定的復雜性和模糊性[6]，因此中醫(yī)療效評價也應該是一個基于演化的動態(tài)評價過程，隨著病程的發(fā)展，評價指標在不斷地增加、刪減或融合，其權(quán)重也在發(fā)生相應變化.

近年來，信息技術(shù)方法在中醫(yī)藥學科領(lǐng)域得到廣泛應用，但在中醫(yī)療效評價領(lǐng)域，由于缺乏恰當模型和頂層設(shè)計理論的指導，具有演化特征的評價機制還沒有被抽象和形式化，使得療效信息之間的各種規(guī)律、聯(lián)系和假設(shè)不能被符號化地描述出來，更難以準確地集成和評價.本文在動態(tài)思想指導下，改變現(xiàn)有的靜態(tài)評價模式，提出了一個基于演化的中醫(yī)療效自適應動態(tài)評價模型.

2 證候演化的形式化描述

證候是內(nèi)因和外因綜合作用下機體的整體反應狀態(tài)，在病證發(fā)展過程中，隨著病邪的強弱、正氣的盛衰而發(fā)生相應的證候變化，表現(xiàn)為證候的演變、轉(zhuǎn)化或兼證[7].因此，證候的演化可理解為在連續(xù)時間內(nèi)患者在內(nèi)外因素的激勵下，治療需求、干預措施、評價指標等都發(fā)生了變化，即疾病由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到了另一種狀態(tài).

設(shè)某一時刻、某一疾病的狀態(tài)為S＜ti，EISCM (Xρ,i，Xw,i)＞,其中ti(0≤i≤n)表示疾病當前的時刻；EISCM(Xe,i，Xw,i)為中醫(yī)療效評價指標系統(tǒng)(Evaluation index system of Chinese medicine,EISCM)，Xe, i表示第i時刻下的評價指標集，Xw,i表示第i時刻下的指標權(quán)重集.

在內(nèi)因、外因多種因素影響下，如某一疾病在時間區(qū)間(ti,ti]內(nèi)并發(fā)生演化，即由S狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镾'狀態(tài)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)FS為:

FS(τ)=S＜ti,EISCM(Xe,i,Xw,i)＞→S'＜tj,EISCM(Xe, j,Xw,j)＞t，其中，τ為激勵參數(shù)，是對引起疾病演化的度量.

3 中醫(yī)療效自適應動態(tài)評價模型

根據(jù)上述討論，為準確評價病人的治療效果，在演化機制激勵下引起疾病狀態(tài)轉(zhuǎn)移時，需要設(shè)計一定的模型和算法，重新構(gòu)建評價指標體系(EISCM).EISCM重構(gòu)主要表現(xiàn)在兩大方面，其一是中醫(yī)療效評價指標(Evaluation index, EI)組成的增加或減少，即指標構(gòu)成要素的形式化描述與重構(gòu)，其二是評價指標權(quán)重的增加、刪除或修正，即指標權(quán)重的形式化與重構(gòu).EISCM重構(gòu)雖然分兩方面，但兩者在重構(gòu)時是同時進行的.

3.1 評價指標組成的抽象與重構(gòu)

當疾病演化時，某個指標因治療而正常了，那么在下一期療效考察中就可以不考慮該指標了，這時則要刪除該指標；同樣，當疾病惡化時，則考慮增加新的考察指標.無論增加或刪除，評價指標的組成都會隨著疾病的演化而動態(tài)變化.設(shè)在第i時刻下，療效評價指標集為{Xe,i}={a1,a2,a3,…,ai,…,an}(1≤i≤n).隨著病程的發(fā)展，在第i+1時刻下，療效評價指標集{Xe,i}的組成要素發(fā)生了變化，變?yōu)閧Xe,i+1}= {a'1,a'2,a'3,…,a'j,…,a'm}(1≤j≤m,m≠n).下面利用啟發(fā)式算法[8]自動實現(xiàn)這一動態(tài)變化過程，重新構(gòu)建演化后的評價指標組成要素.啟發(fā)式算法分三種情況進行，具體如下:

1、當演化前的某些指標被保留下來時，即存在時，表明某些滿足了指標ai?a'j的評價要求，一定可以滿足指標aj'的評價.因此，可以約減aj'，把ai加入{Xe,i+1}中，修改指標集.

2、當演化前的指標和演化后指標一樣時，即ai≡a'j時，表明病程演化后，指標沒有發(fā)生變化，此時，可刪除評價指標ai，aj'中的任意一項，保留ai(或aj')，無需修改指標集.

3、當演化后的指標有增加或刪減時，即ai⊕aj'時，表示滿足ai評價要求的不一定滿足aj'，反之亦然.但滿足ai∩aj'的評價指標則同時滿足ai，aj'.因此，將ai，aj'簡約為ai∩aj，修改指標集.

3.2 評價指標權(quán)重的抽象與重構(gòu)

3.2.1 指標間關(guān)聯(lián)性的形式化描述

中醫(yī)療效評價指標組成要素的變化必然導致其權(quán)重的增加、刪除或修改.但評價指標之間往往存在著復雜的交互關(guān)系[9]，并不能對這些指標的權(quán)重進行簡單地處理，而是要充分考慮指標間的關(guān)聯(lián)性，本文借助工程領(lǐng)域中的依賴矩陣(dependency matrix)[10]來描述不同療效指標之間的關(guān)聯(lián)問題，并根據(jù)關(guān)聯(lián)的程度來計算權(quán)重的變化.

設(shè)在第i時刻下，療效評價指標集為{Xe,i}={a1, a2,a3,…,aj,…,an}，關(guān)聯(lián)矩陣為R，關(guān)聯(lián)度ri,j∈(-1,1)為指評價指標ai對aj的量化關(guān)聯(lián)程度，且ri,j≠rj,i，具體說明如下:

關(guān)聯(lián)度的取值ri,j主要依據(jù)經(jīng)驗和歷史數(shù)據(jù)，也可用頭腦風暴法或群決策理論來確定.關(guān)聯(lián)矩陣R用直接交互的形式化描述來簡化指標間的語義信息，很顯然有利于評價指標的自動重構(gòu).

3.2.2 指標間權(quán)重自動重構(gòu)方法

指標間權(quán)重的動態(tài)變化與重構(gòu)包括權(quán)重的刪除、增加和修正三大部分.設(shè)療效評價指標體系(EISCM)在第i時刻的權(quán)重集為{Xw,i}={w1,w2,w3,…, wi,…,wn}(1≤i≤n)；經(jīng)過演化后，第i+1時刻的權(quán)重集為{Xw,i+1}={w'1,w'2,w'3,…,w'j,…,w'm}(1≤j≤m,m≠n).具體重構(gòu)方法設(shè)計如下:

1、權(quán)重的刪除

當刪除的指標在關(guān)聯(lián)矩陣的第i行，且全部為0時，說明該指標與其他指標不相關(guān)，是獨立的，這時可直接刪除指標ai，且刪除不會對其他指標造成影響，但會改變療效評價指標系統(tǒng)(EISCM)的結(jié)構(gòu)，需要重新求解新的結(jié)構(gòu)下，剩余指標的權(quán)重.令as(t=1,…,n,s≠i)為剩余的評價指標，則刪除ai后，as的相對權(quán)重可通過公式(1)計算:

當刪除的指標在關(guān)聯(lián)矩陣的第i行，且至少有一個不為0時，說明指標間不獨立，存在相關(guān)性，這時就不能直接刪除指標ai了，如直接刪除，不但會改變評價指標系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還會影響到與之相關(guān)的其他屬性.設(shè)RAi為ai相關(guān)指標組成的有限集，則|RAi|為集合的模，表示集合中元素的個數(shù).令ap∈RAi，aq?RAi，rip表示ai→ap的關(guān)聯(lián)度，則刪除ai后，ap和aq的相對權(quán)重可用公式(2)計算:

2、權(quán)重的增加

當增加一個新的評價指標ai時，首先要確定哪些指標與它直接關(guān)聯(lián)，并計算出它們的相關(guān)度rip(t=1,…,n)和rpi(t=1,…,n)，接著構(gòu)造新的關(guān)聯(lián)矩陣.增加新指標后，也需要重新求解各項指標的權(quán)重，可用AHP方法[11]直接求解.

3、權(quán)重的修正

有些評價指標在演化過程中組成沒有發(fā)生變化，但相對重要程度隨著疾病的演化發(fā)生了變化，即權(quán)重的大小發(fā)生了改變，需要修正.設(shè)RAi為評價指標ai相關(guān)指標組成的有限集，令qp∈RAi，aq?RAi，rip表示ai→ap的關(guān)聯(lián)度，wp和wq分別表示ap和aq在k狀態(tài)下的權(quán)重，則他們在k+1狀態(tài)下的權(quán)重wp'和wq'可表示為:

3.3 自適應動態(tài)評價模型的結(jié)構(gòu)

根據(jù)上面的論述，基于演化的中醫(yī)療效自適應動態(tài)評價模型的整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示.

圖1 自適應動態(tài)評價模型結(jié)構(gòu)

該模型基于狀態(tài)監(jiān)測和激勵，實現(xiàn)中醫(yī)療效的自適應動態(tài)評價.當系統(tǒng)監(jiān)測到某一狀態(tài)下評價指標集發(fā)生演化時，便啟動激勵機制，生成狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)FS(τ)，然后基于依賴矩陣的權(quán)重計算方法和自適應重構(gòu)算法自動構(gòu)造演化后的評價指標集，最后通過加權(quán)法或模糊數(shù)學法等方法實現(xiàn)中醫(yī)療效的綜合評價.如果綜合評價不符合實際要求，還可通過反饋機制重新構(gòu)造指標和權(quán)重，直至滿足要求為止.

4 模型的應用

某病人患有2型糖尿病，先期被中醫(yī)診斷為氣陰兩虛證，根據(jù)2型糖尿病中醫(yī)證候診斷標準模型可知[12]，這時主要考察病人的倦怠乏力、心悸、大便干燥、口渴、失眠多夢等5個指標，其構(gòu)成的指標集為{Xe,i}={a1,a2,a3,a4,a5}，其中“1”表示疾病發(fā)展的第一階段.結(jié)合專家的經(jīng)驗，利用AHP方法求出5個指標的權(quán)重集{Xw,1}為:{Xw,1}={0.35,0.25,0.15,0.2, 0.05}.

根據(jù)國家藥品監(jiān)督管理局2002年頒布《中藥新藥臨床研究指導原則》[13]，這幾個指標的分級量化如下表1所示.

表1 指標分級量化

參照表1的等級和分數(shù)，把療效評價結(jié)果分為“好”、“較好”、“中”、“差”、“很差”、五個等級，五個等級分數(shù)分別為5分、4分、3分、2分、1分、.病人治療一段時間后，基于病人的病情，利用上述指標的權(quán)重和表1中的等級分，求得該次治療的總體效果L為:

對照等級分數(shù)，本次治療效果的等級為“差”.

治療效果不理想，病人病情發(fā)生了演化，由氣陰兩虛證轉(zhuǎn)化為腎陰虧虛證，此時病人的考察指標變?yōu)槟蝾l尿多、腰膝酸軟、大便干燥、口渴、失眠多夢等[12].顯然，疾病的演化導致了考察指標的變化，和演化前相比，增加了尿頻尿多、腰膝酸軟兩個指標，同時少了倦怠乏力和心悸指標.

當系統(tǒng)監(jiān)測到指標發(fā)生演化后，調(diào)用啟發(fā)式算法對評價指標的組成進行重構(gòu)，同時利用指標權(quán)重的自動調(diào)整方法對權(quán)重進行增加、刪除或修改，具體過程如下:

(1)增加新指標.調(diào)用啟發(fā)式算法的第3種情況，在演化前指標{Xe,1}基礎(chǔ)上，增加尿頻尿多、腰膝酸軟兩個指標，指標集變?yōu)閧Xe,2}={a1,a2,a3,a4,a5,a6, a7}，其中“2”表示疾病發(fā)展的第二階段，a6，a7為演化后增加的指標.

(2)求解指標體系的權(quán)重.結(jié)合病情和醫(yī)家經(jīng)驗，利用AHP方法計算{Xe,2}指標體系的權(quán)重集{Xw,2}.盡管此時的倦怠乏力和心悸指標(a1和a2)最終不在演化后的指標體系中，但還是要考慮它們的權(quán)重，因為直接刪除會影響與之相關(guān)聯(lián)的、遺留下來的指標權(quán)重大小.調(diào)用AHP方法后，{Xe,2}的權(quán)重集 {Xw,2}為 {Xw,2}={0.16,0.14,0.11,0.09, 0.08,0.23,0.19}.

(3)構(gòu)建依賴矩陣.結(jié)合臨床相關(guān)經(jīng)驗和知識，{Xw,2}的依賴矩陣R為

(4)重購演化后的指標體系.利用依賴矩陣，計算剩余指標的權(quán)重，同時調(diào)用啟發(fā)式算法第3種情況，刪除倦怠乏力和心悸等多余指標(a1和a2).

依賴矩陣第二行a2為心悸指標，且全為0，利用公式(1)求出直接刪除a2后，剩余指標的權(quán)重集為:

依賴矩陣第一行a1為倦怠乏力指標，且不全為0，利用公式(2)可求出刪除a1后，剩余指標的權(quán)重集為:

因此，該糖尿病病人從氣陰兩虛演化到腎陰虧虛時，其最終的指標集{Xe,2}和權(quán)重集{Xw,2}分別為{Xe,2}={a'1,a'2,a'3,a'4,a'5}和{Xw,2}={w'1,w'2,w'3,w'4,w'5}，其中a'1至a'5分別表示尿頻尿多、腰膝酸軟、大便干燥、口渴、失眠多夢等5個指標，w'1至w'5分別對應5個指標的權(quán)重，分別為:0.18829，0.16829，0.0666，0.30829，0.26829.

(5)綜合療效評價.利用重購后的指標和權(quán)重，結(jié)合《中藥新藥臨床研究指導原則》分級量化表，求得演化后的總體治療效果L'為:

對照等級分數(shù)，本次治療效果的等級為“中”.

5 結(jié)束語

臨床療效是中醫(yī)學存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，中醫(yī)學的強大生命力在于其確切的療效，然而受固有思維模式西醫(yī)評價的影響，目前對中醫(yī)療效的評價大都以人工的、靜態(tài)的方式進行，這顯然不能符合中醫(yī)證候和干預措施不斷變化的要求.本文另辟蹊徑，在動態(tài)觀點的指導下，利用啟發(fā)式算法、依賴矩陣以及AHP等方法，提出了一種基于演化的自適應動態(tài)評價模型.研究對完善中醫(yī)療效評價理論方法與體系，客觀地評價中醫(yī)療效具有重要意義.

利用本模型進行中醫(yī)療效動態(tài)評價的準確性取決于依賴矩陣、判斷矩陣等的構(gòu)造和取值，而這些矩陣的取值又依賴于醫(yī)療專家的經(jīng)驗和相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，因此模型僅適用于有經(jīng)驗、有相關(guān)專家參與的醫(yī)療組織，對不具備條件的組織僅提供一種參考方法.下一步將分階段、分病種研究疾病的演化特征，利用群決策的相關(guān)方法，建立專家?guī)旌椭R庫等模型使用的配套系統(tǒng)，讓更多的醫(yī)療組織或個人能夠正確、準確使用該模型.

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R24；TP27

A

1673-260X（2017）02-0057-04

2016-10-21

安徽省高等學校省級自然科學研究項目(KJ2013Z177)資助；安徽省高等學校省級質(zhì)量工程重大教學改革研究項目(2016jyxm0601)資助