基于不同數(shù)據(jù)類型的隱結(jié)構模型在中醫(yī)研究中的應用與進展＊

宋 佳，王至婉

（1. 河南中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院 鄭州 450000；2. 河南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院 鄭州 450000）

隱結(jié)構模型是由張連文教授在2006 年首次提出[1]，主要用于中醫(yī)研究的一種分析方法，其基本的分析過程是對臨床無監(jiān)督數(shù)據(jù)進行多維聚類劃分，是一種特殊的聚類分析方法[2]。模型中包括顯變量和隱變量，顯變量是肉眼可見的直觀變量（癥狀、體征、用藥等），隱變量是在分析過程中引入的新變量，解釋了對顯變量的聚類劃分[3]。隱結(jié)構模型是通過存在聯(lián)系的顯變量來探尋引起這種關聯(lián)性的隱變量，中醫(yī)則是通過望、聞、問、切收集到的顯性知識來判斷出可解釋此種關聯(lián)的證候等隱性知識，兩者的基本思想是一致的[4]。

中醫(yī)的規(guī)范化、標準化是一直以來中醫(yī)研究中的重點，也是中醫(yī)現(xiàn)代化發(fā)展的時勢所需，隨著多學科的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘方法在中醫(yī)研究中的應用日益廣泛。近年來的研究成果證明了隱結(jié)構模型在中醫(yī)研究中的適用性，將中醫(yī)理論的復雜性、模糊性轉(zhuǎn)變?yōu)榭山忉尩牧炕笜恕Ｒ虼?，深入探討隱結(jié)構模型在中醫(yī)研究中的應用可科學揭示中醫(yī)臨床辨證論治的實質(zhì)及規(guī)律，為臨床辨證、用藥提供重要的客觀依據(jù)，促進中醫(yī)的規(guī)范化、標準化發(fā)展。

1 不同數(shù)據(jù)類型的應用概況

隱結(jié)構模型的顯變量來源于中醫(yī)臨床中收集的無監(jiān)督數(shù)據(jù)，以往的研究中主要研究的是臨床癥狀數(shù)據(jù)和用藥數(shù)據(jù)。

1.1 癥狀數(shù)據(jù)

癥狀數(shù)據(jù)包括從臨床收集到的癥狀以及體征信息。中醫(yī)辨證論治，是醫(yī)生通過四診收集臨床癥狀、體征信息，然后進行整合分析，最終判斷出疾病的具體證型及其病因病機。張連文[5]教授將隱結(jié)構分析方法首次應用于腎虛數(shù)據(jù)的分析，構建了腎虛癥狀數(shù)據(jù)模型，得出的模型與中醫(yī)理論相符，驗證了隱結(jié)構模型的適用性。近年來，基于癥狀數(shù)據(jù)的隱結(jié)構模型多被用于中醫(yī)證候研究、證素研究以及輔助診療系統(tǒng)的提出，為中醫(yī)臨床辨證提供了重要依據(jù)，提高了中醫(yī)臨床辨證的準確性，促進了中醫(yī)證候研究的規(guī)范化發(fā)展。

1.1.1 證候研究

基于癥狀數(shù)據(jù)的隱結(jié)構模型在證候研究中的應用，是從病證結(jié)合的角度出發(fā)以癥測證，通過對癥狀信息的聚類劃分提取證候[6]。申鑫惠[7]等歸納整理糖尿病醫(yī)案，篩選出100余個臨床癥狀及舌像、脈象顯變量數(shù)據(jù)，構建了糖尿病癥狀數(shù)據(jù)隱結(jié)構模型，分析得出其證候主要有胃熱熾盛、痰熱互結(jié)、腎陽衰微證。馮貞貞[8]等篩選出公開發(fā)表的新冠肺炎中醫(yī)診療醫(yī)案中出現(xiàn)頻次較高的癥狀，構建隱結(jié)構模型，發(fā)現(xiàn)了新冠肺炎主要有邪熱犯肺證等7 個主要證候，為新冠肺炎的中醫(yī)臨床辨證提供了重要依據(jù)。余國君[9]采集500 例氣血辨證病例，篩選出112 個癥狀、脈象顯變量構建隱結(jié)構模型，得出以氣虛、血虛為主的九種證候，能更好的輔助心內(nèi)科的臨床治療。陳麗平[10]等以名老中醫(yī)慢性支氣管炎醫(yī)案為數(shù)據(jù)庫，構建癥狀隱結(jié)構模型，分析得出10種常見證型，新發(fā)現(xiàn)了痰瘀互阻、肺胃熱勝、脾氣虛3個證型，為臨床辨證治療慢支提供了有力證據(jù)。

隱結(jié)構模型在基于癥狀數(shù)據(jù)的證候研究中應用最為廣泛，其優(yōu)勢在于隱結(jié)構模型屬于多維聚類，分析過程中每個癥狀可被劃分到多個證類中，與中醫(yī)多維辨證思想過程相一致。且證類的詮釋是基于癥狀間的互信息，而非癥狀出現(xiàn)的頻率，因此可保留具有特殊診斷意義的癥狀數(shù)據(jù)。其由癥到證的分析過程不受人為主觀因素影響，因此其分析結(jié)果較傳統(tǒng)中醫(yī)內(nèi)心辨證具有較強的客觀性，可為中醫(yī)臨床辨證分型提供客觀依據(jù)，提高臨床辨證的客觀性。

1.1.2 證素研究

證素即證候要素，是證候的基本單位[11]。基于癥狀數(shù)據(jù)的隱結(jié)構模型在證素研究中的應用，亦是從病證結(jié)合的角度出發(fā)，通過對癥狀信息的聚類劃分提取證候要素[6]。近年來多用于研究疾病的病性及病位證素的分布，如徐雯潔等[12]以尋常型銀屑病患者的癥狀信息建立隱結(jié)構模型，分析得出其病性證素及病位證素，且認為相較其他分析方法更具客觀性。何偉等[13]建立高甘油三酯患者癥狀數(shù)據(jù)庫，以隱結(jié)構模型分析得出其主要證候要素有血瘀、血熱、氣虛、氣滯、陽虛、陰虛等，證候要素靶位有心、肝、腎等，量化了癥狀與證候要素間的關聯(lián)程度。何偉等[14]收集血脂異?；颊甙Y狀信息，建立隱結(jié)構模型分析得出高膽固醇血癥的主要證候要素，并量化了證候及病機變化的輕重程度等級，驗證了隱結(jié)構模型對證素評價的適用性及優(yōu)勢性。徐雯潔等[15]建立慢阻肺穩(wěn)定期患者癥狀數(shù)據(jù)庫，建立隱結(jié)構模型分析得出慢阻肺穩(wěn)定期的常見病位證素為脾、肺、心、胃，病性證素有陽虛、陰虛、氣虛、痰濕、血瘀等，為慢阻肺的臨床辨證提供了客觀依據(jù)。陳麗平等[16]等從現(xiàn)代名老中醫(yī)診治慢支的醫(yī)案中篩選高頻癥狀，建立隱結(jié)構癥狀數(shù)據(jù)模型，分析其證素分布規(guī)律得出其病位主要分布于心、肝、脾、肺、腎、胃，病因主要有風寒、風熱、痰濕、痰熱、氣虛、陽虛、陰虛、血瘀、燥邪等。

證素的提出是為了簡化中醫(yī)辨證體系[17]，證素是組成證候的最小單位，其研究的關鍵在于對癥狀、體征的辨識[18]。隱結(jié)構模型在證素研究中的應用直觀地顯示了癥狀數(shù)據(jù)與證素之間的關系，并且分析得出的互信息曲線圖及隱類概率分布表量化了癥狀、體征等數(shù)據(jù)對證素的貢獻度，以此來完成對癥狀、體征數(shù)據(jù)的辨識。因此隱結(jié)構模型在證素研究方面的應用將有助于建立證素的辨識規(guī)則，簡化中醫(yī)辨證過程的復雜性，進一步提高臨床辨證的準確性。

1.1.3 中醫(yī)輔助診療系統(tǒng)

中醫(yī)學是我國的國粹，但因其復雜的理論知識，近百年來一直被認為不符合現(xiàn)代科學標準，人工智能在中醫(yī)學領域的應用打開了中醫(yī)走上現(xiàn)代化的大門。20世紀90年代至今[19]，是人工智能在中醫(yī)診療領域中的深入發(fā)展階段，尤其是在黨的十九大中明確提出要傳承發(fā)展中醫(yī)藥事業(yè)后，中醫(yī)輔助診療系統(tǒng)成為學術界及應用領域界的研究熱點。如林慶等[20]應用中醫(yī)輔助診療系統(tǒng)為社區(qū)人員建立中醫(yī)信息健康檔案，對每個人進行了健康評估并提供了日常的飲食、運動、保健指導。趙勝堂等[21]將中醫(yī)診療技術與西醫(yī)診療技術相結(jié)合，在中醫(yī)體質(zhì)多維化及云計算信息化的基礎上，對人群進行中醫(yī)體質(zhì)與耳鼻喉相關疾病的綜合評估，根據(jù)評估水平進行相關的健康指導。

目前輔助診療系統(tǒng)的應用主要側(cè)重于輔助臨床大夫提高自身業(yè)務水平，陳曦[22]等基于隱結(jié)構模型在中醫(yī)辨證思維中的應用，設計出了一個中醫(yī)輔助診療系統(tǒng)的思路，該過程中用戶只需根據(jù)自身情況選擇相應的癥狀，系統(tǒng)可自行判斷出病名及證型，并給出相應的治療建議。該設想的提出將輔助診療系統(tǒng)的應用回歸到群眾，為百姓提供專業(yè)的中醫(yī)知識，幫助大眾進行自我中醫(yī)診斷，實現(xiàn)疾病的預防和自我調(diào)理，也初步打開了隱結(jié)構模型在人工智能應用方面的大門，促進了中醫(yī)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1.2 用藥數(shù)據(jù)

用藥數(shù)據(jù)是指臨床單味用藥信息。中醫(yī)臨床辨證施治，是醫(yī)生根據(jù)辨證后的結(jié)果確定相應的中藥方劑進行治療。中醫(yī)臨床辨證復雜，單味藥的應用在臨床上極其少見，其主要的用藥形式是單味藥物間的配伍應用[23]。由用藥數(shù)據(jù)構成的隱結(jié)構模型可直觀地顯示藥物間的關系，揭示不同藥物間的隱藏規(guī)律。因此，近年來被許多醫(yī)家用于證候研究、名老中醫(yī)用藥規(guī)律的挖掘，提高了臨床用藥的準確性，有助于現(xiàn)代醫(yī)家學習名老中醫(yī)的用藥經(jīng)驗、開發(fā)新的臨床用藥處方。

1.2.1 證候研究

基于用藥數(shù)據(jù)的隱結(jié)構模型在證候研究中的應用，其基本思想是“以方（藥）測證”，即通過藥物組成及功效來推測出其所主治的證候類型[24]。陳麗平[25]等在9323 例中醫(yī)古籍咳嗽病案中篩選出120 味中藥建立隱結(jié)構模型，以方測證得出9種主要證型，發(fā)現(xiàn)了痰瘀阻肺、外寒內(nèi)因兩種新證型。李秦[26]等收集古代痹癥醫(yī)案，篩選出70余味中藥，建立中藥隱結(jié)構模型，分析得出古代痹癥的主要證型有寒濕痹阻、寒凝經(jīng)脈、濕熱痹阻等10 個主要證型。任妍[27]等收集王主任治療肺癌的有效處方，篩選用藥建立隱結(jié)構模型，得出其主要有脾腎兩虛、虛瘀互結(jié)兩種證型及其他兼證。

“以方測證”思想最先體現(xiàn)在對《金匱要略》與《傷寒論》方證條文的研究中[28]，其研究內(nèi)容是根據(jù)條文中的癥狀及方藥推測出疾病的證候類型，主要應用于對中醫(yī)古代醫(yī)家辨證論治的經(jīng)驗挖掘。隱結(jié)構模型在對用藥數(shù)據(jù)的分析過程中不受主觀因素影響，使得“以方測證”的過程更加客觀化，促進“以方測證”思想在中醫(yī)研究中的應用，有助于進一步科學發(fā)掘古代名家醫(yī)案中的中醫(yī)證治規(guī)律及更多隱性知識，不斷豐富中醫(yī)藥文化。

1.2.2 用藥規(guī)律研究

用藥規(guī)律研究是通過隱結(jié)構模型對用藥數(shù)據(jù)進行分析得出的藥物間的組合規(guī)律、證治規(guī)律，為中醫(yī)臨床用藥提供客觀依據(jù)。徐偉超[29]等從名老中醫(yī)脾胃病數(shù)據(jù)庫提取350 味中藥建立藥物隱結(jié)構模型，分析得出名老中醫(yī)治療慢性萎縮性胃炎的常用藥物有清熱藥、化濕藥、補虛藥等，常用的方劑有枳實導滯丸、百合烏藥散、香蘇散等。楊淑慧[30]等篩選《中國藥典》中治療感冒的用藥信息，選取66種中成藥，178味中藥建立藥物隱結(jié)構模型，分析得出中成藥治療感冒多以風熱型感冒為主。陳麗平[31]等在肺病數(shù)據(jù)庫中提取治療鼻淵的用藥數(shù)據(jù)，建立藥物的隱結(jié)構模型分析得出其核心治療藥物主要有白芷、細辛、白術、防風、蒼耳子、黃芪、山藥、連翹、辛夷等，核心方劑有四妙散、補中益氣湯、溫膽湯、溫肺止流丹等。陳麗平[32]等從肺病文獻中選取147 種藥物構建藥物隱結(jié)構模型，分析得出慢性支氣管炎的常用藥物為性味溫甘的陳皮、半夏、茯苓、黨參、陳皮等。常用的藥對有細辛、半夏和五味子，茯苓和白術，黨參、茯苓、半夏和陳皮。

中醫(yī)臨床用藥注重藥物間的配伍，對用藥規(guī)律的深入研究和不斷探索，是傳承發(fā)揚中醫(yī)藥文化的核心內(nèi)容[33]。由單味用藥到藥物間配伍再到方劑的組成，也是多維聚類的過程，隱結(jié)構模型在用藥規(guī)律方面的研究應用中，單味用藥數(shù)據(jù)間的互信息數(shù)據(jù)量化了藥物間的關聯(lián)性和規(guī)律，揭示了藥物間的配伍關系，為臨床辨證用藥提供了客觀依據(jù)，并且有助于進一步挖掘新的藥物間配伍規(guī)律，開發(fā)臨床用藥新處方。

2 隱結(jié)構模型結(jié)合其他分析方法的應用

中醫(yī)藥文化歷史悠久，擁有著龐大的中醫(yī)藥知識數(shù)據(jù)庫，但因其臨床信息如舌象、脈象等具有模糊性，有強烈的主觀色彩，一定程度上阻礙了中醫(yī)藥的現(xiàn)代化發(fā)展。數(shù)據(jù)挖掘技術可從大量的信息數(shù)據(jù)庫中挖掘出潛在的、新穎的有效信息[34]。隨著多學科的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術逐漸成熟并廣泛地應用于中醫(yī)各個領域，使得中醫(yī)藥信息更加直觀，一定程度上促進了中醫(yī)藥的現(xiàn)代化發(fā)展[35]。目前常用的中醫(yī)臨床數(shù)據(jù)挖掘方法主要有：頻數(shù)分析、關聯(lián)規(guī)則、聚類分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等分析方法[36]。

隱結(jié)構模型分析方法屬于一種特殊的聚類分析方法，近年來有學者將隱結(jié)構模型與其他分析方法聯(lián)合應用于中醫(yī)藥研究并取得了一定的進展。陳麗平[37]基于隱結(jié)構模型聯(lián)合Logistic 回歸分析研究古籍咳嗽醫(yī)案中的證候分布，隱結(jié)構模型的分析結(jié)果揭示了癥狀與證候、中藥與證候之間的辨證規(guī)律，Logistic 回歸分析擬合了病性與證候之間的相觀性，一定程度上量化了中醫(yī)臨床的辨證規(guī)律。馮貞貞[38]等在關聯(lián)規(guī)則的基礎上聯(lián)合隱結(jié)構分析方法研究慢阻肺穩(wěn)定期的證候特征，通過關聯(lián)證素與隱結(jié)構分析癥狀數(shù)據(jù)推斷出慢阻肺穩(wěn)定期的基礎證候，并認為其研究結(jié)果可為慢阻肺穩(wěn)定期的臨床辨證提供規(guī)范性依據(jù)，以及為其臨床證候療效提供評價標準。劉禹[39]等建立慢性萎縮性胃炎癥狀的隱結(jié)構模型，聯(lián)合頻率項集數(shù)據(jù)挖掘方法鑒定其治療穴位，分析研究得出治療慢性萎縮性胃炎的針刺主要穴位為中脘穴、內(nèi)關穴和足三里穴。許玉龍[40]等，以隱結(jié)構模型分析彌漫性間質(zhì)性肺疾病的癥狀及用藥數(shù)據(jù)，聯(lián)合關聯(lián)規(guī)則分析癥狀間的關聯(lián)性，分析研究得出不同關聯(lián)癥狀對應的證候分型及用藥規(guī)律，為彌漫性間質(zhì)性肺疾病的臨床證候診斷、用藥提供了重要依據(jù)。

數(shù)據(jù)挖掘技術在中醫(yī)研究中的應用是近年來的研究熱點，隱結(jié)構模型聯(lián)合其他數(shù)據(jù)分析方法可從多個數(shù)據(jù)分析角度揭示數(shù)據(jù)間的關聯(lián)，擴大其研究范圍，并且不同的分析方法之間也能夠取長補短進一步完善中醫(yī)研究。

3 隱結(jié)構模型在應用過程中應注意的問題

3.1 樣本量的限制

隱結(jié)構模型分析方法過程復雜，所建立的模型質(zhì)量標準由BIC 評分[41]決定，評分越高模型質(zhì)量越好、復雜度越低。在其應用的過程中對樣本量有限制，需要對數(shù)據(jù)進行預處理，可能會導致一些重要變量的缺失。因此我們在應用的過程中，樣本的篩選需要基于大樣本含量的數(shù)據(jù)庫，并且篩選樣本時不能僅依據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率。目的是為了避免缺失與隱變量關聯(lián)度大但頻次出現(xiàn)較低的關鍵數(shù)據(jù)，提取更具研究意義的樣本，構建高質(zhì)量隱結(jié)構模型。

3.2 模型的詮釋

隱結(jié)構模型建立后，引入的隱變量需要具有中醫(yī)學專業(yè)知識的專家對其進行詮釋，以此來解釋模型中對顯變量的聚類劃分。但因各位專家專業(yè)知識水平不同，對于模型的詮釋具有個人色彩，致使模型的詮釋仍存在一定的主觀性。因此，在模型詮釋的過程中我們應選擇相關領域中專業(yè)水平高的專家，并進行多次的專家問卷調(diào)查來建立更加標準的判定規(guī)則，提高模型詮釋的客觀性。

4 總結(jié)與展望

中醫(yī)藥發(fā)展至今有五千多年的歷史，歷史積累的中醫(yī)學數(shù)據(jù)信息龐大且有許多未被挖掘出來的隱性知識。隱結(jié)構的提出揭示了中醫(yī)臨床數(shù)據(jù)中隱藏的規(guī)律，為中醫(yī)研究提供了方法學支持?；具^程是將臨床收集到的無監(jiān)督數(shù)據(jù)進行多維聚類劃分，并在分析的過程中引入一系列的隱變量，最后由專家對引入的隱變量進行詮釋，其過程與中醫(yī)的臨床的多維化辨證思維相一致，因此成為了近年來中醫(yī)研究中的應用熱點。

隱結(jié)構模型在中醫(yī)研究中的應用已取得了一定的成果，在改進現(xiàn)有問題的基礎上，進一步利用隱結(jié)構模型在中醫(yī)研究中的適用性深入挖掘中醫(yī)隱性知識是我們未來的研究方向。中醫(yī)量化研究是中醫(yī)現(xiàn)代化發(fā)展的核心內(nèi)容，目的在于揭示證實質(zhì)，目前關于證候及證候要素（證素）的研究主要集中于證候分型和證素分布，但是在疾病的發(fā)展過程中證候是動態(tài)變化的，量化基礎證候的有無和輕重度分級以及規(guī)律研究能更深一層揭示中醫(yī)辨證的實質(zhì)和規(guī)律。袁世宏[42]等以抑郁癥為例，分析得出隱結(jié)構中的互信息曲線圖覆蓋度可判斷出癥狀的診斷價值；隱類概率分布表可通過癥狀的數(shù)據(jù)變化量化與癥關聯(lián)的證候特征，證實了隱結(jié)構模型中的相關指標能夠?qū)ΠY狀與證之間的關聯(lián)性進行科學性的量化解釋。因此，利用隱結(jié)構模型對基礎證候進行量化分級研究并建立量化診斷的標準，能進一步體現(xiàn)證候演變的動態(tài)性，揭示中醫(yī)辨證的實質(zhì)和規(guī)律，提高中醫(yī)量化研究的深度，也是本課題組下一步的研究方向。通過聯(lián)合其他數(shù)據(jù)分析方法、拓展其他數(shù)據(jù)類型的應用來擴大其研究范圍以及進一步發(fā)展隱結(jié)構模型在人工智能方面的應用，也是未來可深入發(fā)展的方向。此外，在研究過程中，為保證研究內(nèi)容的科學性及專業(yè)性，隱結(jié)構模型的分析數(shù)據(jù)應基于大樣本、多中心的篩選，并對樣本收集研究員進行專業(yè)的培訓，提高樣本數(shù)據(jù)的規(guī)范性及科學性；模型的詮釋應基于高水平、多輪的專家問卷調(diào)查來建立判定標準，提高模型詮釋的客觀性。