機器學習在針灸應用中的靶點-個體化醫(yī)療及決策

吳永娜

機器學習與個體化醫(yī)療是近年來發(fā)展的兩大熱點,機器學習是一門涉及多領域的交叉學科,其目的主要在于讓計算機具有自我學習的能力。主要研究計算機如何從數據中學習,從而獲得數據中的內在規(guī)律性信息,獲得新的經驗和知識,以提高計算機的智能性,使計算機能夠像人一樣做出決策[1]。

個體化醫(yī)療主要是根據患者的基因組信息與相關個體特征,從而為患者提供個性化治療方案的一種醫(yī)療模式[2]。由于人類生物學的復雜性、疾病的多樣性,近年來個體化醫(yī)療的市場需求越來越大,而個體化技術與模式也越發(fā)廣泛地應用于各個領域,個體化醫(yī)療主要體現在個性化診斷與個性化治療兩大方面:個性化診斷主要包括分子診斷、生化診斷、免疫診斷等;個性化治療主要包括靶向免疫治療、細胞治療、靶向放療、基因編輯等[2]。

目前,機器學習在個體化醫(yī)療的應用中主要體現在以下幾個方面:監(jiān)測和預防疾病、疾病預后評估、輔助診療、醫(yī)療圖像識別、機器人輔助手術、藥物警戒和新藥研發(fā)以及醫(yī)療體系質量管理等[1]。

針灸療法作為中國特有的傳統(tǒng)療法,一直沿用至今,已有兩千多年的歷史,其本質與中醫(yī)體系的望聞問切,辨證論治一致,在遵循中醫(yī)基礎理論指導的前提下因人制宜,結合患者自身的情況,施行個體化治療。而機器學習則能通過針灸相關疾病及患者的基因信息與相關個體特征的大數據學習,形成一套完整的診療方法,從而輔助醫(yī)療人員診斷疾病及制定個性化的醫(yī)療方案,為患者帶來更好的臨床療效。

1 機器學習的概念及應用

1.1 機器學習的概念機器學習是一門多學科交叉專業(yè),其內容涉及概率論知識,統(tǒng)計學知識,近似理論知識和復雜算法知識等。計算機作為機器學習的工具,致力于實時真實地模擬人類學習方式,并將現有內容進行知識結構劃分來有效提高學習和工作效率[3],即機器學習不僅能夠自動構建模型,對大量的數據進行分析,對未知事件進行預測,而且還能同時模仿人的學習行為,不斷學習現有的知識,從而改善自身的性能,不斷進步,以期達到和人類相似的思維模式[4]。

1.2 機器學習在個體化醫(yī)療行業(yè)中的應用應如今大數據時代的要求,機器學習在個體化醫(yī)療行業(yè)應用廣泛。機器學習可以預測和評估疾病發(fā)生的風險,王孟等[5]建立基于機器學習的腦出血相關肺炎預測模型,可以對腦出血患者肺炎發(fā)生風險進行預估,更好地輔助臨床決斷。機器學習可以輔助臨床診斷,有研究表明,KNN算法在乳腺癌診斷過程中表現突出,準確率可達到96.6%[6]。機器學習能夠預測藥物的有效性,馮佳季[7]對基于機器學習的抗癌藥物反應預測研究,提出了一套基于關聯規(guī)則挖掘和機器學習的藥物反應預測方法,可以實現根據患者的基因組學特征預測其對上百種抗腫瘤藥物的敏感性和耐藥性,為患者制定個性化治療方案。機器學習可以對醫(yī)學圖像進行識別。劉洋等[8]利用百度的圖形化深度學習平臺EasyDL構建的深度學習模型對機器學習在眼部疾病識別及分類進行研究。結果表明,學習模型對糖尿病視網膜病變、高度近視眼底病變、角膜潰瘍等常見眼病的疾病識別及分類準確率達85%～94%,可以有效輔助臨床診斷。不難看出,機器學習已經深入時代生活,帶來便捷的同時,醫(yī)療也已經向著智能信息化模式轉變,機器學習將擁有廣闊的發(fā)展前景。

2 針灸療法

2.1 針灸概念針灸作為中醫(yī)的一種特定療法,是針法和灸法的總稱,主要是指在中醫(yī)理論基礎的指導下,利用針刺和灸法來治療疾病。針刺即用針具刺入人體某個腧穴或特定的部位,施行提插捻轉等手法,使患者得氣,從而達到治療作用。灸法,灸即燒灼的意思,主要是指借灸火的熱力和藥物的作用,對腧穴或病變部位進行燒灼、溫熨,從而達到溫經散寒、扶陽固脫、消瘀散結、防病保健的作用。針法和灸法二者合用,更能疏通經絡、調和陰陽、扶正祛邪[9]。灸法種類繁多,但灸法中最常用的物質是艾,故無特指時,灸法一般指艾灸法。

2.2 針灸個體化的歷史源流針灸個體化診療,并不是一個全新的概念,中國古代醫(yī)籍中所記載的“辨證論治、同病異治、異病同治、三因制宜”等治療原則及中醫(yī)學的體質學說都反映了個體化診療的思想。針灸個體化診療主要體現在“辨-診斷”和“治-治療”兩大方面。

2.2.1 辨“辨”在《說文解字》中意為判也,即判斷之意。針灸治療過程中可辨體質形神、辨寒熱虛實、辨脈象差異、辨經絡不同?！鹅`樞·九針十二原》言:“凡將用針,必先診脈,視氣之劇易,乃可以治也”。診察脈象差異,判斷正邪之氣的強盛,然后思考如何針刺治療。同樣的病,脈象的不同,則針刺療法不同,體現針灸個體化在辨脈象中的應用。《靈樞·經脈》言:“盛則瀉之,虛則補之,熱則疾之,寒則留之,陷下則灸之”?！鹅`樞·九針十二原》言:“凡用針者,虛則實之,滿則泄之,宛陳則除,邪盛則虛之”。這兩句都體現病癥寒熱虛實的不同,針灸療法也各不相同?！鹅`樞·衛(wèi)氣失常》說:“夫病變化,浮沉深淺,不可勝窮,各在其處,病間(輕)者淺(刺)之,甚(重)者深之,間者小之,甚者眾之,隨變而調氣”。這句主要是辨病變部位的深淺和病情的輕重等情況,而后分別采用適當的刺法以達到調氣。《靈樞·終始》云:“凡刺之法,必察其形氣”?！鹅`樞·壽夭剛柔》云:“人之生也,有剛有柔,有弱有強,有短有長,有陰有陽”。針灸治療前必須診察患者體質、形態(tài)的強弱與神氣的盛衰。即辨體質形神,而后分而論治,體現針灸個體化。《靈樞·本輸》言:“凡刺之道,必通十二經絡之所終始,絡脈之所別處,五輸之所留,六腑之所與合,四時之所出入,五臟之所溜處,闊數之度,淺深之狀,高下所至”。施行針灸首先要熟悉經絡理論,是以針刺補瀉法的運用須以經絡理論為指導。臨床上辨證施治,都離不開經絡。

2.2.2 治針灸治療的過程主要是選穴、進針、行針補瀉、出針,而每一個步驟都體現了針灸個體化。《素問·刺腰痛》言:“足太陽脈令人腰痛……刺其郄中……少陽令人腰痛……刺少陽成骨之端出血……陽明令人腰痛……刺陽明于胻前三痏……足少陰令人腰痛……刺少陰于內踝上二痏”?！端貑枴ご摊懠病费?“足太陽之瘧,令人腰痛頭重……刺郄中出血。足少陽之瘧,令人身體解?傱?……刺足少陽。足陽明之瘧,令人先寒,灑淅灑淅……刺足陽明跗上。足厥陰之瘧,令人腰痛少腹?jié)M,小便不利如癃狀……刺足厥陰”。同樣的疾病,致病因素不同,針刺選穴也不盡相同。選穴完畢進針時也得根據穴位所處位置的不同采用不同的進針方法。肌肉淺薄、邪氣表淺處可淺刺,如《靈樞·官針》言:“半刺者,淺內而疾發(fā)針,無針傷肉,如拔毛狀,以取皮氣,此肺之應也”。肌肉豐厚、邪氣深入可深刺,如《靈樞·官針》言:“合谷刺者,左右雞足,針于分肉之間,以助肌痹,此脾之應也”?！鹅`樞·邪客》言:“持針之道,欲端以正,安以靜,先知虛實而行疾徐”。即行針補瀉得在辨清疾病寒熱虛實的基礎上,方可施行?！端貑枴め樈狻费?“刺實須其虛者,留針陰氣隆至,乃去針也;刺虛須其實者,陽氣隆至,針下熱,乃去針也”。《靈樞·官能》言:“瀉必……搖大其孔,氣出乃疾;補必……氣下而疾出之,推其皮,蓋其外門,真氣乃存”。出針也需個體化,需把握好出針的時機以及出針的方式。由此可見,針灸個體化體現在針灸治療過程中的多個環(huán)節(jié),也為針灸個體化醫(yī)療向著現代化發(fā)展提供了新的臨床思路。

2.3 針灸個體化的現代研究—中醫(yī)體質針灸個體化及針灸辨證論治的核心是以人為本,而人體質的差異正是針灸個體化的著力點。早在中國秦漢《黃帝內經》時期各派醫(yī)家已對體質進行研究,一直到今天,體質研究仍舊是一大熱點[10]。每個人的體質都不相同,那么體質可以改變嗎?王琦[11]認為,體質是指“人體生命過程中,在先天稟賦和后天獲得的基礎上所形成的形態(tài)結構、生理功能和心理狀態(tài)方面綜合的、相對穩(wěn)定的固有特質”,而體質的相對穩(wěn)定性和動態(tài)可變性決定體質的可調性,是可以進行干預的[12]。 也就是雖然體質受到先天遺傳因素的影響,但并不是穩(wěn)定的,一成不變的,根據改變后天的環(huán)境等因素,調節(jié)人體的整體機能,體質是可以被改變的,從而對針灸調控人體機能環(huán)境具有很好的指導意義。

目前中醫(yī)體質學研究主要涉及到理論研究、臨床應用研究、基礎研究等類型,例如在體質與證、體質類型與疾病關系、體質與治則關系、體質與食療的關系、體質治療學、體質藥物學、體質預防學、體質與康復、體質遺傳基礎、不同體質類型特征等方面的研究都取得了較多的成果。同時對于一些頑固性疾病,例如過敏性疾病、免疫系統(tǒng)疾病、男性更年期、亞健康狀態(tài)有望實現新的突破[13]。隨著目前科技手段的不斷創(chuàng)新,體質研究的不斷深入,已不僅僅停留在宏觀層面,目前已涉及細胞、分子、蛋白、基因、免疫等各個層次各個方面各個角度,使之研究進入了全新的階段。

3 機器學習與針灸個體化

3.1 大數據技術是診斷和治療的橋梁眾所周知,機器學習以計算機互聯網大數據為基礎,隨著時代的發(fā)展,互聯網已經廣泛地應用于各個領域,深入民眾生活,尤其是在醫(yī)療領域,更發(fā)揮了其獨特的作用,互聯網的廣泛應用同時也彰顯著人類大數據時代的到來。由于醫(yī)療行業(yè)數據的復雜性,多維性,使得醫(yī)療數據難以得到有效的保存和利用,大數據時代的到來,掀起了醫(yī)療行業(yè)信息化的浪潮,各大醫(yī)院加緊進行信息化平臺和體系的建設。

患者就診時,通過對大數據的使用,及時共享醫(yī)療資源及數據,快速對患者的情況進行整合,進行多角度、多方面的分析,協助醫(yī)生完成個體化診斷,同時,對后續(xù)的治療方案給出合適的指導,協助醫(yī)生完成個體化治療,形成完整的診療方案,由此可以看出大數據技術為醫(yī)療行業(yè)提供了強有力的技術支撐,也為個體化診斷和個體化治療之間搭起了橋梁。

針灸學相對于西方醫(yī)學來說,屬于傳統(tǒng)醫(yī)學,目前針灸臨床診療決策模式主要以經驗為主,即決策方案的確定一般依靠醫(yī)生的直覺、以往的經驗和已有的知識結構[14]。因此這樣的診療模式在一定程度上降低了醫(yī)療效率,同時也在一定程度上阻礙了針灸臨床療效的進一步提高。不僅如此,隨著分子醫(yī)療水平的提高,目前針灸個體化的現代研究也不斷深入到基因分子等生物層面,要想針灸個體化在現代醫(yī)學背景下得到良好的應用和研究,就必須利用好大數據,汲取他人的經驗和療法,使針灸個體化診斷的結果更好地為個體化治療服務,讓大數據技術成為針灸個體化診療的階梯,為患者提供更好的個性化體驗和臨床療效。

3.2 針灸個體化與分子診斷針灸個體化已在前文中提到,就是針灸的辨證論治等概念和中醫(yī)學的體質學說,而目前在現代研究中較多的便是體質研究,中醫(yī)的體質的不同在中醫(yī)上講是先天遺傳和后天發(fā)育的不同,而放到西醫(yī)上講就是細胞分子蛋白基因的不同,其實就是宏觀與微觀的不同。針灸個體化就是針灸個體化診斷和個體化治療,目前個體化診斷主要是分子診斷、生化診斷、免疫診斷、其他診斷。目前研究較多的便是分子診斷技術,診斷是治療的基礎,分子診斷技術的不斷進步,也為針灸個體化治療奠定了堅實的基礎,為針灸個體化闡明了發(fā)展方向。目前分子診斷涉足的領域主要包括感染性病原體檢測分型、遺傳性疾病診斷、腫瘤個體化檢測等[2]。

3.3 針灸研究現狀目前針灸也在感染性疾病、過敏性疾病、腫瘤、免疫調節(jié)等方面進行了相關的研究。以針灸在腫瘤和免疫方面的研究應用為例。研究表明,針灸的調節(jié)作用幾乎涉及免疫系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)[15]。針灸既能改變機體的特異和非特異的免疫功能,又對免疫細胞和免疫分子有明顯的影響。目前研究表明針灸對免疫的調控主要是固有免疫的調控即免疫細胞的影響,主要是對T細胞、NK細胞、B細胞、肥大細胞、巨噬細胞、小膠質細胞等免疫細胞產生影響。同時對適應性免疫、體液免疫、神經-免疫等方面都有調控。大量臨床研究及動物實驗證明,針灸可以通過對機體免疫進行調節(jié),增強對腫瘤患者免疫力,達到預防和治療腫瘤的目的[16]。

孫斌[17]對64例潰瘍性結腸炎患者選用相應腧穴進行針灸治療對患者的T細胞亞群進行觀察研究,結果表明針灸治療組的患者CD3+T細胞、CD4+T細胞水平均有顯著升高,加速了患者的康復水平。藍怡[18]對69例霍納綜合征治療后低病毒載量、免疫功能重建不良的艾滋病脾腎陽虛證患者進行為期12周的臨床療效觀察,結果表明艾灸聯合霍納綜合征治療組CD4+T淋巴細胞計數升高,免疫重建有效率為36.96%,有效促進了免疫功能的重建,促進了免疫水平的恢復。路玫等[19]選擇40只帶瘤小鼠進行實驗觀察,結果發(fā)現針療組和灸療組的小鼠骨髓細胞Notch信號通路中關鍵基因jag1、notch2 基因蛋白表達及含量均降低,為臨床中針灸減輕腫瘤化療患者骨髓抑制、提高生存質量及改善造血機能方面提供實驗室依據及新的治療思路。龔君君等[20]對70 例消化道惡性腫瘤患者放化療期應激反應及免疫功能進行觀察,結果表明,溫針灸聯合西藥治療組的消化道應激反應評分低于對照組,體液免疫及免疫功能各項指標和炎癥因子水平、白細胞計數和血小板水平均高于對照組,有效地降低了患者的應激反應狀態(tài),改善了患者骨髓抑制狀態(tài)及炎癥因子水平,提高了機體免疫功能。

由此可見,如今針灸治療的水平已經逐層深入,不斷細化,對于人體的基因、免疫等研究已經較為深入,有堅實的數據及實踐基礎來完成針灸個體化的信息化進程,為今后針灸個體化的現代化發(fā)展提供了新的臨床治療方向,使得針灸治療不僅僅是在病證等大的層次,而且可以深入到細胞分子等小的層面。也就是針灸個體化的著眼點在于基因分子層面,而這一切都離不開如今的大數據的支持。機器學習在大數據的浪潮下,為針灸個體化提供了新的思路和技術手段,要實現針灸醫(yī)學信息化、現代化,就得與機器學習大數據相結合。

3.4 針灸個體化醫(yī)療的可行性

3.4.1 針灸臨床循證決策信息化支持隨著循證醫(yī)學的快速發(fā)展,為了能夠對積累幾千年的信息資源進行整合,對針灸臨床研究證據能夠準確和快速獲取,且使得針灸醫(yī)學從經驗醫(yī)學向科學決策方向轉化,針灸臨床循證決策信息化的建設與應用對此提供了很好的技術支持。目前針灸循證決策信息數據庫的構建、針灸循證決策信息智能檢索平臺的構建、針灸臨床循證決策數據挖掘模型的構建、基于電子病歷的針灸臨床循證決策支持平臺的研制、循證決策信息的經穴診療設備的研制等的研制與應用,為未來針灸個體化醫(yī)療的發(fā)展奠定了很好的信息化基礎[21]。

3.4.2 計算針灸學的提出與發(fā)展21世紀的今天,各類信息數據不斷發(fā)展,大數據時代應運而生。在針灸學發(fā)展的這兩千多年,各類醫(yī)家學派為針灸學積累了豐富且寶貴的資源,但這些數據卻很難得到深度的挖掘和利用,由此,計算針灸學的概念正式提出。計算針灸學涉及包括數學、統(tǒng)計學、中醫(yī)針灸學、生物學和計算機科等在內的多個學科[22]。計算針灸學的發(fā)展使得針灸本身的實驗數據,或者是數據的進一步挖掘,提取特征規(guī)律等問題都有了解決依據,更使得針灸與現代科學,現代實踐醫(yī)學等相結合,真真切切地把針灸信息化提上日程,更為針灸個體化醫(yī)療發(fā)展奠定了基礎。

3.4.3 個體化醫(yī)療發(fā)展是時代大趨勢隨著生物醫(yī)療工程和大數據時代的到來,個體化醫(yī)療思想已經逐漸滲入當下的醫(yī)療實踐,個體化醫(yī)療將會是未來醫(yī)療發(fā)展的大方向,大趨勢。針灸醫(yī)學要想更好地提高臨床療效,在時代中更好地發(fā)展,針灸就必須迎合當下的時勢,完成自身信息化模式的轉變,時刻發(fā)揚以人為本的醫(yī)療思想,形成全新的診療模式。

4 總結

在如今以信息為載體的時代,數據就是這個時代發(fā)展的命脈。機器學習在各行各業(yè)應用廣泛,完美地契合了數據時代的發(fā)展,基于機器學習的現代醫(yī)療發(fā)揮了其特有的優(yōu)點,且基于機器學習所建立的醫(yī)療模型,能夠在臨床應用中不斷改進自身的缺點,切實提高臨床診療水平,促進醫(yī)學事業(yè)的不斷發(fā)展。如今,針灸醫(yī)學是研究的熱點,而針灸醫(yī)學的發(fā)展離不開現代信息化科技手段,針灸的發(fā)展與機器學習相結合是順應時代發(fā)展的趨勢,而個體化醫(yī)療與決策則是切入點。