一種基于演化的中醫(yī)療效自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型

胡繼禮，闞紅星

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

一種基于演化的中醫(yī)療效自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型

胡繼禮，闞紅星

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

為了公正、客觀地評(píng)價(jià)中醫(yī)的療效，針對(duì)中醫(yī)證候復(fù)雜多變的特征提出一種基于演化的中醫(yī)療效自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型.模型在形式化描述中醫(yī)證候演化特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首先利用啟發(fā)式算法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組成要素進(jìn)行抽象并提出重構(gòu)方案，然后利用依賴矩陣計(jì)算不同指標(biāo)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(biāo)權(quán)重體系，實(shí)現(xiàn)演化環(huán)境下中醫(yī)療效的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià).最后通過實(shí)例說明了該模型的使用方法和有效性.

中醫(yī)療效評(píng)價(jià)；演化性；指標(biāo)重構(gòu)；自適應(yīng)模型

1 引言

隨著世界對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的關(guān)注和需求的增加，國內(nèi)外政府機(jī)構(gòu)、社會(huì)團(tuán)體都十分關(guān)注中醫(yī)療效評(píng)價(jià)的研究.美國替代醫(yī)學(xué)研究中心(NCCAM)、國立衛(wèi)生研究院(NIH)等機(jī)構(gòu)都明確指出要對(duì)傳統(tǒng)和替代醫(yī)學(xué)療法進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)[1].2012年，國家中醫(yī)藥管理局出臺(tái)的《關(guān)于加強(qiáng)中醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)化工作的指導(dǎo)意見》中也指出要加強(qiáng)中醫(yī)藥療效評(píng)價(jià)方面的研究[2].盡管國內(nèi)外機(jī)構(gòu)都十分關(guān)注中醫(yī)療效評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法和模型[3]，中醫(yī)療效評(píng)價(jià)體系缺失已顯現(xiàn)為越來越嚴(yán)重的問題[4].

目前國內(nèi)外主要從中醫(yī)證候、等級(jí)量化分表、循證醫(yī)學(xué)等幾個(gè)方面研究中醫(yī)藥療效評(píng)價(jià)問題，這些方法從不同側(cè)面促進(jìn)了中醫(yī)藥臨床評(píng)價(jià)的發(fā)展，但由于受西醫(yī)評(píng)價(jià)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(gè)統(tǒng)一的、靜態(tài)的評(píng)價(jià)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(shí)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(fù)雜性和模糊性[6]，因此中醫(yī)療效評(píng)價(jià)也應(yīng)該是一個(gè)基于演化的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)過程，隨著病程的發(fā)展，評(píng)價(jià)指標(biāo)在不斷地增加、刪減或融合，其權(quán)重也在發(fā)生相應(yīng)變化.

近年來，信息技術(shù)方法在中醫(yī)藥學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在中醫(yī)療效評(píng)價(jià)領(lǐng)域，由于缺乏恰當(dāng)模型和頂層設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)，具有演化特征的評(píng)價(jià)機(jī)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(hào)化地描述出來，更難以準(zhǔn)確地集成和評(píng)價(jià).本文在動(dòng)態(tài)思想指導(dǎo)下，改變現(xiàn)有的靜態(tài)評(píng)價(jià)模式，提出了一個(gè)基于演化的中醫(yī)療效自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)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(jī)體的整體反應(yīng)狀態(tài)，在病證發(fā)展過程中，隨著病邪的強(qiáng)弱、正氣的盛衰而發(fā)生相應(yīng)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(shí)間內(nèi)患者在內(nèi)外因素的激勵(lì)下，治療需求、干預(yù)措施、評(píng)價(jià)指標(biāo)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(shí)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(dāng)前的時(shí)刻；EISCM(Xe,i，Xw,i)為中醫(yī)療效評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)(Evaluation index system of Chinese medicine,EISCM)，Xe, i表示第i時(shí)刻下的評(píng)價(jià)指標(biāo)集，Xw,i表示第i時(shí)刻下的指標(biāo)權(quán)重集.

在內(nèi)因、外因多種因素影響下，如某一疾病在時(shí)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(lì)參數(shù)，是對(duì)引起疾病演化的度量.

3 中醫(yī)療效自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型

根據(jù)上述討論，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)病人的治療效果，在演化機(jī)制激勵(lì)下引起疾病狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)，需要設(shè)計(jì)一定的模型和算法，重新構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)(Evaluation index, EI)組成的增加或減少，即指標(biāo)構(gòu)成要素的形式化描述與重構(gòu)，其二是評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的增加、刪除或修正，即指標(biāo)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(shí)是同時(shí)進(jìn)行的.

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的抽象與重構(gòu)

當(dāng)疾病演化時(shí)，某個(gè)指標(biāo)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(biāo)了，這時(shí)則要?jiǎng)h除該指標(biāo)；同樣，當(dāng)疾病惡化時(shí)，則考慮增加新的考察指標(biāo).無論增加或刪除，評(píng)價(jià)指標(biāo)的組成都會(huì)隨著疾病的演化而動(dòng)態(tài)變化.設(shè)在第i時(shí)刻下，療效評(píng)價(jià)指標(biāo)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(shí)刻下，療效評(píng)價(jià)指標(biāo)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(dòng)實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)態(tài)變化過程，重新構(gòu)建演化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)組成要素.啟發(fā)式算法分三種情況進(jìn)行，具體如下:

1、當(dāng)演化前的某些指標(biāo)被保留下來時(shí)，即存在時(shí)，表明某些滿足了指標(biāo)ai?a'j的評(píng)價(jià)要求，一定可以滿足指標(biāo)aj'的評(píng)價(jià).因此，可以約減aj'，把a(bǔ)i加入{Xe,i+1}中，修改指標(biāo)集.

2、當(dāng)演化前的指標(biāo)和演化后指標(biāo)一樣時(shí)，即ai≡a'j時(shí)，表明病程演化后，指標(biāo)沒有發(fā)生變化，此時(shí)，可刪除評(píng)價(jià)指標(biāo)ai，aj'中的任意一項(xiàng)，保留ai(或aj')，無需修改指標(biāo)集.

3、當(dāng)演化后的指標(biāo)有增加或刪減時(shí)，即ai⊕aj'時(shí)，表示滿足ai評(píng)價(jià)要求的不一定滿足aj'，反之亦然.但滿足ai∩aj'的評(píng)價(jià)指標(biāo)則同時(shí)滿足ai，aj'.因此，將ai，aj'簡約為ai∩aj，修改指標(biāo)集.

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的抽象與重構(gòu)

3.2.1 指標(biāo)間關(guān)聯(lián)性的形式化描述

中醫(yī)療效評(píng)價(jià)指標(biāo)組成要素的變化必然導(dǎo)致其權(quán)重的增加、刪除或修改.但評(píng)價(jià)指標(biāo)之間往往存在著復(fù)雜的交互關(guān)系[9]，并不能對(duì)這些指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行簡單地處理，而是要充分考慮指標(biāo)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(biāo)之間的關(guān)聯(lián)問題，并根據(jù)關(guān)聯(lián)的程度來計(jì)算權(quán)重的變化.

設(shè)在第i時(shí)刻下，療效評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)ai對(duì)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(yàn)和歷史數(shù)據(jù)，也可用頭腦風(fēng)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(biāo)間的語義信息，很顯然有利于評(píng)價(jià)指標(biāo)的自動(dòng)重構(gòu).

3.2.2 指標(biāo)間權(quán)重自動(dòng)重構(gòu)方法

指標(biāo)間權(quán)重的動(dòng)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系(EISCM)在第i時(shí)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(shí)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(jì)如下:

1、權(quán)重的刪除

當(dāng)刪除的指標(biāo)在關(guān)聯(lián)矩陣的第i行，且全部為0時(shí)，說明該指標(biāo)與其他指標(biāo)不相關(guān)，是獨(dú)立的，這時(shí)可直接刪除指標(biāo)ai，且刪除不會(huì)對(duì)其他指標(biāo)造成影響，但會(huì)改變療效評(píng)價(jià)指標(biāo)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(biāo)的權(quán)重.令as(t=1,…,n,s≠i)為剩余的評(píng)價(jià)指標(biāo)，則刪除ai后，as的相對(duì)權(quán)重可通過公式(1)計(jì)算:

當(dāng)刪除的指標(biāo)在關(guān)聯(lián)矩陣的第i行，且至少有一個(gè)不為0時(shí)，說明指標(biāo)間不獨(dú)立，存在相關(guān)性，這時(shí)就不能直接刪除指標(biāo)ai了，如直接刪除，不但會(huì)改變?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還會(huì)影響到與之相關(guān)的其他屬性.設(shè)RAi為ai相關(guān)指標(biāo)組成的有限集，則|RAi|為集合的模，表示集合中元素的個(gè)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(duì)權(quán)重可用公式(2)計(jì)算:

2、權(quán)重的增加

當(dāng)增加一個(gè)新的評(píng)價(jià)指標(biāo)ai時(shí)，首先要確定哪些指標(biāo)與它直接關(guān)聯(lián)，并計(jì)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(biāo)后，也需要重新求解各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，可用AHP方法[11]直接求解.

3、權(quán)重的修正

有些評(píng)價(jià)指標(biāo)在演化過程中組成沒有發(fā)生變化，但相對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)ai相關(guān)指標(biāo)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?cè)趉+1狀態(tài)下的權(quán)重wp'和wq'可表示為:

3.3 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)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(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型的整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示.

圖1 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)

該模型基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)和激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)療效的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià).當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某一狀態(tài)下評(píng)價(jià)指標(biāo)集發(fā)生演化時(shí)，便啟動(dòng)激勵(lì)機(jī)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(jì)算方法和自適應(yīng)重構(gòu)算法自動(dòng)構(gòu)造演化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)集，最后通過加權(quán)法或模糊數(shù)學(xué)法等方法實(shí)現(xiàn)中醫(yī)療效的綜合評(píng)價(jià).如果綜合評(píng)價(jià)不符合實(shí)際要求，還可通過反饋機(jī)制重新構(gòu)造指標(biāo)和權(quán)重，直至滿足要求為止.

4 模型的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)模型可知[12]，這時(shí)主要考察病人的倦怠乏力、心悸、大便干燥、口渴、失眠多夢(mèng)等5個(gè)指標(biāo)，其構(gòu)成的指標(biāo)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(yàn)，利用AHP方法求出5個(gè)指標(biāo)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(dǎo)原則》[13]，這幾個(gè)指標(biāo)的分級(jí)量化如下表1所示.

表1 指標(biāo)分級(jí)量化

參照表1的等級(jí)和分?jǐn)?shù)，把療效評(píng)價(jià)結(jié)果分為“好”、“較好”、“中”、“差”、“很差”、五個(gè)等級(jí)，五個(gè)等級(jí)分?jǐn)?shù)分別為5分、4分、3分、2分、1分、.病人治療一段時(shí)間后，基于病人的病情，利用上述指標(biāo)的權(quán)重和表1中的等級(jí)分，求得該次治療的總體效果L為:

對(duì)照等級(jí)分?jǐn)?shù)，本次治療效果的等級(jí)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(shí)病人的考察指標(biāo)變?yōu)槟蝾l尿多、腰膝酸軟、大便干燥、口渴、失眠多夢(mèng)等[12].顯然，疾病的演化導(dǎo)致了考察指標(biāo)的變化，和演化前相比，增加了尿頻尿多、腰膝酸軟兩個(gè)指標(biāo)，同時(shí)少了倦怠乏力和心悸指標(biāo).

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到指標(biāo)發(fā)生演化后，調(diào)用啟發(fā)式算法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組成進(jìn)行重構(gòu)，同時(shí)利用指標(biāo)權(quán)重的自動(dòng)調(diào)整方法對(duì)權(quán)重進(jìn)行增加、刪除或修改，具體過程如下:

(1)增加新指標(biāo).調(diào)用啟發(fā)式算法的第3種情況，在演化前指標(biāo){Xe,1}基礎(chǔ)上，增加尿頻尿多、腰膝酸軟兩個(gè)指標(biāo)，指標(biāo)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(biāo).

(2)求解指標(biāo)體系的權(quán)重.結(jié)合病情和醫(yī)家經(jīng)驗(yàn)，利用AHP方法計(jì)算{Xe,2}指標(biāo)體系的權(quán)重集{Xw,2}.盡管此時(shí)的倦怠乏力和心悸指標(biāo)(a1和a2)最終不在演化后的指標(biāo)體系中，但還是要考慮它們的權(quán)重，因?yàn)橹苯觿h除會(huì)影響與之相關(guān)聯(lián)的、遺留下來的指標(biāo)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(yàn)和知識(shí)，{Xw,2}的依賴矩陣R為

(4)重購演化后的指標(biāo)體系.利用依賴矩陣，計(jì)算剩余指標(biāo)的權(quán)重，同時(shí)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(biāo)(a1和a2).

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

依賴矩陣第一行a1為倦怠乏力指標(biāo)，且不全為0，利用公式(2)可求出刪除a1后，剩余指標(biāo)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(shí)，其最終的指標(biāo)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(mèng)等5個(gè)指標(biāo)，w'1至w'5分別對(duì)應(yīng)5個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，分別為:0.18829，0.16829，0.0666，0.30829，0.26829.

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

對(duì)照等級(jí)分?jǐn)?shù)，本次治療效果的等級(jí)為“中”.

5 結(jié)束語

臨床療效是中醫(yī)學(xué)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，中醫(yī)學(xué)的強(qiáng)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(píng)價(jià)的影響，目前對(duì)中醫(yī)療效的評(píng)價(jià)大都以人工的、靜態(tài)的方式進(jìn)行，這顯然不能符合中醫(yī)證候和干預(yù)措施不斷變化的要求.本文另辟蹊徑，在動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)的指導(dǎo)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(yīng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型.研究對(duì)完善中醫(yī)療效評(píng)價(jià)理論方法與體系，客觀地評(píng)價(jià)中醫(yī)療效具有重要意義.

利用本模型進(jìn)行中醫(yī)療效動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)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(yàn)和相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，因此模型僅適用于有經(jīng)驗(yàn)、有相關(guān)專家參與的醫(yī)療組織，對(duì)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(shí)庫等模型使用的配套系統(tǒng)，讓更多的醫(yī)療組織或個(gè)人能夠正確、準(zhǔn)確使用該模型.

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1673-260X（2017）02-0057-04

2016-10-21

安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2013Z177)資助；安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程重大教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2016jyxm0601)資助