數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于針灸重大問(wèn)題研究的可行性分析

李宛蓉，李博，郭義，趙天易，潘興芳，陳波

(天津中醫(yī)藥大學(xué)針灸臨床評(píng)價(jià)與轉(zhuǎn)化中心，天津 301617)

在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，信息技術(shù)高速發(fā)展，人類積累的數(shù)據(jù)量也急劇增長(zhǎng)。如何去粗取精、去偽存真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有用的知識(shí)，提高數(shù)據(jù)利用率，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題,也是腧穴配伍效應(yīng)規(guī)律課題組文獻(xiàn)研究的重要內(nèi)容之一。

《大趨勢(shì)》中提到：“人類正在被信息淹沒(méi)卻又渴望知識(shí)。”[1]數(shù)據(jù)豐富但知識(shí)缺乏的現(xiàn)狀導(dǎo)致了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的興起[2]。數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)，又稱數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)(Knowledge Diseovery in Databases )，是從海量結(jié)構(gòu)化信息中抽取或挖掘隱含信息和知識(shí)的重要方法和途徑，融合了人工智能、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)據(jù)可視化等多個(gè)領(lǐng)域的理論和技術(shù)[3]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的成功范例是Swanson 和Smalheiser通過(guò)半自動(dòng)分析MEDLINE生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)的題名, 獲得了一個(gè)完全創(chuàng)新且有價(jià)值的醫(yī)學(xué)猜測(cè)：即偏頭痛與人體鎂元素的缺乏有關(guān)[4]。Swanson教授的開創(chuàng)性工作使大批相關(guān)領(lǐng)域的研究者得到啟發(fā)，現(xiàn)今已有多項(xiàng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[2]。

針灸作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的重要組成部分，從古至今已積累了數(shù)以千計(jì)的古代文獻(xiàn)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的名家經(jīng)驗(yàn)以及海量現(xiàn)代文獻(xiàn)，而缺乏“數(shù)據(jù)”仍然是世界范圍內(nèi)制約針灸發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題[5]。如何從針灸文獻(xiàn)大數(shù)據(jù)中獲取有用信息，探索隱含信息和知識(shí)，數(shù)據(jù)挖掘?yàn)槲覀兲峁┝艘豁?xiàng)可能的技術(shù)支持。

從美國(guó)NIH針灸聽證會(huì)、針灸研究行動(dòng)計(jì)劃、針灸大科學(xué)研究計(jì)劃等可見腧穴配伍、經(jīng)絡(luò)腧穴、針刺手法、針刺效應(yīng)、針灸臨床及針灸標(biāo)準(zhǔn)化等一直是針灸研究中基本、重大、關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題[5-7]。筆者通過(guò)檢索中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普數(shù)據(jù)庫(kù)和Pubmed數(shù)據(jù)庫(kù)(1998年1月1日—2018年5月1日)，獲得數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于針灸研究中的相關(guān)文獻(xiàn)409篇，中文342篇，英文67篇。從圖1可見數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在針灸研究中的應(yīng)用呈逐年遞增趨勢(shì)，且在近3年得到快速發(fā)展。從圖2可見，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要被用于研究腧穴配穴規(guī)律、針灸臨床應(yīng)用及經(jīng)絡(luò)腧穴等，其具體應(yīng)用情況如下。

圖1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在針灸研究中的發(fā)展趨勢(shì)

圖2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)用于各針灸研究問(wèn)題占比

1 腧穴配伍規(guī)律

腧穴配伍是針灸學(xué)的重要內(nèi)容之一，《黃帝內(nèi)經(jīng)》時(shí)期就特別重視腧穴配伍規(guī)律的臨床應(yīng)用，記載了俞募配穴、遠(yuǎn)近配穴等多種配穴方法，如《靈樞·官針》：“偶刺者，以手直心若背，直痛所，一刺前，一刺后，以治心痹”。目前，研究腧穴配伍規(guī)律的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要有頻次分析、聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等。Yu S等[8]通過(guò)頻次分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則分析發(fā)現(xiàn)三陰交、氣海、關(guān)元是針灸治療原發(fā)性痛經(jīng)的主要配穴處方，其中67.24%的腧穴為特定穴，下肢部位腧穴最常用。Zhe Li等[9]通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則分析發(fā)現(xiàn)針灸治療帕金森病時(shí)主要選取頭部腧穴，以上下配穴為主。Soon-Ho Lee等[10]通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)針灸治療下背痛時(shí)有局部取穴、循經(jīng)取穴和辨證取穴3種取穴方法，進(jìn)一步通過(guò)拓?fù)浞治霭l(fā)現(xiàn)局部腧穴腎俞、大腸俞是治療下背痛的主穴，遠(yuǎn)端腧穴陰陵泉、太溪是提高腧穴配伍作用的重要配穴。

2 針灸臨床應(yīng)用

針灸臨床應(yīng)用主要包括針灸適宜病種、臨床決策輔助平臺(tái)建設(shè)、名老中醫(yī)經(jīng)驗(yàn)挖掘及刺灸法應(yīng)用特點(diǎn)分析。

2.1 針灸適宜病種

針灸以其“簡(jiǎn)、便、廉、效”著稱，現(xiàn)已在180多個(gè)國(guó)家和地區(qū)得到應(yīng)用。

針灸適宜病種也已從世界衛(wèi)生組織推薦的43種擴(kuò)展到《現(xiàn)代針灸病譜》總結(jié)的461種[11]。研究針灸適宜病種對(duì)有效指導(dǎo)臨床實(shí)踐，推動(dòng)針灸的國(guó)際化和現(xiàn)代化具有重要意義。然而，大多數(shù)針灸臨床療效顯著的疾病還沒(méi)有取得公認(rèn)的臨床證據(jù)，利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從文獻(xiàn)中尋找證據(jù)亦或是一種可行的方案[5]。如吳糧葶等[12]通過(guò)頻次分析及關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)針灸治療中風(fēng)后遺癥的病癥譜分布具有偏向性，主要集中在循環(huán)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等。

2.2 臨床決策輔助平臺(tái)建設(shè)

利用現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)臨床決策輔助平臺(tái)，有利于推動(dòng)針灸臨床決策的規(guī)范化、客觀化和智能化發(fā)展，促進(jìn)針灸處方的優(yōu)化，提高針灸臨床療效。如任玉蘭等[13]將貝葉斯法、Apriori降維的Logistic算法、TF-IDF算法、條件隨機(jī)場(chǎng)技術(shù)用于針灸診斷決策，通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘腧穴應(yīng)用規(guī)律，通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)尋找核心腧穴并用遺傳算法進(jìn)行針灸治療最優(yōu)方案設(shè)計(jì)，以此在國(guó)內(nèi)外首先研制了針灸臨床循證決策支持系統(tǒng)。陳楚云等[14]構(gòu)建的針灸古籍經(jīng)驗(yàn)推薦平臺(tái)綜合了多種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，包括分詞、詞性標(biāo)注、依存分析、規(guī)則抽取、相似度計(jì)算、歧義分析、監(jiān)督分類技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化抽取針灸古籍文本，并通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策分析實(shí)現(xiàn)全面智能化分析針灸古籍中病癥、經(jīng)絡(luò)、腧穴及刺灸法規(guī)律，為針灸臨床決策提供了參考。

2.3 名老中醫(yī)經(jīng)驗(yàn)挖掘

中醫(yī)藥傳承發(fā)展至今，積累了大量的臨床經(jīng)驗(yàn)，如何總結(jié)、繼承和發(fā)揚(yáng)這些名老中醫(yī)的學(xué)術(shù)思想及臨證經(jīng)驗(yàn)也是中醫(yī)學(xué)在傳承、創(chuàng)新和發(fā)展中所面臨的重大問(wèn)題。張華等[15]通過(guò)頻次分析及關(guān)聯(lián)規(guī)則對(duì)田從豁教授的臨床配穴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整理，并總結(jié)出田教授有關(guān)臨床配穴的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，驗(yàn)證了利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行名老中醫(yī)臨床配穴經(jīng)驗(yàn)整理的可行性。

2.4 刺灸法應(yīng)用特點(diǎn)

針灸治療方法不僅有毫針針刺，還包括艾灸、刺絡(luò)放血、火針、頭皮針、耳穴療法、穴位敷貼、穴位埋線、穴位注射等。對(duì)不同刺灸法臨床應(yīng)用特點(diǎn)的把握將有助于針灸臨床決策時(shí)選擇合適的治療方法來(lái)保障臨床療效。賈春生教授團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用頻次分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、遺傳算法、分類算法等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)不同刺灸法的臨床應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析[16-23]。

3 經(jīng)絡(luò)腧穴功能

經(jīng)絡(luò)與腧穴是針灸學(xué)的基礎(chǔ)，針灸療法以腧穴為作用點(diǎn)，通過(guò)全身經(jīng)絡(luò)傳導(dǎo)來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體的氣血陰陽(yáng)平衡。而構(gòu)成人體的腧穴(點(diǎn))與經(jīng)絡(luò)(線)本身具有小世界性、無(wú)標(biāo)度性和魯棒性等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性[24]，故目前常用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)浞治龅葦?shù)據(jù)挖掘技術(shù)研究經(jīng)穴特異性、病證腧穴網(wǎng)、經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)等。如梁繁榮等[25]通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)經(jīng)穴效應(yīng)具有相對(duì)特異性并存在一定規(guī)律，即“經(jīng)絡(luò)循行是基礎(chǔ)，經(jīng)氣匯聚是關(guān)鍵”。Taehyung Lee等[26]構(gòu)建病證腧穴網(wǎng)并應(yīng)用TF-IDF算法分析腧穴與病證的關(guān)聯(lián)特征。Xu T等[27]以腧穴為節(jié)點(diǎn)，以癥狀為邊，定量分析腧穴癥狀網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)，首次給出腧穴癥狀網(wǎng)絡(luò)在不同時(shí)刻的高效信息傳遞特性的拓?fù)渥C明。Jung WM 等[28]通過(guò)詞頻—逆文本頻率指數(shù)算法證實(shí)了八脈交會(huì)八穴與十二臟腑之間的密切聯(lián)系。

4 針刺手法

針刺手法是針灸臨床操作的基礎(chǔ)，在臨床治療過(guò)程中，通過(guò)一定的針刺手法促進(jìn)人體的陰陽(yáng)平衡以達(dá)到防治疾病的目的。然而在臨床使用針刺手法時(shí)常“心中易了，指下難明”。如何定量化、客觀化和規(guī)范化針刺手法，傳承并發(fā)揚(yáng)針刺手法的精髓，數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)知識(shí)為我們提供了技術(shù)支持。目前常用于針刺手法研究的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、分類規(guī)則及頻次分析等。楊華元教授團(tuán)隊(duì)[29-30]研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在針刺手法參數(shù)的挖掘上具有可行性。賈春生教授團(tuán)隊(duì)[31-33]對(duì)毫針行氣手法及補(bǔ)瀉手法分析發(fā)現(xiàn)：毫針行氣手法是針刺取得療效的關(guān)鍵；單式補(bǔ)瀉手法常用捻轉(zhuǎn)和提插補(bǔ)瀉，以中風(fēng)及其后遺癥最多見；腰腿痛是復(fù)式補(bǔ)瀉手法的優(yōu)勢(shì)病種，足三里多用燒山火和透天涼，環(huán)跳多用龍虎交戰(zhàn)手法。

5 針刺效應(yīng)

針灸作為中國(guó)古代科學(xué)的瑰寶，綿延發(fā)展幾千年，臨床療效是其能夠長(zhǎng)期存在的基礎(chǔ)。探索針灸的作用機(jī)制及效應(yīng)原理是提高針灸療效的關(guān)鍵。傳統(tǒng)針灸理論認(rèn)為得氣與臨床療效密切相關(guān)，是針刺起效的重要指征及關(guān)鍵因素之一，為歷代醫(yī)家所重視，如《靈樞·九針十二原》 所言：“刺之要，氣至而有效。”故Q Pan等[34]利用關(guān)聯(lián)規(guī)則和頻次分析發(fā)現(xiàn)針刺得氣可提高臨床療效，且不同得氣特點(diǎn)與療效及病種密切相關(guān)。O Sang Kwon等[35]通過(guò)IF-IDF算法尋找與得氣產(chǎn)生的相關(guān)因素，發(fā)現(xiàn)得氣與干預(yù)措施關(guān)系密切。郭崢嶸等[36]通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則分析發(fā)現(xiàn)機(jī)體狀態(tài)也是影響針刺得氣的一個(gè)重要因素。C Men 等[37]利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)映射刻畫針刺得氣后所誘發(fā)的神經(jīng)電信號(hào)，為研究針刺得氣原理提供了一個(gè)新方法。同時(shí)，Qin W等[38]也通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析針刺起效時(shí)的腦內(nèi)時(shí)空編碼發(fā)現(xiàn)針感及神經(jīng)級(jí)聯(lián)可通過(guò)復(fù)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)針灸的整體效應(yīng)。

6 討論及展望

將傳統(tǒng)針灸理論與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，或?qū)⑹轻樉牡奈磥?lái)發(fā)展方向。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)給針灸研究帶來(lái)了前所未有的發(fā)展契機(jī)。作為一種技術(shù)，其目的在于使用所發(fā)現(xiàn)的模式幫助解釋當(dāng)前的行為或預(yù)測(cè)未來(lái)的結(jié)果[39]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在處理海量模糊性和非線性數(shù)據(jù)時(shí)，與傳統(tǒng)方法相比，具有發(fā)現(xiàn)有效、新穎及潛在有用知識(shí)的優(yōu)勢(shì)。雖然數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)被用于針灸研究不足20年，其在腧穴配伍規(guī)律、刺灸法應(yīng)用特點(diǎn)及經(jīng)穴特異性上已取得較好進(jìn)展，但在針灸適宜病癥、臨床決策輔助平臺(tái)建設(shè)、經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)、針刺手法、針刺效應(yīng)及針灸標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題的研究上依然處于探索或起步階段，還面臨著數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊等挑戰(zhàn)。為更好地利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，推動(dòng)針灸與時(shí)俱進(jìn)、向前發(fā)展,應(yīng)從以下三方面加強(qiáng)。

首先，我們應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與臨床研究的結(jié)合，建設(shè)真實(shí)世界針灸臨床研究與數(shù)據(jù)管理的臨床及科研信息共享平臺(tái)，規(guī)范臨床電子病歷及臨床數(shù)據(jù)報(bào)道，為針灸適宜病癥篩選、臨床療效評(píng)估及臨床決策提供可靠的數(shù)據(jù)證據(jù)支持，并為針灸驗(yàn)證性研究奠定基礎(chǔ)[5]。

其次，我們應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合，利用數(shù)據(jù)挖掘及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)模擬與重建人體的經(jīng)絡(luò)腧穴網(wǎng)及針刺啟效時(shí)的機(jī)體功能變化等，探索經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)及模擬針刺效應(yīng)，再通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說(shuō)。

最后，我們應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與針灸轉(zhuǎn)化應(yīng)用推廣的結(jié)合，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘定量化與客觀化針刺手法，并對(duì)患者的針刺感受進(jìn)行實(shí)時(shí)、客觀、有效及可視化的反饋，研制規(guī)范化的現(xiàn)代化針刺治療儀器設(shè)備，同時(shí)推動(dòng)針灸標(biāo)準(zhǔn)化體系全面協(xié)調(diào)可持續(xù)地發(fā)展，并將文獻(xiàn)研究、臨床研究、基礎(chǔ)研究的成果整合到針灸臨床決策輔助平臺(tái)中去，實(shí)現(xiàn)疾病診斷規(guī)范化、針灸處方最優(yōu)化、臨床操作標(biāo)準(zhǔn)化、臨床決策智能化，臨床服務(wù)人性化，實(shí)現(xiàn)針灸臨床療效的最大化，推動(dòng)針灸發(fā)展的現(xiàn)代化和國(guó)際化。