基于專家系統(tǒng)為感染后咳嗽患者提供新鮮中藥止咳方案*

童江波 朱嬌嬌 胡靈芝 張惜燕

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽 712046)

鮮藥治病是中醫(yī)的一大特色，其臨床應(yīng)用具有歷史悠久和使用經(jīng)驗(yàn)豐富的特點(diǎn)，是幾千年來大量臨床應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。鮮藥保留了中藥大量的原始成分,對于一些臨床疾病具有獨(dú)特的療效[1]。且用新鮮中草藥治病, 具有簡便廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。但在治療的過程中，中藥的新鮮程度也是一個重要的問題，一旦中藥發(fā)生變質(zhì)，反而會降低療效。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和鮮藥的現(xiàn)代炮制技術(shù)研究[2]，為感染后患者提供新鮮中藥成為了可能。

1 新鮮中藥

鮮藥是指一種“原生藥材”，即未經(jīng)任何可能變故導(dǎo)致藥材成分損失或改變，藥材采收后可立即使用的中藥[3]。《神農(nóng)本草經(jīng)》中有干地黃“生者尤良”的記載。從現(xiàn)代科學(xué)的角度看, 就是最大程度地保持鮮藥的生物活性, 以便更好地發(fā)揮其藥效。許多中醫(yī)名家如柳寶詒[4]、丁甘仁[5]、葉天士[6]等對部分中藥鮮品的應(yīng)用進(jìn)行研究并總結(jié)出大量的組方，為中醫(yī)藥的發(fā)展和進(jìn)步留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

新鮮中藥的使用可以減少大部分有效成分的流失，使中藥材治療咳嗽效果最好。但在使用中藥時(shí)，儲藏運(yùn)輸過程中會因?yàn)楣芾肀４娌划?dāng)導(dǎo)致霉變，溫度和濕度等因素造成中藥材的變質(zhì)和有效成分的流失，一旦患者誤服會引發(fā)嚴(yán)重的嘔吐、腹瀉和頭痛等中毒癥狀[7]。

2 資料與方法

2.1數(shù)據(jù)來源 本文數(shù)據(jù)均來源于2017年全國大學(xué)生醫(yī)藥數(shù)學(xué)建模競賽試題“中藥止咳問題研究”。其中共有444味中藥，系統(tǒng)地介紹了這些中藥的生長地、四氣五味歸經(jīng)、化學(xué)成分、采制方法、植物形態(tài)以及中藥的主治功效。數(shù)據(jù)采集過程中，由于人為或其他原因，有部分的缺失和錯誤，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗及篩選，完善數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2.2數(shù)據(jù)清洗及篩選 利用Execl 2016 軟件的關(guān)鍵字查找和篩選功能，對444味中藥的主治功能、性味、生長地、化學(xué)成分、采制、來源和附注的內(nèi)容分析，發(fā)現(xiàn)都有不同程度的缺失和錯誤。

先對主治功能缺失和錯誤的32味中藥，使用《中華藥典》[8]和《中藥學(xué)》[9]，進(jìn)行填補(bǔ)與修改，利用基于python 3.7的jieba庫，對444味中藥的主治功效進(jìn)行分詞和詞頻統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 主治功效的詞頻統(tǒng)計(jì)(部分)

通過表1的jieba庫的詞頻統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些中藥里有一些是不需要的，需要剔除的，利用Execl軟件用關(guān)鍵字篩選功能將“止咳”“補(bǔ)脾”“清熱”等與治療咳嗽相關(guān)的中藥篩選出來。再進(jìn)行數(shù)據(jù)填補(bǔ)與修改。由于數(shù)據(jù)中對中藥的主治功效、采制時(shí)間和采制地點(diǎn)的描述混亂，如將華南地區(qū)、長江以南的地區(qū)和省級地區(qū)共同描述。對此運(yùn)用中藥的專業(yè)詞匯和地理上對時(shí)空描述的詞匯進(jìn)行統(tǒng)一歸納。

2.3模型構(gòu)建 第一步：將完善好的中藥按春夏秋冬四季進(jìn)行分類，在不同季節(jié)的時(shí)間中，用關(guān)鍵字篩選出“散寒”“清熱”和“止咳”等治療感染后咳嗽的功效進(jìn)行分類。最終春季共計(jì)20味，夏季共計(jì)47味，秋季共計(jì)71味，冬季共計(jì)19味，分類結(jié)果見表2。

表2 各季節(jié)治療感染后咳嗽的中藥

第二步：對數(shù)據(jù)進(jìn)行無剛量化描述，由于數(shù)據(jù)都是字符串變量，無法進(jìn)行分析，所以利用0和1表示納入和排除，如表3。

表3 無剛量化表示方法

系統(tǒng)聚類法又稱層次聚類法，是通過構(gòu)建樹狀圖來將各個樣本進(jìn)行聚類的方法。其基本的思想是先初始化每個樣本，將每個樣本當(dāng)成獨(dú)立的一類，之后根據(jù)每類之間的相似性，將相似度高的兩類合并成新的一類，再通過計(jì)算新類和其它類之間的相似度，再合并相似度高的類成為新的一類，這樣通過每次的合并，就減少一個類，直到所有的樣本合并為一個類為止[10]。

將分類好的中藥數(shù)據(jù),運(yùn)用SPSS 25軟件以地域進(jìn)行系統(tǒng)聚類。

我國是一個經(jīng)緯跨度大的國家，不同的中藥可以在不同的省份進(jìn)行種植，通過系統(tǒng)聚類可以得出同一季節(jié)不同省份共有主產(chǎn)中藥。如圖1，可以看出枇杷葉在全國都有種植，故其為一類，苧麻根、白術(shù)和前胡由于其主產(chǎn)地都包含江蘇、浙江和安徽，故其聚為一類。以各省的省級行政中心作為各省之間連接通路，結(jié)合歐式距離計(jì)算各省之間的距離，并挑選出最近省份的配伍方案。

圖1 冬季系統(tǒng)聚類的譜系

第三步：構(gòu)建專家系統(tǒng)。

專家系統(tǒng)是一種人工智能的計(jì)算機(jī)程序，可以通過在某些特定領(lǐng)域中應(yīng)用大量專家知識和推理方法來解決復(fù)雜的問題[11]，屬于人工智能的發(fā)展分支，專家系統(tǒng)的研究目標(biāo)是模擬人類專家的推理思維過程。通常領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗(yàn)與知識表達(dá)模型一起存儲在計(jì)算機(jī)中，系統(tǒng)推斷事實(shí)輸入，并做出判斷和決定[12]。

專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是知識庫和推理機(jī)。知識庫存儲解決問題所需的知識，推理機(jī)負(fù)責(zé)使用知識庫中的知識解決實(shí)際問題。推理機(jī)根據(jù)當(dāng)前問題的條件或已知信息通過前向推理或反向推理，反復(fù)匹配知識庫中的規(guī)則，通過匹配規(guī)則以獲得問題解決結(jié)果[13]。知識庫是將專家的知識映射到計(jì)算機(jī)中。知識庫一般是由規(guī)則庫、事實(shí)庫和綜合庫構(gòu)成。其中規(guī)則庫是存儲專家的治療止咳的經(jīng)驗(yàn)，是整個專家系統(tǒng)的核心。規(guī)則庫的設(shè)計(jì),常常使用 IF-THEN-結(jié)構(gòu)，這種統(tǒng)一的格式既便于管理,又同時(shí)便于推理機(jī)的設(shè)計(jì)。本文利用python 編程語言 構(gòu)建專家系統(tǒng)，依據(jù)宣肺解表理氣化痰之法[14-16]治療冷咳和熱咳。構(gòu)建的規(guī)則庫的方案如下：

1.IF 季節(jié) AND 地域 AND 冷咳 THEN 新鮮中藥止咳方案

2.IF 季節(jié) AND 地域 AND 熱咳 THEN 新鮮中藥止咳方案

3.IF 季節(jié) AND 地域 AND 冷咳 AND 氣虛 THEN 新鮮中藥止咳方案

4.IF 季節(jié) AND 地域 AND 熱咳 AND 氣虛 THEN 新鮮中藥止咳方案

3 模型應(yīng)用過程并提供止咳方案

圖2 治療方案技術(shù)圖

仿真1：在浙江的一位患者患有感染后咳嗽，季節(jié)為冬季，并伴有冷咳的癥狀，將“浙江”“冬季”和“冷咳”導(dǎo)入到專家系統(tǒng)中，得到了烏藥和石韋-廬山石韋的止咳方案。

仿真2：在遼寧的一位患者患有感染后咳嗽，季節(jié)為春，并伴有冷咳的癥狀，將“遼寧”、“春季”和“冷咳”導(dǎo)入到專家系統(tǒng)中，得到了紫菀和蒼術(shù)—關(guān)蒼術(shù)的止咳方案。

仿真3：在新疆的一位患者患有感染后咳嗽，季節(jié)為夏，并伴有熱咳的特征，將“新疆”“夏季”和“熱咳”輸入到專家系統(tǒng)中，得到了伊貝母—裕民貝母和瓶耳小草的止咳方案。

仿真4：在四川的一位患者患有感染后咳嗽，季節(jié)為秋，并伴有熱咳和氣虛的特征，將“四川”“秋季”“熱咳”和“氣虛”輸入到專家系統(tǒng)中，得到了黨參—川黨參、金果欖和沙棘的止咳方案。

4 小結(jié)

本文通過構(gòu)建專家系統(tǒng)，為感染后患者提供新鮮止咳中藥。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將中藥以季節(jié)進(jìn)行分類，再根據(jù)患者所在地域，構(gòu)建規(guī)則庫，通過編程實(shí)現(xiàn)智能推薦藥方。該系統(tǒng)充分利用各地域主產(chǎn)止咳中藥，減少運(yùn)輸時(shí)間，為患者提供新鮮止咳中藥。該系統(tǒng)在構(gòu)建過程中體現(xiàn)出python語言的易于開發(fā)和維護(hù)性。對于傳承中醫(yī)藥文化和為患者提供鮮藥具有積極的作用。但該模型存在沒有客觀考慮到患者的實(shí)際癥狀和各地中藥的產(chǎn)量和配伍的問題。

通過本文的研究可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)各地中藥的產(chǎn)量，為患者及時(shí)提供新鮮止咳中藥，對中醫(yī)藥現(xiàn)代化領(lǐng)域發(fā)展具有一定的作用和意義。