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构建中医脾系证候知识体系研究


我们在中国中医科学院 基本科研业务费自主选题项目“构建中医脾系证候知识体系研究”的资助下,开展了构建中医脾系证候知识体系的示范研究。 包括:一是基础研究:明确中医脏腑证侯的知识分类,实现准确描述中医脾系证候概念的含义,理顺概念间逻辑关系(包括语义关系), 同时支持语义关系推理,以期获得概念间的隐性语义关系,为中医药信息后续研究搭建科研平台,为建立规范化数据库和统一检索平台提供可能; 在此部分研究的基础上,探索中医知识体系框架的构建模式,二是应用研究:利用语义审核工具筛查语义关系,把分析对象之间错综复杂的共引网状关系简化并表示出来, 实现概念的多维度、多层次关系的复杂展示,为中医基础理论知识的再利用提供服务。三是培养一支中医药信息理论研究的科研团队。

在本项目中,初步建立了一个“中医证候知识库”,对中医脾系证候的知识体系进行了系统梳理。 在此基础上开发了基于万维网的知识服务系统,该系统实现了知识检索、知识浏览、知识问答等功能,能支持中医证候学研究和临床决策等应用。 通过一些相对简单但较为完整的中医临床案例,分析中医辨证论治的思维过程,探讨基于本体推理和问答系统来支持中医临床决策的方法。


1 介绍


中医药领域中蕴含着丰富的知识遗产。如何促进中医药知识资源的深度共享与广泛传播,使全球中医、学者都能充分利用这座知识宝库,是非常重要的问题。 基于万维网构建的知识服务系统,为中医药知识的检索和访问提供了一种便捷的途径[1]。作为领域知识的数字载体,知识库在知识服务系统中扮演核心角色[2][3]。 近年来,知识工程方法在中医药领域得到广泛应用,成为构建知识库、实现知识服务系统的有效手段[4][5]。

中医证候学是开展中医药知识工程研究的一个关键领域。证候是疾病某一发展阶段病因、病理、病位、病势的综合表现,辨证是中医学所独特的认识疾病, 诊断治疗疾病的途径和方法[6]。辨证论治是中医学的精髓,正确的辨证分型是中医临床取得疗效的关键[7]。开发面向证候学领域的知识库和知识服务系统, 不仅能够实现证候学知识体系的系统梳理和永久保存,而且能为中医临床决策提供信息技术支持。

本体(Ontology)是近年来知识工程领域中出现的一项新兴技术,它已在复杂知识建模和推理等方面体现出技术优势,为中医证候知识建模提供了潜在的解决方案[8]。 本体是一种用于表示领域知识的计算机模型,它定义了一组表示知识的“原语(primitive)”,如类(class)、属性(property)和关系(relationship)等[9][10]。 中医学者已开展了基于本体构建中医药知识库的探索工作[11][12]。例如,车立娟等以Protégé为工具,构建了用于表达“肺阴虚证”病机规则的本体知识库[13]; 李新霞以Jena为工具,构建了中医脾胃病领域本体知识库[14];易钢等基于本体构建了一个包括中医概念、关系及规则等内容的知识库[15];于彤等提出了基于本体对证候层次结构进行建模的方法[8]。 这些工作初步验证了基于本体技术构建中医药知识库的可行性,但构建全面、完整、实用的中医药学本体仍是一个长期而复杂的过程。

本研究选取“中医脾系证候”作为目标领域,探索中医证候领域的知识建模方法,开展中医证候知识库构建的示范研究,演示中医证候知识库的潜在应用, 探索知识服务的新颖模式。本研究依据中医文献、病案以及网络上的信息资源,界定“中医脾系证候”的范围,搜集并筛选相关概念,梳理概念的层次结构和语义关系, 构建示范性的本体知识库;继而开发了一个面向中医证候学研究的知识服务系统,支持领域专家共享中医证候知识,开展中医证候学研究。下面进行具体介绍。

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图 1 中医证候知识的基本模型:(a)分类体系;(b)语义关系


2 中医证候知识库


本研究基于本体技术构建了一个示范性的“中医脾系证候知识库”(以下简称“Spleen”)系统。 Spleen的分类体系如图1(a)所示,其根节点是“事物”,其下定义了“证候”、“疾病”、“症状”、“方剂”、“中药”等类型。在“证候”类型之下,以“八纲辨证”、 “精气血津液辨证”、“脏腑辨证”和“经络辨证”等多种方式对证候概念进行了分类组织。为了精确描述证候的临床表现、治疗方法等知识,该本体还定义了相关的症状、疾病、中药和方剂等概念。

本研究提出了“上下位关系”、“现象表达”、“组成”、“治疗”、“证候调整”、“方剂调整”、“症状加(调整)”等一组语义关系,对Spleen中概念之间的关系进行系统性梳理与规范化表达。 如图1(b)所示,Spleen通过这组语义关系将“证候”与其他的语义类型关联起来:

  • 中药和方剂主要是用来治疗方剂的,因此在“证候”与“中药”、“方剂”之间建立“被治疗”关系。
  • 证候在某种程度上具有“症候群”的含义,它可被视为由一组症状“组成”的。因此,在“证候”与“症状”之间建立“由...组成”关系。
  • “疾病”是“证候”所表达出来的某种现象,它们之间是一种现象和本质的关系。因此,在“证候”与“疾病”之间建立“现象表达”关系。
  • 为了记录证候知识的来源,建立“证候”与“文献”之间的“来源于”关系。“来源于”关系也可被用于标注疾病、中药等其他领域实体的出处。

Spleen为概念添加文字属性,来表达概念的相关知识(如方剂的功效、性味、归经,以及疾病的病位、病因、病机、病性等),这丰富了Spleen的知识内容。

上述语义类型、语义关系和文字属性,为证候学知识建模提供了一个简单的框架。基于此框架,已录入概念2710个,其中证候有265个,证候加减527个,疾病86个,方剂482个,中药385个,症状959个; 添加8926条文字信息以及10471条语义关系(于2014年1月24日统计)。


3 中医证候知识服务系统


在Spleen知识库的基础上开发了一个知识服务系统,以万维网的方式向网络用户提供知识检索与展示、知识浏览与导航以及知识问答等服务,下面分别进行介绍。

3.1 知识检索与展示

该系统实现了基于关键词的知识检索功能。如图2所示,用户可输入关键词——“肝气犯胃证”,系统将会提供“肝气犯胃证”等概念的基本信息,并推荐与“肝气犯胃证”相关的概念的链接。 当用户点击这些概念的链接时,系统将引导到这些概念所对应的知识展示页面。系统以概念为单位对中医证候知识进行展示,它在一张页面中综合呈现某一概念的相关知识,并基于概念语义关系实现知识导航功能。 例如,系统会针对“脾胃阴虚证”提供一张知识展示页面,展示“脾胃阴虚证”的中文正名、类型、来源等信息,基于“现象表达”关系导航到该证候相关的疾病,并基于“由…组成”关系导航到该证候相关的“症状”。

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图 2 中医证候知识检索界面(以“肝气犯胃证”为例)

3.2 知识浏览与导航

系统实现了中医领域概念的分类导航界面。该界面提供一个类型列表,展示语义类型的名称及其实例数量;当用户选择某一类型时,系统列出该类型的实例。当用户点击某一概念的链接时,系统会导航到该概念的展示界面。

系统还实现了语义关系的导航界面。该界面列出知识库中的语义关系(如“由…组成”、“来源于”、“上位词”、“下位词”等)以供用户选择。如图3所示,当用户选择“由…组成”时,系统会分页显示知识库中所有的“由…组成”关系。 用户还可以输入关键词对语义关系进行筛选。如当用户输入“香砂六君子汤”时,系统会列出所有包含“香砂六君子汤”的“由…组成”关系,用户即可了解到“香砂六君子汤”是由哪些中药组成的。若用户想了解“哪些药物治疗肝火犯胃证”, 可在语义关系列表中选择“治疗”,并在搜索框中输入“肝火犯胃证”,系统则列出与“肝火犯胃证”有“治疗”关系的中药或方剂。

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图 3 语义关系的导航界面(以“香砂六君子汤”的组成为例)

3.3 简单的知识问答

问答系统是知识库系统的一般交互方式,也是展示推理能力的一种常用方式。本项目构建了一个中医问答系统的雏形,它提供类似于搜索的界面,但“更加智能”:它不是提供成千上万的搜索结果,而是提供问题的答案和准确的知识。 该系统实现了根据症状辨别证候,以及推荐处方等常见的问答形式。如图4所示,当用户输入证候“脾胃虚寒证”之后,系统会向用户推荐“小建中汤(来源于教材《方剂学》)”、“丁萸理中汤(来源于教材《中医儿科学》)”等方剂。 系统还基于简单的间接关系推理来找出推荐方剂。例如,系统可根据“小建中汤加党参白术 治疗 腹痛”和“脾胃虚寒证 现象表达 腹痛”,推测出“小建中汤加党参白术”治疗“脾胃虚寒证”, 并将“小建中汤加党参白术”作为推荐方剂提供给用户。用户点击“小建中汤加党参白术”信息右侧的“推理依据”,即可查看系统推荐意见背后的推理依据。

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图 4 中医证候知识问答界面(以“脾胃虚寒证”为例)

目前,中医问答原型系统目前实现了3种用户场景:

  1. 中医辨证场景:用户可输入一组症状(如口干,唇干,干呕,呃逆,面色潮红,皮肤干燥,大便干结等),系统从知识库中找出与这些症状最为匹配的证候(如脾胃阴虚证),并列出相关证候的简要信息。
  2. 中医证候信息问答场景:用户输入证候(如“肝气犯胃证”),系统根据知识库向用户推荐合适的方剂。在方剂推荐中,系统可根据知识库处理“肝气犯胃证兼有胃痛”等各种证候加减变化的情况。 系统还根据知识库向用户推荐与该证候相关的疾病。
  3. 中医疾病信息问答场景:用户可输入疾病名称(如痰饮),系统基于知识库向用户推荐方剂(如苓桂术甘汤),并列出相关证候的简要信息。

4 总结


中医证候学的知识体系博大精深,内涵丰富,为中医临床实践提供了重要的指导和依据。对证候进行深入研究,具有十分重要的理论意义和实用价值[1] 。 基于知识库的知识服务系统,为中医证候学研究提供了新颖的信息技术手段。本研究采用本体技术初步建立了一个“中医证候知识库”,对中医证候的古今概念进行准确描述,并理顺概念之间的语义关系。 在该知识库的基础上,开发了基于万维网的知识服务系统,该系统主要实现了如下3方面的功能: (a)知识检索与展示,支持用户通过检索词检索知识库中关于某个概念的知识; (b)知识浏览与导航,支持分类导航、语义关系导航以及概念之间的关联导航; (c)知识问答,支持辨证问答、证候信息问答和疾病信息问答,为临床决策提供支持。 该系统初步验证了基于中医证候本体实现知识服务系统的可行性,对于在中医证候学领域推广知识服务具有借鉴意义。


参考文献


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