基于中医传承辅助系统(V1.0)的治疗肺痈方剂组方规律分析.doc

基于中医传承辅助系统（V1.0）的治疗肺痈方剂组方规律分析收稿日期基金项目 中医药行业科研专项（200907001-5）；中国中医科学院中药研究所基本科研业务费自主选题课题（ZZ20090205）第一作者李健（1983.8），男，实习研究员，研究方向为本草文献，Email: ；卢朋（1980.3），男，助理研究员，研究方向为复杂网络分析及软件开发通讯作者杨洪军，研究员，研究方向为中药新药设计的方法与技术，Tel: (010)84035184，E-mail: 李健1，卢朋1,2，唐仕欢1，申丹1，陈建新3，杨洪军1（1 中国中医科学院中药研究所，2中国科学院自动化研究所，3北京中医药大学）摘要：目的：基于中医传承辅助系统软件，挖掘中医方剂大辞典中收载的治疗肺痈方剂组方规律。方法：收集中医方剂方剂大辞典中主治肺痈的方剂，录入中医传承辅助系统，采用软件集成的改进互信息法、复杂系统熵聚类、无监督的熵层次聚类等无监督数据挖掘方法，分析肺痈方剂的组方规律。结果：对筛选出的132个肺痈处方的分析，确定处方中药物出现的频次，演化得到核心组合46个、新处方 8个。结论：中医传承辅助系统可对实现对方剂数据录入、管理、查询和分析，是一个有价值的中医药研究辅助工具。关键词：中医方剂大辞典，肺痈，中医传承辅助系统，组方规律Analysis on composition principles of prescriptions for lung abscess by using TCM inheritance system Li Jian1, Lu Peng1,2, TANG Shi-huan1, Shen Dan1,CHEN Jian-xin3, YANG Hong-jun1*(1. Institute of Chinese Material Medicine，China Academy of Chinese Material Science; 2. Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences; 3. Beijing University of Traditional Chinese Medicine; )Abstract:Objective: Using TCM inheritance system to analyze the composing principles of the prescriptions for lung abscess collected in the book of . Method: Collect the prescriptions used for lung abscess in the book of , then enter into the TCM inheritance system, by using revised mutual information, complex system entropy cluster and unsupervised hierarchical clustering to analyze composing principles. Results: Based on the analysis of 132 cases of prescriptions, the frequency of each herb included in the database is computed, 46 core combinations and 8 new prescriptions are mined from the database. Conclusions: TCM inheritance system can be used to enter, administrate, search and analyze the prescriptions and is a helpful tool for the research of traditional Chinese medicine.Key words: The Prescription of Traditional Chinese Medicine Dictionary, lung abscess, TCM inheritance system, composition principle方剂是中医临床治疗经验的有效载体，通过古代方剂的用药规律分析，对中医药学术继承与创新具有重要意义。本课题组既往采用改进的互信息法1、复杂系统熵聚类2,3、无监督的熵层次聚类4等无监督数据挖掘方法，应用于中药组方规律和处方发现。为了便于应用，集成以上算法，本课题组开发了中医传承辅助系统软件。该软件具体“数据录入-数据管理-数据查询-数据分析-网络可视化展示”等功能。该系统实现了临床病案信息、疾病信息、证候信息、中药信息、方剂信息等数据的管理、检索、分析等功能，可用于名老中医经验继承、临床医师个体经验总结、方剂组方规律分析及新药处方发现等领域。本文基于中医传承辅助系统对中医方剂大辞典中治疗肺痈的方剂用药规律进行系统分析。1 资料与方法1.1 处方来源中医方剂大辞典中收载的方剂。1.2 处方筛选肺痈是肺叶生疮，形成脓疡的一种病证。临床以咳嗽，胸痛，发热，咳吐腥臭浊痰，甚则脓血相兼为主要特征。考虑中医其它疾病可能兼见肺痈疾病的临床症状，因此，本次在上述来源方剂中筛选“主治”或“功用”项中明确记载“肺痈”的方剂，并剔除其中组成重复的方剂。例如：中医方剂大辞典九册所载：“清肺饮 【方源】玉案卷六。【组成】银柴胡 玄参 陈皮 桔梗各一钱 白茯苓 地骨皮 麦门冬 薏苡仁 人参 甘草 瓜蒌仁各八分。【主治】肺痈。咳吐脓痰，胸膈胀痛，上气喘急，发热。”其中“主治”项中明确记载“肺痈”，故收载。通过筛选，共收集明确治疗肺痈方剂共132首。1.3 处方的录入与核对 将上述筛选的方剂由专人录入中医传承辅助系统。考虑录入过程中可能出现的纰漏，在完成录入后，再由双人负责录入数据源的审核，以确保数据源的准确，而为数据挖掘结果的可靠性提供保障。1.4 数据分析通过“中医传承辅助系统”中“数据分析”模块中“方剂分析”功能，进行组方规律分析。第一步、在中医疾病查询项中查询“肺痈”，将治疗肺痈的方剂提取出来，如图1所示。图1 方剂分析数据查询界面第二步、药物频次统计，将方剂中每味药物的出现频次按照由大到小排序，并可以导出Excel文件。第三步、组方分析，首先进行聚类分析（核心算法包括改进的互信息法、复杂系统熵聚类），在聚类分析前，选择合适的关系系数和惩罚系数；然后点击提取组合按钮，发现新方（核心算法是无监督的熵层次聚类）并可以实现网络可视化展示，如图2所示。图2 组方分析界面2 结果2.1用药频次中医方剂大辞典中治疗肺痈的132个方剂包含的226种药物，进行“频次统计”，可得到治疗肺痈药物频次从高到低的排序。使用频次在5以上的药物有50味，见表1。表1 肺痈方剂中频次5以上的药物序号药物频次序号药物频次序号药物频次1甘草6818枳壳1535阿胶62桔梗5919地骨皮1436蒲公英63薏苡仁3920茯苓1437熟地黄64贝母3221五味子1438赤芍65苦杏仁3022地黄1339款冬花66麦冬2823川贝母1340黄连67桑白皮2624甜葶苈1241乌梅68黄芪2425天冬1242白芍59金银花2326瓜蒌子1143赤茯苓510当归2327牡丹皮944大枣511人参2228防己945石膏512生姜2129紫菀846橘红513玄参1930葶苈子847大黄514知母1831白术748麝香515黄芩1832升麻749紫苏叶516百合1733天花粉750桃仁517陈皮1634白及72.2基于改进的互信息法的药物间关联度分析根据本次治疗肺痈方剂数量、结合经验判断和不同参数提取出数据的预读，选择相关系数（correlation）为10，惩罚系数（penalty）为5，进行聚类分析，得到治疗肺痈方剂中226味中药之间两两之间的关联度，其中，将关联系数在0.02以上42药对进行列表，见表2。表2 基于改进的互信息法的药物间关联度分析药对关联系数药对关联系数药对关联系数苦杏仁石膏0.029323麝香黄连0.024809当归茯苓0.021567苦杏仁生姜0.029238黄芪地黄0.023122地骨皮胡黄连0.021289当归天冬0.028648苦杏仁白果0.02285茯苓胡黄连0.021289地骨皮茯苓0.028097苦杏仁竹茹0.02285当归知母0.021134枳壳紫苏叶0.027606苦杏仁海浮石0.02285苦杏仁款冬花0.021088白茅根红花0.027497苦杏仁诃子0.02285升麻薏苡仁0.021035当归川芎0.027038当归白术0.022772麦冬前胡0.020843当归制附子0.027038枳壳生姜0.022239麦冬百部0.020843当归白小豆0.027038苦杏仁瓜蒌子0.021949麦冬天冬0.02064当归白鸡0.027038葶苈子细辛0.021703苦杏仁黄芪0.020426麝香千金子0.025583乌梅阿胶0.021613金银花桑白皮0.020341麝香阿胶珠0.025583金银花茯苓0.021594枳壳蒺藜0.020229麝香山慈菇0.025583薏苡仁桃仁0.021569枳壳瓜蒌0.020229枳壳贝母0.025577当归五味子0.021567葶苈子大枣0.0200292.3基于复杂系统熵聚类的核心组合分析以改进的互信息法的分析结果为基础，按照相关系数与惩罚系数的约束，基于复杂系统熵聚类，演化出3-5味药的核心组合，共计46个，见表3；表3 基于复杂系统熵聚类的治疗肺痈的核心组合序号核心组合序号核心组合1麦冬甜葶苈玄参24甘草金银花玄参2麦冬玄参锦地罗25甘草金银花桔梗3麦冬玄参银柴胡26金银花玄参蒲公英4麦冬知母海浮石27金银花知母五味子5麦冬知母地骨皮28金银花桔梗鱼腥草6麦冬地骨皮银柴胡29金银花五味子茯苓7苦杏仁枳壳紫苏叶30苦杏仁生姜桑白皮防己8苦杏仁知母石膏31黄芪生姜桑白皮防己9苦杏仁生姜紫苏叶32薏苡仁甘草桔梗地榆10紫菀款冬花百药煎33薏苡仁百合桑白皮防己11贝母甘草桔梗34薏苡仁百合桑白皮瓜蒌子12当归黄芪地黄35陈皮人参茯苓银柴胡13当归天冬地黄36苦杏仁枳壳贝母百合防己14薏苡仁桔梗瓜蒌子37苦杏仁枳壳当归百合防己15五味子人参胡黄连38苦杏仁当归百合桑白皮防己16地骨皮茯苓银柴胡49枳壳当归黄芪百合防己17五味子白术胡黄连40枳壳当归黄芪百合瓜蒌子18五味子人参茯苓41枳壳当归地骨皮百合防己19天冬地黄阿胶珠42枳壳当归地骨皮百合瓜蒌子20陈皮白术银柴胡43当归黄芪百合桑白皮防己21生姜陈皮赤茯苓44当归黄芪百合桑白皮瓜蒌子22生姜陈皮茯苓45当归地骨皮百合桑白皮防己23天冬地黄茯苓46当归地骨皮百合桑白皮瓜蒌子2.4基于无监督的熵层次聚类的新处方分析在以上核心组合提取的基础上，点击系统中“提取组合”按钮，通过无监督的熵层次聚类算法，有16个核心组合（见表4）可以进一步聚类，得到8个新处方（见表5）。利用软件的“网络展示”功能，可以采取不同的网络可视化方式，直观展示出药物不同组合之间的关系，例如：图3-1、3-2分别是表4中用于新方聚类的核心组合的网络可视化的不同展示方式。表4 用于新方聚类的核心组合序号核心组合1核心组合21麦冬 玄参 锦地罗麦冬 玄参 银柴胡2麦冬 知母 海浮石麦冬 知母 地骨皮3苦杏仁 枳壳 紫苏叶苦杏仁 枳壳 贝母 百合 防己4苦杏仁 生姜 紫苏叶苦杏仁 生姜 桑白皮 防己5当归 黄芪 地黄枳壳 当归 黄芪 百合 瓜蒌子6薏苡仁 桔梗 瓜蒌子薏苡仁 甘草 桔梗 地榆7生姜 陈皮 赤茯苓生姜 陈皮 茯苓8天冬 地黄 茯苓天冬 地黄 阿胶珠图3-1用于新方聚类的核心组合药物网络图示之一图3-2 用于新方聚类的核心组合药物网络图示之二基于熵层次聚类，表4中的核心组合进步组合，形成治疗肺痈的新方，结果见表5，网路可视化展示见图4。表5 基于熵层次聚类的治疗肺痈新处方序号候选新处方1麦冬，玄参，锦地罗，银柴胡2麦冬，知母，海浮石，地骨皮3苦杏仁，枳壳，紫苏叶，贝母，百合，防己4苦杏仁，生姜，紫苏叶，桑白皮，防己5当归，黄芪，地黄，枳壳，百合，瓜蒌子6薏苡仁，桔梗，瓜蒌子，甘草，地榆7生姜，陈皮，赤茯苓，茯苓8天冬，地黄，茯苓，阿胶珠图4 治疗肺痈新方药物网络图示3 讨论既往分析方剂组方规律常常以用药频次为基础，该类方法适用于发现显性经验，难以有创新性发现与认识。本课题组多年来致力于采用改进的互信息法1、复杂系统熵聚类2,3、无监督的熵层次聚类4等无监督数据挖掘方法，分别实现对药物之间关联性的定量描述、核心组合演化与提取、新处方发现等功能。所采用的方法强调相关性分析，可以提取低频次高相关的组合，更适合隐形经验的挖掘与发现。在算法优化与完善的基础上，本课题组开发出“中医传承辅助系统”软件，该软件界面友好，使用便捷，运算速度快，为中医学术传承提供了有益的工具