基于關聯規則與熵聚類的安神類中成藥組方規律研究

吳嘉瑞 金燕萍 張曉朦 張 冰 盛曉光

(北京中醫藥大學，北京，100102)

思路與方法

基于關聯規則與熵聚類的安神類中成藥組方規律研究

吳嘉瑞 金燕萍 張曉朦 張 冰 盛曉光

(北京中醫藥大學，北京，100102)

目的：分析常用安神類中成藥的處方用藥規律。方法：收集《新編國家中成藥》中的安神類藥品處方，基于中醫傳承輔助系統建立處方數據庫，采用關聯規則apriori算法、復雜系統熵聚類等方法開展研究，確定處方中各種藥物的使用頻次及藥物之間的關聯規則等。結果：高頻次藥物包括茯苓、甘草、當歸、麥冬、朱砂等；高頻次藥物組合包括“當歸、茯苓”“茯苓、炒酸棗仁”“甘草、茯苓”等；置信度較高的關聯規則包括“牛黃、朱砂”“酸棗仁、茯苓”等，新處方包括“茯苓、炒酸棗仁、熟地黃、五味子、丹參、麥冬、生地黃”等。結論：安神類中成藥處方藥物多具有養血定志，補氣滋陰和重鎮安神之功效。

安神藥；關聯規則；熵聚類

安神藥是指以鎮靜和安定神志為主要功效的藥物[1]。根據藥物來源及應用特點不同，安神類中藥分為重鎮安神和養心安神兩類。前者如朱砂、琥珀、磁石等，多用于心悸失眠、驚癇發狂、煩躁易怒等心神不安的實證；后者如酸棗仁、柏子仁、遠志、合歡皮、夜交藤等，具有養心滋肝作用，用于心肝血虛、心神失養所致的心悸怔忡、失眠多夢等神志不寧的虛證，并常與補血養心藥同用[2-3]。安神類中成藥種類較多，其處方中除上述常見的養心安神、重鎮安神藥外，還有諸多其他類別如解郁安神、化痰安神、補氣安神等藥物[4-5]，配伍組合規律值得深入探討。本研究收集《新編國家中成藥》中的安神類中成藥處方，在構建數據庫的基礎上，應用關聯規則和熵聚類算法進行處方用藥規律的研究。

1 資料與方法

1.1 處方來源與篩選 本研究以《新編國家中成藥》(第二版)[6]為來源，共篩選出安神藥處方221首。

1.2 分析軟件 “中醫傳承輔助系統(V2.0)”軟件，中國中醫科學院中藥研究所提供。該軟件集“數據錄入-數據管理-數據查詢-數據分析-網絡可視化展示”為一體，可以有效實現病案、疾病、證候、中藥、方劑、四診等信息的管理、查詢、綜合分析等功能，可用于方劑組方規律分析及新藥處方發現等領域[7-9]。

1.3 處方的錄入與核對 將篩選后的處方錄入“中醫傳承輔助系統(V2.0)”，錄入完成后，由雙人負責數據的審核，以確保數據的準確性。

1.4 數據分析

1.4.1 頻次統計分析 將安神方劑中每味藥的出現頻次從大到小排序，并將“頻次統計”結果導出。

1.4.2 組方規律分析 經過預實驗，確定在支持度20，置信度≥0.5條件下開展研究，按藥物組合出現頻次從大到小的順序進行排序，利用軟件中“規則分析”功能運算得關聯規則。

1.4.3 新方分析 在相關度為8，懲罰度為4的條件下，應用改進的互信息法和復雜系統熵聚類方法發現核心組合與新組方，并實現網絡可視化展示。

2 結果

2.1 用藥頻次 221首處方中共包含525味藥物，將藥物按使用頻次從高到低進行排序，前5位分別是茯苓、甘草、當歸、麥冬、朱砂，頻次前30位的藥物情況見表1。

表1 處方中使用頻次前30位的藥物情況表

2.2 基于關聯規則的組方規律分析 按照藥物組合出現頻次由高到低排序，前3位分別是“當歸、茯苓”“茯苓、炒酸棗仁”“甘草、茯苓”，出現頻次20次以上的藥物組合見表2。在支持度為20，置信度≥0.5條件下，分析得藥物間關聯規則，結果見表3，關聯規則網絡圖見圖1。

2.3 基于熵聚類的組方規律分析

2.3.1 基于改進的互信息法的藥物間關聯度分析 依據處方數量，結合經驗判斷和不同參數提取數據的預讀，設置相關度為8，懲罰度為4，進行聚類分析，得到處方中兩兩藥物間的關聯度，將關聯系數0.03以上的藥對列表，見表4。

表2 處方中高頻次藥物組合情況表

表3 處方中藥物組合關聯規則(置信度≥0.5)

圖1 支持度為20，置信度為0.5條件下的 關聯規則網絡展示圖

2.3.2 基于復雜系統熵聚類的藥物核心組合與新處方分析 以改進的互信息法的藥物間關聯度分析結果為基礎，按照相關度與懲罰度約束，基于復雜系統熵聚類，演化出3～4味藥物核心組合，見表5。在核心組合提取的基礎上，運用無監督熵層次聚類算法，得到10個新處方，見表6，網絡圖見圖2。

表4 基于改進的互信息法的藥物間關聯度分析

序號藥對關聯系數序號藥對關聯系數1雄黃,甘草0.04513黃芩,蒲公英0.0322雄黃,黃連0.04314黃芩,石決明0.0323雄黃,人工麝香0.04015茯苓,麥冬0.0324雄黃,天花粉0.03916茯苓,柏子仁0.0325雄黃,蒲公英0.03717牛黃,天花粉0.0326郁金,天花粉0.03518牛黃,熊膽0.0327雄黃,珍珠0.03519麥冬,天冬0.0318郁金,蒲公英0.03420茯苓,生地黃0.0309朱砂,石膏0.03321雄黃,水牛角濃縮粉0.03010朱砂,水牛角濃縮粉0.03322石膏,黃連0.03011茯苓,桔梗0.03323炒白術,熟地黃0.03012黃芩,天花粉0.032

表5 基于復雜系統熵聚類的藥物核心組合

表6 基于熵層次聚類的新處方

3 討論

本研究應用關聯規則和聚類算法系統分析了《新編國家中成藥》中安神類中成藥的用藥規律。以下結合研究內容，對處方中高頻次藥物等核心研究結果進行分析。茯苓是出現頻次最高的單味中藥，其味甘淡，性平，歸心脾腎經，功能利水滲濕，健脾寧心。常用治療心脾兩虛，氣血不足之心悸、失眠、健忘等癥[10]。同時，由于茯苓補利兼優，補而不膩，利而不傷陰，因此深得眾醫家喜愛，臨床應用廣泛[11]。甘草出現頻次僅次于茯苓，其味甘性平，歸心肺脾胃經，具補脾益氣、祛痰止咳、緩急止痛、清熱解毒、調和諸藥的功效。其雖不具安神之功，但在諸多處方中發揮調和藥性的作用，故而頻次較高。朱砂味甘質重，微寒，歸心經，寒能降火，重可鎮怯，既能重鎮安神，又能清心安神，是鎮心、清火、安神定志的良藥[12-14]。酸棗仁味甘酸性平，歸心肝膽經，功能養心益肝、安神、斂汗、生津，能養心陰，益肝血而又安神之效，為養心安神要藥，現代藥理研究也顯示酸棗仁中的總黃酮與總生物堿都具有鎮靜的作用[15]。麥冬味甘，微苦，微寒，歸胃肺心經，功能養陰潤肺，益胃生津，清心除煩。五味子味酸甘性溫，歸肺心腎經，其五味俱備，唯酸獨勝，雖曰性溫，但溫而能潤，上能斂肺氣而止咳喘，下能滋腎水以固澀下焦，內能益氣生津，寧心止煩渴，外能收斂止汗[16]，故功能收斂固澀，益氣生津，補腎寧心。再者，本研究應用復雜系統熵聚類方法得出的新處方不乏啟迪意義，如“茯苓、炒酸棗仁、熟地黃、五味子、丹參、麥冬、生地黃”的配伍處方，茯苓健脾安神，炒酸棗仁養心安神，熟地黃補陰養血，五味子補腎寧心，丹參除煩安神，麥冬清心除煩，生地黃清熱涼血、養陰生津，諸藥合用既能清血熱、滋腎陰，又能健脾氣、養心神，共奏養心、清心、安神之功[17-18]。

圖2 新方分析網絡展示圖

綜上，本研究應用數據挖掘方法對《新編國家中成藥》中的安神類處方用藥規律進行研究，獲得了傳統統計學研究未獲得的新知識、新信息，為安神類處方的深入挖掘和組方規律探尋提供了參考。當然，應用關聯規則和熵聚類研究得出的組方規則等還需進一步臨床驗證，數據挖掘方法亦有其局限性，需結合中醫藥理論與實踐綜合分析、評價[19-20]。

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(2014-03-30收稿 責任編輯：曹柏)

Analysis on Composition Rules of TCM Tranquilizer Based on Association Rules and Clustering Algorithm

Wu Jiarui, Jin Yanping, Zhang Xiaomeng, Zhang Bing, Sheng Xiaoguang

(BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100102,China)

Objective:To explore composition rules of TCM tranquilizer prescriptions.Methods:The tranquilizer prescriptions in “The New National Medicine” were collected to build a database based on traditional Chinese medicine inheritance assist system. The methods of association rules with apriori algorithm and complex system entropy cluster were used to achieve the frequency of medicines and association rules between drugs.Results:The data-mining results indicated that in the tranquilizer prescriptions, the highest frequently used drugs were Poria Cocos Wolff, Radix Glycyrrhizae, Angelica sinensis, Radix Ophiopogonis, Cinnabaris. The most frequent drug combinations were “Angelica sinensis, Poria Cocos Wolff”, “Poria Cocos Wolff, Parched Semen Ziziphi Spinosae”, “Radix Glycyrrhizae, Poria Cocos Wolff”. The drugs with a high degree confidence coefficient of association rules included “Calculus Bovis, Cinnabaris”, “Semen Ziziphi Spinosae, Poria Cocos Wolff”. The new prescriptions contained Poria Cocos Wolff, Parched Semen Ziziphi Spinosae, Radix Rehmanniae Preparata, Fructus Schisandrae Chinensis, Radix Salviae Miltiorrhizae, Radix Ophiopogonis, and Radix Rehmanniae Exsiccata.Conclusion:Chinese medicine drugs in tranquilizer prescriptions usually have the effects of nourishing the blood, calming mind, benefiting the qi, replenishing the yin and quieting the spirit.

Tranquilizer prescription; Association rules; Clustering algorithm

國家科技支撐計劃課題(編號：2007BAI10B01)；北京市中醫藥科技發展基金課題(編號：JJ-2010-70)；北京中醫藥大學科研創新團隊項目(編號：2011-CXTD-14)；北京中醫藥大學“重點學科”開放課題(編號：2013-ZDXKKF-19)

R289.9

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2015.02.029