中醫(yī)學與人工智能

張士舜

（石家莊市中醫(yī)院張士舜國家名老中醫(yī)傳承工作室，河北 石家莊050011）

0 前言

馬克思認為，一種科學只有在成功地運用數學時，才算達到了真正完善的地步［1］.為了使中醫(yī)數學化，筆者曾經進行了多年努力，包括學習高等數學、模糊數學、老三論、新三論、泛系理論、復雜性科學、非線性數學、混沌理論.在二十世紀八九十年代，曾經形成過一個熱潮，當時稱作多學科研究中醫(yī)，筆者為此也進行了相關研究，在1984年撰寫了 《中醫(yī)現(xiàn)代化研究》專著，并把此著作寄給了錢學森教授.錢學森教授肯定了筆者的研究方向并予以回信.著名學者戴汝為院士在 《系統(tǒng)學與中醫(yī)學創(chuàng)新發(fā)展》這本書中是這樣記錄這段歷史的，“經歷了在20世紀80年代中醫(yī)藥現(xiàn)代化蹣跚的過程，錢學森以一個科學大師的堅定再次指明了中醫(yī)現(xiàn)代化的科學觀點和方法，1990年6月4日致張士舜的信中說：必須現(xiàn)代化而現(xiàn)代化又必須引用現(xiàn)代科學的前沿——系統(tǒng)科學.因此我贊成 《中醫(yī)現(xiàn)代化研究》的基本出發(fā)點.但我認為所用方法論是不夠的，因為人體是開放的復雜巨系統(tǒng)，不是開放的簡單系統(tǒng)，這中間有本質上的區(qū)別.老方法不行，要用定性與定量相結合的綜合集成法.”［2］綜合集成法是思維科學的應用技術，既會用到思維科學成果，又會促進思維科學的發(fā)展.計算機、網絡、人工智能、知識工程的迅速發(fā)展，大大促進了綜合集成工程的發(fā)展.應用綜合集成工程，能夠找到中醫(yī)學與數學結合的切入點.

1 中醫(yī)學與數學的關系

中醫(yī)學與數學有著密切的關系.在兩千年前的春秋戰(zhàn)國時期，也是我們國家從奴隸制向封建制發(fā)展過程中，出現(xiàn)了孔子、孟子、墨子、韓非子、老子、孫子等優(yōu)秀的思想家和科學家，當時稱作諸子峰起、百家爭鳴.同時也出現(xiàn)了天文學、氣象學、物候學、地理學、哲學和數學等學科.當時的數學稱為大數法則，這些先進的綜合的宏觀的科學知識與中國當時的醫(yī)療實踐相結合，出現(xiàn)了綿延至今的中醫(yī)學.所以說中醫(yī)學是古代宏觀科學，是中國古代數學與醫(yī)學實踐相結合的產物.在21世紀的今天，當代數學的最新成就必將對中醫(yī)學的發(fā)展產生重大影響.中醫(yī)學同數學的不斷結合，正是中醫(yī)學現(xiàn)代化的具體內容之一.數學是研究現(xiàn)實世界中的量及量的關系的科學.一門學科同數學相結合或者說一門學科的數學化，首先意味著從定性研究進入到定量分析，即意味著數量化.數量化又意味著符號化，還意味著抽象化.數學的抽象程度比其他科學的抽象程度要高.因此，有一句名言，數學是科學的皇后.科學產生于用數學解釋自然這一信念.科學的本質是數學.縱觀科學發(fā)展的歷史，很多新的科學都是伴隨著那些不能變成數學的事物變成數學而得到發(fā)展.新的科學的創(chuàng)造與數學的發(fā)展是并行的.隨著人類對客觀世界的認識不斷深化，數學在各門學科中的應用越來越廣泛和深入.

2 人工智能在中醫(yī)學中的應用

計算機和人工智能的飛速發(fā)展，對整體科學的進步和生產力的提高起到了巨大的推動作用.中醫(yī)學也應與人工智能相結合，從而推動中醫(yī)學產生飛躍式的發(fā)展.計算能力的提高、算法研究的突破以及大量數據的積累，這三個要素的具備為人工智能在中醫(yī)學中的應用奠定了基礎.計算機日益強大的分析處理能力，使人工智能如虎添翼，異軍突起，引起了政府和社會廣泛的關注.在醫(yī)療領域，人工智能僅僅是起步.醫(yī)學是一門綜合性科學，醫(yī)療服務對象又是個性化的，疾病產生的原因又是多因素的，因果關系復雜.2016年8月，IBM宣稱：人工智能標志性產品WATSON在日本東京僅用了10 min，便為一名60多歲患罕見白血病的女性患者作出診斷并給出治療方案.當前，人工智能在中醫(yī)學上的應用還是一個全新的挑戰(zhàn).有挑戰(zhàn)就有機遇，就有發(fā)展空間.

2.1 早期的人工智能系統(tǒng)在中醫(yī)學中的應用

早在20世紀80年代，已有學者對中醫(yī)辨證中人工智能的應用進行了初探［3、4］.此后的三十余年里，人工智能技術在中醫(yī)辨證領域的應用逐漸深入.陸志平等認為，中醫(yī)專家系統(tǒng)輸出的信息必須依賴于輸入信息，但是由于中醫(yī) “四診客觀化”的問題一直沒有解決，即輸入信息的客觀化問題沒有被解決，因此系統(tǒng)的輸出信息能否代表原專家的結果就成為問題了，這導致研發(fā)中醫(yī)專家系統(tǒng)的工作逐漸進入低谷［5］.吳蕓根據中醫(yī)臨床辨證特點，利用軟計算方法構建了具有一定特色的中醫(yī)智能辨證處理系統(tǒng)［6］.褚娜以中醫(yī)辨證和相關智能算法為基礎，提出適用于中醫(yī)智能辨證的理論方法，研發(fā)了針對慢性乙型肝炎的中醫(yī)辨證系統(tǒng)原型［7］.在滕文龍設計的醫(yī)療診斷系統(tǒng)中，中醫(yī)診斷子系統(tǒng)能夠實現(xiàn)較為完整的中醫(yī)診斷功能［8］.

如何將四診信息進行快捷、準確的客觀化，是中醫(yī)辨證智能化必須解決的基礎性問題.目前，有關脈診［9］和舌診［10］的研究已取得較大進展［11］.此外，王憶勤等在中醫(yī)智能問診方面進行了嘗試［12］，基于多標記學習建立中醫(yī)問診模型，對實現(xiàn)問診信息的客觀化具有一定的意義.除智能辨證領域外，諸多學者依托數據挖掘、模式識別等方式，亦實現(xiàn)了人工智能技術在探索組方規(guī)律、建立中醫(yī)診療標準及中醫(yī)人才培養(yǎng)等方面的進展［13～15］.

筆者1984年曾經參與了電腦中醫(yī)的研究，用當時的微機和BASIC、TIOBE、LISP模擬當時一位老中醫(yī)的經驗，結果通過了省級鑒定.當時請來一個病人，老中醫(yī)望聞問切開出處方，然后又到電腦中醫(yī)那開出一個處方，結果這兩個處方基本相同，也就是說當時的電腦中醫(yī)達到了模擬老中醫(yī)思維的程度.后來，在全國很多中醫(yī)研究機構都研發(fā)了某某老中醫(yī)臨床軟件.但這些軟件在市場應用時出現(xiàn)了問題，主要的問題是當這個老中醫(yī)的處方變化時，電腦中醫(yī)不能跟隨變化.所以，電腦中醫(yī)的療效趕不上這個老中醫(yī)的療效.故此，電腦中醫(yī)風行了一時后夭折.現(xiàn)在看來主要原因有兩個：（1）老中醫(yī)的知識庫存量不夠大；（2）計算方法和計算模式存在不足.當時，和筆者合作進行電腦中醫(yī)研究的數學家粟載福先生告訴筆者，目前電腦的技術模擬中醫(yī)的思維還不成熟，需要人工智能技術的發(fā)展，等人工智能技術達到相當高的程度時，再與中醫(yī)思維相結合，就會產生一個躍升.

2.2 成熟期的人工智能系統(tǒng)在中醫(yī)學中的應用

目前人工智能系統(tǒng)已經發(fā)展到第五代，可以處理海量的信息，也就是進行云計算，并且進行推理，模擬富有邏輯推理功能的人類思維，中醫(yī)學與人工智能相結合的機遇到來了.在2017年2月27日開幕的世界移動通訊大會 （MWC）上，日本軟銀CEO孫正義表示，2018年人工智能爆發(fā)的 “奇點”就會到來，我們應該加快研發(fā)中國西醫(yī)和中醫(yī)的人工智能自動診斷系統(tǒng).這兩個系統(tǒng)將會對中國140萬鄉(xiāng)村醫(yī)生醫(yī)療水平的提高起到巨大的支持作用，為緩解看病難做貢獻.

在美國洛杉磯召開的2017年人工智能的國際頂級學術會議AAAI中筆者發(fā)現(xiàn)，人工智能與專家系統(tǒng)的完美結合是中醫(yī)學與人工智能結合的一個切入點.人工智能系統(tǒng)是一個知識處理系統(tǒng)，而知識表示、知識利用和知識獲取成為人工智能的三個基本問題.專家系統(tǒng)是人工智能的一個重要分支，也是人工智能中最為活躍的一個應用領域，能讓人工智能突破理論研究而得到實際應用.專家系統(tǒng)指的是由人類專家編制出的一個具有大量知識和經驗的智能計算機程序系統(tǒng).這個系統(tǒng)可以模擬人類專家思維來解決復雜問題，并進行推理和判斷.專家系統(tǒng)通常由六部分構成，分別是人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數據庫和知識獲取，其中以知識庫和推理機相互分離最具特色［16］.知識庫就是儲存海量的信息.推理機能夠利用醫(yī)學知識庫，按照推理方法解決所遇到的問題.專家系統(tǒng)的特點是啟發(fā)性、透明性、靈活性［17］.

一位著名數學家在討論筆者的理論和海量信息的處理時說：“現(xiàn)在人工智能技術模擬你的思維可以完全達到，但是不能超越你的思維.”當前，生物醫(yī)學工程技術一直試圖將望聞問切機器化、符號化、數學化、形象化 （人臉識別），但是一直沒有成功.望、聞、問都行，但是脈診的自動化一直沒有達到理想的水平.一門科學要想引入計算機系統(tǒng)，首要的條件是符號化.因此中醫(yī)與人工智能的結合必須另辟新徑.另外，辨證論治本身可變參數太多，也不能直接進入計算機系統(tǒng).所以，中醫(yī)學理論的抽象化是不能與計算機相結合的一個障礙.另外，單純辨證論治理論基本進入平臺期，一直未有巨大突破，以癌癥治療為例，單純辨證論治治療只能是一種輔助治療.

筆者于2000年提出了三辨治癌的理論框架，即辨證論治、辨病理論治、辨病位論治相結合.中醫(yī)學強調辨證論治，而西醫(yī)學是辨病論治，中西醫(yī)結合是辨證論治加上辨病論治，需要強調的是這里的辨病指的是西醫(yī)的病名.對于如何辨病論治，三辨論治理論提出了具體的、可操作性強的治療方案，尤其在癌癥治療中實施了辨病論治的治療體系.它突出了中醫(yī)藥在癌癥治療中比較靈活、具有個體化治療的特性，副反應小，尤其容易被年高體弱、廣泛轉移，不能進行手術、放療、化療者，或放、化療后反應嚴重等中晚期患者接受，不僅能夠改善生活質量，而且可以延長生存期，長期帶瘤生存，還可以配合其他方法提高治療效果和減輕毒副反應［18］.辨證論治加辨病論治在腫瘤的治療上已初步獲得了成功，可將這個理論框架拓展到所有疾病的治療中來.在目前臨床基礎上，中醫(yī)學要想顯著提高臨床療效，必須進行理論框架的修正，即辨證論治和辨病論治相結合治療腫瘤，稱為三辨治癌，治療其他疾病稱為三辨論治.我們將這個理論框架付諸于實踐15年 （2000年～2015年）.2016年8月6日，《三辨論治治療晚期肺癌臨床應用研究》通過省級鑒定，達到國內領先水平［19、20］，初步證明了這個理論框架的先進性和廣闊的發(fā)展空間.

患者的最終目的是獲得最佳療效，用數學語言來說，就是在巨大的搜索空間中，迅速找到滿意解的能力.三辨論治理論框架完全適合于現(xiàn)在的人工智能系統(tǒng).它的優(yōu)點為：（1）把西醫(yī)對疾病研究的最新進展，尤其是西醫(yī)近數十年來對中藥藥理、藥效學研究的最新進展融進中醫(yī)的臨床治療中來；（2）由于辨證論治的復雜性和多樣性，可以將中醫(yī)學兩千年來的各種學派，以及目前中醫(yī)學的各種流派的經驗融入到專家?guī)熘衼恚唬?）將辨證論治和辨病論治相結合，即能將中西醫(yī)理論有機融合.

筆者根據55年臨床中醫(yī)治療癌癥經驗，結合三辨治癌的臨床應用病例，研究參西衷中三辨論治人工智能開方專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用計算機的分治法、回溯法、深度算法等，形成 “三辨會診”模塊.把前臺提交的患者信息作為一個命題提交后臺數據系統(tǒng)，系統(tǒng)自動把命題分解成一個或是多個小命題，模擬筆者三辨論治理論，結合病人具體病情，比如病位、病理、年齡、是否有放化療、舌苔脈象等，同時考慮到中藥藥材特性等因素，先針對某一癥狀開藥，然后結合臨床及藥典用量，給出中藥處方的較優(yōu)解.經過多次測試后，此人工智能專家系統(tǒng)開出的處方80%～90%和筆者處方思路一致，系統(tǒng)正逐漸修補一些BUG，力爭做到處方符合率達到95%以上.這個專家系統(tǒng)暫時命名為 “張士舜三辨論治人工智能疑難病臨床會診系統(tǒng)”，它雖不能代替醫(yī)生，但卻是醫(yī)生的有力助手，可以有效地為臨床醫(yī)生提供咨詢、經驗、研究成果和各種最新信息，并最終提出供醫(yī)生參考的處方組合的最優(yōu)解.這一系統(tǒng)將不斷更新、吸收最新信息，因此它又是動態(tài)的，初步體現(xiàn)了錢學森教授所指出的中醫(yī)學是一個復雜巨系統(tǒng)，具有自組織、自學習、自積累、自記憶的功能.

3 結語

當然，中醫(yī)學與人工智能的結合，我們只是開始切入，剛剛邁出了一小步，但對于中醫(yī)學的前進來說，可能是一大步，因為中醫(yī)學與人工智能結合的前景肯定是廣闊的.