數據挖掘技術應用于針灸重大問題研究的可行性分析

李宛蓉，李博，郭義，趙天易，潘興芳，陳波

(天津中醫藥大學針灸臨床評價與轉化中心，天津 301617)

在當今大數據時代的背景下，信息技術高速發展，人類積累的數據量也急劇增長。如何去粗取精、去偽存真，及時發現有用的知識，提高數據利用率，是一個亟待解決的問題,也是腧穴配伍效應規律課題組文獻研究的重要內容之一。

《大趨勢》中提到：“人類正在被信息淹沒卻又渴望知識。”[1]數據豐富但知識缺乏的現狀導致了數據挖掘技術的興起[2]。數據挖掘(Data Mining)，又稱數據庫知識發現(Knowledge Diseovery in Databases )，是從海量結構化信息中抽取或挖掘隱含信息和知識的重要方法和途徑，融合了人工智能、數據庫技術、模式識別、機器學習、統計學和數據可視化等多個領域的理論和技術[3]。數據挖掘技術在醫學領域的成功范例是Swanson 和Smalheiser通過半自動分析MEDLINE生物醫學文獻的題名, 獲得了一個完全創新且有價值的醫學猜測：即偏頭痛與人體鎂元素的缺乏有關[4]。Swanson教授的開創性工作使大批相關領域的研究者得到啟發，現今已有多項數據挖掘技術應用于醫學領域[2]。

針灸作為傳統醫學的重要組成部分，從古至今已積累了數以千計的古代文獻，數以萬計的名家經驗以及海量現代文獻，而缺乏“數據”仍然是世界范圍內制約針灸發展的關鍵問題[5]。如何從針灸文獻大數據中獲取有用信息，探索隱含信息和知識，數據挖掘為我們提供了一項可能的技術支持。

從美國NIH針灸聽證會、針灸研究行動計劃、針灸大科學研究計劃等可見腧穴配伍、經絡腧穴、針刺手法、針刺效應、針灸臨床及針灸標準化等一直是針灸研究中基本、重大、關鍵的科學問題[5-7]。筆者通過檢索中國知網、萬方、維普數據庫和Pubmed數據庫(1998年1月1日—2018年5月1日)，獲得數據挖掘技術應用于針灸研究中的相關文獻409篇，中文342篇，英文67篇。從圖1可見數據挖掘技術在針灸研究中的應用呈逐年遞增趨勢，且在近3年得到快速發展。從圖2可見，數據挖掘技術主要被用于研究腧穴配穴規律、針灸臨床應用及經絡腧穴等，其具體應用情況如下。

圖1 數據挖掘技術在針灸研究中的發展趨勢

圖2 數據挖掘技術用于各針灸研究問題占比

1 腧穴配伍規律

腧穴配伍是針灸學的重要內容之一，《黃帝內經》時期就特別重視腧穴配伍規律的臨床應用，記載了俞募配穴、遠近配穴等多種配穴方法，如《靈樞·官針》：“偶刺者，以手直心若背，直痛所，一刺前，一刺后，以治心痹”。目前，研究腧穴配伍規律的數據挖掘技術主要有頻次分析、聚類分析、關聯規則、復雜網絡等。Yu S等[8]通過頻次分析和關聯規則分析發現三陰交、氣海、關元是針灸治療原發性痛經的主要配穴處方，其中67.24%的腧穴為特定穴，下肢部位腧穴最常用。Zhe Li等[9]通過關聯規則分析發現針灸治療帕金森病時主要選取頭部腧穴，以上下配穴為主。Soon-Ho Lee等[10]通過復雜網絡分析發現針灸治療下背痛時有局部取穴、循經取穴和辨證取穴3種取穴方法，進一步通過拓撲分析發現局部腧穴腎俞、大腸俞是治療下背痛的主穴，遠端腧穴陰陵泉、太溪是提高腧穴配伍作用的重要配穴。

2 針灸臨床應用

針灸臨床應用主要包括針灸適宜病種、臨床決策輔助平臺建設、名老中醫經驗挖掘及刺灸法應用特點分析。

2.1 針灸適宜病種

針灸以其“簡、便、廉、效”著稱，現已在180多個國家和地區得到應用。

針灸適宜病種也已從世界衛生組織推薦的43種擴展到《現代針灸病譜》總結的461種[11]。研究針灸適宜病種對有效指導臨床實踐，推動針灸的國際化和現代化具有重要意義。然而，大多數針灸臨床療效顯著的疾病還沒有取得公認的臨床證據，利用現代數據挖掘技術從文獻中尋找證據亦或是一種可行的方案[5]。如吳糧葶等[12]通過頻次分析及關聯規則發現針灸治療中風后遺癥的病癥譜分布具有偏向性，主要集中在循環系統和神經系統等。

2.2 臨床決策輔助平臺建設

利用現代信息技術建設臨床決策輔助平臺，有利于推動針灸臨床決策的規范化、客觀化和智能化發展，促進針灸處方的優化，提高針灸臨床療效。如任玉蘭等[13]將貝葉斯法、Apriori降維的Logistic算法、TF-IDF算法、條件隨機場技術用于針灸診斷決策，通過關聯規則挖掘腧穴應用規律，通過復雜網絡尋找核心腧穴并用遺傳算法進行針灸治療最優方案設計，以此在國內外首先研制了針灸臨床循證決策支持系統。陳楚云等[14]構建的針灸古籍經驗推薦平臺綜合了多種數據挖掘技術，包括分詞、詞性標注、依存分析、規則抽取、相似度計算、歧義分析、監督分類技術，實現了自動化抽取針灸古籍文本，并通過關聯規則、決策分析實現全面智能化分析針灸古籍中病癥、經絡、腧穴及刺灸法規律，為針灸臨床決策提供了參考。

2.3 名老中醫經驗挖掘

中醫藥傳承發展至今，積累了大量的臨床經驗，如何總結、繼承和發揚這些名老中醫的學術思想及臨證經驗也是中醫學在傳承、創新和發展中所面臨的重大問題。張華等[15]通過頻次分析及關聯規則對田從豁教授的臨床配穴經驗進行整理，并總結出田教授有關臨床配穴的學術觀點，驗證了利用數據挖掘技術進行名老中醫臨床配穴經驗整理的可行性。

2.4 刺灸法應用特點

針灸治療方法不僅有毫針針刺，還包括艾灸、刺絡放血、火針、頭皮針、耳穴療法、穴位敷貼、穴位埋線、穴位注射等。對不同刺灸法臨床應用特點的把握將有助于針灸臨床決策時選擇合適的治療方法來保障臨床療效。賈春生教授團隊應用頻次分析、關聯規則、遺傳算法、分類算法等數據挖掘技術對不同刺灸法的臨床應用特點進行了詳細分析[16-23]。

3 經絡腧穴功能

經絡與腧穴是針灸學的基礎，針灸療法以腧穴為作用點，通過全身經絡傳導來調節機體的氣血陰陽平衡。而構成人體的腧穴(點)與經絡(線)本身具有小世界性、無標度性和魯棒性等復雜網絡特性[24]，故目前常用復雜網絡、拓撲分析等數據挖掘技術研究經穴特異性、病證腧穴網、經絡系統等。如梁繁榮等[25]通過數據挖掘發現經穴效應具有相對特異性并存在一定規律，即“經絡循行是基礎，經氣匯聚是關鍵”。Taehyung Lee等[26]構建病證腧穴網并應用TF-IDF算法分析腧穴與病證的關聯特征。Xu T等[27]以腧穴為節點，以癥狀為邊，定量分析腧穴癥狀網絡的拓撲性質，首次給出腧穴癥狀網絡在不同時刻的高效信息傳遞特性的拓撲證明。Jung WM 等[28]通過詞頻—逆文本頻率指數算法證實了八脈交會八穴與十二臟腑之間的密切聯系。

4 針刺手法

針刺手法是針灸臨床操作的基礎，在臨床治療過程中，通過一定的針刺手法促進人體的陰陽平衡以達到防治疾病的目的。然而在臨床使用針刺手法時常“心中易了，指下難明”。如何定量化、客觀化和規范化針刺手法，傳承并發揚針刺手法的精髓，數據挖掘相關知識為我們提供了技術支持。目前常用于針刺手法研究的數據挖掘技術主要有神經網絡分析、聚類分析、關聯規則、分類規則及頻次分析等。楊華元教授團隊[29-30]研究發現應用數據挖掘技術在針刺手法參數的挖掘上具有可行性。賈春生教授團隊[31-33]對毫針行氣手法及補瀉手法分析發現：毫針行氣手法是針刺取得療效的關鍵；單式補瀉手法常用捻轉和提插補瀉，以中風及其后遺癥最多見；腰腿痛是復式補瀉手法的優勢病種，足三里多用燒山火和透天涼，環跳多用龍虎交戰手法。

5 針刺效應

針灸作為中國古代科學的瑰寶，綿延發展幾千年，臨床療效是其能夠長期存在的基礎。探索針灸的作用機制及效應原理是提高針灸療效的關鍵。傳統針灸理論認為得氣與臨床療效密切相關，是針刺起效的重要指征及關鍵因素之一，為歷代醫家所重視，如《靈樞·九針十二原》 所言：“刺之要，氣至而有效。”故Q Pan等[34]利用關聯規則和頻次分析發現針刺得氣可提高臨床療效，且不同得氣特點與療效及病種密切相關。O Sang Kwon等[35]通過IF-IDF算法尋找與得氣產生的相關因素，發現得氣與干預措施關系密切。郭崢嶸等[36]通過關聯規則分析發現機體狀態也是影響針刺得氣的一個重要因素。C Men 等[37]利用復雜網絡映射刻畫針刺得氣后所誘發的神經電信號，為研究針刺得氣原理提供了一個新方法。同時，Qin W等[38]也通過復雜網絡分析針刺起效時的腦內時空編碼發現針感及神經級聯可通過復合神經網絡的動態重構來調節針灸的整體效應。

6 討論及展望

將傳統針灸理論與現代科學技術相結合，或將是針灸的未來發展方向。數據挖掘技術給針灸研究帶來了前所未有的發展契機。作為一種技術，其目的在于使用所發現的模式幫助解釋當前的行為或預測未來的結果[39]。數據挖掘技術在處理海量模糊性和非線性數據時，與傳統方法相比，具有發現有效、新穎及潛在有用知識的優勢。雖然數據挖掘技術被用于針灸研究不足20年，其在腧穴配伍規律、刺灸法應用特點及經穴特異性上已取得較好進展，但在針灸適宜病癥、臨床決策輔助平臺建設、經絡實質、針刺手法、針刺效應及針灸標準化等問題的研究上依然處于探索或起步階段，還面臨著數據量龐大、數據質量參差不齊等挑戰。為更好地利用數據挖掘技術，推動針灸與時俱進、向前發展,應從以下三方面加強。

首先，我們應加強數據挖掘技術與臨床研究的結合，建設真實世界針灸臨床研究與數據管理的臨床及科研信息共享平臺，規范臨床電子病歷及臨床數據報道，為針灸適宜病癥篩選、臨床療效評估及臨床決策提供可靠的數據證據支持，并為針灸驗證性研究奠定基礎[5]。

其次，我們應加強數據挖掘技術與基礎實驗研究的結合，利用數據挖掘及計算機軟件技術模擬與重建人體的經絡腧穴網及針刺啟效時的機體功能變化等，探索經絡實質及模擬針刺效應，再通過基礎實驗驗證假說。

最后，我們應加強數據挖掘技術與針灸轉化應用推廣的結合，通過數據挖掘定量化與客觀化針刺手法，并對患者的針刺感受進行實時、客觀、有效及可視化的反饋，研制規范化的現代化針刺治療儀器設備，同時推動針灸標準化體系全面協調可持續地發展，并將文獻研究、臨床研究、基礎研究的成果整合到針灸臨床決策輔助平臺中去，實現疾病診斷規范化、針灸處方最優化、臨床操作標準化、臨床決策智能化，臨床服務人性化，實現針灸臨床療效的最大化，推動針灸發展的現代化和國際化。