林定坤辨治骨傷科疾病用藥規律的數據挖掘

林方政， 陳樹東， 趙兵德， 侯宇

[1.貴州中醫藥大學，貴州貴陽 550001；2.廣州中醫藥大學第二附屬醫院（廣東省中醫院），廣東廣州 510120；3.林定坤廣東省名中醫工作室，廣東廣州 510120]

國家級非物質文化遺產“石氏傷科”第四代傳人、國醫大師石仰山教授是我國著名的中醫學家、傷科臨床家、教育家、現代中醫骨傷名師。石仰山教授從醫60 余載，為中醫骨傷科學術傳承和人才培養做出了卓越的貢獻。石仰山教授理傷續斷注重實踐，推崇“十三科一理貫之”的指導思想，力求明其病理，察其病機，撮其要旨，結合骨傷之特點，取其醫理之精華，融古訓與新知于一體；臨證時擅長氣血兼顧，注重兼邪，突出痰瘀，內外并重，脾腎同治，治病求本。其診治理傷的基本原則是氣血兼顧，以血為先，以氣為主；針對傷筋動骨的疾患，主張筋骨并重，內合肝腎；對于傷科疾病前后，風寒濕外侵為患時，需調治兼邪，重視濕邪的論治，如石氏名方“牛蒡子湯”中的君藥牛蒡子、僵蠶，二者合用可祛痰消腫、宣滯破結，助秦艽、獨活舒筋活血等，常用于痰濕入絡之頸椎病、肩周炎等病癥。外用之劑的配伍以辛竄走竅藥物為主，注重劑型改革，療效頗著[1]。如石氏傷膏（現名“復方紫荊消傷膏）為三色敷藥的現代巴布劑型，其運用紫荊皮、黃金子之味辛苦性溫的特性以溫經散瘀、活血消腫，輔以祛風勝濕、活血化瘀之藥，可用于損傷各時期，也可治陳傷及寒濕痹痛。林定坤教授為廣東省名中醫，于2001 年拜師石仰山教授，致力于中醫骨傷科的學術傳承及中西醫結合治療骨科疾病的臨床和基礎研究。林定坤教授從事臨床與教學工作近30 年，全面繼承和發揚了石氏傷科的學術理論及思想，臨證時博采眾長，療效頗佳。本文運用數據挖掘方法分析林定坤教授骨科門診病歷文本記錄，探討其治療骨傷科的用藥規律，挖掘蘊含的隱性知識，以研究名醫臨床用藥特點，并基于國醫大師石仰山教授的學術思想，探討林定坤教授治療骨傷科疾病用藥的學術傳承特點。

1 資料與方法

1.1 門診病例數據來源 收集2007 年至2013 年廣東省中醫院門診醫療信息管理系統中林定坤教授的骨科治療中心的門診病例數據。數據主要包括門診時間、診療號、姓名、性別等一般信息，以及癥狀、體征、中醫診斷、西醫診斷、西藥處方、中藥處方、檢查項目等診療信息。門診部醫療信息管理系統在設計時已自動進行規范化，導入了標準的中藥名稱、中醫證候名稱、國際疾病分類標準編碼（ICD-10）、中醫藥名詞術語等數據。數據提取過程中對患者隱私進行數據保護。本文僅初步分析中藥處方。

1.2 數據處理與分析 通過目標分析和數據理解兩個步驟，對數據進行有針對性的預處理。在預處理環節，主要利用文本處理技術對非結構化的文本進行數據提取。部分項目由于數據更新不及時、手工錄入疏忽或其他原因導致記錄缺失。考慮到患者的基本信息和診療方案的隱私性，本文不對姓名或年齡缺失的記錄做處理，只對口服中藥記錄內容做提取，外用中藥療法等記錄亦不在提取范圍內。本數據挖掘利用Java 編程方式，結合正則表達式，從文本數據中匹配出所要分析的目標數據，提取完整有效的門診記錄，形成“patient”和“medicine”共2 個文本，基本信息包括門診編號、年齡、性別及中藥名稱。每條記錄對應一個中藥處方，若同一患者服用過2 個處方，即有2條記錄。

2 結果

2.1 基本數據信息 共提取了完整有效的門診記錄6 957 條（就診例次），其中男性2 613 例次，女性4 344 例次，分別占38%和62%；納入的門診病例的平均年齡約為52 歲，涉及的骨傷科的病種有20 余種，出現頻率較高者以頸椎病、腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥、膝骨關節炎、骨質疏松癥為主，具體見圖1。

圖1 林定坤辨治骨傷科疾病的病種分布Figure 1 Distribution of traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

2.2 林定坤辨治骨傷科疾病處方的中藥分布情況 在6 957首處方中，總共出現了439味中藥；其中，當歸、牛膝、丹參、川芎和獨活出現的頻次較多，支持度計數分別為3 496、2 819、2 720、2 039 和1 901，其他中藥的支持度計數總和為65 444（支持度計數指整個事務數據集中包含的特定項集的事務數）。每條病歷記錄（對應一個中藥處方）中的中藥集合數目在1 ～24、27、62 的范圍內變化。平均每條記錄出現的中藥處方約為11.27 項。中藥集合項數的密度函數分布和出現最頻繁的前20味中藥分別如圖2和圖3所示。

圖2 林定坤辨治骨傷科疾病處方的藥物集合項數的密度函數分布Figure 2 Distribution of the density function of herbal sets in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

圖3 林定坤辨治骨傷科疾病處方藥物中居前20位的藥物分布Figure 3 Distribution of the leading 20 herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

2.3 林定坤辨治骨傷科疾病處方藥物的關聯規則分析 在建模環節，運用Apriori 算法對診療項目中的中藥處方進行關聯規則挖掘。該算法主要有頻繁項集挖掘和強規則生成兩大步驟。關聯規則挖掘算法涉及項集、支持度計數、強關聯規則、頻繁項集、支持度、置信度和提升度等概念。項集指數據項目的集合，包含k個不同項目的項集稱為“k-項集”。規則A=＞B 的支持度指同時包含A和B 的事務在所有事務中出現的頻率（即事務數據集中包含項目A 和B 的事務占所有事務的百分比）。強關聯規指根據用戶預定義的支持度和置信度閾值，規則支持度和置信度不小于最小閾值的規則。頻繁項集指支持度不小于最小支持度閾值的項集；置信度指在項目A出現的情況下，項目B出現的頻率（即事務數據集中同時包含項目A 和B的事務占包含項目A的事務的百分比）。除了支持度和置信度之外，提升度也是用于度量關聯規則強弱的指標，提升度用規則后項置信度與規則后項的支持度的比值來表示。規則提升度接近1，說明規則前項并沒有使規則后項發生的概率提高太多，即說明這樣的關聯規則沒有明顯意義，反之提升度遠大于1的關聯規則更有價值。

2.3.1 支持度分析 在中藥項目集合中，共有6 957條事務數據記錄和439個中藥項目，頻繁1項集（單味藥）、2項集（藥對）和3項集（藥物組合）如表1 ～表3 所示（僅列出前15 項，設置最小支持度閾值為0.05）。表1 所示的林定坤辨治骨傷科疾病處方的常用藥物中，當歸、丹參、白芍養血活血，川芎、黃芪、陳皮補氣行氣，牛膝、杜仲、桑寄生、黨參、肉桂、甘草補益肝腎、固護脾胃，獨活、桂枝祛風勝濕、溫經散寒止痛，總體體現了石氏傷科“氣血兼顧，調治兼邪，審虛實，施補瀉”的學術思想。

表2 ～表3 的藥對及藥物組合中，氣、血藥物最多，充分體現了石氏傷科“以氣為主，以血為先”的理念。當歸、黃芪，僵蠶、牛蒡子為石仰山教授常用的藥對。當歸配黃芪，黃芪甘、微溫，歸脾、肺經，溫分肉而實腠理，益元氣而補三焦，配伍后相為輔佐，氣血并治，通補兼顧[1]。僵蠶、牛蒡子藥對長于化痰濕，牛蒡子性涼味辛苦，祛痰消腫，通行十二經絡，僵蠶性平味辛咸，祛風解痙，化痰散結，配伍可行十二經脈、開破痰結、導其結滯、宣達氣血、滑利關節[1]。此外，藥物組合中當歸配伍行氣活血藥、補益肝腎藥最為多見，提示林定坤教授在臨床運用中藥時非常重視補臟腑、和氣血、通經絡、強筋骨[2]。當歸味甘、辛、溫，歸肝、心、脾經，長于補血、行血，補中有動，行中有補，為補血圣藥、血中 氣藥[3]。當歸配氣中血藥之川芎、收斂之白芍、補氣之黃芪、益肝腎之桑寄生、溫經之桂枝，可起到活血、養血、補血、補氣、行氣之功。

表1 林定坤辨治骨傷科疾病處方中的常用藥物分析Table 1 The commonly-used herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

表2 林定坤辨治骨傷科疾病處方中的常用藥對分析Table 2 The commonly-used herbal pairs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

表3 林定坤辨治骨傷科疾病處方中的常用藥物組合分析Table 3 The commonly-used herbal combinations in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

2.3.2 置信度分析 考慮到中藥的支持度計數，為了有效挖掘不太明顯的關聯規則，在關聯規則挖掘算法中，設置最小的支持度閾值為0.1（即1個癥狀在項目集合中的支持度計數至少要達到6 957×0.1，約為700），同時設置最小置信度閾值為0.8（即當關聯規則的置信度超過0.8 時，才認為得到的規則為強關聯規則）。經過關聯規則挖掘，最終可得到強關聯規則共127條，根據規則提升度評價指標，排名前15位的關聯規則見表4。

表4 林定坤辨治骨傷科疾病處方藥物的關聯規則Table 4 The leading association rules of the herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

由表4可知，上述關聯規則均超過了最小支持度和最小置信度閾值，同時提升度大于1，這些規則可歸屬統計意義顯著的強關聯規則。為了更加直觀清晰地體現關聯規則蘊含的意義，可對關聯規則結果進行可視化，見圖4 與圖5。圖4 所示為分析得到的127 條規則前后項的氣泡矩陣圖，圖5為中藥之間的關系網狀圖（節點大小表示規則支持度的高低，節點顏色深淺表示規則提升度的高低）。從圖5 中除了能觀察到類似圖4 中體現出來的關聯規則強弱，同時可以看出中藥間關系的密切程度。

關聯規則清晰地體現了藥物間的因果關系。表4 中丹參、僵蠶、牛蒡子3 味藥關聯度較高，3 者的藥物組合為石氏牛蒡子湯[4]（牛蒡子、白僵蠶、丹參、白蒺藜、獨活、秦艽、白芷、半夏、桑枝）、逐痰通絡湯[1]（牛蒡子、白僵蠶、白芥子、炙地龍、澤漆、制南星、金雀根、丹參、全當歸、川牛膝、生甘草）的君藥。從圖4 ～圖5 還可看到土鱉蟲與丹參、僵蠶、牛蒡子的關系，這幾味藥即為痰瘀阻絡湯[1]（牛蒡子、土鱉蟲、僵蠶、獨活、白芷、半夏、丹參、制南星、白蒺藜）的主要組成藥物。丹參、僵蠶、牛蒡子藥物組合及土鱉蟲、丹參、僵蠶、牛蒡子的藥物組合體現了石氏傷科調治兼邪、獨重痰濕的學術思想。此外，從關聯結果可以看出，林定坤教授多采用補益肝腎、活血化瘀之法。獨活、牛膝、杜仲、桑寄生、秦艽之間的關聯度較高，該組合為《備急千金要方》中獨活寄生湯（獨活、桑寄生、杜仲、牛膝、細辛、秦艽、茯苓、肉桂心、防風、川芎、人參、甘草、當歸、白芍、干地黃）的主要成分，主治肝腎虧虛、氣血不足兼風寒濕邪外侵之證。當歸、紅花、赤芍關聯度較高，該組合有養血活血祛瘀之功。

圖4 林定坤辨治骨傷科疾病處方藥物的127條關聯規則的前后項的氣泡矩陣圖Figure 4 The bubble matrix of the antecedent and the consequent of the 127 association rules of the herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

圖5 林定坤辨治骨傷科疾病處方藥物的關系網狀圖Figure 5 Network of the relationship of the herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

3 討論

運用數據挖掘技術探討中藥方劑配伍規律，能在一定程度上揭示臨證經驗，從而更好地繼承學術思想。非結構化的病歷文本數據隱含了患者的基本信息、癥狀、診斷和治療等方面的信息或聯系，有效挖掘這些數據能夠為預測預判患者的狀況、診斷或治療等提供依據。本文在深入理解這些門診病歷文本數據的基礎上，利用文本處理技術提取有效數據，并結合經典的數據挖掘方法——關聯規則分析，以目前生物醫療數據挖掘領域主流的R 語言工具對這些數據隱含的關聯信息進行挖掘，為探討中醫學術傳承提供思路。

石氏傷科為我國骨傷科重要學術流派之一，歷經石蘭亭（第一代）、石曉山（第二代）、石筱山與石幼山（第三代）三代人的探索與積累，以及第四代傳人、國醫大師石仰山教授等的繼承與創新，總結出了石氏傷科“氣血兼顧，以氣為主，以血為先；筋骨并重，內合肝腎；調治兼邪，獨重痰濕；勘審虛實，施以補瀉”的中醫骨傷科疾病的辨治思想[1]。林定坤教授師承石仰山教授，經恩師口傳身授，并結合現代醫學，在中醫骨傷科學、中西醫結合骨傷科學有較深的造詣。本數據挖掘分析結果顯示，林定坤教授門診治療的骨傷科疾病以中老年退行性骨關節病為主。從提取的藥物信息來看，前15 味藥物支持度高達17%或以上，其中又以氣血藥物居多，且包含當歸、川芎的藥對及藥物組合支持度較高，充分體現了石氏傷科內治的“氣血兼顧”的基本原則。肢體之活動、血的化生等皆依賴于氣之充養，而積瘀阻道則妨礙氣行，故以氣為主是常法，以血為先是變法。石氏傷科認為，損傷氣血屬氣脈閉塞，經絡凝滯之類，易于痰聚為患，且與風、寒、濕、瘀諸邪相合為患，反復損傷致氣血呆滯，痰濕留戀，痰瘀交凝，筋損失用，而成纏綿難已之痛疾[1]。僵蠶、牛蒡子、土鱉蟲、丹參間的關聯性，體現了林定坤教授辨治骨傷科疾病以石氏傷科的“兼邪論治，獨重痰濕”理念[4]。在關聯規則分析中，還得到了石氏牛蒡子湯、逐痰通絡湯、痰瘀阻絡湯，及經典方獨活寄生湯等方劑的主要組成藥物。描述性藥物分析中則蘊含了諸如補陽還五湯、黃芪五物湯、當歸四逆湯、芍藥甘草湯、活血舒筋丸、固腰湯、當歸補血湯、益氣養經湯等常用方的組成。這些方劑的處方思想也體現了石氏傷科在固守的基礎上以通為治，在固腎強脊之中，通利祛邪，標本兼治[5-6]。此外，林定坤教授臨證時常根據嶺南多濕的特點，加用祛風除濕之藥，如獨活、防風等。以上分析提示林定坤教授辨治骨傷科疾病處方用藥的基本特點是對石氏傷科經驗方、骨傷科經典方的繼承和發揚。