于彤楊碩賈李蓉高博李敬華董燕朱玲于琦張竹綠

面向中醫(yī)證候?qū)W研究的知識服務(wù)系統(tǒng)研發(fā)*

于彤①楊碩①賈李蓉①高博①李敬華①董燕①朱玲①于琦①張竹綠①

為探索中醫(yī)證候領(lǐng)域的知識建模方法和知識服務(wù)模式，初步建立了一個(gè)“中醫(yī)證候知識庫”，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于萬維網(wǎng)的知識服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了知識檢索、知識瀏覽、知識問答等功能，能支持中醫(yī)證候?qū)W研究和臨床決策等應(yīng)用。

中醫(yī)藥； 知識庫； 知識工程； 中醫(yī)證候

中醫(yī)藥領(lǐng)域中蘊(yùn)含著豐富的知識遺產(chǎn)。如何促進(jìn)中醫(yī)藥知識資源的深度共享與廣泛傳播，使全球中醫(yī)、學(xué)者都能充分利用這座知識寶庫，是非常重要的問題?；谌f維網(wǎng)構(gòu)建的知識服務(wù)系統(tǒng)，為中醫(yī)藥知識的檢索和訪問提供了一種便捷的途徑[1]。作為領(lǐng)域知識的數(shù)字載體，知識庫在知識服務(wù)系統(tǒng)中扮演著核心角色[2-3]。近年來，知識工程方法在中醫(yī)藥領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為構(gòu)建知識庫、實(shí)現(xiàn)知識服務(wù)系統(tǒng)的有效手段[4-5]。

中醫(yī)證候?qū)W是開展中醫(yī)藥知識工程研究的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。證候是疾病某一發(fā)展階段病因、病理、病位、病勢的綜合表現(xiàn)，辨證是中醫(yī)學(xué)所獨(dú)特的認(rèn)識疾病、診斷治療疾病的途徑和方法[6]。辨證論治是中醫(yī)學(xué)的精髓，正確的辨證分型是中醫(yī)臨床取得療效的關(guān)鍵[7]。開發(fā)面向證候?qū)W領(lǐng)域的知識庫和知識服務(wù)系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)證候?qū)W知識體系的系統(tǒng)梳理和永久保存，而且能為中醫(yī)臨床決策提供信息技術(shù)支持。

本體（Ontology）是近年來知識工程領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新興技術(shù)，它已在復(fù)雜知識建模和推理等方面體現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢，為中醫(yī)證候知識建模提供了潛在的解決方案[8]。本體是一種用于表示領(lǐng)域知識的計(jì)算機(jī)模型，它定義了一組表示知識的“原語（primitive）”，如類（class）、屬性（property）和關(guān)系（relationship）等[9-10]。中醫(yī)學(xué)者已開展了基于本體構(gòu)建中醫(yī)藥知識庫的探索工作[11-12]。例如，車立娟等[13]以Protégé為工具，構(gòu)建了用于表達(dá)“肺陰虛證”病機(jī)規(guī)則的本體知識庫；李新霞[14]以Jena為工具，構(gòu)建了中醫(yī)脾胃病領(lǐng)域本體知識庫；易鋼等[15]基于本體構(gòu)建了一個(gè)包括中醫(yī)概念、關(guān)系及規(guī)則等內(nèi)容的知識庫；于彤等[8]提出了基于本體對證候?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的方法。這些工作初步驗(yàn)證了基于本體技術(shù)構(gòu)建中醫(yī)藥知識庫的可行性，但構(gòu)建全面、完整、實(shí)用的中醫(yī)藥學(xué)本體仍是一個(gè)長期而復(fù)雜的過程。

本研究選取“中醫(yī)脾系證候”作為目標(biāo)領(lǐng)域，探索中醫(yī)證候領(lǐng)域的知識建模方法，開展中醫(yī)證候知識庫構(gòu)建的示范研究，演示中醫(yī)證候知識庫的潛在應(yīng)用，探索知識服務(wù)的新穎模式。本研究依據(jù)中醫(yī)文獻(xiàn)、病案以及網(wǎng)絡(luò)上的信息資源，界定“中醫(yī)脾系證候”的范圍，搜集并篩選相關(guān)概念，梳理概念的層次結(jié)構(gòu)和語義關(guān)系，構(gòu)建示范性的本體知識庫；繼而開發(fā)了一個(gè)面向中醫(yī)證候?qū)W研究的知識服務(wù)系統(tǒng)，支持領(lǐng)域?qū)＜夜蚕碇嗅t(yī)證候知識，開展中醫(yī)證候?qū)W研究，具體介紹如下。

1 中醫(yī)證候知識庫

本研究基于本體技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)示范性的“中醫(yī)脾系證候知識庫”（以下簡稱“Spleen”）系統(tǒng)。Spleen的分類體系如圖1（a）所示，其根節(jié)點(diǎn)是“事物”，其下定義了“證候”、“疾病”、“癥狀”、“方劑”、“中藥”等類型。在“證候”類型之下，以“八綱辨證”、“精氣血津液辨證”、“臟腑辨證”和“經(jīng)絡(luò)辨證”等多種方式對證候概念進(jìn)行了分類組織。為了精確描述證候的臨床表現(xiàn)、治療方法等知識，該本體還定義了相關(guān)的癥狀、疾病、中藥和方劑等概念。

本研究提出了“上下位關(guān)系”、“現(xiàn)象表達(dá)”、“組成”、“治療”、“證候調(diào)整”、“方劑調(diào)整”、“癥狀加（調(diào)整）”等一組語義關(guān)系，對Spleen中概念之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)性梳理與規(guī)范化表達(dá)。如圖1（b）所示，Spleen通過這組語義關(guān)系將“證候”與其他的語義類型關(guān)聯(lián)起來。中藥和方劑主要是用來治療證候的，因此在“證候”與“中藥”、“方劑”之間建立“被治療”關(guān)系。證候在某種程度上具有“癥候群”的含義，它可被視為由一組癥狀“組成”的。因此，在“證候”與“癥狀”之間建立“由……組成”關(guān)系?！凹膊　笔恰白C候”所表達(dá)出來的某種現(xiàn)象，它們之間是一種現(xiàn)象和本質(zhì)的關(guān)系。因此，在“證候”與“疾病”之間建立“現(xiàn)象表達(dá)”關(guān)系。為了記錄證候知識的來源，建立“證候”與“文獻(xiàn)”之間的“來源于”關(guān)系?！皝碓从凇标P(guān)系也可被用于標(biāo)注疾病、中藥等其他領(lǐng)域?qū)嶓w的出處。

圖1 中醫(yī)證候知識的基本模型

Spleen為概念添加文字屬性，來表達(dá)概念的相關(guān)知識（如方劑的功效、性味、歸經(jīng)，以及疾病的病位、病因、病機(jī)、病性等），這豐富了Spleen的知識內(nèi)容。

上述語義類型、語義關(guān)系和文字屬性，為證候?qū)W知識建模提供了一個(gè)簡單的框架?；诖丝蚣埽唁浫敫拍?710個(gè)，其中證候有265個(gè)，證候加減527個(gè)，疾病86個(gè)，方劑482個(gè)，中藥385個(gè)，癥狀959個(gè)；添加8926條文字信息以及10 471條語義關(guān)系（于2014年1月24日統(tǒng)計(jì)）。

2 中醫(yī)證候知識服務(wù)系統(tǒng)

在Spleen知識庫的基礎(chǔ)上開發(fā)了一個(gè)知識服務(wù)系統(tǒng)，以萬維網(wǎng)的方式向網(wǎng)絡(luò)用戶提供知識檢索與展示、知識瀏覽與導(dǎo)航以及知識問答等服務(wù)，現(xiàn)分別介紹如下。

2.1 知識檢索與展示 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于關(guān)鍵詞的知識檢索功能。如圖2所示，用戶可輸入關(guān)鍵詞——“肝氣犯胃證”，系統(tǒng)將會提供“肝氣犯胃證”等概念的基本信息，并推薦與“肝氣犯胃證”相關(guān)的概念的鏈接。當(dāng)用戶點(diǎn)擊這些概念的鏈接時(shí)，系統(tǒng)將引導(dǎo)到這些概念所對應(yīng)的知識展示頁面。系統(tǒng)以概念為單位對中醫(yī)證候知識進(jìn)行展示，它在一張頁面中綜合呈現(xiàn)某一概念的相關(guān)知識，并基于概念語義關(guān)系實(shí)現(xiàn)知識導(dǎo)航功能。例如，系統(tǒng)會針對“脾胃陰虛證”提供一張知識展示頁面，展示“脾胃陰虛證”的中文正名、類型、來源等信息，基于“現(xiàn)象表達(dá)”關(guān)系導(dǎo)航到該證候相關(guān)的疾病，并基于“由……組成”關(guān)系導(dǎo)航到該證候相關(guān)的“癥狀”。

2.2 知識瀏覽與導(dǎo)航 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中醫(yī)領(lǐng)域概念的分類導(dǎo)航界面。該界面提供一個(gè)類型列表，展示語義類型的名稱及其實(shí)例數(shù)量；當(dāng)用戶選擇某一類型時(shí)，系統(tǒng)列出該類型的實(shí)例。當(dāng)用戶點(diǎn)擊某一概念的鏈接時(shí)，系統(tǒng)會導(dǎo)航到該概念的展示界面。

系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了語義關(guān)系的導(dǎo)航界面。該界面列出知識庫中的語義關(guān)系（如“由…組成”、“來源于”、“上位詞”、“下位詞”等）以供用戶選擇。如圖3所示，當(dāng)用戶選擇“由…組成”時(shí)，系統(tǒng)會分頁顯示知識庫中所有的“由…組成”關(guān)系。用戶還可以輸入關(guān)鍵詞對語義關(guān)系進(jìn)行篩選。如當(dāng)用戶輸入“香砂六君子湯”時(shí)，系統(tǒng)會列出所有包含“香砂六君子湯”的“由…組成”關(guān)系，用戶即可了解到“香砂六君子湯”是由哪些中藥組成的。若用戶想了解“哪些藥物治療肝火犯胃證”，可在語義關(guān)系列表中選擇“治療”，并在搜索框中輸入“肝火犯胃證”，系統(tǒng)則列出與“肝火犯胃證”有“治療”關(guān)系的中藥或方劑。

圖2 中醫(yī)證候知識檢索界面（以“肝氣犯胃證”為例）

圖3 語義關(guān)系的導(dǎo)航界面（以“香砂六君子湯”的組成為例）

2.3 簡單的知識問答 問答系統(tǒng)是知識庫系統(tǒng)的一般交互方式，也是展示推理能力的一種常用方式。本項(xiàng)目構(gòu)建了一個(gè)中醫(yī)問答系統(tǒng)的雛形，它提供類似于搜索的界面，但“更加智能”：它不是提供成千上萬的搜索結(jié)果，而是提供問題的答案和準(zhǔn)確的知識。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)癥狀辨別證候以及推薦處方等常見的問答形式。如圖4所示，當(dāng)用戶輸入證候“脾胃虛寒證”之后，系統(tǒng)會向用戶推薦“小建中湯（來源于教材《方劑學(xué)》）”、“丁萸理中湯（來源于教材《中醫(yī)兒科學(xué)》）”等方劑。系統(tǒng)還基于簡單的間接關(guān)系推理來找出推薦方劑。例如，系統(tǒng)可根據(jù)“小建中湯加黨參白術(shù)治療腹痛”和“脾胃虛寒證現(xiàn)象表達(dá)腹痛”，推測出“小建中湯加黨參白術(shù)”治療“脾胃虛寒證”，并將“小建中湯加黨參白術(shù)”作為推薦方劑提供給用戶。用戶點(diǎn)擊“小建中湯加黨參白術(shù)”信息右側(cè)的“推理依據(jù)”，即可查看系統(tǒng)推薦意見背后的推理依據(jù)。

目前，中醫(yī)問答原型系統(tǒng)目前實(shí)現(xiàn)了3種用戶場景，具體如下。

2.3.1 中醫(yī)辨證場景 用戶可輸入一組癥狀（如口干、唇干、干嘔、呃逆、面色潮紅、皮膚干燥、大便干結(jié)等），系統(tǒng)從知識庫中找出與這些癥狀最為匹配的證候（如脾胃陰虛證），并列出相關(guān)證候的簡要信息。

2.3.2 中醫(yī)證候信息問答場景 用戶輸入證候（如“肝氣犯胃證”），系統(tǒng)根據(jù)知識庫向用戶推薦合適的方劑。在方劑推薦中，系統(tǒng)可根據(jù)知識庫處理“肝氣犯胃證兼有胃痛”等各種證候加減變化的情況。系統(tǒng)還根據(jù)知識庫向用戶推薦與該證候相關(guān)的疾病。

2.3.3 中醫(yī)疾病信息問答場景 用戶可輸入疾病名稱（如痰飲），系統(tǒng)基于知識庫向用戶推薦方劑（如苓桂術(shù)甘湯），并列出相關(guān)證候的簡要信息。

圖4 中醫(yī)證候知識問答界面（以“脾胃虛寒證”為例）

3 結(jié)語

中醫(yī)證候?qū)W的知識體系博大精深、內(nèi)涵豐富，為中醫(yī)臨床實(shí)踐提供了重要的指導(dǎo)和依據(jù)。對證候進(jìn)行深入研究，具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值[1]?；谥R庫的知識服務(wù)系統(tǒng)，為中醫(yī)證候?qū)W研究提供了新穎的信息技術(shù)手段。本研究采用本體技術(shù)初步建立了一個(gè)“中醫(yī)證候知識庫”，對中醫(yī)證候的古今概念進(jìn)行準(zhǔn)確描述，并理順概念之間的語義關(guān)系。在該知識庫的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于萬維網(wǎng)的知識服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了如下3方面的功能：（1）知識檢索與展示：支持用戶通過檢索詞檢索知識庫中關(guān)于某個(gè)概念的知識；（2）知識瀏覽與導(dǎo)航：支持分類導(dǎo)航、語義關(guān)系導(dǎo)航以及概念之間的關(guān)聯(lián)導(dǎo)航；（3）知識問答：支持辨證問答、證候信息問答和疾病信息問答，為臨床決策提供支持。該系統(tǒng)初步驗(yàn)證了基于中醫(yī)證候本體實(shí)現(xiàn)知識服務(wù)系統(tǒng)的可行性，對于在中醫(yī)證候?qū)W領(lǐng)域推廣知識服務(wù)具有借鑒意義。

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Research and Development of Knowledge Service System for Investigating Syndromes in Traditional Chinese Medicine/

YU Tong，YANG Shuo，JIA Li-rong，et al.//Medical Innovation of China，2014，11（21）：120-123

To investigate the method of knowledge modeling and the model of knowledge service in the field of Traditional Chinese Medicine （TCM） syndromes，we constructed a knowledge base for TCM syndromes，and built a Web-based knowledge service system，which implemented functions such as knowledge retrieval，knowledge navigation，question-answering and supported TCM syndrome research and clinical decision-making.

Traditional Chinese Medicine； Knowledge base； Knowledge engineering； TCM syndrome

10.3969/j.issn.1674-4985.2014.21.039

2014-05-06） （本文編輯：歐麗）

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（ZZ070804）；中國中醫(yī)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)自主選題項(xiàng)目（ZZ070311、ZZ060303）

①中國中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)藥信息研究所 北京 100700

于彤

First-author’s address：Information Institute of Traditional Chinese Medicine，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing 100700，China