中医学与人工智能

张士舜

（石家庄市中医院张士舜国家名老中医传承工作室，河北 石家庄050011）

0 前言

马克思认为，一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步［1］.为了使中医数学化，笔者曾经进行了多年努力，包括学习高等数学、模糊数学、老三论、新三论、泛系理论、复杂性科学、非线性数学、混沌理论.在二十世纪八九十年代，曾经形成过一个热潮，当时称作多学科研究中医，笔者为此也进行了相关研究，在1984年撰写了 《中医现代化研究》专著，并把此著作寄给了钱学森教授.钱学森教授肯定了笔者的研究方向并予以回信.著名学者戴汝为院士在 《系统学与中医学创新发展》这本书中是这样记录这段历史的，“经历了在20世纪80年代中医药现代化蹒跚的过程，钱学森以一个科学大师的坚定再次指明了中医现代化的科学观点和方法，1990年6月4日致张士舜的信中说：必须现代化而现代化又必须引用现代科学的前沿——系统科学.因此我赞成 《中医现代化研究》的基本出发点.但我认为所用方法论是不够的，因为人体是开放的复杂巨系统，不是开放的简单系统，这中间有本质上的区别.老方法不行，要用定性与定量相结合的综合集成法.”［2］综合集成法是思维科学的应用技术，既会用到思维科学成果，又会促进思维科学的发展.计算机、网络、人工智能、知识工程的迅速发展，大大促进了综合集成工程的发展.应用综合集成工程，能够找到中医学与数学结合的切入点.

1 中医学与数学的关系

中医学与数学有着密切的关系.在两千年前的春秋战国时期，也是我们国家从奴隶制向封建制发展过程中，出现了孔子、孟子、墨子、韩非子、老子、孙子等优秀的思想家和科学家，当时称作诸子峰起、百家争鸣.同时也出现了天文学、气象学、物候学、地理学、哲学和数学等学科.当时的数学称为大数法则，这些先进的综合的宏观的科学知识与中国当时的医疗实践相结合，出现了绵延至今的中医学.所以说中医学是古代宏观科学，是中国古代数学与医学实践相结合的产物.在21世纪的今天，当代数学的最新成就必将对中医学的发展产生重大影响.中医学同数学的不断结合，正是中医学现代化的具体内容之一.数学是研究现实世界中的量及量的关系的科学.一门学科同数学相结合或者说一门学科的数学化，首先意味着从定性研究进入到定量分析，即意味着数量化.数量化又意味着符号化，还意味着抽象化.数学的抽象程度比其他科学的抽象程度要高.因此，有一句名言，数学是科学的皇后.科学产生于用数学解释自然这一信念.科学的本质是数学.纵观科学发展的历史，很多新的科学都是伴随着那些不能变成数学的事物变成数学而得到发展.新的科学的创造与数学的发展是并行的.随着人类对客观世界的认识不断深化，数学在各门学科中的应用越来越广泛和深入.

2 人工智能在中医学中的应用

计算机和人工智能的飞速发展，对整体科学的进步和生产力的提高起到了巨大的推动作用.中医学也应与人工智能相结合，从而推动中医学产生飞跃式的发展.计算能力的提高、算法研究的突破以及大量数据的积累，这三个要素的具备为人工智能在中医学中的应用奠定了基础.计算机日益强大的分析处理能力，使人工智能如虎添翼，异军突起，引起了政府和社会广泛的关注.在医疗领域，人工智能仅仅是起步.医学是一门综合性科学，医疗服务对象又是个性化的，疾病产生的原因又是多因素的，因果关系复杂.2016年8月，IBM宣称：人工智能标志性产品WATSON在日本东京仅用了10 min，便为一名60多岁患罕见白血病的女性患者作出诊断并给出治疗方案.当前，人工智能在中医学上的应用还是一个全新的挑战.有挑战就有机遇，就有发展空间.

2.1 早期的人工智能系统在中医学中的应用

早在20世纪80年代，已有学者对中医辨证中人工智能的应用进行了初探［3、4］.此后的三十余年里，人工智能技术在中医辨证领域的应用逐渐深入.陆志平等认为，中医专家系统输出的信息必须依赖于输入信息，但是由于中医 “四诊客观化”的问题一直没有解决，即输入信息的客观化问题没有被解决，因此系统的输出信息能否代表原专家的结果就成为问题了，这导致研发中医专家系统的工作逐渐进入低谷［5］.吴芸根据中医临床辨证特点，利用软计算方法构建了具有一定特色的中医智能辨证处理系统［6］.褚娜以中医辨证和相关智能算法为基础，提出适用于中医智能辨证的理论方法，研发了针对慢性乙型肝炎的中医辨证系统原型［7］.在滕文龙设计的医疗诊断系统中，中医诊断子系统能够实现较为完整的中医诊断功能［8］.

如何将四诊信息进行快捷、准确的客观化，是中医辨证智能化必须解决的基础性问题.目前，有关脉诊［9］和舌诊［10］的研究已取得较大进展［11］.此外，王忆勤等在中医智能问诊方面进行了尝试［12］，基于多标记学习建立中医问诊模型，对实现问诊信息的客观化具有一定的意义.除智能辨证领域外，诸多学者依托数据挖掘、模式识别等方式，亦实现了人工智能技术在探索组方规律、建立中医诊疗标准及中医人才培养等方面的进展［13～15］.

笔者1984年曾经参与了电脑中医的研究，用当时的微机和BASIC、TIOBE、LISP模拟当时一位老中医的经验，结果通过了省级鉴定.当时请来一个病人，老中医望闻问切开出处方，然后又到电脑中医那开出一个处方，结果这两个处方基本相同，也就是说当时的电脑中医达到了模拟老中医思维的程度.后来，在全国很多中医研究机构都研发了某某老中医临床软件.但这些软件在市场应用时出现了问题，主要的问题是当这个老中医的处方变化时，电脑中医不能跟随变化.所以，电脑中医的疗效赶不上这个老中医的疗效.故此，电脑中医风行了一时后夭折.现在看来主要原因有两个：（1）老中医的知识库存量不够大；（2）计算方法和计算模式存在不足.当时，和笔者合作进行电脑中医研究的数学家粟载福先生告诉笔者，目前电脑的技术模拟中医的思维还不成熟，需要人工智能技术的发展，等人工智能技术达到相当高的程度时，再与中医思维相结合，就会产生一个跃升.

2.2 成熟期的人工智能系统在中医学中的应用

目前人工智能系统已经发展到第五代，可以处理海量的信息，也就是进行云计算，并且进行推理，模拟富有逻辑推理功能的人类思维，中医学与人工智能相结合的机遇到来了.在2017年2月27日开幕的世界移动通讯大会 （MWC）上，日本软银CEO孙正义表示，2018年人工智能爆发的 “奇点”就会到来，我们应该加快研发中国西医和中医的人工智能自动诊断系统.这两个系统将会对中国140万乡村医生医疗水平的提高起到巨大的支持作用，为缓解看病难做贡献.

在美国洛杉矶召开的2017年人工智能的国际顶级学术会议AAAI中笔者发现，人工智能与专家系统的完美结合是中医学与人工智能结合的一个切入点.人工智能系统是一个知识处理系统，而知识表示、知识利用和知识获取成为人工智能的三个基本问题.专家系统是人工智能的一个重要分支，也是人工智能中最为活跃的一个应用领域，能让人工智能突破理论研究而得到实际应用.专家系统指的是由人类专家编制出的一个具有大量知识和经验的智能计算机程序系统.这个系统可以模拟人类专家思维来解决复杂问题，并进行推理和判断.专家系统通常由六部分构成，分别是人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库和知识获取，其中以知识库和推理机相互分离最具特色［16］.知识库就是储存海量的信息.推理机能够利用医学知识库，按照推理方法解决所遇到的问题.专家系统的特点是启发性、透明性、灵活性［17］.

一位著名数学家在讨论笔者的理论和海量信息的处理时说：“现在人工智能技术模拟你的思维可以完全达到，但是不能超越你的思维.”当前，生物医学工程技术一直试图将望闻问切机器化、符号化、数学化、形象化 （人脸识别），但是一直没有成功.望、闻、问都行，但是脉诊的自动化一直没有达到理想的水平.一门科学要想引入计算机系统，首要的条件是符号化.因此中医与人工智能的结合必须另辟新径.另外，辨证论治本身可变参数太多，也不能直接进入计算机系统.所以，中医学理论的抽象化是不能与计算机相结合的一个障碍.另外，单纯辨证论治理论基本进入平台期，一直未有巨大突破，以癌症治疗为例，单纯辨证论治治疗只能是一种辅助治疗.

笔者于2000年提出了三辨治癌的理论框架，即辨证论治、辨病理论治、辨病位论治相结合.中医学强调辨证论治，而西医学是辨病论治，中西医结合是辨证论治加上辨病论治，需要强调的是这里的辨病指的是西医的病名.对于如何辨病论治，三辨论治理论提出了具体的、可操作性强的治疗方案，尤其在癌症治疗中实施了辨病论治的治疗体系.它突出了中医药在癌症治疗中比较灵活、具有个体化治疗的特性，副反应小，尤其容易被年高体弱、广泛转移，不能进行手术、放疗、化疗者，或放、化疗后反应严重等中晚期患者接受，不仅能够改善生活质量，而且可以延长生存期，长期带瘤生存，还可以配合其他方法提高治疗效果和减轻毒副反应［18］.辨证论治加辨病论治在肿瘤的治疗上已初步获得了成功，可将这个理论框架拓展到所有疾病的治疗中来.在目前临床基础上，中医学要想显著提高临床疗效，必须进行理论框架的修正，即辨证论治和辨病论治相结合治疗肿瘤，称为三辨治癌，治疗其他疾病称为三辨论治.我们将这个理论框架付诸于实践15年 （2000年～2015年）.2016年8月6日，《三辨论治治疗晚期肺癌临床应用研究》通过省级鉴定，达到国内领先水平［19、20］，初步证明了这个理论框架的先进性和广阔的发展空间.

患者的最终目的是获得最佳疗效，用数学语言来说，就是在巨大的搜索空间中，迅速找到满意解的能力.三辨论治理论框架完全适合于现在的人工智能系统.它的优点为：（1）把西医对疾病研究的最新进展，尤其是西医近数十年来对中药药理、药效学研究的最新进展融进中医的临床治疗中来；（2）由于辨证论治的复杂性和多样性，可以将中医学两千年来的各种学派，以及目前中医学的各种流派的经验融入到专家库中来；（3）将辨证论治和辨病论治相结合，即能将中西医理论有机融合.

笔者根据55年临床中医治疗癌症经验，结合三辨治癌的临床应用病例，研究参西衷中三辨论治人工智能开方专家系统，该系统利用计算机的分治法、回溯法、深度算法等，形成 “三辨会诊”模块.把前台提交的患者信息作为一个命题提交后台数据系统，系统自动把命题分解成一个或是多个小命题，模拟笔者三辨论治理论，结合病人具体病情，比如病位、病理、年龄、是否有放化疗、舌苔脉象等，同时考虑到中药药材特性等因素，先针对某一症状开药，然后结合临床及药典用量，给出中药处方的较优解.经过多次测试后，此人工智能专家系统开出的处方80%～90%和笔者处方思路一致，系统正逐渐修补一些BUG，力争做到处方符合率达到95%以上.这个专家系统暂时命名为 “张士舜三辨论治人工智能疑难病临床会诊系统”，它虽不能代替医生，但却是医生的有力助手，可以有效地为临床医生提供咨询、经验、研究成果和各种最新信息，并最终提出供医生参考的处方组合的最优解.这一系统将不断更新、吸收最新信息，因此它又是动态的，初步体现了钱学森教授所指出的中医学是一个复杂巨系统，具有自组织、自学习、自积累、自记忆的功能.

3 结语

当然，中医学与人工智能的结合，我们只是开始切入，刚刚迈出了一小步，但对于中医学的前进来说，可能是一大步，因为中医学与人工智能结合的前景肯定是广阔的.