数据挖掘技术应用于针灸重大问题研究的可行性分析

李宛蓉，李博，郭义，赵天易，潘兴芳，陈波

(天津中医药大学针灸临床评价与转化中心，天津 301617)

在当今大数据时代的背景下，信息技术高速发展，人类积累的数据量也急剧增长。如何去粗取精、去伪存真，及时发现有用的知识，提高数据利用率，是一个亟待解决的问题,也是腧穴配伍效应规律课题组文献研究的重要内容之一。

《大趋势》中提到：“人类正在被信息淹没却又渴望知识。”[1]数据丰富但知识缺乏的现状导致了数据挖掘技术的兴起[2]。数据挖掘(Data Mining)，又称数据库知识发现(Knowledge Diseovery in Databases )，是从海量结构化信息中抽取或挖掘隐含信息和知识的重要方法和途径，融合了人工智能、数据库技术、模式识别、机器学习、统计学和数据可视化等多个领域的理论和技术[3]。数据挖掘技术在医学领域的成功范例是Swanson 和Smalheiser通过半自动分析MEDLINE生物医学文献的题名, 获得了一个完全创新且有价值的医学猜测：即偏头痛与人体镁元素的缺乏有关[4]。Swanson教授的开创性工作使大批相关领域的研究者得到启发，现今已有多项数据挖掘技术应用于医学领域[2]。

针灸作为传统医学的重要组成部分，从古至今已积累了数以千计的古代文献，数以万计的名家经验以及海量现代文献，而缺乏“数据”仍然是世界范围内制约针灸发展的关键问题[5]。如何从针灸文献大数据中获取有用信息，探索隐含信息和知识，数据挖掘为我们提供了一项可能的技术支持。

从美国NIH针灸听证会、针灸研究行动计划、针灸大科学研究计划等可见腧穴配伍、经络腧穴、针刺手法、针刺效应、针灸临床及针灸标准化等一直是针灸研究中基本、重大、关键的科学问题[5-7]。笔者通过检索中国知网、万方、维普数据库和Pubmed数据库(1998年1月1日—2018年5月1日)，获得数据挖掘技术应用于针灸研究中的相关文献409篇，中文342篇，英文67篇。从图1可见数据挖掘技术在针灸研究中的应用呈逐年递增趋势，且在近3年得到快速发展。从图2可见，数据挖掘技术主要被用于研究腧穴配穴规律、针灸临床应用及经络腧穴等，其具体应用情况如下。

图1 数据挖掘技术在针灸研究中的发展趋势

图2 数据挖掘技术用于各针灸研究问题占比

1 腧穴配伍规律

腧穴配伍是针灸学的重要内容之一，《黄帝内经》时期就特别重视腧穴配伍规律的临床应用，记载了俞募配穴、远近配穴等多种配穴方法，如《灵枢·官针》：“偶刺者，以手直心若背，直痛所，一刺前，一刺后，以治心痹”。目前，研究腧穴配伍规律的数据挖掘技术主要有频次分析、聚类分析、关联规则、复杂网络等。Yu S等[8]通过频次分析和关联规则分析发现三阴交、气海、关元是针灸治疗原发性痛经的主要配穴处方，其中67.24%的腧穴为特定穴，下肢部位腧穴最常用。Zhe Li等[9]通过关联规则分析发现针灸治疗帕金森病时主要选取头部腧穴，以上下配穴为主。Soon-Ho Lee等[10]通过复杂网络分析发现针灸治疗下背痛时有局部取穴、循经取穴和辨证取穴3种取穴方法，进一步通过拓扑分析发现局部腧穴肾俞、大肠俞是治疗下背痛的主穴，远端腧穴阴陵泉、太溪是提高腧穴配伍作用的重要配穴。

2 针灸临床应用

针灸临床应用主要包括针灸适宜病种、临床决策辅助平台建设、名老中医经验挖掘及刺灸法应用特点分析。

2.1 针灸适宜病种

针灸以其“简、便、廉、效”著称，现已在180多个国家和地区得到应用。

针灸适宜病种也已从世界卫生组织推荐的43种扩展到《现代针灸病谱》总结的461种[11]。研究针灸适宜病种对有效指导临床实践，推动针灸的国际化和现代化具有重要意义。然而，大多数针灸临床疗效显著的疾病还没有取得公认的临床证据，利用现代数据挖掘技术从文献中寻找证据亦或是一种可行的方案[5]。如吴粮葶等[12]通过频次分析及关联规则发现针灸治疗中风后遗症的病症谱分布具有偏向性，主要集中在循环系统和神经系统等。

2.2 临床决策辅助平台建设

利用现代信息技术建设临床决策辅助平台，有利于推动针灸临床决策的规范化、客观化和智能化发展，促进针灸处方的优化，提高针灸临床疗效。如任玉兰等[13]将贝叶斯法、Apriori降维的Logistic算法、TF-IDF算法、条件随机场技术用于针灸诊断决策，通过关联规则挖掘腧穴应用规律，通过复杂网络寻找核心腧穴并用遗传算法进行针灸治疗最优方案设计，以此在国内外首先研制了针灸临床循证决策支持系统。陈楚云等[14]构建的针灸古籍经验推荐平台综合了多种数据挖掘技术，包括分词、词性标注、依存分析、规则抽取、相似度计算、歧义分析、监督分类技术，实现了自动化抽取针灸古籍文本，并通过关联规则、决策分析实现全面智能化分析针灸古籍中病症、经络、腧穴及刺灸法规律，为针灸临床决策提供了参考。

2.3 名老中医经验挖掘

中医药传承发展至今，积累了大量的临床经验，如何总结、继承和发扬这些名老中医的学术思想及临证经验也是中医学在传承、创新和发展中所面临的重大问题。张华等[15]通过频次分析及关联规则对田从豁教授的临床配穴经验进行整理，并总结出田教授有关临床配穴的学术观点，验证了利用数据挖掘技术进行名老中医临床配穴经验整理的可行性。

2.4 刺灸法应用特点

针灸治疗方法不仅有毫针针刺，还包括艾灸、刺络放血、火针、头皮针、耳穴疗法、穴位敷贴、穴位埋线、穴位注射等。对不同刺灸法临床应用特点的把握将有助于针灸临床决策时选择合适的治疗方法来保障临床疗效。贾春生教授团队应用频次分析、关联规则、遗传算法、分类算法等数据挖掘技术对不同刺灸法的临床应用特点进行了详细分析[16-23]。

3 经络腧穴功能

经络与腧穴是针灸学的基础，针灸疗法以腧穴为作用点，通过全身经络传导来调节机体的气血阴阳平衡。而构成人体的腧穴(点)与经络(线)本身具有小世界性、无标度性和鲁棒性等复杂网络特性[24]，故目前常用复杂网络、拓扑分析等数据挖掘技术研究经穴特异性、病证腧穴网、经络系统等。如梁繁荣等[25]通过数据挖掘发现经穴效应具有相对特异性并存在一定规律，即“经络循行是基础，经气汇聚是关键”。Taehyung Lee等[26]构建病证腧穴网并应用TF-IDF算法分析腧穴与病证的关联特征。Xu T等[27]以腧穴为节点，以症状为边，定量分析腧穴症状网络的拓扑性质，首次给出腧穴症状网络在不同时刻的高效信息传递特性的拓扑证明。Jung WM 等[28]通过词频—逆文本频率指数算法证实了八脉交会八穴与十二脏腑之间的密切联系。

4 针刺手法

针刺手法是针灸临床操作的基础，在临床治疗过程中，通过一定的针刺手法促进人体的阴阳平衡以达到防治疾病的目的。然而在临床使用针刺手法时常“心中易了，指下难明”。如何定量化、客观化和规范化针刺手法，传承并发扬针刺手法的精髓，数据挖掘相关知识为我们提供了技术支持。目前常用于针刺手法研究的数据挖掘技术主要有神经网络分析、聚类分析、关联规则、分类规则及频次分析等。杨华元教授团队[29-30]研究发现应用数据挖掘技术在针刺手法参数的挖掘上具有可行性。贾春生教授团队[31-33]对毫针行气手法及补泻手法分析发现：毫针行气手法是针刺取得疗效的关键；单式补泻手法常用捻转和提插补泻，以中风及其后遗症最多见；腰腿痛是复式补泻手法的优势病种，足三里多用烧山火和透天凉，环跳多用龙虎交战手法。

5 针刺效应

针灸作为中国古代科学的瑰宝，绵延发展几千年，临床疗效是其能够长期存在的基础。探索针灸的作用机制及效应原理是提高针灸疗效的关键。传统针灸理论认为得气与临床疗效密切相关，是针刺起效的重要指征及关键因素之一，为历代医家所重视，如《灵枢·九针十二原》 所言：“刺之要，气至而有效。”故Q Pan等[34]利用关联规则和频次分析发现针刺得气可提高临床疗效，且不同得气特点与疗效及病种密切相关。O Sang Kwon等[35]通过IF-IDF算法寻找与得气产生的相关因素，发现得气与干预措施关系密切。郭峥嵘等[36]通过关联规则分析发现机体状态也是影响针刺得气的一个重要因素。C Men 等[37]利用复杂网络映射刻画针刺得气后所诱发的神经电信号，为研究针刺得气原理提供了一个新方法。同时，Qin W等[38]也通过复杂网络分析针刺起效时的脑内时空编码发现针感及神经级联可通过复合神经网络的动态重构来调节针灸的整体效应。

6 讨论及展望

将传统针灸理论与现代科学技术相结合，或将是针灸的未来发展方向。数据挖掘技术给针灸研究带来了前所未有的发展契机。作为一种技术，其目的在于使用所发现的模式帮助解释当前的行为或预测未来的结果[39]。数据挖掘技术在处理海量模糊性和非线性数据时，与传统方法相比，具有发现有效、新颖及潜在有用知识的优势。虽然数据挖掘技术被用于针灸研究不足20年，其在腧穴配伍规律、刺灸法应用特点及经穴特异性上已取得较好进展，但在针灸适宜病症、临床决策辅助平台建设、经络实质、针刺手法、针刺效应及针灸标准化等问题的研究上依然处于探索或起步阶段，还面临着数据量庞大、数据质量参差不齐等挑战。为更好地利用数据挖掘技术，推动针灸与时俱进、向前发展,应从以下三方面加强。

首先，我们应加强数据挖掘技术与临床研究的结合，建设真实世界针灸临床研究与数据管理的临床及科研信息共享平台，规范临床电子病历及临床数据报道，为针灸适宜病症筛选、临床疗效评估及临床决策提供可靠的数据证据支持，并为针灸验证性研究奠定基础[5]。

其次，我们应加强数据挖掘技术与基础实验研究的结合，利用数据挖掘及计算机软件技术模拟与重建人体的经络腧穴网及针刺启效时的机体功能变化等，探索经络实质及模拟针刺效应，再通过基础实验验证假说。

最后，我们应加强数据挖掘技术与针灸转化应用推广的结合，通过数据挖掘定量化与客观化针刺手法，并对患者的针刺感受进行实时、客观、有效及可视化的反馈，研制规范化的现代化针刺治疗仪器设备，同时推动针灸标准化体系全面协调可持续地发展，并将文献研究、临床研究、基础研究的成果整合到针灸临床决策辅助平台中去，实现疾病诊断规范化、针灸处方最优化、临床操作标准化、临床决策智能化，临床服务人性化，实现针灸临床疗效的最大化，推动针灸发展的现代化和国际化。