面向中医证候学研究的知识服务系统研发

【摘要】 为探索中医证候领域的知识建模方法和知识服务模式，初步建立了一个“中医证候知识库”，并在此基础上开发了基于万维网的知识服务系统，该系统实现了知识检索、知识浏览、知识问答等功能，能支持中医证候学研究和临床决策等应用。

【关键词】 中医药； 知识库； 知识工程； 中医证候

中医药领域中蕴含着丰富的知识遗产。如何促进中医药知识资源的深度共享与广泛传播，使全球中医、学者都能充分利用这座知识宝库，是非常重要的问题。基于万维网构建的知识服务系统，为中医药知识的检索和访问提供了一种便捷的途径[1]。作为领域知识的数字载体，知识库在知识服务系统中扮演着核心角色[2-3]。近年来，知识工程方法在中医药领域得到广泛应用，成为构建知识库、实现知识服务系统的有效手段[4-5]。

中医证候学是开展中医药知识工程研究的一个关键领域。证候是疾病某一发展阶段病因、病理、病位、病势的综合表现，辨证是中医学所独特的认识疾病、诊断治疗疾病的途径和方法[6]。辨证论治是中医学的精髓，正确的辨证分型是中医临床取得疗效的关键[7]。开发面向证候学领域的知识库和知识服务系统，不仅能够实现证候学知识体系的系统梳理和永久保存，而且能为中医临床决策提供信息技术支持。

本体（Ontology）是近年来知识工程领域中出现的一项新兴技术，它已在复杂知识建模和推理等方面体现出技术优势，为中医证候知识建模提供了潜在的解决方案[8]。本体是一种用于表示领域知识的计算机模型，它定义了一组表示知识的“原语（primitive）”，如类（class）、属性（property）和关系（relationship）等[9-10]。中医学者已开展了基于本体构建中医药知识库的探索工作[11-12]。例如，车立娟等[13]以Protégé为工具，构建了用于表达“肺阴虚证”病机规则的本体知识库；李新霞[14]以Jena为工具，构建了中医脾胃病领域本体知识库；易钢等[15]基于本体构建了一个包括中医概念、关系及规则等内容的知识库；于彤等[8]提出了基于本体对证候层次结构进行建模的方法。这些工作初步验证了基于本体技术构建中医药知识库的可行性，但构建全面、完整、实用的中医药学本体仍是一个长期而复杂的过程。

本研究选取“中医脾系证候”作为目标领域，探索中医证候领域的知识建模方法，开展中医证候知识库构建的示范研究，演示中医证候知识库的潜在应用，探索知识服务的新颖模式。本研究依据中医文献、病案以及网络上的信息资源，界定“中医脾系证候”的范围，搜集并筛选相关概念，梳理概念的层次结构和语义关系，构建示范性的本体知识库；继而开发了一个面向中医证候学研究的知识服务系统，支持领域专家共享中医证候知识，开展中医证候学研究，具体介绍如下。

1 中医证候知识库

本研究基于本体技术构建了一个示范性的“中医脾系证候知识库”（以下简称“Spleen”）系统。Spleen的分类体系如图1（a）所示，其根节点是“事物”，其下定义了“证候”、“疾病”、“症状”、“方剂”、“中药”等类型。在“证候”类型之下，以“八纲辨证”、“精气血津液辨证”、“脏腑辨证”和“经络辨证”等多种方式对证候概念进行了分类组织。为了精确描述证候的临床表现、治疗方法等知识，该本体还定义了相关的症状、疾病、中药和方剂等概念。

本研究提出了“上下位关系”、“现象表达”、“组成”、“治疗”、“证候调整”、“方剂调整”、“症状加（调整）”等一组语义关系，对Spleen中概念之间的关系进行系统性梳理与规范化表达。如图1（b）所示，Spleen通过这组语义关系将“证候”与其他的语义类型关联起来。中药和方剂主要是用来治疗证候的，因此在“证候”与“中药”、“方剂”之间建立“被治疗”关系。证候在某种程度上具有“症候群”的含义，它可被视为由一组症状“组成”的。因此，在“证候”与“症状”之间建立“由……组成”关系。“疾病”是“证候”所表达出来的某种现象，它们之间是一种现象和本质的关系。因此，在“证候”与“疾病”之间建立“现象表达”关系。为了记录证候知识的来源，建立“证候”与“文献”之间的“来源于”关系。“来源于”关系也可被用于标注疾病、中药等其他领域实体的出处。

Spleen为概念添加文字属性，来表达概念的相关知识（如方剂的功效、性味、归经，以及疾病的病位、病因、病机、病性等），这丰富了Spleen的知识内容。

上述语义类型、语义关系和文字属性，为证候学知识建模提供了一个简单的框架。基于此框架，已录入概念2710个，其中证候有265个，证候加减527个，疾病86个，方剂482个，中药385个，症状959个；添加8926条文字信息以及10 471条语义关系（于2014年1月24日统计）。

2 中医证候知识服务系统

在Spleen知识库的基础上开发了一个知识服务系统，以万维网的方式向网络用户提供知识检索与展示、知识浏览与导航以及知识问答等服务，现分别介绍如下。

2.1 知识检索与展示 该系统实现了基于关键词的知识检索功能。如图2所示，用户可输入关键词――“肝气犯胃证”，系统将会提供“肝气犯胃证”等概念的基本信息，并推荐与“肝气犯胃证”相关的概念的链接。当用户点击这些概念的链接时，系统将引导到这些概念所对应的知识展示页面。系统以概念为单位对中医证候知识进行展示，它在一张页面中综合呈现某一概念的相关知识，并基于概念语义关系实现知识导航功能。例如，系统会针对“脾胃阴虚证”提供一张知识展示页面，展示“脾胃阴虚证”的中文正名、类型、来源等信息，基于“现象表达”关系导航到该证候相关的疾病，并基于“由……组成”关系导航到该证候相关的“症状”。

2.2 知识浏览与导航 系统实现了中医领域概念的分类导航界面。该界面提供一个类型列表，展示语义类型的名称及其实例数量；当用户选择某一类型时，系统列出该类型的实例。当用户点击某一概念的链接时，系统会导航到该概念的展示界面。

系统还实现了语义关系的导航界面。该界面列出知识库中的语义关系（如“由…组成”、“来源于”、“上位词”、“下位词”等）以供用户选择。如图3所示，当用户选择“由…组成”时，系统会分页显示知识库中所有的“由…组成”关系。用户还可以输入关键词对语义关系进行筛选。如当用户输入“香砂六君子汤”时，系统会列出所有包含“香砂六君子汤”的“由…组成”关系，用户即可了解到“香砂六君子汤”是由哪些中药组成的。若用户想了解“哪些药物治疗肝火犯胃证”，可在语义关系列表中选择“治疗”，并在搜索框中输入“肝火犯胃证”，系统则列出与“肝火犯胃证”有“治疗”关系的中药或方剂。

2.3 简单的知识问答 问答系统是知识库系统的一般交互方式，也是展示推理能力的一种常用方式。本项目构建了一个中医问答系统的雏形，它提供类似于搜索的界面，但“更加智能”：它不是提供成千上万的搜索结果，而是提供问题的答案和准确的知识。该系统实现了根据症状辨别证候以及推荐处方等常见的问答形式。如图4所示，当用户输入证候“脾胃虚寒证”之后，系统会向用户推荐“小建中汤（来源于教材《方剂学》）”、“丁萸理中汤（来源于教材《中医儿科学》）”等方剂。系统还基于简单的间接关系推理来找出推荐方剂。例如，系统可根据“小建中汤加党参白术治疗腹痛”和“脾胃虚寒证现象表达腹痛”，推测出“小建中汤加党参白术”治疗“脾胃虚寒证”，并将“小建中汤加党参白术”作为推荐方剂提供给用户。用户点击“小建中汤加党参白术”信息右侧的“推理依据”，即可查看系统推荐意见背后的推理依据。

目前，中医问答原型系统目前实现了3种用户场景，具体如下。

2.3.1 中医辨证场景 用户可输入一组症状（如口干、唇干、干呕、呃逆、面色潮红、皮肤干燥、大便干结等），系统从知识库中找出与这些症状最为匹配的证候（如脾胃阴虚证），并列出相关证候的简要信息。

2.3.2 中医证候信息问答场景 用户输入证候（如“肝气犯胃证”），系统根据知识库向用户推荐合适的方剂。在方剂推荐中，系统可根据知识库处理“肝气犯胃证兼有胃痛”等各种证候加减变化的情况。系统还根据知识库向用户推荐与该证候相关的疾病。

2.3.3 中医疾病信息问答场景 用户可输入疾病名称（如痰饮），系统基于知识库向用户推荐方剂（如苓桂术甘汤），并列出相关证候的简要信息。

3 结语

中医证候学的知识体系博大精深、内涵丰富，为中医临床实践提供了重要的指导和依据。对证候进行深入研究，具有十分重要的理论意义和实用价值[1]。基于知识库的知识服务系统，为中医证候学研究提供了新颖的信息技术手段。本研究采用本体技术初步建立了一个“中医证候知识库”，对中医证候的古今概念进行准确描述，并理顺概念之间的语义关系。在该知识库的基础上，开发了基于万维网的知识服务系统，该系统主要实现了如下3方面的功能：（1）知识检索与展示：支持用户通过检索词检索知识库中关于某个概念的知识；（2）知识浏览与导航：支持分类导航、语义关系导航以及概念之间的关联导航；（3）知识问答：支持辨证问答、证候信息问答和疾病信息问答，为临床决策提供支持。该系统初步验证了基于中医证候本体实现知识服务系统的可行性，对于在中医证候学领域推广知识服务具有借鉴意义。

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（收稿日期：2014-05-06） （本文编辑：欧丽）