林定坤辨治骨伤科疾病用药规律的数据挖掘

林方政， 陈树东， 赵兵德， 侯宇

[1.贵州中医药大学，贵州贵阳 550001；2.广州中医药大学第二附属医院（广东省中医院），广东广州 510120；3.林定坤广东省名中医工作室，广东广州 510120]

国家级非物质文化遗产“石氏伤科”第四代传人、国医大师石仰山教授是我国著名的中医学家、伤科临床家、教育家、现代中医骨伤名师。石仰山教授从医60 余载，为中医骨伤科学术传承和人才培养做出了卓越的贡献。石仰山教授理伤续断注重实践，推崇“十三科一理贯之”的指导思想，力求明其病理，察其病机，撮其要旨，结合骨伤之特点，取其医理之精华，融古训与新知于一体；临证时擅长气血兼顾，注重兼邪，突出痰瘀，内外并重，脾肾同治，治病求本。其诊治理伤的基本原则是气血兼顾，以血为先，以气为主；针对伤筋动骨的疾患，主张筋骨并重，内合肝肾；对于伤科疾病前后，风寒湿外侵为患时，需调治兼邪，重视湿邪的论治，如石氏名方“牛蒡子汤”中的君药牛蒡子、僵蚕，二者合用可祛痰消肿、宣滞破结，助秦艽、独活舒筋活血等，常用于痰湿入络之颈椎病、肩周炎等病症。外用之剂的配伍以辛窜走窍药物为主，注重剂型改革，疗效颇著[1]。如石氏伤膏（现名“复方紫荆消伤膏）为三色敷药的现代巴布剂型，其运用紫荆皮、黄金子之味辛苦性温的特性以温经散瘀、活血消肿，辅以祛风胜湿、活血化瘀之药，可用于损伤各时期，也可治陈伤及寒湿痹痛。林定坤教授为广东省名中医，于2001 年拜师石仰山教授，致力于中医骨伤科的学术传承及中西医结合治疗骨科疾病的临床和基础研究。林定坤教授从事临床与教学工作近30 年，全面继承和发扬了石氏伤科的学术理论及思想，临证时博采众长，疗效颇佳。本文运用数据挖掘方法分析林定坤教授骨科门诊病历文本记录，探讨其治疗骨伤科的用药规律，挖掘蕴含的隐性知识，以研究名医临床用药特点，并基于国医大师石仰山教授的学术思想，探讨林定坤教授治疗骨伤科疾病用药的学术传承特点。

1 资料与方法

1.1 门诊病例数据来源 收集2007 年至2013 年广东省中医院门诊医疗信息管理系统中林定坤教授的骨科治疗中心的门诊病例数据。数据主要包括门诊时间、诊疗号、姓名、性别等一般信息，以及症状、体征、中医诊断、西医诊断、西药处方、中药处方、检查项目等诊疗信息。门诊部医疗信息管理系统在设计时已自动进行规范化，导入了标准的中药名称、中医证候名称、国际疾病分类标准编码（ICD-10）、中医药名词术语等数据。数据提取过程中对患者隐私进行数据保护。本文仅初步分析中药处方。

1.2 数据处理与分析 通过目标分析和数据理解两个步骤，对数据进行有针对性的预处理。在预处理环节，主要利用文本处理技术对非结构化的文本进行数据提取。部分项目由于数据更新不及时、手工录入疏忽或其他原因导致记录缺失。考虑到患者的基本信息和诊疗方案的隐私性，本文不对姓名或年龄缺失的记录做处理，只对口服中药记录内容做提取，外用中药疗法等记录亦不在提取范围内。本数据挖掘利用Java 编程方式，结合正则表达式，从文本数据中匹配出所要分析的目标数据，提取完整有效的门诊记录，形成“patient”和“medicine”共2 个文本，基本信息包括门诊编号、年龄、性别及中药名称。每条记录对应一个中药处方，若同一患者服用过2 个处方，即有2条记录。

2 结果

2.1 基本数据信息 共提取了完整有效的门诊记录6 957 条（就诊例次），其中男性2 613 例次，女性4 344 例次，分别占38%和62%；纳入的门诊病例的平均年龄约为52 岁，涉及的骨伤科的病种有20 余种，出现频率较高者以颈椎病、腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症、膝骨关节炎、骨质疏松症为主，具体见图1。

图1 林定坤辨治骨伤科疾病的病种分布Figure 1 Distribution of traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

2.2 林定坤辨治骨伤科疾病处方的中药分布情况 在6 957首处方中，总共出现了439味中药；其中，当归、牛膝、丹参、川芎和独活出现的频次较多，支持度计数分别为3 496、2 819、2 720、2 039 和1 901，其他中药的支持度计数总和为65 444（支持度计数指整个事务数据集中包含的特定项集的事务数）。每条病历记录（对应一个中药处方）中的中药集合数目在1 ～24、27、62 的范围内变化。平均每条记录出现的中药处方约为11.27 项。中药集合项数的密度函数分布和出现最频繁的前20味中药分别如图2和图3所示。

图2 林定坤辨治骨伤科疾病处方的药物集合项数的密度函数分布Figure 2 Distribution of the density function of herbal sets in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

图3 林定坤辨治骨伤科疾病处方药物中居前20位的药物分布Figure 3 Distribution of the leading 20 herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

2.3 林定坤辨治骨伤科疾病处方药物的关联规则分析 在建模环节，运用Apriori 算法对诊疗项目中的中药处方进行关联规则挖掘。该算法主要有频繁项集挖掘和强规则生成两大步骤。关联规则挖掘算法涉及项集、支持度计数、强关联规则、频繁项集、支持度、置信度和提升度等概念。项集指数据项目的集合，包含k个不同项目的项集称为“k-项集”。规则A=＞B 的支持度指同时包含A和B 的事务在所有事务中出现的频率（即事务数据集中包含项目A 和B 的事务占所有事务的百分比）。强关联规指根据用户预定义的支持度和置信度阈值，规则支持度和置信度不小于最小阈值的规则。频繁项集指支持度不小于最小支持度阈值的项集；置信度指在项目A出现的情况下，项目B出现的频率（即事务数据集中同时包含项目A 和B的事务占包含项目A的事务的百分比）。除了支持度和置信度之外，提升度也是用于度量关联规则强弱的指标，提升度用规则后项置信度与规则后项的支持度的比值来表示。规则提升度接近1，说明规则前项并没有使规则后项发生的概率提高太多，即说明这样的关联规则没有明显意义，反之提升度远大于1的关联规则更有价值。

2.3.1 支持度分析 在中药项目集合中，共有6 957条事务数据记录和439个中药项目，频繁1项集（单味药）、2项集（药对）和3项集（药物组合）如表1 ～表3 所示（仅列出前15 项，设置最小支持度阈值为0.05）。表1 所示的林定坤辨治骨伤科疾病处方的常用药物中，当归、丹参、白芍养血活血，川芎、黄芪、陈皮补气行气，牛膝、杜仲、桑寄生、党参、肉桂、甘草补益肝肾、固护脾胃，独活、桂枝祛风胜湿、温经散寒止痛，总体体现了石氏伤科“气血兼顾，调治兼邪，审虚实，施补泻”的学术思想。

表2 ～表3 的药对及药物组合中，气、血药物最多，充分体现了石氏伤科“以气为主，以血为先”的理念。当归、黄芪，僵蚕、牛蒡子为石仰山教授常用的药对。当归配黄芪，黄芪甘、微温，归脾、肺经，温分肉而实腠理，益元气而补三焦，配伍后相为辅佐，气血并治，通补兼顾[1]。僵蚕、牛蒡子药对长于化痰湿，牛蒡子性凉味辛苦，祛痰消肿，通行十二经络，僵蚕性平味辛咸，祛风解痉，化痰散结，配伍可行十二经脉、开破痰结、导其结滞、宣达气血、滑利关节[1]。此外，药物组合中当归配伍行气活血药、补益肝肾药最为多见，提示林定坤教授在临床运用中药时非常重视补脏腑、和气血、通经络、强筋骨[2]。当归味甘、辛、温，归肝、心、脾经，长于补血、行血，补中有动，行中有补，为补血圣药、血中 气药[3]。当归配气中血药之川芎、收敛之白芍、补气之黄芪、益肝肾之桑寄生、温经之桂枝，可起到活血、养血、补血、补气、行气之功。

表1 林定坤辨治骨伤科疾病处方中的常用药物分析Table 1 The commonly-used herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

表2 林定坤辨治骨伤科疾病处方中的常用药对分析Table 2 The commonly-used herbal pairs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

表3 林定坤辨治骨伤科疾病处方中的常用药物组合分析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 考虑到中药的支持度计数，为了有效挖掘不太明显的关联规则，在关联规则挖掘算法中，设置最小的支持度阈值为0.1（即1个症状在项目集合中的支持度计数至少要达到6 957×0.1，约为700），同时设置最小置信度阈值为0.8（即当关联规则的置信度超过0.8 时，才认为得到的规则为强关联规则）。经过关联规则挖掘，最终可得到强关联规则共127条，根据规则提升度评价指标，排名前15位的关联规则见表4。

表4 林定坤辨治骨伤科疾病处方药物的关联规则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，上述关联规则均超过了最小支持度和最小置信度阈值，同时提升度大于1，这些规则可归属统计意义显著的强关联规则。为了更加直观清晰地体现关联规则蕴含的意义，可对关联规则结果进行可视化，见图4 与图5。图4 所示为分析得到的127 条规则前后项的气泡矩阵图，图5为中药之间的关系网状图（节点大小表示规则支持度的高低，节点颜色深浅表示规则提升度的高低）。从图5 中除了能观察到类似图4 中体现出来的关联规则强弱，同时可以看出中药间关系的密切程度。

关联规则清晰地体现了药物间的因果关系。表4 中丹参、僵蚕、牛蒡子3 味药关联度较高，3 者的药物组合为石氏牛蒡子汤[4]（牛蒡子、白僵蚕、丹参、白蒺藜、独活、秦艽、白芷、半夏、桑枝）、逐痰通络汤[1]（牛蒡子、白僵蚕、白芥子、炙地龙、泽漆、制南星、金雀根、丹参、全当归、川牛膝、生甘草）的君药。从图4 ～图5 还可看到土鳖虫与丹参、僵蚕、牛蒡子的关系，这几味药即为痰瘀阻络汤[1]（牛蒡子、土鳖虫、僵蚕、独活、白芷、半夏、丹参、制南星、白蒺藜）的主要组成药物。丹参、僵蚕、牛蒡子药物组合及土鳖虫、丹参、僵蚕、牛蒡子的药物组合体现了石氏伤科调治兼邪、独重痰湿的学术思想。此外，从关联结果可以看出，林定坤教授多采用补益肝肾、活血化瘀之法。独活、牛膝、杜仲、桑寄生、秦艽之间的关联度较高，该组合为《备急千金要方》中独活寄生汤（独活、桑寄生、杜仲、牛膝、细辛、秦艽、茯苓、肉桂心、防风、川芎、人参、甘草、当归、白芍、干地黄）的主要成分，主治肝肾亏虚、气血不足兼风寒湿邪外侵之证。当归、红花、赤芍关联度较高，该组合有养血活血祛瘀之功。

图4 林定坤辨治骨伤科疾病处方药物的127条关联规则的前后项的气泡矩阵图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

图5 林定坤辨治骨伤科疾病处方药物的关系网状图Figure 5 Network of the relationship of the herbs in the prescriptions for traumatological disorders treated by LIN Ding-Kun

3 讨论

运用数据挖掘技术探讨中药方剂配伍规律，能在一定程度上揭示临证经验，从而更好地继承学术思想。非结构化的病历文本数据隐含了患者的基本信息、症状、诊断和治疗等方面的信息或联系，有效挖掘这些数据能够为预测预判患者的状况、诊断或治疗等提供依据。本文在深入理解这些门诊病历文本数据的基础上，利用文本处理技术提取有效数据，并结合经典的数据挖掘方法——关联规则分析，以目前生物医疗数据挖掘领域主流的R 语言工具对这些数据隐含的关联信息进行挖掘，为探讨中医学术传承提供思路。

石氏伤科为我国骨伤科重要学术流派之一，历经石兰亭（第一代）、石晓山（第二代）、石筱山与石幼山（第三代）三代人的探索与积累，以及第四代传人、国医大师石仰山教授等的继承与创新，总结出了石氏伤科“气血兼顾，以气为主，以血为先；筋骨并重，内合肝肾；调治兼邪，独重痰湿；勘审虚实，施以补泻”的中医骨伤科疾病的辨治思想[1]。林定坤教授师承石仰山教授，经恩师口传身授，并结合现代医学，在中医骨伤科学、中西医结合骨伤科学有较深的造诣。本数据挖掘分析结果显示，林定坤教授门诊治疗的骨伤科疾病以中老年退行性骨关节病为主。从提取的药物信息来看，前15 味药物支持度高达17%或以上，其中又以气血药物居多，且包含当归、川芎的药对及药物组合支持度较高，充分体现了石氏伤科内治的“气血兼顾”的基本原则。肢体之活动、血的化生等皆依赖于气之充养，而积瘀阻道则妨碍气行，故以气为主是常法，以血为先是变法。石氏伤科认为，损伤气血属气脉闭塞，经络凝滞之类，易于痰聚为患，且与风、寒、湿、瘀诸邪相合为患，反复损伤致气血呆滞，痰湿留恋，痰瘀交凝，筋损失用，而成缠绵难已之痛疾[1]。僵蚕、牛蒡子、土鳖虫、丹参间的关联性，体现了林定坤教授辨治骨伤科疾病以石氏伤科的“兼邪论治，独重痰湿”理念[4]。在关联规则分析中，还得到了石氏牛蒡子汤、逐痰通络汤、痰瘀阻络汤，及经典方独活寄生汤等方剂的主要组成药物。描述性药物分析中则蕴含了诸如补阳还五汤、黄芪五物汤、当归四逆汤、芍药甘草汤、活血舒筋丸、固腰汤、当归补血汤、益气养经汤等常用方的组成。这些方剂的处方思想也体现了石氏伤科在固守的基础上以通为治，在固肾强脊之中，通利祛邪，标本兼治[5-6]。此外，林定坤教授临证时常根据岭南多湿的特点，加用祛风除湿之药，如独活、防风等。以上分析提示林定坤教授辨治骨伤科疾病处方用药的基本特点是对石氏伤科经验方、骨伤科经典方的继承和发扬。