ARDS证候特征的关联规则研究

孙媛媛，王明春，刘恩顺，苏宝萍

（1.天津职业技术师范大学理学院，天津 300222；2.天津中医药大学第二附属医院，天津 300150）

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是一种临床常见危重症，病死率极高，严重威胁重症患者的生命，并影响存活患者的生存质量[1]。迄今为止，西医对ARDS尚无特效的治疗方法，其一般治疗原则为：治疗原发疾病，根据其病理生理改变和临床表现，进行针对性或支持性治疗[2]。中医药作为治疗手段之一，参与ARDS的临床救治获得了肯定的疗效。对干预措施为中西医结合治疗与单独西医治疗相比较的两项严重急性呼吸综合征（SARS）的系统评价研究[3-4]显示：中西医结合治疗SARS具有降低病死率、减少继发真菌感染、缩短退热和症状缓解时间、减轻肺部炎症的效果。也有研究[5]显示H1N1流感重症并发ARDS的中医介入治疗也可达到阻止病情进一步恶化的作用。

ARDS的临床表现为进行性呼吸困难、紫绀、气促喘憋等肺气壅遏的症状，往往同时伴有便秘、腹胀等腑气不通、大肠失于传导的病理变化，其证候突出体现了中医“肺肠相关”的特点[6]。在前期ARDS证候研究基础上，本文利用收集到的ARDS临床数据，利用关联规则方法对证候及症状信息进行挖掘和分析，并主要观察探究肺与大肠证候之间的关联特征及其具体形式和规律，为中医临床提供理论基础和指导，并且为中医研究其他病症提供方法和借鉴。

1 Apriori算法

1.1 基本概念

设I={I1，I2，…，Im}是m个不同的项的集合。设任务相关的数据D是数据库事务的集合，其中每个事务T是项的集合，使得T⊂I。每一个事务有一个标识符，称作TID。设X是一个项集，事务T包含X当且仅当X⊂T。

定义1 关联规则

关联规则是形如A⇒B的蕴涵式，其中A⊂I，B⊂I并且A∩B=φ。

定义2 项集（items）

项的集合称为项集。包含k个项的集合称为k-项集。

例如在中医证候中，集合{痰热壅盛，肠热腑实}是一个2-项集，这个项集是由肺系证候痰热壅盛和肠系证候肠热腑实构成。

定义3 支持度（support degree）

规则A⇒B的支持度是D中事物包含A∪B（即A和B两者）的百分比，即

support（A⇒B）=P（A∪B）

min_support是一个最小支持度阈值，在处理关联模型之前必须首先设定该参数。最小支持度阈值表示只对某些满足条件的项集和规则感兴趣。参数min_support用于对项集进行限制，而不是对规则进行限制。

如果项集满足最小支持度，则称它为频繁项集。频繁k-项集的集合通常记作Lk。定义4 置信度（confidence）

规则A⇒B的置信度是指项集{A，B}的支持度与项集{A}的支持度的比值，即

支持度和置信度是关联规则的2个重要指标，对某条关联规则如肠热腑实⇒痰热壅盛，[upport=22%，confidence=71%]而言，支持度是指在所有的病例中同时出现肠热腑实和痰热壅盛的概率为22%，置信度是指在所有病例中，在出现肠热腑实的情况下出现痰热壅盛的概率为71%。置信度是对关联规则准确度的测量，支持度是对关联规则重要性的衡量。同时满足最小支持度阈值和最小置信度阈值的规则称作强关联规则。定义5 兴趣度（lift）

兴趣度在一些文献中称为重要性或增益（lift）。关联规则A⇒B兴趣度的定义是A⇒B的概率与notA⇒B概率比值的对数值，用于表示A的出现对于B出现的贡献。如果兴趣度为0，说明A和B之间没有任何关联；兴趣度为正表示当A为真时，B的概率会上升；兴趣度为负表示当A为真时，B的概率会下降。

1.2 算法步骤

1.2.1 找出所有的频繁项集

Apriori算法是一种找频繁项集的基本算法[7]。

（1）算法第一次迭代，扫描数据库D，对每个项的出现次数进行计数，产生候选1-项集C1。

（2）根据给定的最小支持度阈值，确定频繁1-项集的集合L1。

（3）L1⊗L1产生候选2-项集C2，再次扫描数据库，确定C2中各项的支持度。

（4）根据给定的最小支持度阈值，确定频繁2-项集的集合L2。

（5）L2⊗L2产生候选3-项集C3，由apriori性质：频繁项集的所有子集必须是频繁的，将不符合条件的项从C3中删除。

（6）扫描数据库D，确定频繁3-项集L3。

（7）用上面的方法产生频繁k-项集，直到Lk算法终止。

1.2.2 生成关联规则

对于每个频繁项集A，若B⊂A，且support（A）/support（B）≥min_conf，则有关联规则B⇒A。

2 ARDS证候及症状之间的关联

2.1 数据来源

本文研究对象为2009-2012年天津中医药大学第二附属医院、天津市胸科医院、天津中医药大学第一附属医院、天津市海河医院、天津市第一中心医院、天津市第三中心医院收集确诊的205例ARDS患者。本文主要研究第1天、第3天和第7天这3个访视点各脏腑的临床症状和证候之间的关联，其中第1访视点和第2访视点均有205例病例，第3访视点有185例病例。

表1和表2分别为ARDS各脏腑中医证候和各脏腑系统症状表现。

表1 ARDS各脏腑中医证候

表2 ARDS各脏腑系统症状表现

2.2 各脏腑证候之间的关联

从脏腑证候分布情况可以看出，ARDS临床表现复杂，证候表现涉及肺、心、肾及大肠，表现出了多脏腑累及的证候特征。

2.2.1 第1访视点证候之间的关联规则

设定min_sup=0.1，min_conf=0.6，对数据进行关联规则挖掘，挖掘得到的关联规则如表3所示。

表3 第1访视点证候关联

中医整体观念认为人身体的五脏六腑是有联系的，在病症的发生和发展过程中，各脏腑病理变化存在内部的联系，这种内部联系决定着该病的病机和证候特征。从表3中可以得出结论：在205例ARDS病例中，同时出现肠热腑实和痰热壅盛证候的患者占全部患者的22.66%，说明肠热腑实和痰热壅盛的相互关联可能是ARDS的证候特征之一。规则肠热腑实⇒痰热壅盛和心脉瘀阻⇒痰热壅盛的兴趣度均大于1，说明出现肠热腑实或心脉瘀阻证候的病人中出现痰热壅盛的可能性增加。这一结论符合中医“肺肠相关”的理论。

2.2.2 第2访视点证候之间的关联规则

设定min_sup=0.1，min_conf=0.5，对数据进行关联规则挖掘，挖掘得到的关联规则如表4所示。

表4 第2访视点证候关联

与第1访视点相比，证候之间的关联出现了一些变化。支持度最高的规则仍是肠热腑实⇒痰热壅盛，但肠热腑实证患者患痰热壅盛证的比例由71%提高到79%。患者兼有脾气虚证和痰热壅盛的有32人，并且58%的脾气虚患者有痰热壅盛证候。心系证候心脉瘀阻与痰热壅盛也存在着关联，同时有2种证候的患者有35人，心脉瘀阻证的病人中有53%有痰热壅盛证候。脾气虚证患者中有53%的出现心脉瘀阻证候。

2.2.3 第3访视点证候之间的关联规则

设定min_sup=0.1，min_conf=0.5对数据进行关联规则挖掘，挖掘得到的关联规则如表5所示。

表5 第3访视点证候关联

在3个访视点都出现的关联规则是肠热腑实⇒痰热壅盛，说明在ARDS发病的各个阶段，出现肠热腑实的患者出现痰热壅盛证候的比例较高。观察3个访视点证候关联的变化，可以发现ARDS证候之间的关联呈现一种动态变化的过程。第1访视点中证候心脉瘀阻、肠热腑实和心脉瘀阻、心脉瘀阻和脾气虚证与痰热壅盛证候存在着关联，痰热壅盛和脾气虚证与心脉瘀阻证候有一定的关联。第2访视点中肠道气滞、脾气虚证与心脉瘀阻证候有关联。第3访视点中肠道气滞、脾气虚证与心脉瘀阻证候有关联。

2.3 肺系证候与肺肠症状的关联

设定min_sup=0.1，min_conf=0.6。第1访视点肺系证候与肺肠症状的关系如表6所示。

表6 第1访视点肺系证候和肺肠症状关联

证候间夹是病症临床病理的常态，大肠症状与肺系证候的关联，从数据上印证了这个规律，而且与肺肠相关理论相符。从表6可以看出，痰量多、喉中痰鸣、痰色黄、痰难咯这些肺系症状可以推出痰热壅盛证候，而且便质干燥，腹胀中，无法自行排便，便秘小于3天/次等肠系症状也可推出痰热壅盛证候。由肺热炽盛证候可以推出痰质粘稠症状，二者存在着关联。

3 结速语

本文利用关联规则的方法对ARDS数据库中患者的证候及症状信息进行挖掘，发现ARDS病症间相关的关联，对ARDS中医临床研究具有现实意义，并为开展其他病症疗效评价研究提供方法学借鉴。此外，还可对ARDS临床症状进行进一步的研究，比如症状的聚类研究。

[1]中华医学会重症医学分会.急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征诊断与治疗指南（2006）[J].中华内科杂志，2007，46（5）：430－435.

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[5]刘清泉，王玉光.18例甲型H1N1流感危重症病例中医临床分析[J].北京中医药，2009，28（12）:915-918.

[6]刘恩顺.基于肺肠相关的ARDS研究思路探讨[J].天津中医药大学学报，2011，30（1）：4-5.