现代中医信息技术的应用研究

一、基于虚拟专用网络技术的 中医药研究新模式 1．问题与需求分析 我国中医药科研事业从无到有，由小到大，依靠科技进步获得了长足发展。但是，中医药科研事业起步晚，底子薄，装备层次低，精良设备少，研究手段缺乏，技术工具相对落后，科研力量分散，人员与设备分布不合理；另一方面，制约中医药科研水平迅速提高的重要问题是至今还没有形成多学科交叉融合研究体系，或者说没有找到一种多学科参与并协同研究中医药的有效途径。而中医药研究与教学单位、综合性高校、科学院所均有加强多学科交叉融合、协同研究中医药的愿望和潜力；再者，中医药研究已引起世界的关注，国际间中医药协作研究也呼唤创建新的科研工作模式。面对中医药现代化迫切需要和世界医药科技竞争的挑战，必须改变上述现状，充分利用当代信息技术，提高各地高新技术设备及各类资源的利用率，集中国内外精锐科研力量，优势互补，合作攻关，形成广泛协同研究的新格局。因此，当前急需运用高新技术手段建立一种新型的中医药研究模式和科研工作运行机制，组建一支人才精悍、设备与技术方法先进、管理水平一流的科研队伍来攻克中医药研究领域的前沿学科问题和关键技术难点。 “信息高速公路”概念的提出和Internet网络的广泛使用给现代中医药研究事业的快速发展带来了契机。近几年随着用户数的急剧增加，Internet网络迅速膨胀，发展速度相当惊人，对社会各个方面产生了深刻的影响。不仅把世界各地的人们紧密地联系在一起，而且给传统产业带来了巨大的冲击。因此，在网络时代迅速到来的时刻，只有抓住瞬间即逝的机遇，才能跟上科技前进的步伐，推动现代中医药科研事业的超常规发展。 采用Internet网络等技术构建虚拟研究院，可实现中医药信息资源的共享，充分发挥它们的巨大潜力。利用网上系统工程方法实现科研项目的规划、进度协调与管理；利用电子邮件系统和群件系统进行各学科研究机构间的学术信息与科研协作，增强多学科中医药科研人员的凝聚力和协同攻关能力。这不仅能给中医药研究界带来广泛合作、优势互补及协同发展的新面貌，而且能降低人力、物力、实验室运行及差旅费用等科研成本，避免设备及实验室重复投资，产生可观的经济效益。因此，利用这类技术组建中医药虚拟研究院已经成为我国加速实现中医药科研与管理现代化，提升国际竞争力的最佳选择之一。 分布性、开放性和资源共享性是虚拟研究院的主要特点。它的研究所、实验室和研究人员在地理位置上是任意的，只要有网络的地方就可以有研究院的研究人员或机构。虚拟研究院中的科研人员和行政人员通过电子形式进行工作的分配和联系，开展科学研究及其它相关业务活动，完成现实研究院中相同的任务，解决现实研究院中无法或难以解决的问题。研究院通过Internet网络对项目进行招标，任何符合要求的研究人员或机构都可以加入到研究院中来，对科研人员及实验进行优化组合；在协同研究过程中，实现设备共享、信息共享及人才的共享，达到资源的最佳配置和使用。因此，虚拟研究院不仅能完成现实研究院中的相关职能，而且可以精简机构、提高工作效率及资源利用率，为国内外科研人员提供交互式的专业信息服务。 2．目标与发展思路 研究构建中医药虚拟研究院的目标是最终建立基于计算机网络技术、地域分布的资源动态优化组合及开放的中医药新型研究体系，进而将各地中医药科研人员有效组织起来，实现在资源（包括设施、研究人员、知识和信息等）共享基础上的协同攻关，更好地完成科研任务。 虚拟研究院是科学研究合作网络化、全球化的产物。它是直观感觉不到其存在，依赖计算机网络和软件技术建立起来的、跨越地域实现与现实研究院相同功能的科研机构，是一种全新的科研模式。因此，构建中医药虚拟研究院的过程同时也是新型科研方式、组织形式及管理机制的探索过程，不仅要运用计算机网络及智能软件等信息技术建立系统平台及相关软件支撑系统，而且应当深入研究科研管理工程、系统工程及人机交互工程等技术。 3．重点任务与关键技术 （1）重点任务： 虚拟研究院是对计算机多种技术的综合应用，包括网络技术、多媒体通讯技术、信息加密技术、数据库技术、虚拟现实技术等。它以客户／服务器模式为主体，结合浏览器／服务器模式和移动Agent模式，包括项目的规划和进度管理模块、项目评估模块、资源管理模块、系统优化模块、研究工作平台模块、课题组协同模块、专家论坛模块、视频会议模块、学习培训模块等部分。 构建中医药虚拟研究院的主要任务是：建立高效的研究工作软件平台；建立虚拟研究院的各相关软件支撑系统；构筑并健全虚拟研究院中的相关研究机构与部门；建立虚拟研究院的运行机制及管理模式；选择若干典型重大中医药研究计划项目组（如973项目）为研究切入点，实施、验证并完善虚拟研究院的各类功能。 （2）关键技术： 构建中医药虚拟研究院的关键技术：虚拟研究院的核心是建立在Internet和虚拟专用网络（VirtualPrivate Network，VPN）基础上的计算机支持协同工作（Computer Sup－ported Cooperative Work，CSCW）。其常设机构和研究院中心服务器构成一个局域网络，通过路由器与In－ternet网络连接。中心服务器提供协同工作服务和拨号连接服务，Web服务器负责信息发布，中心数据库存储各种学术著作、论文及各类科研工作文档。各成员可通过公务器，获得相应服务。另外，系统技术VPN，用户可以拨号到中心服务器，以获得更高的安全性。CSCW为在时空上分散的人们提供“面对面”和“你见即我见”的协同工作环境，支持多个时间上分离、空间上分布而工作又相互依赖的协作科研人员的协同工作，使计算机系统从传统的只能提高个体工作效率变为能提高群体工作效率。其主要技术包括VPN与CSCW平台的选择和应用；软件平台的安全性研究及评价；A－gent技术研究应用；相关软件支撑技术。 4．实施策略与步骤 中医药虚拟研究院是以CSCW为核心的复杂体系，集成了各类相关软件模块，实现包括项目的规划与进度管理、课题组的协同工作、研究院资源管理、专家论坛、信息检索、协同编著、远程教育等在内的多种功能；并且，建立虚拟研究院还意味着组织机构和职能的革新，所以，它的构建过程是一个浩大的系统工程。为此，有必要采用循序渐进、分步实施策略，首先建立虚拟研究院的原型系统，通过实验原型系统来检验其各项功能及有效性，然后再建立并完善整个系统。 二、中医智能化信息系统研究 1．问题与需求分析 （1）完善规范中医药数据库。 建立规范化的中医药数据标准和融合数据库构架，是提高中医药数据共享和利用的关键。从信息工程的观点看，试图从大量的中医药数据中发现新的规律和知识是一类难度较大的隐含信息提取问题。采用单一数据源难以提取出隐含的大量信息；由不同数据源所组成的多数据库系统内部存在异质异构问题。为此有必要确定发展异质异构多数据库融合信息处理技术。要实现基于多数据库系统的知识挖掘功能，必须建立有效的系统结构，减少多数据库系统间的通讯关系并寻找一种能使各数据库协调工作的适当方法。这种方法应建立在多数据库系统共享资源和各数据库的自主性之上。 （2）提高现有中医药数据库的利用价值。 目前我国现有的中医药数据库，只能提供检索、统计等一般性服务，其包涵在这些数据库中的大量隐含知识尚未得到充分的采掘和利用。随着世界性回归自然的潮流发展，天然药物的开发及传统医学的非药物疗法越来越受到人们的重视，如果我们不能利用KDD（Knowledge Discover in Database）为主的人工智能技术充分挖掘我国现有中医药数据库的潜能，就有可能被发达国家用较低的价格购买我们的数据库，加上采用KDD方法为主的人工智能技术进行研制，然后高价返销国内，或利用这套系统进行中医药开发，研制出我们尚未研制出的中药新药，同时还会造成我国中医药信息资源廉价出售的局面。因此，加速建设我国中医药人工智能信息系统的研制，不仅可以提高我国现有中医药数据库的利用价值，而且可以避免中医药信息资源的廉价流失。 （3）进一步发展中医药理论。 中医理论主要来自临床经验总结。用KDD方法为主的杂交式人工智能技术可以对传统中医理论进行科学描述和量化表达，探讨并形成新的中医药理论，以指导中医药科研及开发研究。 （4）探索中药复方新药开发的新方法。 以往中药复方新药的开发多为临床医生利用自己的知识和经验进行组方，再于临床进行验证，获得较好的疗效后，再进行药理学、中药化学等方面的研究，这是一种经验开发模式。如果利用现有中药数据、中医药理论和专家知识，借助KDD方法为主的杂交式的人工智能技术，通过随机筛选，确定可以组成所需复方的有效药味，组成多个可供实验研究的组方方案，供新药开发者进行选择，这是一种建立在利用几千年积累下来的丰富经验及现代科学研究成果基础上，充分运用信息技术进行新药开发的模式，这种基于KDD的人工智能模式可能比经验开发模式更为合理和经济。 2.目标与发展思路 本研究的远期目标是：通过研究，在我国建立一个大型中医药开发研究数据分析中心，在中医药数据库基础上，采用以KDD方法为主的人工智能技术，综合探讨分析中医药创新理论及创新技术，研究中药复方的组成配伍规律、药效物质基础、作用机理及药物间的相互作用，探索在计算机上排列、组合新的中药配伍方法和机上药理模拟实验，为筛选、设计、开发研制中药复方新药，特别是治疗临床疑难病新药的研究提供思路和参考。 本研究近期主攻目标是： （1）研究制订出一整套适用于KDD等人工智能方法分析的中医药数据库的统一技术标准和方法，以及可以共用的数据库平台和软件，并为发展建立基于多媒体表现的、支持空间结构表达的中医药数据库提供技术研究的支持和准备。 （2）通过异质异构多数据库融合构造技术方法的研究，研制出一整套将国内外现有的各类中医药数据库组合为多功能、分布式、联邦型中医药数据库的方法和软件，并为建立一系列内容较完整且具有权威性的集传统理论和现代研究成果于一体的大型多功能分布式中医药数据库系统提供技术支持和准备。 （3）选择利用适用于KDD等人工智能方法分析的数据库，开展中医药人工智能分析系统的实验研究，提出一套分析中医药创新理论的方法以及相应的智能软件，为研制出一整套从中医药数据库中发现新的规律和知识，以及辅助、支援实验室常规实验的技术和方法，提供可靠的技术支持和准备。 3.重点任务与关键技术 （1）中医药数据库建库技术标准和方法的研究。 ①在对现有数据库进行调研和评价的基础上，考虑到系统推广以及KDD等人工智能分析方法的要求，对新建中药复方数据库的总体构架进行设计和论证，并制定统一的技术标准，其中包括资料采集范围和标准、用词术语规范和标准、编码规则和标准、著录规则等。 ②按照上述研究所制定的标准，在充分利用国内外已有的电子数据资料基础上，重组资源，进行整理和加工，尝试建立基于多媒体表现的、支持空间结构表达的示范型中医药数据库，以供研制KDD等人工智能分析信息系统使用。 （2）多功能分布式联邦型中医药数据库的构造方法研究。 ①异质异构中医药多数据库融合技术的研究。 为解决异质异构数据库间数据共融和交换，本项目将研究一种与现有各类中医药数据库中数据格式兼容的、一致化的数据表达和交换格式。此格式可作为异质异构多数据库系统中的数据共同交流与处理的介质，以便实现多数据库系统上的分布式的中医药信息处理。 ②联邦制分布式中医药数据库体系结构的研究。 研制出一种联邦制分布式数据库体系结构。在这种体系结构中，各数据库对称分布、地位等同；数据库之间在合作前或合作中的通信过程，可视为各数据库间的协商，通过协商挖掘出有效规律、解决数据库之间的冲突，促进数据库之间的合作，提高多数据库系统的一致性。数据库之间的协商应符合简单性原则，即低通讯代价及低计算复杂度。 （3）中医药人工智能分析系统的实验研究。 ①运用现代数理统计方法和模式信息智能集成处理技术，研究中医药的创新理论及方法。 运用多元统计分析和模式信息智能集成处理技术，研究出分析中医药创新理论各相关因素间的相关性的方法和软件系统。 ②中医药数据库的KDD方法和系统的研究。 基于典型中医药数据库，设计并实现中医药创新理论及方法的知识发现方法的软件系统。对中医理论进行深入研究，找出一些相关规律。探讨从联邦型中医药数据库进行知识发现的方法、软件结构和实现方法。

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