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利用信息技术加速中药现代化
http://www.100md.com 2001年8月14日 现代中药网
    利用信息技术加速中药现代化

    当今人类社会正大规模、高速度进入信息时代,信息已经成为社会发展、进步和人类赖以生存的重要资源和基本需求。即将来的21世纪被称之为信息化时代。在这样的历史环境下,中药现代化的发展在很大程度上取决于中医药信息利用、转化和传播的能力及速度,与世界发达国家比较,我国目前中医药信息资源及网络的研究与建设还处于落后状态;与国内其它行业相比,也还处于起步阶段。

    第一节国际植物药研究中的信息技术

    目前,以Internet因特网为代表的信息高速公路已连接全球100多个国家。 1997年,联在该网络上的计算机增至6800万台,并以每年近一倍的速度不断增长。从该网络上可方便地获取各类所需信息。信息资源的加工处理技术也在飞速发展,日臻完善,并被广泛应用于各个不同的领域中。发达国家在医药领域中利用现代信息技术已获得很大成功,并产生了巨大的社会效益及经济效益。远程医疗系统的利用,解决了偏远地区就医问题,使许多患者得到及时治疗;药理学及化学研究中应用计算机技术,大大提高了实验研究的可控性和准确性;西药新药计算机辅助药物设计系统的利用,缩短了先导化合物发现的周期,降低了新药开发成本,有助于进行提高药物疗效、降低毒副作用的新药设计。近年来,美国已有人尝试进行中药材电子计算机图像识别。国外一些跨国制药公司,不仅将现代信息处理技术运用于西药新药的设计开发研究中,而且正在摸索将现代信息处理技术运用于天然产物新药筛选开发研究中。
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    近20年来,建立药用植物及天然产物数据库和信息系统的工作已在国际范围内引起广泛重视。美国芝加哥伊利诺大学药学院从70年代中期起即开始建立规模庞大的NAPWRT系统,该系统主要收录全世界已发表的天然产物中的生物活性成分及相关信息。1977年,由联合国教科文组织资助的APINMAP网络系统在菲律宾建立,该系统收集了亚太地区包括中国药用及芳香植物的生物学性状、化学成分、疗效和市场情况方面的综合信息。与APINMAP相类似的还有印度等国建立的MAPIS系统。香港中文大学中药研究中心和韩国汉城大学天然产物研究所也分别建立了中药和东方传统药物的数据库。如医药学信息资源数据库的开发利用,已成为医药

    界进行科研、生产、管理所必须依赖的支撑系统。

    第二节信息技术在我国中药研究中的应用

    将计算机技术用于中医药研究领域,我国虽起步较晚,但发展十分迅速。
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    一、一批数据库已经建成

    经过多年的努力,我国中医药界已经有一批科研院所及大专院校建成了一批中医药文献型和事实型数据库,初步满足了中医药界文献检索的需要;在国家中医药管理局重点实验室中国中医药文献

    检索中心建立了“中国中医药信息网”,目前该网络已拥有110多台

    终端用户,覆盖了全国23个省市自治区,实现了与Internet的连接, 建立了中医药行业的WWW主页,并将“中医药期刊文献数据库” 。

    “中医药报刊文献数据库”等一批中医药科技信息数据库上网运行,为国内外用户提供服务;一些条件较好的科研院所及高等院校已经初步建成了校园网,为建设区域性二级网络奠定了基础;在数据库和网络建设发展的同时,积累了较丰富的经验,也培养了一支从事中医药信息资源及网络建设和研究的骨干队伍 。
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    二、人工智能技术已开始应用于中药研究

    KDD(Knowledge

    Discovery in Database,数据库中知识发现)是人工智能技术之一,借助这一技术可利用已有数据库,识别出其中有效的、新颖的、具有潜在效用的乃至最终可能被理解的模式的新知识。利用KDD技术开发研制中药(复方)新药的工作已受到中医药界广泛重视,提到议事日程上来,并已获得一些初步的结果。如以药用植物的科、属为主要单位,观察并比较不同类群药用植物各种传统疗效的比值,结果发现某些类群的传统疗效倾向性十分明显,例如乌头属(Aconitum)植物抗风湿的传统疗效系数高达5

    582(根据测算,传统疗效系数大于300者,均有进一步研究的价值),镇痛的传统疗效系数为439,表明从毒性较小的乌头属植物中寻找开发抗风湿及镇痛药物具有较大的机遇。这标志着我国中医药领域利用现代信息处理技术已经跨上一个新台阶,必将促使中医药信息工作在原有基础上获得进一步发展。
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    三、计算机图像分析处理技术已应用于中药药理研究

    随着现代科技的发展和多学科大跨度的不断相互交叉融合,尤其是计算机自动控制、图像分析处理、电子工程学等生命学科以外学科的各种新技术、新方法向中药药理研究领域的渗透,使得传统的药理研究方法和手段发生了根本性的变化。动物自主活动度、跳台、避暗、穿梭和水迷宫等安神益智中药药理研究中的计算机图像分析处理系统已在国内研制成功,动物行为表现中大量敏感信息的提取对于模拟中医“证”动物模型、建立客观规范的药理实验评价指标体系具有重要意义。

    四、存在的问题

    与世界发达国家相比,无论在中医药信息资源的加工处理、转换、利用,还是在信息网络的建设上,我国仍存在着很大差距。

    1.已有文献型及事实型数据库质量有待提高

    目前,我国已建成数百个中医药文献型及事实型数据库,除低水平重复建设问题严重外,已有的大型中医药文献型或事实型数据库也都在不同程度上存在软件界面不友好、质量不高等问题,如文献型数据库的文摘量及质量普遍偏低,著录项目不全,标引不统一等;事实型数据库的数据量不足,数据质量不太高,不能适应实际工作的需要等。
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    2.网络建设尚处于起步阶段

    目前,我国中医药信息网络虽已初步建成,但尚处于起步阶段,网络规模小,硬件设备落后,未真正实现中医药信息资源共享。尽管我国在国家中医药管理局重点实验室中国中医药文献检索中心初步建成了连接Internet网的中国中医药信息网,但该网络目前只拥有14个IP地址,仅覆盖全国23个省市自治区,仅有110多个终端用户,还未能建成区域性二级网络中心,远不能满足我国中医药事业发展的需要。为此,在现有条件的基础上,应将中国中医药信息网建设成为Internet的C级节点,使其拥有256个IP地址,更新其必要的硬件设备,使资源共享逐步得以充分实现,以促进中药现代化发展。

    3.KDD等人工智能技术尚未显示出应有的作用

    模糊数学、聚类分析、数量分类等KDD技术,在探索植物科属。化学成分和疗效间的相关性,在探索传统疗效与现代药理作用间的联系性以及每种中草药和其近缘药用植物类群所呈现出的疗效倾向性等方面,尚未显示出应有的作用。
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    中药本身往往是复杂的混合物体系,现有的测试技术还无法阐明其内在的物质基础。要建立中药质量的科学评价体系,不仅需要

    依靠更为先进和尖端的仪器分析技术,而且还有待于化学信息处理

    技术的进一步发展和各种技术间的有效结合。有关中药材品质分类、中药复方制剂的质量评价方法等,将涉及信息科学、计算机科学、中药学、色谱学和光谱学等的大跨度结合。

    4.药理实验研究中计算机信息技术的利用尚不普遍

    国际上正将计算机自动控制、图像分析处理、多媒体等新近发展起来的技术用于药理研究,一些商业产品已经面市。而我国才处于起步阶段。

    因此,要大力提倡计算机信息技术在中药现代化进程中的作用,从根本上改变中医药行业信息工作落后的局面,最大限度地改变中药材盲目种植、实验研究方法和手段不规范、中医药科研低水平重复、中成药出口缺乏信息支持的状况,形成在世界上具有较高知名度的中国中医药信息网,逐步实现中医药行业的资源共享;建立我国自己的中药实验研究软件工业,提供自动化程度高、规范客观、为国际所接受和认可的实验方法和手段,开辟国际中药商贸信息交流渠道,建立起国际中药商贸信息交流网络,缩短中药新药的开发周期,降低开发费用,增加科技含量,增强在国际医药市场上的竞争能力。
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    第三节应用信息技术加速中药现代化进程

    数千年来,我国中药丰富的经验、浩瀚的文献,是世界上任何国家无可比拟的。实现中药现代化,就要将我国丰富的中药信息资源和现代最新信息技术相结合,整理浩如烟海的中药文献资料,实现中药信息资源处理、转化及传播现代化。中药的科研、生产、管理的发展均有赖现代化中药信息系统的支持。

    一、建立中国中医药信息局域网

    积极引进和培养人才,更新必要的设备,发展中国中医药信息网。到2000年末,在现有网络基础上,将中国中医药信息网建成Internet的C级节点,实现与全国省级以上的中医药科研、医疗、教学和大中型企业联网,使其网络覆盖全国31个省市自治区。

    二、建立和完善数据库

    建立统一规范的中药研究开发数据库;完善补充现有中医药大型文献数据库,建立中医药术语中外文译释数据库;进一步收集整理国际市场需求和各国医药法规,完善和建设国际天然药物市场信息数据库;组成中药信息系统,为现代中药的研究开发提供充分、有效。即时的信息。
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    1.单味中药数据库

    在现有中药事实型和文献型数据库的基础上,选择临床常用的2

    000种中药及其所含全部化合物(约

    100 000个)建成单味中药数据库。著录项目包括:中药名称(药材名、异名、植物名、拉丁名、英文名)、药材研究(分布、产量、栽培(组织培养)、贮藏)、植物学研究(植物学特征、形态鉴别、组织鉴别、染色体鉴别、DNA鉴别)、化学研究(有效部位、化学成分、化学成分的化学结构(三维)、化学成分的理化性质:相对密度、旋光点、凝点、折光度、pH值等、化学成分的检测方法和标准、含量测定)、药理学研究(药效学研究:检测方法和标准、化合物、部位及单味药的药理作用;药代动力学:检测方法和标准、化学成分及单味中药的药代动力学)、毒理学研究(检测方法和标准、化学成分及单味中药的毒理作用、有毒中药的毒理学研究)、炮制学研究(炮制方法、工艺、标准、设备)、中药学研究(性味归经、中药配伍、功能主治、临床应用、用法用量、注意事项、禁忌症)、药理模型研究(模型的建立方法、适用方法、标准)、索引等。
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    2.复方中药数据库

    在北京中医药大学“中药方剂数据库”及国家中医药管理局中国中医药文献检索中心‘中医药文献数据库”的基础上,收录临床使用的

    10 000首方剂,建成复方中药数据库。著录项目包括:方名、方剂学研究、化学研究、药理学研究、毒理学研究、制剂学研究、临床研究、索引等。

    3.中医专家知识库

    在现有百余个中医专家系统的基础上,收录中药配伍理论、中医辨证施治理论及专家经验知识建成中医专家知识库;中医药术语中外文译释数据库等。

    4.中药国际商贸信息系统

    在现有数据库的基础之上,完善和建设包括主要国家医药法规、投资环境、市场需求、经营程序及商检和索赔等数据库的中药市场信息系统。
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    5.提高现有中药数据库的利用价值

    目前我国尚未建立中药KDD系统,现有数据库只能提供检索。统计等一般性服务,其包涵的大量隐含知识并未得到充分的挖掘和利用。建立中药KDD系统可以充分利用现有中药数据库中的大量数据,通过计算机智能信息处理,形成新的知识,为我国中药新药开发提供新的思路。由于国外使用KDD技术较早,西药的新药开发研究也早已利用KDD技术。随着世界性回归自然潮流的发展,天然药物的开发越来越受到人们的重视,因此,如果我们自己不能利用KDD技术充分挖掘我国现有中药数据库的潜能,就有可能被发达国家用较低的价格购买我们的数据库,加上他们的KDD技术进行研制,然后高价返销国内,或利用这种具有KDD系统的中药数据库进行新药开发,研制出我们尚未研制出的中药新药,从而造成我国中药信息资源廉价外流的局面。因此,加速建设我国中药(复方)新药研究开发KDD系统的研制,不仅可以提高我国现有中药数据库的利用价值,缩短我国中药新药开发的周期,而且也可以避免中药信息资源的廉价流失。
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    6.进一步发展中药组方配伍理论

    中药组方配伍理论已经存在数干年,主要来自临床经验总结。用KDD技术可以明确中药或中药复方内化学成分及药理作用间的协同及桔抗作用,从而对传统中药组方理论进行科学描述和量化表达,探讨并形成新的中药组方配伍理论,指导中药复方新药开发研究。

    三、建立中药计算机实验系统

    积极采用现代信息技术,充分利用现有有关数据库,总结中草药及方剂传统使用经验和现代研究成果,利用KDD等技术,构建中药计算机辅助设计系统,探索中药(方剂)药效物质基础一中医“证’一植物科属等的规律性,指导中药新药研究。

    充分利用现代信息技术,建立适合中药药理、化学、制剂、生产等计算机实验系统,形成相关产业,推动中药实验研究手段和方法的现代化。

    中药(复方)KDD研究是在中医理论指导下,用KDD技术对传统中药新药研究、设计\中医组方理论及规律、中药作用机制、有效成分构效关系建立、化学成分多药理指标预测、中药道地性皮质量控制等多个方面进行全面、系统的研究。中药(复方)KDD的研究与建立是一个多学科协作工程。它要求在中医理论指导下,完成由事实型数据库向智能型数据库的转变。中药(复方)KDD系统包括单味中药数据库、复方中药数据库、中医专家知识库等数据库,以及预处理。数据聚焦、模式提取、工具箱、模式评价、知识编辑等模块,该系统具有一般事实型及文献型数据库的功能,并具有利用上述数据库进行人工智能信息处理、获取新知识的功能。
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    以往中药复方新药的开发基本是临床医生利用自己的知识和经验进行组方,并将其用于临床进行验证,获得较好疗效后,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。最近,国外一些制药厂家在开发天然药物时正在尝试使用KDD方法开发新药。用KDD方法开发复方中药新药是一种利用现有中药数据、中医药理论、专家知识,借助计算机手段和现代信息处理技术,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,供新药开发者选择,这是一种建立在充分利用几千年积累下来的丰富经验及现代科学技术所提供的信息进行开发的模式。

    1.KDD软件系统的研制。按下列步骤进行KDD软件系统的开发研制:熟悉中药领域的数据、知识背景,明确所要完成的KDD发现任务的性质;确定与KDD发现任乡的数据集合;从与KDD发现任务相关的数据集合中除去明显错误的数据和冗余数据;数据预处理,创建知识发现算法所需的数据组织形式;根据KDD要发现任务的所属类别设计或者选择有效的数据算法并加以实现;测试和评价KDD所获得的知识;KDD的解译和运用。
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    2.研制开发中药(复方)KDD系统的人机界面软件。

    3.预处理软件的开发研制。包括中药化合物二维化学结构转化为三维结构的处理软件,确定立体化学未定的手性碳可能的光学活性体的软件,分子三维图形的数字化和分子参数表的图形化转化软件等。

    4.中药(复方)KDD系统的测试与运行。利用中药(复方)KDD系统进行中药复方新药开发,并将筛选的复方中药组进行中药药理学及临床验证,以评价该系统的功能,并根据评价结果对该系统进行修正。

    四、建议与对策

    由国家科委投资,选择基础条件较好的单位,筹备建立全国性中医药信息系统网络中心,中医药信息系统应包括中医药基本数据库和有关文献库,并能沟通全国相关单位的中医药信息网络,做到共同开发,资源共享。

    成立课题专家组,负责审查课题的实施方案,监督审查课题进展,参加课题的验收评审。通过我驻外机构,加强与世界各国政府、医药研究机构的广泛交流与合作,及时了解国际传统医药研究进展的情况,收集建库所需信息及信息处理技术的最新研究成果,以确保课题完成的质量。

    组织专家组统~制定各数据库的建库方法和标准;利用各种途径收集所需资料。对获取数据进行分析,去除无关及不准确的资料,按其属性归类,进行机前处理;统一研制各数据库建库软件;进行数据库录入及校对工作,并对数据库软件进行调试。

    组织专家组制定收录数据标准及规范,确定研制中药(复方)KDD系统的任务、评价指标及人机界面的要求。, 百拇医药