评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和作用度的方法及优化中药复方方法
【专利摘要】本发明提供一种评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和作用度的方法及优化中药复方方法，通过三维可视化图显示具有同一生物功能的多个药材，其中，任意两个点之间的距离即为对应的映射系数值，代表药材之间的关联程度，若两点间距离越短，则此两种药材具有协同性越强；每一个点所对应的三维锥柱的高度，即为所计算得到的权重值，代表了此药材对于该生物功能的贡献程度，若某点高度越高，则说明该药材具有该生物功能的作用越强。可以更加直观的反应不同药材对同一生物功能重要性的高低，以及药材之间的紧密程度；同时可以预测不同的药材组合对某一生物功能的重要程度。
【专利说明】评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法及优化中药复方方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物信息和医药研发【技术领域】，具体涉及一种评价同一生物功能的多 种中药材对该生物功能的协同性和作用度的方法及优化中药复方方法。
【背景技术】
[0002] 中药复方是指由两味或两味以上中药材组成，针对相对确定的病症而设的方剂， 属于中医方剂的主体组成部分。目前，在中药复方研发领域，对复方中药药效的研究方法主 要为：根据经验确定组分及组分间配比，然后对药物进行多次动物试验；在动物试验成功 后再应用于临床实验，根据临床实验结果确定该药物所具有的药效。但是，由于物质间相生 或相克等作用非常复杂，一旦药物中某一组分的量发生变化时，就需要重新开始上述的研 究过程，因此，药物的研究工作是一件非常费时费力的事情。对于最初确定药物的组分及组 分间配比，由于仅仅是凭借经验，有时会导致药物研究的盲目性。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种评价同一生物功能的多种中药材对该 生物功能的协同性和作用度的方法及优化中药复方方法，可以定量的指导药物研究以及药 物组分优化。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：
[0005] 本发明提供一种评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和作用 度的方法，包括以下步骤：
[0006] S1，建立初始的第一中药数据库，所述第一中药数据库存储中药名称与其具有的 至少一种生物功能属性的对应关系；其中，所述中药名称所对应的中药为中药材或中成 药；
[0007] S2,当需要对指定生物功能进行评价时，建立与指定生物功能名称唯一对应的第 二中药数据库；初始时刻，该第二中药数据库为空；
[0008] 以所述指定生物功能名称为挖掘关键词，对所述第一中药数据库进行数据挖掘， 每当挖掘到具有该指定生物功能的指定中药时，即将该指定中药所对应的指定中药名称存 储到所述第二中药数据库，如果本次挖掘到的指定中药名称与第二中药数据库中已存在的 历史时期存入的某一中药名称相同，则仍然将本次所挖掘到的指定中药名称重新存储到所 述第二中药数据库；
[0009] 在对所述第一中药数据库数据挖掘结束时，设所述第二中药数据库中共存储Ml 个指定中药名称，M2种指定中药名称；其中，M2 < Ml ;
[0010] S3,建立与指定生物功能名称唯一对应的中药材数据库；初始时刻，该中药材数据 库为空；
[0011] 对所述第二中药数据库中存储的每一种指定中药进行分析，提取到该指定中药所 包含的至少一种指定中药材；由此得到η种指定中药材；再统计每一种指定中药材在Ml个 指定中药出现的次数，然后将η种指定中药材名称以及与每一种指定中药材名称对应的出 现次数的对应关系存储到所述中药材数据库；
[0012] S4,将η种指定中药材名称依次记为：Ρ1、Ρ2…Ρη ;将各个指定中药材名称对应的 出现次数依次记为：W1、W2…Wn ;
[0013] 则：对于任意一个指定中药材名称Pi，其中，i e (1、2…η)，通过下式计算其权重 值 WCi :
[0014] WCi = ffi/(ffl+W2-+ffn)；
[0015] 由此计算得到与η种指定中药材PI、P2…Ρη分别对应的权重值；
[0016] S5,将η种指定中药材PI、Ρ2…Ρη两两组合，形成η(η-1)/2组组合；在一定的计 算环境下，计算每种组合的映射系数值，得到以下映射系数矩阵MC :
[0017]
【权利要求】
1. 一种评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和作用度的方法，其特 征在于，包括以下步骤： S1，建立初始的第一中药数据库，所述第一中药数据库存储中药名称与其具有的至少 一种生物功能属性的对应关系；其中，所述中药名称所对应的中药为中药材或中成药； S2,当需要对指定生物功能进行评价时，建立与指定生物功能名称唯一对应的第二中 药数据库；初始时刻，该第二中药数据库为空； 以所述指定生物功能名称为挖掘关键词，对所述第一中药数据库进行数据挖掘，每当 挖掘到具有该指定生物功能的指定中药时，即将该指定中药所对应的指定中药名称存储到 所述第二中药数据库，如果本次挖掘到的指定中药名称与第二中药数据库中已存在的历史 时期存入的某一中药名称相同，则仍然将本次所挖掘到的指定中药名称重新存储到所述第 二中药数据库； 在对所述第一中药数据库数据挖掘结束时，设所述第二中药数据库中共存储Ml个指 定中药名称，M2种指定中药名称；其中，M2 <Ml; S3，建立与指定生物功能名称唯一对应的中药材数据库；初始时刻，该中药材数据库为 空； 对所述第二中药数据库中存储的每一种指定中药进行分析，提取到该指定中药所包含 的至少一种指定中药材；由此得到n种指定中药材；再统计每一种指定中药材在Ml个指定 中药出现的次数，然后将n种指定中药材名称以及与每一种指定中药材名称对应的出现次 数的对应关系存储到所述中药材数据库； 54, 将n种指定中药材名称依次记为：P1、P2…Pn;将各个指定中药材名称对应的出现 次数依次记为：W1、W2…Wn; 贝1J:对于任意一个指定中药材名称Pi，其中，iG (1、2…n)，通过下式计算其权重值 WCi： WCi=ffi/(ffl+W2-+Wn)； 由此计算得到与n种指定中药材PI、P2…Pn分别对应的权重值； 55, 将n种指定中药材PI、P2…Pn两两组合，形成n(n-l)/2组组合；在一定的计算环 境下，计算每种组合的映射系数值，得到以下映射系数矩阵MC:
其中，Mk代表指定中药材Pi和指定中药材Pj之间的映射系数值；其中，i，jG(1、
2...n)，i关j; 56, 建立平面直角坐标系，在该平面直角坐标系中选取任意一个点作为Pl点，然后，判 断能否在该直角坐标系上标识出P2点…Pn点，使Pl点、P2点…Pn点之间每两个点之间距 离值组成矩阵L，且使矩阵L中的每一个元素与映射系数矩阵MC中对应位置的元素相同，如 果不能够标识，则执行S7 ;否则，执行S8 ; 其中，矩阵L表示为：
其中，Lij代表指定Pi点和Pj点之间的距离值；其中，i，jG(1、2…n)，i尹j; 57, 返回S5,对计算映射系数值的计算环境进行纠偏，然后计算得到新的映射系数矩阵 MC，用该新的映射系数矩阵MC替换原来的映射系数矩阵MC，再执行S6 ;由此进行迭代循环 计算，直到能够在直角坐标系上标识出满足条件的Pl点、P2点…Pn点；然后再执行S8 ; 58, 在直角坐标系上标识出Pl点、P2点…Pn点；其中，Pl点对应指定中药材Pl、P2点 对应指定中药材P2…Pn点对应指定中药材Pn; 然后，读取S4计算得到的指定中药材P1、P2…Pn分别对应的权重值，将Pl点、P2点…Pn点分别对应的权重值通过图形可视化方式展示，得到与指定生物功能对应的三维可视化 图； 59, 观察所述三维可视化图，对于Pl点、P2点…Pn点，任意两点之间的相对距离值代表 对应的两种中药材的协同性，相对距离值越近，则两种中药材的协同性越强；某个点对应的 权重值越大，代表该点对应的中药材对该指定生物功能的作用度越强。
2. 根据权利要求1所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，Sl中，所述第一中药数据库存储的内容来源于各种已知的临床 采集信息数据库、中成药数据库和中药材基础数据库。
3. 根据权利要求1所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，S5中，通过以下方法计算每种组合的映射系数值： S5. 1，建立树型存储结构，所述树型存储结构包括根结点、第一层子结点、第二层子结 点和第三层子结点；其中，所述第一层子结点为所述根结点的直接子结点，所述第二层子结 点为所述第一层子结点的直接子结点，所述第三层子结点为所述第二层子结点的直接子结 占. 所述第一层子结点用于存储与各种类型的疾病分类分别对应的疾病代码； 所述第二层子结点用于存储与各种总药效名称分别对应的功能代码；所述总药效名称 指药物与机体相互作用产生的总反应名称； 所述第三层子结点用于存储各种子药效名称；所述子药效名称指药物与机体相互作用 产生的子反应名称； 其中，具有父子关系的第一疾病代码、第一功能代码和第一子药效名称的关系为：所述 第一疾病代码代表第一疾病、所述第一功能代码代表第一总药效；所述第一子药效名称代 表第一子药效；当患有第一疾病的机体食用指定药物后，该指定药物与机体作用后产生第 一子药效，第一子药效属于第一总药效更细化的药效；而第一子药效为治疗第一疾病的途 径和环节； S5. 2,特定药物M的组分名称为集合Pm = (P1,P2，…PJ;其中，n彡1 ;各组分在特定 药物M中的对应质量分数为集合Km =IK1,K2，…KJ;当接收到任意的包含X个组分的组 分名称集合P= (P1,P2，…Px}以及对应的质量分数集合K=IK1,K2，…KJ时，其中，X彡n， i3qP#，&gA：M ;对该集合p中的每一个组分Pi，均执行以下操作，得到子网络映射 图集合w=Iff1,W2，…Wi,...wj; 根据已有药物与药效关系的信息，构建与该组分Pi相关的一个以上指定子药效名称； 再以各个指定子药效名称为关键词，根据Si得到的所述树型存储结构，获得子网络映射图 Wi,所述子网络映射图Wi是以组分Pi为根结点的三层树状分散图，从内向外包括第一层结 点、第二层结点和第三层结点；第三层结点即为所述各个指定子药效名称；第三层结点在 所述树型存储结构中具有父子关系的第二层子结点即为第二层结点；第二层结点在所述树 型存储结构中具有父子关系的第一层子结点即为第一层结点； S5. 3,将子网络映射图集合W= (W1,W2，…Wi,…WJ中的X个子网络映射图相互关联， 处于同一层结点中的各个组分对应的相同结点合并，得到总网络映射图；其中，同一层结点 中合并后的结点称为共享结点； S5. 4,根据下列公式计算所述X个组分的映射系数MC;
其中，所述集合P中的所述组分Pi在其对应的子网络映射图Wi上共有yi个第一层 结点，构成的集合为= 丨,对该DCi集合中的每个第一层结 丄一JI 点DC；，该DC；?直接连接的第二层结点总数为C；, yi个第一层结点分别直接连接的 第二层结点总数构成集合C= {0,g,...,每个第一层结点Dq上间接连接 的第三层结点总数为, yi个第一层结点分别间接连接的第三层结点总数构成集合 Gf = ,其中j= (1，2,…，yj。 在集合P= (P1,P2, ...px}中，任选2个不同组分的所有可能组合，构成集合PC= {(P1,p2)，（P1,P3)，? --，（PmPx)}，其中集合PC中元素总数为：c】=-i)； 对于集合PC中的每个元素，对应两个组分：组分Pi和组分I，其中i，j= (1，2, ...，X) 且i尹j，组分Pi和组分Pj在总网络映射图中共享的第一层结点所组成的集合为Ds，L(Ds) 表示Ds中的结点总数，其中
；则集合PC中所有元素对应的Ds组 成的集合为：
对集合D中的每个元素Ds分别执行以下操作，得到集合：
集合F中任一元素Fi为Ei与&的和，其中，Ds中的任一元素为组分Pi和组分&在总 网络映射图中共享的第一层结点，Ei为组分Pi在子网络映射图Wi中的直接子结点总数，Ej 为组分&在子网络映射图％中的直接子结点总数； Yi表示组分Pi在子映射网络Wi上的第一层结点总数，Bi表示组分Pi在子映射网络Wi 上的第二层结点总数； 定义组分集合P= (P1,P2，…Px}对应的特征向量集合P={PPPfPx};其中，特 征向量集合P中各特征向量与组分名称集合Px中各组分分别对应；对于集合P中任意一 个3i,X彡i彡1 ;定义3i=取、凡、Qi); 其中，Ri代表组分Pi的四气特征向量，Ri = (r/、r/、r/、;^4)，其中，r/、r/、r/、r/分 别代表组分Pi的温、热、寒、凉四气属性；根据组分Pi的四气属性的程度分别向rArArA r/赋值O或1或2 ; Ti代表组分Pi的五味和毒性特征向量，Ti = (t/、t/、t，、t/、t，、t/)其中，t/、t/、t/、Vdi5Ui6分别代表组分Pi的辛、甘、酸、苦、咸、毒性六种属性，根据组分Pi的五味和毒 性的程度分别向t/、t/、t,、t/、赋值O或1或2 ; Qi 代表组分Pi 的归经特征向量，Qi = (q/、q/、qAq/、qAq/、q/、qAqAq/0、q/1、Qi12)，其中，q/、Qi2、qAqAQi5、Qi6、q/、Qi8、Qi9、q/。、q/1、q/2 分别代表组分Pi 的肺、膀胱、 脾、大肠、胃、小肠、肝、心包、心、肾、胆、三焦十二种归经，并向这12种归经分别赋值O或1 ; 其中，S5中，所述计算环境包括以下两种环境： (1)S5. 1所建立的树型存储结构所包含的第一层子结点、第二层子结点和第三层子结 点的子结点数量；以及所述第一层子结点所存储的疾病代码数量、所述第二层子结点所存 储的功能代码数量、所述第三层子结点所存储的各种子药效名称数量； (2) S5. 4中，所述每一种组分Pi的四气特征向量的赋值情况、五味和毒性特征向量的赋 值情况、归经特征向量的赋值情况。
4.根据权利要求4所述的评价具有同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同 性和作用度的方法，其特征在于，S7中，对计算映射系数值的计算环境进行纠偏，具体指： 扩大S5. 1所建立的树型存储结构所包含的第一层子结点、第二层子结点和第三层子 结点的子结点数量；以及扩大所述第一层子结点所存储的疾病代码数量、扩大所述第二层 子结点所存储的功能代码数量、扩大所述第三层子结点所存储的各种子药效名称数量； 检验所述每一种组分Pi的四气特征向量的赋值情况、五味和毒性特征向量的赋值情况 和归经特征向量的赋值情况，如果赋值情况有误，则修改为正确的赋值。
5. 根据权利要求4所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，S6中，通过以下方法判断能否在该直角坐标系上标识出满足条 件的Pl点、P2点…Pn点： S6. 1，在平面直角坐标系中选取任意一个点作为Pl点，以Pl点为圆心，以MC12为半径 画圆，得到圆1-2,圆1-2的圆周上各点即为P2点的可选位置； 以Pl点为圆心，以MC13为半径画圆，得到圆1-3,圆1-3的圆周上各点即为P3点的可 选位置； 以此类推，以Pl点为圆心，以MCln为半径画圆，得到圆1-n，圆1-n的圆周上各点即为Pn点的可选位置； 由此共得到圆1-2、圆1-3…圆1-n，分别为P2、P3…Pn点的可选位置； S6. 2,在圆1-2上选取任意一个点作为P2点，然后，以所选取的P2点为圆心，以MC23 为半径画圆，得到圆2-3;判断圆2-3与圆1-3是否存在至少一个交点，如果不存在，则转向 S6. 5 ;如果存在，则将各个交点依次记为P3⑴、P3⑵…P3(xS ; 以所选取的P2点为圆心，以MC24为半径画圆，得到圆2-4;判断圆2-4与圆1-4是否存 在至少一个交点，如果不存在，则转向S6. 5;如果存在，则将各个交点依次记为P4(1)、P4(2)-P4(x4); 以此类推，以所选取的P2点为圆心，以MC2n为半径画圆，得到圆2-n;判断圆2-n与圆 1-n是否存在至少一个交点，如果不存在，则转向S6. 5;如果存在，则将各个交点依次记为 Pn⑴、Pn⑵…Pn(xn); S6. 3，由此共确定以下尚散点： P3 ⑴、P3 ⑵…P3 (x3) P4 ⑴、P4 ⑵…P4 (x4) Pn⑴、Pn⑵…Pn(xn); S6. 4,在上述各离散点中，判断是否存在P3(kl)、P4(k2)…Pn(kx)，使P3(kl)、P4(k2)…Pn(kx)中 每两个点之间距离值Lij =MCij ;其中，i，j= 3、4…nIij代表Pi和Pj之间的距离值;MCij 代表Pi和Pj之间的映射系数值；如果存在，则PI、P2、P3(kl)、P4(k2)?Pn(kx)即为最终确认的 Pl点、P2点…Pn点；如果不存在，则执行S6. 5; S6. 5,转向执行S7。
6. 根据权利要求4所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，S8中，将Pl点、P2点…Pn点分别对应的权重值通过图形可视 化方式展示，具体指： 建立与所述直角坐标系垂直的z轴；z轴代表权重值；然后，每一个Pi点上绘制对应高 度的图形，该图形的高度即为该Pi点的权重值。
7. 根据权利要求4所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，S8中，所述三维可视化图为三维地图；每一个Pi点在该三维地 图上的高程值即为其对应的权重值。
8. 根据权利要求1所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，S8之后，还包括： S10,对于具有同一生物功能的Pl点、P2点…Pn点，用MCij代表中药材Pi和中药材Pj之间的映射系数值；用du代表中药材Pi和中药材Pj之间的距离值；其中，Ki尹j<n; 用WCi代表任意一个中药材Pi的权重值WCi;则： Pi点的距离权6 或1^=今(4/ -./=1hJJ_1 > Pi点的新权重僅
Pl点、P2点…Pn点所构成的集合P的配置系数e=CfC2+…+Cn; S11，对于具有同一生物功能的Pl点、P2点…Pn点，分别计算得到对应的新权重值Cl、CfCn ;则：Ci值越大，说明Pi点到其余各点的距离和或距离平方和越小，且/或权重越大， 则该点处于网络拓扑结构中的重要节点。
9. 根据权利要求8所述的评价同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和 作用度的方法，其特征在于，SlO之后，还包括： S12,当存在至少两个具有同一生物功能的中药材集合时，分别计算每一个中药材集合 的配置系数e值；然后，比较各个e值的大小，对于e值最大的中药材集合，说明该中药材集 合中的各个中药材具有该生物功能的效果越强，该中药材集合所形成的复方具有该生物功 能的效果越强。
10. -种优化中药复方方法，其特征在于，包括以下步骤： S-1，读取需要被优化的中药复方； S-2,接收对该中药复方优化的目标指令；其中，该目标指令携带有需要调整的与特定 生物功能相关联的特定药效； S-3,基于评价具有同一生物功能的多种中药材对该生物功能的协同性和作用度的方 法，得到与所述特定生物功能对应的三维可视化图，其中，该三维可视化图包括与中药材名 称分别对应的Pl点、P2点…Pk点，任意两点之间的相对距离值代表对应的两种中药材的协 同性，相对距离值越近，则两种中药材的协同性越强；某个点对应的权重值越大，代表该点 对应的中药材对该指定生物功能的作用度越强； 根据所述目标指令，从所述Pl点、P2点…Pk点中选取至少一种中药材，然后使用选取 的所述中药材优化所述中药复方。
【文档编号】G06F17/30GK104268656SQ201410520567
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】黄卉, 苏效乐 申请人:泰普赛因(北京)生物信息技术有限公司