基于着色Petri网(CPNs)的针灸艾灸治疗动力学建模与优化：系统生物学视角下的精准医疗新范式

针对针灸艾灸治疗(AMT)缺乏量化评估方法的瓶颈，研究人员创新性地采用着色Petri网(CPNs)构建动态系统模型，提出基于Token引导的转移控制(TGTC)方法解决并发性问题，开发多标准评价体系量化疗效。通过梅尼埃病案例验证，模型仿真结果与临床数据高度吻合，并发现3种潜在新疗法，为AMT标准化和精准化提供系统性解决方案。

　　

传统医学的现代化进程面临关键挑战：针灸艾灸治疗(AMT)虽在临床实践中展现出对慢性疼痛、精神障碍等复杂病症的独特疗效，但其作用机制缺乏量化表征方法，治疗方案选择依赖经验，严重制约了其在循证医学体系中的推广。世界卫生组织(WHO)虽已将AMT纳入国际疾病分类，但器官级相互作用量化、穴位刺激效应测量等核心问题仍未突破，导致临床决策缺乏客观依据。

为破解这一难题，研究人员开展了一项开创性研究，通过系统生物学方法构建AMT动态模型。研究团队采用着色Petri网(Colored Petri Nets, CPNs)这一能模拟复杂生物系统的数学工具，创新性地整合五行理论、经络学说和模糊系统理论，建立包含2459个位置、713个变迁和3948条弧的完整AMT系统模型。该研究首次提出Token引导的转移控制(Token-guided transition control, TGTC)方法，通过引入控制库所、控制令牌和控制弧三类辅助元素，有效解决AMT过程中固有的并发性与时序性矛盾。

关键技术包括：1) 基于CPN Tools平台构建多层次模型架构；2) 开发8个动态方程量化器官状态变化(如f_H(τ')=g·f_L(τ-1)-r·f_K(τ-1)+s·f_H(τ-1)描述五脏相生相克)；3) 建立包含稳定性(P_TR)、健康阈值(f_RMSD)和治疗相似度(P_ET)的多准则评价函数Eval()=P_TR·m+f_RMSD·n+P_ET·k。

研究结果部分揭示：

1. AMT系统建模：模型成功再现梅尼埃病治疗中肝(初始值5)、脾肾(初始值1)的状态变化，仿真显示τ=8时三者即进入健康范围(2.5-3.5)，与临床观察一致。
2. TGTC方法验证：对比未受控模型(图3A)与TGTC调控模型(图3B)，后者精确实现了"五脏相生→脏传腑→腑反馈脏→穴位刺激→气血津液代谢"的生理级联。
3. 治疗方案优化：通过完全随机(R)、循经选穴(M)和对应选穴(C)三种策略筛选，发现M1方案(肝经LR1、LR14等穴位)评价得分达0.840，接近参照组(0.960)，显著优于无效方案如R1(0.012)。

讨论部分强调，该研究首次实现AMT全过程的可计算化表征，其创新点在于：1) 将传统理论转化为具有明确输入-输出关系的动态系统；2) 通过TGTC方法解决复杂系统建模的时序控制难题；3) 提供量化工具比较不同治疗方案。尽管模型尚未纳入奇经八脉等要素，但已为AMT机制解析、方案优化和临床决策支持奠定基础。未来通过扩展临床数据集、开发智能选穴算法，有望推动AMT从经验医学向精准医学的范式转变。

这项发表于《Computational and Structural Biotechnology Journal》的研究，标志着传统医学与现代信息科学的深度融合。通过CPNs框架揭示AMT的动态规律，不仅为理解"气-血-津液"平衡提供新视角，更开辟了用系统工程方法研究传统医学的新路径，对促进中医药现代化和国际化具有里程碑意义。