一文读懂|中医临床知识图谱的构建与应用

于彤李敬华朱玲于琦田野孙晓峰徐丽丽

中医药学是一门古老的医学,历代医家在数千年的实践中积累了丰富的临床经验,形成了完整的知识体系,产生了海量的临床文献。近年来,国家对中医药事业大力扶持,中医药领域的临床实践和临床研究都取得了长足的发展。中医临床方法在国际社会得到广泛认可,传播到183个国家和地区。

利用信息技术手段开展中医临床知识的管理和服务是一项开创性的探索,在临床上具有极大的应用价值。近年来,知识图谱(KnowledgeGraph)成为知识管理领域中的一项新兴技术,因其简单易学、可扩展性强、支持智能应用等优点而得到广泛应用。它有助于实现临床指南、中医医案以及方剂知识等各类知识的关联与整合,挖掘整理中医临证经验与学术思想,实现智能化、个性化的中医药知识服务,因此在中医临床领域具有广阔的应用前景。

知识图谱技术概述

知识图谱是以“语义网络(SemanticNetwork)”为框架构建起来的大型知识库系统。语义网络可被视为一张巨大的图,其中节点表示实体,边则代表实体之间的语义关系。知识图谱在语义网络框架中填充了大量的知识内容。这些知识内容来自数据库、文献库、数据文件等各种数字化资源。知识图谱对分散的知识进行汇集和组织,可以有助于实现知识资源的关联与整合,为解决“知识孤岛”问题提供了理想的技术手段。

中医临床领域有其自身的特点和需求,需要专门研究中医临床知识建模方法,解决中医临床知识的获取、分类、表达、组织、存储等核心技术问题,采集加工高质量的中医临床知识,才能建立准确、实用、完整的中医临床知识图谱。鉴于此,我们开展了一项中医临床知识图谱构建的专门研究。

本研究以“证、治、效”为中心,对中医临床领域庞大的知识内容进行系统梳理,初步建立了一个中医临床知识图谱系统。该系统以中医临床领域本体作为骨架,集成了名医经验、临床指南、中医医案、中医文献和方剂知识等多种知识资源,并实现了各类知识点之间的知识关联。知识图谱为中医临床知识体系的系统梳理和深度挖掘提供了新颖的方法,有助于实现中医临床知识的关联、整合与可视化,促进中医临床研究,辅助中医临床决策。

中医临床知识图谱的构建

中医临床知识是解决中医临床实际过程中特定问题的信息集合。它们主要包括:临床指南、名医经验、中医医案、临床研究、临床术语、古籍和期刊文献资源(包括RCT文献质量评价结果)、中药方剂等等[6]。它们分散于不同的组织机构和信息系统之中,尚未得到有效整合,形成一个个“知识孤岛”,这严重影响了临床应用的效果。

如图1所示,通过由疾病、证候、症状、方剂、中药等核心概念构成的中医临床知识图谱,可在这些“知识孤岛”之间建立联系,增强中医药知识资源的联通性,面向中医药工作者提供临床知识的完整视图。

图1中医临床知识图谱示意图

*请将手机横屏后观看

中医临床知识图谱的构建包括如下3个主要步骤。

(1)基于领域专家共识,设计中医临床领域的顶层本体,形成业界公认的技术规范。知识工程师们都可依据该规范进行知识图谱加工,所产生的知识图谱互相兼容并能最终融合在一起。

(2)构建目标领域的语义网络,作为知识图谱的骨架。例如,中医临床术语系统(TraditionalChineseMedicineClinicalTerminologySystem,TCMCTS)就是一个专门面向中医临床的大型语义网络,共收录约11万个概念、27万个术语以及100多万条语义关系[7]。在建立语义网络之后,就可以进行领域知识的填充工作了。

(3)从术语系统、数据库和文本等知识源获取知识,对知识图谱内容进行填充。可将本领域中已有的术语系统和数据库的内容转换为知识图谱,从而避免知识资源的重复建设。针对自由文本,可采用自然语言处理和机器学习等方法,从古今中外的各类中医药文献中自动发现实体和语义关系,以自动或半自动的方式填充知识图谱。

在中医临床领域,构建知识图谱的一个核心的知识源是中医医案。中医医案是中医临床思维活动和辨证论治过程的记录,是中医理法方药综合应用的具体反映形式[8]。特别是名老中医的医案,对于中医理论和方法的传承具有重要意义。中医临床知识以医案形式分散于文献之中,这不利于知识检索以及临床数据的分析与挖掘。

近年来,在名老中医经验传承的背景下,中医医案知识库的构建成为学术界的一个热点。例如,中国中医科学院中医药信息研究所研制了中医医案知识服务与共享系统,支持中医专家对医案进行编辑、管理和审校[9]。近期,该系统升级为一个云服务平台,并正式更名为古今医案云平台(www.yiankb.com点击“阅读原文”可直达链接),提供医案共享和大数据分析等云服务。该系统集成了古代医案库、现代医案库、名医医案库和共享医案库等一系列(半)结构化的医案库,收集医案20余万例,这些医案库中存储着丰富的中医临床知识,具有重要的分析价值。

从知识学的角度分析,中医临床知识从低到高可分为“事实性知识”、“概念性知识”和“策略性知识”等多个层次。

中医医案属于基础性的“事实型知识”,它直接记录中医临床活动中发生的事实。中医临床知识图谱则属于“概念性知识”,它用于梳理概念体系以及表示概念之间的关系。从医案知识向知识图谱的转换过程,实质上是一个知识抽象和归纳的过程。在这个过程中,一方面要完成知识抽取:对海量医案文本进行分析和标注,从中抽取中医知识;另一方面,要实现知识的结构化表示,也就是从医案文本到结构化知识的转换。在最高层则是问题求解和过程控制所需的“策略性知识”(通常用规则、过程等表示),它们是临床决策支持系统的基础。可见,知识图谱处于中间层,在多维度、多层次、多主题的知识点之间建立关联,在中医临床知识系统中起到重要的“粘合剂”作用。

中医临床知识图谱的应用

知识图谱有助于对中医临床知识进行分类整理和规范化表达,促进中医临床知识的共享、传播与利用,在临床诊疗、临床研究、教育、培训等方面都具有应用价值。特别是可以将中医临床知识图谱集成到知识服务系统之中,用于改进知识检索、知识问答、决策支持和知识可视化等多种服务的效果,从而提升知识服务能力[10]。

如图2所示,知识图谱系统以图形化的方式呈现中医名家、疾病、特色疗法、方药、养生方法等概念之间的相互关系,实现中医临床知识体系可视化。系统提供检索框,用于检索知识图谱中的概念。

图2中医临床知识图谱界面截图

*可点击查看大图

知识图谱是在“大数据”时代背景下出现的一项新颖的知识管理技术。

参考文献References

[1]李新龙,刘岩,何丽云,等.知识图谱研究概况及其在中医药领域的应用[J].中国中医药信息杂志,2017(7).

[2]于彤,刘静,贾李蓉,等.大型中医药知识图谱构建研究[J].中国数字医学,2015,10(3):80-82.

[3]阮彤,孙程琳,王昊奋,等.中医药知识图谱构建与应用[J].医学信息学杂志,2016,37(4):8-13.

[4]张德政,谢永红,李曼,石川.基于本体的中医知识图谱构建[J].情报工程,2017,3(1):035-042

[5]TongYu,JinghuaLi,QiYu,etal.KnowledgegraphforTCMhealthpreservation:Design,construction,andapplications[J].ArticialIntelligenceinMedicine,2017,77:48-52.

[6]李敬华,于彤,李宗友,等.中医临床知识库的构建技术研究[J].中国数字医学,2017,12(1):92-93,111.

[7]董燕,李海燕,崔蒙,等.中医临床术语系统建设概况与改进措施[J].医学信息学杂志,2014,35(8):43-48.

[8]彭笑艳.基于中医医案的知识库构建[D].北京:北京科技大学,2009.

[9]于琦,李敬华,李宗友,等.基于本体的中医医案知识服务与共享系统构建研究[J].中国数字医学,2017,12(5):103-105.

[10]李敬华,李宗友,王映辉,等.嵌入式临床智能决策支持系统设计与中医临床知识服务研究[J].中国数字医学,2015,10(7):48-51.

THE END
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