論中醫(yī)藥語義網(wǎng)的智能應(yīng)用

于彤+楊碩+李敬華+高宏杰

摘要：語義網(wǎng)將是一個(gè)全球共享的智能信息空間，能實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)互通，支持機(jī)器推理、知識(shí)發(fā)現(xiàn)和智能問答等各種智能應(yīng)用。本文旨在探討在中醫(yī)藥領(lǐng)域中構(gòu)建語義網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，并在此基礎(chǔ)上模擬中醫(yī)思維的過程，挖掘中醫(yī)醫(yī)案中的知識(shí)，構(gòu)建中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)，從而支持中醫(yī)科學(xué)研究和臨床決策。

關(guān)鍵詞：中醫(yī)藥：語義網(wǎng)：臨床智能系統(tǒng)：臨床決策：知識(shí)發(fā)現(xiàn)

doi： 10.3 969/j.issn.2095-5 707.2015.02.002

1 語義網(wǎng)技術(shù)概述

新興的語義網(wǎng)（ Semantic Web）技術(shù)能實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)互通和全球共享，支持機(jī)器推理、知識(shí)發(fā)現(xiàn)和智能問答等智能方法，為實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥領(lǐng)域的智能系統(tǒng)提供了理想的基礎(chǔ)設(shè)施。語義網(wǎng)對(duì)萬維網(wǎng)（World Wide Web）的架構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)性的擴(kuò)展，使其支持結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)的發(fā)表、共享和關(guān)聯(lián)，從而提升萬維網(wǎng)的有序性和智能性。語義網(wǎng)將是一個(gè)機(jī)器可理解、人與機(jī)器共享的智能信息空間。

近年來，人們已開始利用語義網(wǎng)技術(shù)，在萬維網(wǎng)上發(fā)表開放性的數(shù)據(jù)集，逐漸形成了一個(gè)相互連通的巨型數(shù)據(jù)集，被稱為“關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)”（Linked Data）。其核心特征是通過語義鏈接（Semantic Link）將數(shù)據(jù)集互聯(lián)起來。語義鏈接能明確表達(dá)不同領(lǐng)域的概念之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，輔助用戶對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行便捷的瀏覽和分析，在不同的數(shù)據(jù)集之間進(jìn)行連貫的跳轉(zhuǎn)。

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)將催生出能在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行瀏覽、編輯和互動(dòng)的機(jī)器，它們被稱為“智能代理”（IntelligentAgent）。智能代理將在人類主人的指令下，代表主人在語義網(wǎng)上活動(dòng)，輔助主人解決各種問題。它們能夠根據(jù)主人預(yù)設(shè)的命令、偏好和約束，搜尋相關(guān)的信息資源，揭示各種事物之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)有意義的模式和規(guī)則。近年來基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)展，尤其是描述邏輯和推理等領(lǐng)域的突破，使得在萬維網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)智能代理成為可能。語義網(wǎng)和智能代理將在機(jī)器推理、智能問答、信息抽取和知識(shí)發(fā)現(xiàn)等智能應(yīng)用中發(fā)揮核心作用。

2 中醫(yī)藥智能系統(tǒng)的應(yīng)用背景

循證醫(yī)學(xué)的理念是在醫(yī)療保健的決策中，以有意識(shí)、明確、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞绞褂矛F(xiàn)有的最佳證據(jù)，循證保健服務(wù)的成功倚重于最佳證據(jù)的可及性。近年來，在互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了UpToDate、DynaMed、EssentialEvidence Plus、MD Consult，Clinical Evidence等一系列醫(yī)學(xué)信息資源，它們能為醫(yī)學(xué)決策提供醫(yī)學(xué)知識(shí)和證據(jù)支持，在循證醫(yī)學(xué)的實(shí)施和發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。

Haynes RB于2006年提出了一種用于對(duì)循證醫(yī)學(xué)服務(wù)進(jìn)行分類的“5S”模型，它包括研究、綜述、摘要、總結(jié)、系統(tǒng)等5個(gè)層次。其中，處于最高層次的“系統(tǒng)”，是指能對(duì)應(yīng)用情景做出判斷，按需提供知識(shí)服務(wù)，以支持臨床決策的智能系統(tǒng)。這類系統(tǒng)能夠?qū)€(gè)體患者信息與相關(guān)研究的最佳證據(jù)相結(jié)合，根據(jù)患者的特征和具體情況，自動(dòng)鏈接至相關(guān)的最佳證據(jù)，并提醒或告知醫(yī)護(hù)人員治療的關(guān)鍵所在。這些智能系統(tǒng)在后臺(tái)需要知識(shí)庫、推理機(jī)（即規(guī)則引擎）和知識(shí)發(fā)現(xiàn)等智能方法的支持。

在中醫(yī)領(lǐng)域推廣循證醫(yī)學(xué)的理念，也同樣需要智能系統(tǒng)的支持。中醫(yī)學(xué)者從20世紀(jì)70年代就開始嘗試將名老中醫(yī)的臨床經(jīng)驗(yàn)表示為計(jì)算機(jī)程序，從而使計(jì)算機(jī)具備專家水平的診治能力。在中醫(yī)診療技術(shù)現(xiàn)代化的背景下，研發(fā)智能化輔助診療系統(tǒng)成為中醫(yī)藥信息化建設(shè)的熱點(diǎn)。如何通過計(jì)算機(jī)來模擬中醫(yī)的思維過程，目前仍是中醫(yī)知識(shí)工程研究的一個(gè)核心問題。中醫(yī)專家頭腦中的隱性知識(shí)在中醫(yī)臨床診療中起到了關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。為模擬中醫(yī)思維，首先需要將中醫(yī)頭腦中的知識(shí)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠管理和處理的數(shù)據(jù)。也就是說，需要建立數(shù)字化的中醫(yī)藥領(lǐng)域知識(shí)模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輔助中醫(yī)診療的智能系統(tǒng)。

3 中醫(yī)藥語義網(wǎng)的智能應(yīng)用

語義網(wǎng)技術(shù)為構(gòu)建中醫(yī)藥智能系統(tǒng)提供了潛在的解決方案。為構(gòu)建面向中醫(yī)藥領(lǐng)域的語義網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，首先需要構(gòu)建中醫(yī)藥領(lǐng)域本體，繼而整合中醫(yī)藥領(lǐng)域知識(shí)和數(shù)據(jù)資源。在中醫(yī)藥語義網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可通過機(jī)器實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理以模擬中醫(yī)思維的過程，挖掘中醫(yī)醫(yī)案中的知識(shí)，構(gòu)建中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)，從而支持中醫(yī)科學(xué)研究和臨床決策。

3.1 構(gòu)建中醫(yī)藥領(lǐng)域本體是發(fā)展中醫(yī)藥語義網(wǎng)的前提

本體（Ontology）是構(gòu)建語義網(wǎng)的基石。本體是針對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的概念體系的精確規(guī)范，用以明確概念的定義以及概念之間的語義關(guān)系?？赏ㄟ^本體技術(shù)將領(lǐng)域知識(shí)表示成計(jì)算機(jī)可讀寫、可處理的知識(shí)模型。本體可通過萬維網(wǎng)在領(lǐng)域團(tuán)體中共享，為語義網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語，使得語義網(wǎng)上的數(shù)據(jù)具有規(guī)范的表達(dá)方式，便于數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)、共享與重用。因此，發(fā)展中醫(yī)藥語義網(wǎng)的前提是構(gòu)建中醫(yī)藥領(lǐng)域本體。

近年來，本體技術(shù)被用于病因、病機(jī)、臟腑、證候、中藥、方劑、療法、養(yǎng)生等諸多領(lǐng)域，本體建模的對(duì)象涉及陰陽五行、辨證論治、方劑配伍等各種理論學(xué)說。其中的一個(gè)典型應(yīng)用是中醫(yī)證候本體。中醫(yī)證候是中醫(yī)辨證論治思維的基礎(chǔ)，是中醫(yī)內(nèi)科學(xué)的核心內(nèi)容。中醫(yī)證候知識(shí)建模，是研發(fā)中醫(yī)臨床知識(shí)庫和決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)?？赏ㄟ^構(gòu)建證候本體，梳理中醫(yī)證候的概念體系，對(duì)證候進(jìn)行系統(tǒng)分類，準(zhǔn)確表達(dá)證候的含義和特征。

證候本體的重點(diǎn)之一是梳理證候及其相關(guān)概念之間的語義關(guān)系，包括等價(jià)關(guān)系、從屬關(guān)系、包含關(guān)系、相關(guān)關(guān)系等。（1）等價(jià)關(guān)系：在中醫(yī)藥領(lǐng)域，某些不同的術(shù)語實(shí)質(zhì)上指稱同一事物。這些等價(jià)關(guān)系對(duì)中醫(yī)專家而言是簡(jiǎn)單的常識(shí)，但對(duì)計(jì)算機(jī)是陌生的。領(lǐng)域本體能完整列舉概念之間的等價(jià)關(guān)系，有助于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)不同知識(shí)源的整合，改進(jìn)知識(shí)發(fā)現(xiàn)等應(yīng)用的效果。（2）從屬關(guān)系：證候之間的從屬關(guān)系用于建立證候的分類體系。本體將證候定義為類型，將證候之間的從屬關(guān)系表示為父子類關(guān)系。本體將某證候相關(guān)的癥狀集合定義為它的等價(jià)類，使子證候相關(guān)的癥狀集合能自動(dòng)繼承父證候的相關(guān)癥狀集合。（3）包含關(guān)系：中醫(yī)證候之間存在著包含關(guān)系。例如，證候“肺腎陰虛證”意味著兩個(gè)證候“肺陰虛證”和“腎陰虛證”同時(shí)發(fā)生。在本體中，可將證候“肺腎陰虛證”表示為“肺陰虛證”和“腎陰虛證”的并集，從而幫助計(jì)算機(jī)識(shí)別這種包含關(guān)系。（4）相關(guān)關(guān)系：中醫(yī)證候與疾病、癥狀、中藥、方劑、出處等概念之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系。例如，“證候”與“中藥”存在“被治療”關(guān)系。本體中定義了“現(xiàn)象表達(dá)”“組成”“治療”等一組典型的語義關(guān)系，對(duì)概念之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)性梳理與規(guī)范化表達(dá)。

采用本體建模方法，可對(duì)證候?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)、證候特征以及證候加減等復(fù)雜情況進(jìn)行清晰表達(dá)，建立以語義網(wǎng)絡(luò)為主體框架的中醫(yī)證候知識(shí)體系。實(shí)踐證明，本體為中醫(yī)藥領(lǐng)域復(fù)雜知識(shí)建模提供了有效的手段。構(gòu)建中醫(yī)藥本體，有助于對(duì)中醫(yī)藥理論知識(shí)進(jìn)行辨認(rèn)、梳理、澄清和永久保存，還能支持機(jī)器實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理并模擬中醫(yī)思維過程。

3.2 整合中醫(yī)藥領(lǐng)域知識(shí)和數(shù)據(jù)資源

為實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用系統(tǒng)，需要計(jì)算機(jī)掌握盡可能豐富、全面的領(lǐng)域知識(shí)和數(shù)據(jù)資源。經(jīng)過多年的中醫(yī)藥信息化建設(shè)，已積累了豐富的中醫(yī)藥數(shù)據(jù)資源，但這些資源也存在著獨(dú)立封閉、零散分布、異質(zhì)異構(gòu)等問題，缺乏有效的整合，阻礙了知識(shí)的共享以及智能應(yīng)用的發(fā)展。

可通過語義網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)格式表示中醫(yī)藥數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥數(shù)據(jù)資源的網(wǎng)上發(fā)布，以及中西醫(yī)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)互聯(lián)。Chen H.等采用這一技術(shù)策略，建成了一個(gè)大型的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，內(nèi)容覆蓋中醫(yī)疾病、中藥、方劑、針灸等幾乎所有的中醫(yī)藥門類，面向中醫(yī)團(tuán)體提供豐富的知識(shí)內(nèi)容和強(qiáng)大的檢索功能。

又如，“開放性中藥關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)（LODD）”是一個(gè)大型的國際合作項(xiàng)目，它旨在利用語義網(wǎng)技術(shù)框架，整合醫(yī)藥學(xué)數(shù)據(jù)資源，加速新藥研發(fā)的進(jìn)程。LODD已將大量中醫(yī)藥知識(shí)發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，其中記錄了草藥的知識(shí)（如化學(xué)成分、療效等），以及疾病、基因、草藥之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。LODD能輔助研究人員找出能夠治療某種疾病的草藥，理解草藥的性質(zhì)和療效，支持中藥新藥研發(fā)等應(yīng)用。

上述工作表明，語義網(wǎng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集成能力，能有效解決中醫(yī)藥領(lǐng)域的“數(shù)據(jù)孤島”問題，建立中西醫(yī)之間的知識(shí)關(guān)聯(lián)，為構(gòu)建中醫(yī)藥智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)服務(wù)模式創(chuàng)新提供有力的技術(shù)支持。

3.3 從海量醫(yī)案數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)

中醫(yī)醫(yī)案記載了中醫(yī)名家的寶貴經(jīng)驗(yàn)，蘊(yùn)含著豐富的中醫(yī)臨床知識(shí)。中醫(yī)醫(yī)案是分析中醫(yī)臨床用藥規(guī)律的重要依據(jù)，極具研究?jī)r(jià)值和臨床指導(dǎo)作用。可從中醫(yī)專業(yè)期刊等各類文獻(xiàn)中抽取醫(yī)案，或通過臨床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)醫(yī)案進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，從而構(gòu)建中醫(yī)醫(yī)案數(shù)據(jù)庫。通過使用科學(xué)的數(shù)據(jù)采集方法，并建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)審校制度，能夠保證中醫(yī)醫(yī)案數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信性。大規(guī)模、高質(zhì)量的中醫(yī)醫(yī)案數(shù)據(jù)，為知識(shí)發(fā)現(xiàn)提供了可靠的知識(shí)來源。

中醫(yī)醫(yī)案是中醫(yī)經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的核心載體，記載了癥狀、疾病、證候以及臨床用藥等關(guān)鍵信息。通過大量醫(yī)案的聯(lián)合分析，往往能夠揭示出各種臨床現(xiàn)象之間的相關(guān)關(guān)系，以及中醫(yī)專家的用藥模式。但中醫(yī)醫(yī)案一般通過自由文本描述，臨床信息的表述方式非常復(fù)雜，無法被常規(guī)的數(shù)據(jù)挖掘方法直接處理，這嚴(yán)重影響了醫(yī)案知識(shí)發(fā)現(xiàn)的效果。因此，需要通過文本信息抽取方法，從醫(yī)案中抽取關(guān)鍵性的特征信息，實(shí)現(xiàn)醫(yī)案數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化。

本體對(duì)領(lǐng)域術(shù)語進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和準(zhǔn)確表達(dá)，提供文本挖掘所需的背景知識(shí)（如同義詞、詞匯語義類型等）。本體可被用于處理醫(yī)案用語的復(fù)雜性，因此能在醫(yī)案信息抽取發(fā)揮關(guān)鍵作用?？赏ㄟ^基于本體的文本挖掘方法，從中醫(yī)文獻(xiàn)中提取結(jié)構(gòu)化、語義化的醫(yī)案知識(shí)，以提升中醫(yī)醫(yī)案結(jié)構(gòu)化加工的效率。

通過語義網(wǎng)技術(shù)，可以將分布于各種文獻(xiàn)的醫(yī)案知識(shí)集成在一起，構(gòu)成中醫(yī)臨床事實(shí)的陳述集合。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)案知識(shí)與相關(guān)中醫(yī)藥知識(shí)庫的關(guān)聯(lián)，將中醫(yī)文獻(xiàn)中的“知識(shí)碎片”拼接組合起來，整理和完善中醫(yī)藥領(lǐng)域知識(shí)體系。接下來，采用頻繁模式、關(guān)聯(lián)規(guī)則等方法，從醫(yī)案知識(shí)中發(fā)現(xiàn)潛在的、具有啟發(fā)性的知識(shí)。醫(yī)案挖掘所得到的知識(shí)以及機(jī)器推理所得到的規(guī)則，可被存入中醫(yī)藥領(lǐng)域知識(shí)庫中加以保存。

總之，經(jīng)過醫(yī)案知識(shí)提取、知識(shí)組合和知識(shí)發(fā)現(xiàn)等環(huán)節(jié)，可將中醫(yī)文獻(xiàn)資源轉(zhuǎn)換為智能醫(yī)案。智能醫(yī)案以及中醫(yī)藥領(lǐng)域知識(shí)庫中的知識(shí)，可被導(dǎo)入推理機(jī)中以輔助醫(yī)療決策，或通過知識(shí)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行檢索和瀏覽。

3.4 構(gòu)建中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)

面向中醫(yī)臨床實(shí)踐的智能系統(tǒng)，旨在支持中醫(yī)臨床決策，促進(jìn)循證醫(yī)學(xué)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的推廣和實(shí)施。中醫(yī)辨證是中醫(yī)臨床思維的核心環(huán)節(jié)，它是根據(jù)患者的一組可識(shí)別的病理特征（如癥狀、體征等）來判斷證候的過程。中醫(yī)辨證依靠的是中醫(yī)藥基礎(chǔ)知識(shí)與臨床經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。與之對(duì)應(yīng)，需要將計(jì)算機(jī)知識(shí)模型與海量臨床數(shù)據(jù)相結(jié)合，以支持智能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)是建立在臨床知識(shí)庫之上的應(yīng)用，它的后臺(tái)是一個(gè)規(guī)則引擎。該系統(tǒng)以臨床知識(shí)庫和海量臨床數(shù)據(jù)作為知識(shí)來源，通過數(shù)據(jù)挖掘方法來發(fā)現(xiàn)醫(yī)學(xué)證據(jù)和規(guī)則，對(duì)醫(yī)學(xué)證據(jù)、指南和規(guī)則進(jìn)行表示和管理，支持專家對(duì)知識(shí)的瀏覽和審查，并將醫(yī)學(xué)規(guī)則導(dǎo)入規(guī)則引擎中輔助醫(yī)療決策。

為構(gòu)建中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)，首先要實(shí)現(xiàn)海量臨床數(shù)據(jù)（如文獻(xiàn)、病例等）的語義集成，構(gòu)成臨床事實(shí)的集合。繼而，建立臨床知識(shí)庫，對(duì)醫(yī)學(xué)語言、醫(yī)學(xué)概念系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)證據(jù)、醫(yī)學(xué)指南和規(guī)則進(jìn)行形式化表示、專家審查以及有效管理。臨床知識(shí)庫是與文獻(xiàn)和病例相獨(dú)立的知識(shí)服務(wù)，支持規(guī)則發(fā)現(xiàn)與規(guī)則推理，是決策支持系統(tǒng)的核心部件。接下來，基于臨床數(shù)據(jù)和知識(shí)庫，通過機(jī)器學(xué)習(xí)等方法實(shí)現(xiàn)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證。最后，實(shí)現(xiàn)推理機(jī)（即規(guī)則引擎），將醫(yī)學(xué)知識(shí)和事實(shí)導(dǎo)入推理機(jī)中，從而輔助醫(yī)療決策。

中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入以及知識(shí)庫中定義的事實(shí)和規(guī)則，推理出包含證候、治法和方劑等內(nèi)容的推薦性診療方案。該系統(tǒng)的交互模式為：用戶輸入一系列的癥狀和體征，并提交；系統(tǒng)將推出的方案呈現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)將推理過程本身以圖形化、交互式的方式展示出來，使用戶了解機(jī)器推理的依據(jù)和過程，獲取更充分的信息，從而做出更可靠的決策。

4 小結(jié)

數(shù)千年來，中醫(yī)思想和知識(shí)體系更多的體現(xiàn)為中醫(yī)頭腦中的隱性知識(shí)。在循證醫(yī)學(xué)的背景下，中醫(yī)界開始注意將隱性知識(shí)轉(zhuǎn)換為醫(yī)案、指南和規(guī)則等形式的顯性知識(shí)，對(duì)醫(yī)學(xué)證據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理以支持臨床決策，并嘗試在臨床實(shí)踐中使用智能輔助系統(tǒng)。語義網(wǎng)為構(gòu)建中醫(yī)藥領(lǐng)域本體和知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)面向中醫(yī)臨床的智能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)設(shè)施，在中醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在中醫(yī)藥語義網(wǎng)的基礎(chǔ)上，能對(duì)中醫(yī)藥領(lǐng)域的復(fù)雜知識(shí)進(jìn)行建模、瀏覽和處理，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)臨床智能系統(tǒng)以及中醫(yī)醫(yī)案知識(shí)發(fā)現(xiàn)等應(yīng)用。這些智能應(yīng)用能輔助中醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)＜彝瓿膳R床決策和知識(shí)發(fā)現(xiàn)等任務(wù)，促進(jìn)中醫(yī)藥知識(shí)資源的利用以及中醫(yī)科學(xué)研究的發(fā)展。