可視化技術(shù)在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用探析

孟洪宇 孟慶剛

摘要 從可視化技術(shù)發(fā)展的背景入手，詳細(xì)對(duì)比了信息可視化與知識(shí)可視化在起源、理論基礎(chǔ)、目的、可視化對(duì)象、描述對(duì)象、工具、參與者類型、應(yīng)用以及互補(bǔ)方式等方面的區(qū)別。認(rèn)為信息可視化是以顯性知識(shí)為主要研究對(duì)象，以探索新規(guī)律為目的，讓用戶更高效、直觀的掌握和分析數(shù)據(jù)；知識(shí)可視化是以顯性知識(shí)和隱形知識(shí)共同為研究對(duì)象，以提高知識(shí)在群體之間的傳遞和利用為目的，改善知識(shí)的傳播與交流，強(qiáng)化知識(shí)密集，提高決策和解決能力。結(jié)合中醫(yī)背景知識(shí)的特點(diǎn)，探索中醫(yī)與可視化的相關(guān)性，并分析其在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用情況及思路，旨在為中醫(yī)可視化技術(shù)的發(fā)展及平臺(tái)設(shè)計(jì)提供更多的線索。

關(guān)鍵詞 信息可視化；知識(shí)可視化；中醫(yī)診療

Abstract From the background of visualization technology， the difference between the information visualization and knowledge visualization in terms of origin， theoretical basis， purpose， visual object， description type， tool， actor， application and complementary method were compared. It is believed that information visualization is based on explicit knowledge， which will explore the new rules as the purpose， so as to make users more efficient and intuitive grasp and analyze data. Knowledge visualization is based on explicit knowledge and implicit knowledge， which will improve the transmission and utilization of knowledge between groups as the purpose， so as to improve the dissemination and exchange of knowledge， strengthen the density of knowledge， improve decision-making and problem-solving skills. Combined with the characteristics of Chinese medicine knowledge， this study explored the relevance of TCM and visualization techniques， analyzed the application of visualization technology in the field of TCM， expected to provide more thinking for the development of Chinese visualization technology and the design of TCM visualization platform.

Key Words Information visualization； Knowledge visualization； TCM diagnosis and treatment

中圖分類號(hào)：R2-03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2018.04.050

人腦在接收和處理視覺信號(hào)方面比處理數(shù)據(jù)和文字信息，如圖像或圖形等，具有更大的優(yōu)勢(shì)[1]?！翱梢暬夹g(shù)”在人們慣于接受圖形、圖像信息的基礎(chǔ)上，并輔之以信息處理技術(shù)，通過形象、仿真、模擬、現(xiàn)實(shí)化的技術(shù)手段將被想象、推理，被感知、認(rèn)知，被綜合及抽象的對(duì)象屬性及其變化發(fā)展的形式和過程表現(xiàn)出來，提高人們對(duì)事物的觀察、理解能力以及對(duì)整體概念的把握，加強(qiáng)人的記憶和理解[2]。

可視化最早是為提高科學(xué)計(jì)算，輔助處理計(jì)算數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大量的科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而大部分的數(shù)據(jù)都無法被有效的利用，在這樣的背景下，有效的數(shù)據(jù)處理工具成為發(fā)展的需求與必然。至1987年，美國科學(xué)基金會(huì)在一次研討會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視化”的概念，從此，一門嶄新的交叉學(xué)科就此誕生[3]?！翱梢暬夹g(shù)”起先是用于處理科學(xué)計(jì)算和工程測(cè)量數(shù)據(jù)，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，也逐漸擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，依據(jù)所處理數(shù)據(jù)的抽象層次逐步衍化為四類：科學(xué)計(jì)算可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化和知識(shí)可視化[4]。這4種方法中，“科學(xué)計(jì)算可視化”和“數(shù)據(jù)可視化”是對(duì)空間數(shù)據(jù)的可視化，是通過計(jì)算機(jī)或其他圖形學(xué)的方法將同一描述對(duì)象的大量數(shù)據(jù)利用圖形、圖表或圖像的形式以直觀的方式展示出來，并對(duì)其進(jìn)行交互式處理的方法和技術(shù)，應(yīng)用較廣的領(lǐng)域如醫(yī)療領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、磁共振成像（MRI）、人體數(shù)據(jù)三維可視化結(jié)構(gòu)等?！靶畔⒖梢暬焙汀爸R(shí)可視化”是對(duì)非空間數(shù)據(jù)的可視化，通過計(jì)算機(jī)支持的、交互生的視覺表示法，對(duì)抽象數(shù)據(jù)即非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行表示，以增強(qiáng)認(rèn)知[5]，這2種方法已經(jīng)成為當(dāng)前分析復(fù)雜數(shù)據(jù)和挖掘數(shù)據(jù)、傳播知識(shí)的重要工具?？梢暬夹g(shù)作為輔助理解復(fù)雜關(guān)系的手段，在復(fù)雜的醫(yī)療信息及情景下，同樣也具有輔助醫(yī)學(xué)診療的優(yōu)勢(shì)，從而為決策提供依據(jù)，這種方法在疾病的診斷、治療及預(yù)防等研究方面也表現(xiàn)出了相對(duì)活躍的身影，通過可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ω黝愥t(yī)療信息進(jìn)行數(shù)字化整合，為各類相關(guān)醫(yī)療信息數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用提供開放性的平臺(tái)，如癥狀-疾病-診斷-治療-藥物之間的關(guān)系挖掘，疾病自身特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，醫(yī)療信息的有機(jī)融合、數(shù)據(jù)分析以及醫(yī)療決策支持系統(tǒng)等[6]。結(jié)合醫(yī)療信息的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，本文主要探析信息可視化技術(shù)與知識(shí)可視化技術(shù)的區(qū)別及其在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 分類綜述

1.1 數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的含義 在實(shí)施可視化設(shè)計(jì)時(shí)，要想選擇合適的可視化手段，需要首先了解數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的含義。達(dá)文波特和普魯賽克認(rèn)為知識(shí)源于信息，就像信息源于數(shù)據(jù)[7]，3者的概念呈遞進(jìn)關(guān)系，即數(shù)據(jù)是指相對(duì)分散的元素，信息是相對(duì)有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，知識(shí)是指有組織的信息。如符號(hào)、數(shù)字、文字、表格及數(shù)據(jù)庫均屬于數(shù)據(jù)，人們能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分類、計(jì)算、定量及核對(duì)等處理；信息包括句子、段落、概念、理念、方程式、問題及簡(jiǎn)單的故事，人們能夠?qū)η榫承畔⑦M(jìn)行認(rèn)識(shí)、對(duì)比、排序、連接及組織框架等；知識(shí)包括理論、公理、概念框架、章節(jié)、復(fù)雜故事等，人們能夠?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋、評(píng)價(jià)及解構(gòu)等處理[8]。其中，知識(shí)又可分為2個(gè)層次，即顯性知識(shí)和隱性知識(shí)，顯性知識(shí)是指可以通過文字或其他方式記錄的，通過此傳授給他人的對(duì)事物的描述或技能；而隱性知識(shí)是指人類無法輕易用語言表述并傳播的相關(guān)判斷、直覺與技能，比如醫(yī)學(xué)診療中的醫(yī)家經(jīng)驗(yàn)，處方配伍和辨證辨病思路等。顯性知識(shí)存在于有形的媒體，相對(duì)明確和固定，也更容易被傳播、組織和交流；而隱性知識(shí)的則是存在于無形的，內(nèi)隱的，是人們通過自我領(lǐng)悟、學(xué)習(xí)和長(zhǎng)期積累的，不易被表達(dá)的知識(shí)[7]。

1.2 信息可視化的概念及特點(diǎn) “信息可視化”這一概念由G.Robertson，S.Card與J.Mackinlay首次明確提出，其定義為“使用計(jì)算機(jī)支撐的、交互性的、對(duì)抽象數(shù)據(jù)的可視表示法，以增強(qiáng)人們對(duì)抽象信息的認(rèn)知”[1]。信息可視化是一種知識(shí)和價(jià)值創(chuàng)造的過程，它應(yīng)用的領(lǐng)域涉及到各個(gè)方面，如現(xiàn)金交易、銷售業(yè)績(jī)、財(cái)務(wù)預(yù)算、股市走向、人口普查、健康狀況統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)管等[2]。

1.3 知識(shí)可視化的概念及特點(diǎn) 知識(shí)可視化的概念由Eppler M.J和Burkard R.A提出，他們認(rèn)為：知識(shí)可視化可提供比信息可視化更加豐富的表達(dá)，可表達(dá)出更多用戶所知道內(nèi)容，從而提高人們之間的知識(shí)傳播和創(chuàng)新[1]。與信息可視化比較，知識(shí)可視化在傳輸實(shí)事之外，更能傳輸經(jīng)驗(yàn)態(tài)度、見解觀點(diǎn)等抽象概念。它從整體的視角，幫助人們獲取許多難以理解的隱性知識(shí)，輔助他人正確地理解、記憶和應(yīng)用這些知識(shí)[9]。

1.4 可視化技術(shù)的區(qū)別及其與中醫(yī)相關(guān)性分析 信息可視化和知識(shí)可視化2者都是對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理，輔助人類高效處理視覺信息的能力，但2者在發(fā)展起源，描述類型，可視化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工具及手段等方面各有不同，具體比較見表1[7，9-10]。

可視化技術(shù)的許多概念及方法與中醫(yī)知識(shí)有著內(nèi)在聯(lián)系及相關(guān)性：1）可視化技術(shù)將大量數(shù)據(jù)及其內(nèi)涵信息根據(jù)需求和目標(biāo)進(jìn)行分類或有步驟的呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)有目的性的展示并對(duì)未知信息的預(yù)判。面對(duì)龐大的中醫(yī)知識(shí)體系，作為醫(yī)者很難全面掌握其中的關(guān)系，但通過數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)，能幫助我們清晰、直接的發(fā)現(xiàn)其中內(nèi)在規(guī)律和價(jià)值，從而提高醫(yī)者的決策和判斷的能力。2）在研究對(duì)象的知識(shí)類型方面，可視化研究對(duì)象分為隱形知識(shí)及顯性知識(shí)。針對(duì)隱形知識(shí)：中醫(yī)在醫(yī)家經(jīng)驗(yàn)、診療思路等方面都存在著大量的隱性知識(shí)，在傳承、應(yīng)用和傳播方面不可避免的面臨信息冗余和繁雜，知識(shí)可視化可輔助實(shí)現(xiàn)隱性知識(shí)顯性化，改善知識(shí)傳播過程，從而幫助提高決策能力。針對(duì)顯性知識(shí)：在基礎(chǔ)知識(shí)掌握、四診信息收集、方藥鑒別及應(yīng)用、潛方用藥規(guī)則或經(jīng)絡(luò)配穴要求等方面，信息可視化可利用圖形技術(shù)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式，從而提高記憶及拓展信息。3）中醫(yī)作為一個(gè)完善而龐大的理論體系，存在許多不同的信息、知識(shí)類型。以中醫(yī)基礎(chǔ)理論對(duì)應(yīng)可視化技術(shù)的信息對(duì)象為例，相關(guān)概念性理論，包含許多一維信息；中醫(yī)的陰陽概念中又涵蓋大量二維信息的部分；臟腑及體表對(duì)應(yīng)關(guān)系體現(xiàn)出來的整體觀，其間接的反映了三維映射的關(guān)系；結(jié)合精、氣、血、津液以及精、氣、神的五臟及形神物質(zhì)基礎(chǔ)，可看作為多維信息；這些屬性中，陰陽盛衰、氣血盈虧都隨著時(shí)間的變化而可能發(fā)生變化，因而符合時(shí)間序列信息；血、津液、精、氣、神的逐層遞進(jìn)又顯現(xiàn)了層次信息的概念；五行與臟、腑、體表、情志及自然無紡、五季等的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系，屬于網(wǎng)絡(luò)信息的范疇。

1.5 可視化技術(shù)在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用探析 目前針對(duì)中醫(yī)獨(dú)特診療理論的可視化技術(shù)有：1）中醫(yī)脈診信息可視化識(shí)別技術(shù)[11]：將脈象概括為4種屬性（脈位、脈數(shù)、脈形、脈勢(shì)）和相對(duì)應(yīng)的9個(gè)要素（深度、脈率、脈律、脈寬、脈長(zhǎng)、位移、力度、流利度、緊張度），所有要素按成度又分為33個(gè)級(jí)別。2）中醫(yī)數(shù)字舌象的可視化識(shí)別技術(shù)：通過信息處理對(duì)舌質(zhì)顏色、苔色、舌苔面積、舌苔厚度指數(shù)、濕度、裂紋指數(shù)等指標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)舌診的判斷。3）紅外熱成像中醫(yī)可視化技術(shù)[12]：目前紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在中醫(yī)領(lǐng)域中的中醫(yī)辨證診斷、經(jīng)絡(luò)俞穴探索、亞健康評(píng)估、體質(zhì)辨識(shí)、臨床療效及中藥藥性研究等方向都有了一定的進(jìn)展。4）基于3D人體模型的中醫(yī)經(jīng)絡(luò)可視化展示系統(tǒng)[13]：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PC客戶端及手機(jī)移動(dòng)端的人體顯示、經(jīng)絡(luò)顯示、穴位查詢、穴位信息顯示以及幫助等功能，改善了傳統(tǒng)2D平面圖及文字?jǐn)⑹龅膫鞑ゾ窒蓿阌诮?jīng)絡(luò)穴位的教學(xué)、傳播及理解。5）中藥及方劑寒熱屬性可視化分析平臺(tái)[14]：通過3個(gè)不同顏色的指針在寒熱色帶上的位置來判斷方劑的整體寒熱屬性，實(shí)現(xiàn)方劑寒熱屬性的可視化，從而幫助理解方中藥物四氣的構(gòu)成，反推方劑的治法與療效。6）中醫(yī)藥知識(shí)圖譜、思維導(dǎo)圖等的構(gòu)建：王淑斌[15]利用Citespace對(duì)中醫(yī)藥治療2型糖尿病的文獻(xiàn)研究年代、作者、來源及相關(guān)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)、知識(shí)結(jié)構(gòu)及趨勢(shì)進(jìn)行了可視化分析，用直觀的圖形為2型糖尿病的中醫(yī)基礎(chǔ)研究者及臨床診療決策者提供思路。

在中醫(yī)可視化技術(shù)平臺(tái)設(shè)計(jì)中，面向不同的使用對(duì)象，可視化平臺(tái)的展示方式及內(nèi)容可有不同的要求，如面向醫(yī)者內(nèi)部應(yīng)用的可視化平臺(tái)，主要是針對(duì)不同崗位角色如臨床醫(yī)生、護(hù)士、科研專家、教授及醫(yī)學(xué)生等，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息的快速共享及傳播，輔助使用者快速定位問題，獲取知識(shí)，構(gòu)建解決方案。王連心[16]等人認(rèn)為：中醫(yī)診療過程是醫(yī)生運(yùn)用四診方法（望、聞、問、切）獲取患者癥狀信息，根據(jù)這些不同癥狀的內(nèi)在聯(lián)系，通過“立象表意”，予以診斷，確立相應(yīng)的治發(fā)并遣方用藥。因此，在現(xiàn)代科學(xué)的視角下，同樣可以借鑒可視化處理技術(shù)，以相對(duì)直觀、簡(jiǎn)潔的方式可視化表達(dá)中醫(yī)診療信息的特點(diǎn)與內(nèi)在規(guī)律。同時(shí)，中醫(yī)可視化的設(shè)計(jì)，也可根據(jù)不同的內(nèi)容，如病情發(fā)展過程、歷史診療記錄、藥物相互關(guān)系、潛方用藥規(guī)律、疾病轉(zhuǎn)歸的回顧及預(yù)測(cè)等，以醫(yī)療信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)、知識(shí)信息化的方式，從橫向及縱向剝離統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用多路協(xié)同或互補(bǔ)可視化的方式，選定其呈現(xiàn)形態(tài)（如視頻、流程圖、統(tǒng)計(jì)圖表、海報(bào)、鏈接等），結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求構(gòu)建不同的系統(tǒng)模塊。謝晴宇[17]等人認(rèn)為借助可視化技術(shù)將不同情境下的醫(yī)生的診療決策過程進(jìn)行分解和詮釋，能幫助臨床醫(yī)生強(qiáng)化決策思維，提高臨床療效；同時(shí)闡明了中醫(yī)診療集成可視化研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于經(jīng)典著作的引渡和觸發(fā)機(jī)制、臨床指南和診療規(guī)范的集成可視化、優(yōu)勢(shì)療效報(bào)告動(dòng)態(tài)反饋等幾個(gè)方面。

1.6 基于大數(shù)據(jù)的2型糖尿病中醫(yī)診療規(guī)律可視化推薦系統(tǒng) 針對(duì)獨(dú)特的中醫(yī)診療體系，結(jié)合上述可視化的對(duì)比研究，以2型糖尿病為例，設(shè)計(jì)基于大數(shù)據(jù)的中醫(yī)診療可視化模型，設(shè)計(jì)思路分以下幾步：1）1、2型糖尿病診療信息數(shù)據(jù)庫的建立：建立2型糖尿病臨床病例數(shù)據(jù)庫，收集醫(yī)學(xué)權(quán)威書籍、古代及現(xiàn)代著名醫(yī)家對(duì)2型糖尿病的中醫(yī)臨床診療中的四診信息、癥狀體征、辨病辨證、潛方用藥、處方加減、病情轉(zhuǎn)歸、復(fù)診信息等，建立診療信息數(shù)據(jù)庫。2）模型初建：利用現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)信息技術(shù)，對(duì)上述診療信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提取辨證規(guī)律、處方規(guī)律及加減用藥規(guī)律信息，以加權(quán)的形式賦予不同情形規(guī)律相應(yīng)的權(quán)重，以不同顏色及大小的形式表現(xiàn)出來。并結(jié)合模型的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)庫病例信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。3）系統(tǒng)展示：通過人機(jī)交互的方式，以流程模塊的形式對(duì)上述規(guī)律進(jìn)行顯示，包括四診信息錄入模塊、辨證分型推薦模塊、潛方用藥推薦模塊、加減用藥規(guī)律模塊、處方生成模塊、轉(zhuǎn)歸預(yù)測(cè)模塊、復(fù)診跟蹤模塊，每項(xiàng)模塊信息給出權(quán)重較高的選項(xiàng)作為推薦信息，由使用者根據(jù)自身專業(yè)知識(shí)做出選擇。4）系統(tǒng)優(yōu)化：優(yōu)化過程分為自身優(yōu)化及外部?jī)?yōu)化。自身優(yōu)化是通過轉(zhuǎn)歸預(yù)測(cè)模塊與復(fù)診跟蹤模塊進(jìn)行信息比對(duì)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，若相符度達(dá)80%以上，則進(jìn)入復(fù)診診療推薦模塊，輔助下一步治療方案；若相符度大于60%但低于80%，則考慮模塊推薦過程中存在錯(cuò)誤，進(jìn)入四診信息錄入模塊，重新錄入信息并計(jì)算；若相符度低于60%，考慮系統(tǒng)推薦信息尚不完善，需進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫中信息，錯(cuò)誤病例記入數(shù)據(jù)庫中保存，供系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自身優(yōu)化，轉(zhuǎn)入人工診療模式。外部?jī)?yōu)化是指請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，對(duì)其規(guī)律推薦信息進(jìn)行修正，不斷提高系統(tǒng)推薦準(zhǔn)確性。5）實(shí)現(xiàn)PC端及移動(dòng)端共用：該系統(tǒng)涉及病患隱私及病例資料，需采用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如VPN技術(shù)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如下。

2 討論

通過對(duì)信息可視化及知識(shí)可視化的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)信息可視化是以顯性知識(shí)為主要研究對(duì)象，以探索新規(guī)律為目的，讓用戶更高效、直觀的掌握和分析數(shù)據(jù)；知識(shí)可視化是以顯性知識(shí)和隱形知識(shí)共同為研究對(duì)象，以提高知識(shí)在群體之間的傳遞和利用為目的，改善知識(shí)是傳播與交流，強(qiáng)化知識(shí)密集，提高決策和解決問題的能力。診療決策能力的提高不僅依賴于醫(yī)生對(duì)患者抽象信息的獲取與注解，更需要醫(yī)患雙方更直接、更全面的傳遞復(fù)雜的、模糊的醫(yī)療知識(shí)，需要協(xié)同化的決策輔助方法[18]。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)知識(shí)可視化與信息可視化在各個(gè)方面的不同，選擇更加合適的可視化手段。

目前，信息可視化和知識(shí)可視化技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但就已取得的研究成果來看，依然不夠深入，缺乏大樣本的支持和公認(rèn)的統(tǒng)一的自動(dòng)化分析軟件及后續(xù)數(shù)據(jù)分析，使得各項(xiàng)研究不能廣泛推廣應(yīng)用。從整體上來說，與其他領(lǐng)域的技術(shù)平臺(tái)也存在一定的差距，特別是在臨床推廣方面還不夠完善，本研究結(jié)合中醫(yī)背景知識(shí)的特點(diǎn)，探索中醫(yī)與可視化的相關(guān)性，并分析了其在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用情況及思路，以2型糖尿病為例，探索設(shè)計(jì)了“基于大數(shù)據(jù)的2型糖尿病中醫(yī)診療規(guī)律可視化推薦系統(tǒng)”，旨在實(shí)現(xiàn)用戶和可視化系統(tǒng)的交互操作，為中醫(yī)可視化發(fā)展提供思路。

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