基于圖數(shù)據(jù)庫的乳腺疾病知識圖譜構(gòu)建與應用

李革，張云鎖，丁臘春，解紅文，王譯

·醫(yī)學信息技術·

基于圖數(shù)據(jù)庫的乳腺疾病知識圖譜構(gòu)建與應用

李革1，張云鎖2，丁臘春2，解紅文2，王譯2

1.常州市第二人民醫(yī)院信息中心，江蘇常州 213000；2.鎮(zhèn)江市第四人民醫(yī)院乳腺科，江蘇鎮(zhèn)江 212000

通過Neo4j圖數(shù)據(jù)庫梳理乳腺癌、乳腺炎、乳腺囊腫等乳腺疾病知識體系，構(gòu)建乳腺疾病知識圖譜，形成一套乳腺疾病相關的可視化圖知識庫，幫助醫(yī)生對概念知識點與知識體系進行理解，對日常診療工作予以輔助。

圖數(shù)據(jù)庫；知識圖譜；乳腺疾病

近年來，人工智能知識圖譜的應用已經(jīng)十分廣泛，特別是互聯(lián)網(wǎng)知識庫已經(jīng)成為人們?nèi)粘１貍涞闹R來源[1-2]。而對于醫(yī)療行業(yè)來說，?？祁I域知識仍是以紙質(zhì)圖書為主，互聯(lián)網(wǎng)知識庫較少且多以文獻庫的形式出現(xiàn)，難以被直接應用，所以醫(yī)院醫(yī)生大多采用進修、參加學術會議、自學知識文獻及醫(yī)院典型病例討論等方式提升自己的醫(yī)療知識水平[3]。若遇特殊情況或工作繁忙時，外出進修和參加學術會議機會則大幅減少，學習需求難以得到有效滿足。乳腺科疾病的知識點多、知識關聯(lián)性強，將人工智能與臨床醫(yī)療結(jié)合，不僅有助于提升醫(yī)務人員的醫(yī)療知識水平，還可輔助臨床快速做出正確診斷[4]。因此，基于互聯(lián)網(wǎng)技術建立乳腺疾病知識體系，以知識圖譜方式進行疾病的診斷、治療與康復過程的知識關聯(lián)性研究，對于臨床診療及醫(yī)生知識水平的提升都有很大的價值和意義[5-6]。

1 乳腺疾病知識圖譜設計

本研究以臨床指南、診療規(guī)范、專家共識及醫(yī)院典型病例等作為知識來源，按照從上到下的總體框架構(gòu)建“乳腺疾病”知識體系，同時將乳腺科臨床醫(yī)生日常診療過程中對指南、專家共識及臨床經(jīng)驗的理解與靈活應用情況，補充完善到知識庫，最終建立一個基于指南、共識及臨床經(jīng)驗的乳腺疾病共享智能知識體系。Neo4j圖數(shù)據(jù)庫界面簡潔、知識錄入方便、容易上手、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器界面體驗良好、知識展現(xiàn)及時直觀，且適用性強、應用難度小、操作代碼可讀性高，是醫(yī)療知識領域常用的工具，如OMAHA聯(lián)盟基于Neo4j圖數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的知識圖譜，特別適合臨床醫(yī)生、護士及醫(yī)技人員使用。

2 乳腺疾病概念本體設計

乳腺疾病概念本體設計主要包含實體定義、實體屬性和實體關系定義。

2.1 實體定義及實體屬性

對乳腺疾病的各知識點進行概念梳理，臨床醫(yī)生通過自己的理解將概念進行分類，形成概念類型；再將同一類概念類型聚合形成疾病領域概念，從上到下整理出乳腺疾病知識點、類型與領域?qū)嶓w，見表1。同時對每個概念的具體屬性及屬性值進行賦值，見表2。

表1 乳腺疾病實體定義示例

表2 乳腺疾病實體屬性定義示例

2.2 實體關系定義

以中國的乳腺疾病診療指南與共識作為核心，輔以國內(nèi)外文獻及醫(yī)院典型病歷，整理歸納概述、病因、臨床表現(xiàn)、并發(fā)癥、檢查等知識點之間的相互關系，完成知識概念實體之間關系的定義，見表3。

2.3 乳腺知識查詢

以圖的形式展現(xiàn)乳腺疾病概念相關內(nèi)容，表達直觀、易于理解。Neo4j圖數(shù)據(jù)庫直接通過瀏覽器交互式查詢操作，可按疾病分組、疾病類別、具體疾病的樹狀結(jié)構(gòu)進行知識展示，也可按照具體病種到疾病分組的由下而上匯聚方式展現(xiàn)；還可以直接輸入想要查詢的知識進行直接查詢，實現(xiàn)點面結(jié)合的便捷、直觀、全方位知識查詢與表達[7]。

3 乳腺疾病知識圖譜構(gòu)建

3.1 技術路線

知識庫整體按照知識采集、知識展示、知識應用與知識評估共4層技術路線來進行[8]。首先，收集《中國抗癌協(xié)會乳腺癌診治指南與規(guī)范》（2019版）[9]等規(guī)范化診療指南與規(guī)范，作為知識庫主要知識來源。其次，獲取領域中的重要知識，完成對國際已有標準化醫(yī)學術語體系的收集和整合，通過對統(tǒng)一醫(yī)學語言系統(tǒng)（unified medical language system，UMLS）的映射和加工完成整個術語體系的整合和構(gòu)建[10]。乳腺疾病的重要術語表包括疾病、癥狀、病因、檢查、治療方法等，按疾病知識對疾病、藥品、治療及康復的定義、診斷與治療、康復知識間的關系與屬性進行知識的概念抽取，然后再根據(jù)實際應用，同時結(jié)合國際疾病分類（international classification of diseases，ICD）-9、ICD-10命名規(guī)則將疾病名稱進行消歧與歸整，構(gòu)建以其為基礎的乳腺疾病知識體系。再次，將臨床疾病診斷、治療、用藥及臨床護理概念及概念之間關系與屬性錄入圖數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建乳腺專病知識圖譜，為臨床提供學習、演示與共享服務。最后，通過臨床醫(yī)護及醫(yī)技人員的臨床實際應用，對圖譜效果進行評估與持續(xù)完善，提升乳腺疾病知識圖譜使用體驗。

3.2 邏輯架構(gòu)

構(gòu)建數(shù)據(jù)層與模式層的邏輯架構(gòu)，以模式層知識概念與邏輯基礎來約束知識數(shù)據(jù)[11]。因臨床病情復雜、變化因素多，診斷推理難度較大，知識體系復雜，本研究以RDF三元組（實體–關系–實體）的表達方式來實現(xiàn)“乳腺疾病”庫數(shù)據(jù)層的建設，如乳腺導管瘤和乳房超聲是概念實體，實體與實體之間的關系為所需檢查，見圖1。

3.3 知識存儲

研究數(shù)據(jù)存儲于Neo4j圖數(shù)據(jù)庫中，Neo4j為瀏覽器4.0以上版本、后臺服務為社區(qū)3.0以上版本。Neo4j數(shù)據(jù)庫部署在租用云服務器上，采用互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接應用。

3.4 知識圖譜應用

Neo4j圖數(shù)據(jù)庫部署在云上，可使用瀏覽器隨時進行訪問（http://124.223.63.73:7474/browser/），方便醫(yī)生隨時查詢演示與更新知識圖，提供24h的互聯(lián)網(wǎng)+應用的便捷服務。知識查詢時從“乳腺疾病”實例進入，按乳腺疾病分類進入乳腺病種查詢；也可在瀏覽器中輸入乳腺疾病名稱進行，實現(xiàn)在一個界面下的乳腺疾病庫的“增刪改查”操作，見圖2、3。還可以通過Cypher語句在實例中對乳腺知識進行操作，實現(xiàn)“所見即所得”的實時應用，見表4。

表3 乳腺疾病實體關系定義示例

圖1 知識三元組示例

圖2 乳腺疾病概念知識圖譜示例

4 結(jié)語

本研究通過對乳腺疾病知識圖譜設計、乳腺疾病概念本體設計和知識圖譜構(gòu)建等方面進行詳細闡述，通過Neo4j圖數(shù)據(jù)庫進行梳理，形成一個乳腺疾病概念知識體系。目前已完成約20本診療指南的知識點及知識體系對照研究，形成了2000個概念實體，包括疾病、癥狀、檢查、藥品等，其中包括疾病實體89種，實體之間的關系類型3800多對，并對伴有癥狀、所需檢查、伴隨表現(xiàn)、建議用藥等延伸知識進行了整理，為乳腺?？漆t(yī)生提供了一種實時、方便、直觀的知識學習與查詢系統(tǒng)。但在醫(yī)院乳腺科進行實際臨床應用時也發(fā)現(xiàn)了一些局限性，如知識圖譜對公式、阿拉伯字母、圖片等展現(xiàn)困難、不具備自動推薦功能、對不同臨床指南、共識的版本區(qū)分不明顯等，未來將繼續(xù)收集診療指南、專家共識，構(gòu)建一個更加完整的乳腺疾病概念體系知識庫。

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Construction and Application of “Breast Disease” Knowledge Map Based on Graph Database

LI Ge, ZHANG Yunsuo, DING Lachun, XIE Hongwen, WANG Yi

1.Information Center, Changzhou Second People’s Hospital, Changzhou 213000, Jiangsu, China; 2.Department of Breast, Zhenjiang Fourth People’s Hospital, Zhenjiang 212000, Jiangsu, China

Combined the knowledge system of breast cancer, mastitis, breast cysts and other breast diseases through the Neo4j graph database, constructed the knowledge map of breast diseases, and formed a set of visual graph knowledge base related to breast diseases to help doctors understand the conceptual knowledge points and knowledge system, and assisted in the daily diagnostic and therapeutic work.

Graph database; Knowledge map; Breast disease

R319

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.23.025

江蘇省鎮(zhèn)江市科技項目（SH2022043，SH2022089）

丁臘春，電子信箱：649025670@qq.com

（2022–11–23）

（2022–12–08）