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包含飞 上海中医药大学 (2006.12.14)

医学本体的研究和挑战. 包含飞 上海中医药大学 (2006.12.14). (From MA Musen). 病人医护系统需要本体. (From MA Musen). 医学概念模型. 医学记录数据构架. 诊断. 治疗. 病人. 疾病. 过程. 并发症. 疾病. 过程. 疾病. 乳癌. 感染. 外科. 诊断. 治疗. 珍伲. 乳癌. 外科. 并发症. 医学记录系统中的 病人数据. 感染. (From MA Musen). 最优化是实践：标准化医护. (From MA Musen). 医学概念模型. 临床指南. 疾病.

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包含飞 上海中医药大学 (2006.12.14)

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  1. 医学本体的研究和挑战 包含飞 上海中医药大学 (2006.12.14)

  2. (From MA Musen)

  3. 病人医护系统需要本体 (From MA Musen)

  4. 医学概念模型 医学记录数据构架 诊断 治疗 病人 疾病 过程 并发症 疾病 过程 疾病 乳癌 感染 外科 诊断 治疗 珍伲 乳癌 外科 并发症 医学记录系统中的 病人数据 感染 (From MA Musen)

  5. 最优化是实践：标准化医护 (From MA Musen)

  6. 医学概念模型 临床指南 疾病 治疗选择 术后状况 治疗选择 化疗 无并发症 疾病 过程 外科手术 病人被诊断为乳癌 抗生素治疗 感染 乳癌 感染 外科 放疗 诊断 治疗 珍妮 乳癌 外科 并发症 医学记录系统中的 病人数据 感染 (From MA Musen)

  7. 一些著名的临床本体 • 临床医学：GALEN • 人类解剖学：数字解剖学家本体 • 家庭医学：家庭实践本体美国部分 • 基于指南的医护：GLIF (From MA Musen)

  8. GALEN项目（1） • GALEN是基于医学术语学的公共参考模型（Common Reference, or CORE, model）的旨在开发术语服务器和数据输入系统的一个大型项目。 ***AL Rector JE Rogers P Pole：The GALEN High Level Ontology

  9. GALEN项目(3) • GALEN公共参考模型（Common Reference, or CORE model）的顶层框架，包括一个分类体系和相关的语义连接类型(经过一系列的应用试验)。 • GALEN被称为本体（ontology）是因为这个种类模型如加上足够的相关信息，就可以实现自动分类的目的。 • GALEN独立于各种语言，独立于更一般的推论系统。 • 主张不应过多地拘泥于“本体的哲学含义”，必需采取实用的和语用的方法。

  10. GALEN的技术目标： • 尽可能地适合医学应用，能与直觉用户对话，特别是临床数据输入或查索、医学概念分类应用程序； • 强调复用性，即足够一般化，旨在为不同的医学应用程序所利用； • 支持不同团体之间的可操作性合作，争取更容易理解、教授和应用。

  11. GALEN核心模型最高层次种类空间 (From AL Rector, etc)

  12. 最高事物 专业知识种类 专业知识属性 现象 值类型 修饰(语)概念 单位 方面 Modality 广义结构 角色 广义过程 指定的一般化层次 广义物质 特征 状态 选择子 状况 聚集 图7 GALEN核心模型最高层次种类空间

  13. Table1: Taxonomy of major elementary Categories Table1: Taxonomy of major elementary Categories Entity Example Entity Example Table1: Taxonomy of major elementary Categories GeneralisedProcess GeneralisedSubstance SpecificProcess Energy Radiation, SoundEnergy BiologicalProcess Substance BodyProcess 蠕动, 呼吸, 凝固 BodySubstance Behaviour VolitionalAct, ClinicalAct Tissue MuscleTissue, BoneTissue NonBiologicalProcess NAMEDBodySubstance Urine, Bile , Sputum etc. PhysicalProcess Irradiation ChemicalSubstance Drugs, Sodium etc. ChemicalProcess 组织学染色 NAMEDSubstance Air, Wood GenericProcess 传输, 打开, 关闭 GeneralisedStructure ModifierConcept AbstractStructure Aspect PsychosocialConstruct Clinic, Hospital Feature Sex, Chronicity, Shape, Malignancy LogicalStructure Protocol, Plan State male/female, acute/chronic, round/square PhysicalStructure Selector leftSelector/rightSelector LinearStructure Displacement Status pathological/physiological normal/nonNormal PlanarStructure Triangle, Square Collection (Multiple which isMultipleOf Spot).=Rash SolidStructure Modality FamilyHistory, presence/absence MicroscopicStructure Cell, Microorganism Role DrugRole, HormoneRole, PatientRole InertSolidStructure Building, Device Unit second, metre, kilogram OrganicSolidStructure LevelOfSpecification uniquelySpecified BodyStructure BodyPart Heart,Leg, Head, Femur, AdrenalGland, Sacrum, PisiformBone, etc etc GenericBodyStructure Cusp, Horn, Promontory, Artery, Lump, Bursa, Orifice, Rim, Ridge etc Organism Bacterium. Protozoan, Virus, Fungus, Dog, Bird SolidRegion e.g. (SolidRegion which isSolidDivisionOf Liver) name PieceOfLiver. Space Cavity, Potential Space, PathologicalCavity (From AL Rector, etc)

  14. GALEN的原始的分解是: • 广义结构：带有独立于时间的分部的抽象性或物理性事物；(??) • 广义物质：独立于时间的持续的抽象性或物理性事物； (??) • 广义过程：随时间进展发生的变化; • 修饰词：相互异质的组别。 (From AL Rector, etc)

  15. 顶端事物（Topthing）: 现象:捕捉“疾病”或“异常” 原类:广义结构，广义物质，广义过程，修饰词（方面、属性等） 生物-非生物: 机体空间:机体结构，机体物质，机体过程 图8 GALEN的主要维度层次。 (By BMKI)

  16. 实 体 例 子 广义过程 _具体过程 ____生物过程 _______机体过程 蠕动, 呼吸, 凝固 _______行为 意志行为，医疗行为 ____非生物过程 _______物理过程 放射 _______化学过程 组织学染色 _一般过程 传输, 打开, 关闭 表2 分类学主要基本类（1） (From AL Rector, etc)

  17. 实 体 例 子 广义结构 _____抽象结构 ________社会心理结构 诊所，医院 ________逻辑结构 协议，计划 _____物理结构 ________线性结构 移位 ________平面结构 三角形，正方形 ________立体结构 ___________显微结构 细胞，微生物 ___________非生物立体结构 建筑，设备 ___________有机立体结构 ______________身体结构 ________________身体部分 心脏，腿，头，股骨，肾上腺，骶骨, 腕骨等等 ________________一般身体结构 尖端，角，隆起，动脉，小块，囊，孔（口），（圆形物的）边，脊等 ______________有机体 细菌，原生动物，病毒，菌类，狗，鸟 ___________立体区域 如 (SolidRegion which isSolidDivisionOf Liver) name PieceOfLiver（肝段） ___________Space（空隙） 腔，潜在腔，病理腔 表3 分类学主要基本类（2） (From AL Rector, etc)

  18. 实 体 例 子 广义物质 __能量 热辐射，声能 __物质 ____机体物质 ______组织 肌肉组织，骨组织 ______命名机体物质 尿，胆汁，痰等 ____化学物质 药物，钠等 ____命名物质 空气，木头 表4 分类学主要基本类（3） (From AL Rector, etc)

  19. 实 体 例 子 修饰概念 方面 __特征 性，慢性，形态，恶性 __状态（值）(state) 男性/女性，急性/慢性，圆形/方形 __选择子 左选择子/右选择子 __状况（值）（status） 病理的/生理的，正常的/异常的 Collection（聚集） (Multiple which isMultipleOf Spot).=皮疹 Modality（模态） 家族史，存在/缺失 Role DrugRole, HormoneRole, PatientRole 单位 秒，米，千克 具体化层次 唯一指定（具体化）层次(??) 表5 分类学主要基本类（4） (From AL Rector, etc)

  20. Attribute Examples ConstructiveAttribute PartitiveAttribute StructuralPartitiveAttribute hasSolidDivision, hasSurfaceDivision, hasLinearDivision, hasStructuralComponent, hasLayer, hasFunctionalComponent ProcessPartitiveAttribute hasSubprocess StructuralAttribute connects, serves (e.g. Artery which serves Liver), isAnatomicallyRelatedTo DelimitingAttribute hasBranch, definesSpace, contains, passesThrough, LocativeAttribute AnatomicalLocativeAttribute hasLocation, isContainedIn FunctionalLocativeAttribute actsOn, isFunctionOf FunctionalAttribute actsOn, hasGoal, isFunctionOf, hasExposureTo, hasFunctionalComponent hasCausalLinkTo hasAssociation, hasConsequence Table 6: Summary of constructive attributes (From AL Rector, etc)

  21. 属 性 例 子 结构性属性 _分划属性 ___结构性分划属性 有固定分部，有表面分部，有线性分部，有结构性成分，有层,有功能成分 ___过程性分划属性 有子过程 _构建性属性 连接，供应，例如动脉which供应肝脏, is解剖学相关To ___定界属性 有分支, 规定空间, 包含, 通过Through, _位置属性 ___解剖学位置属性 有位置, is被包含In ___功能性位置属性 作用On, is功能Of _功能性属性 作用On, 有目标, is功能Of,有暴露To,有功能成分 _有因果连接To 有联系, 有结果 表7 结构属性总结 (From AL Rector, etc)

  22. 模型化part-of关系 (after Winston and Odell) • 组分（例如：汽车门的把手）(#整体的一部分) • 原料（例如：面包的原料为面粉）(#原料) • 部分（例如：一只面包的一片）(#人工切割) • 地域（例如：一个国家的城市）(#地域) • 成员（例如：船队的一个船）(#聚合的一部分) • 合作者（例如：Laurel & Hardy的Laurel）(#人的努力的整合) • 拆件：（例如：门上取下来的把手）(#部件) 除了最后两项，GALEN应用了所有part-of关系 (From MA Musen)

  23. 修饰词 • Aspects 细化类的意义，即定位，严重性，形态等，“严重的糖尿病”是一种“糖尿病”。 • Modalities（如家族史或倾向）和Collections与某类的意义相关，但从根本上讲不同于原有的类，如“糖尿病家族史”不是一种“糖尿病”，一个“息肉集合”本身也不是一种“息肉”。因此Modalities涉及机体的发生与遗传为论域或知识背景。 • Roles（角色） 如病人角色，医生角色，激素角色； • 具体化层次； • 单位被用作量度的一部分 。 (From AL Rector, etc)

  24. 大部分可以描述现象的特征被放在Feature (例如温度)下，相应的值放在State中(如热/冷)，可见这里feature-state即为变量-变量值对。 (From AL Rector, etc)

  25. Aspects元框架（schema）为: • Category-hasXFeature-Feature-hasXState-State (From AL Rector, etc)

  26. 例如（以GRAIL 符号表示）： • Patient which hasTemperatureFeature (Temperature which < hasAbsoluteState raised hasTrendInState decreasing hasQuantity (Quantity which < hasMagnitude 39.8 hasUnits degreesCentigrade>)>). (From AL Rector, etc)

  27. 译文为： • 病人 which 有温度特征 （温度 which <有绝对状态 升高 有趋势In状态 正在下降 有量度（量度 which < 有量值 39.8 有单位度摄氏温度> )>).

  28. GRAIL 描述逻辑指导模型 • 防止系统生成无意义表述，如 (Hand which hasLaterality up) • 提供3层次的认可 1.语法性层次 (BodyPart which hasLaterality lateralityType) 2.合理性层次 (Hand which hasLaterality lateralityType) 3.必要性层次 （手必定具有组分腕骨） (From MA Musen)

  29. “认可”提供什么? • “心脏有双侧性左侧”语法正确但不是合理 因为只有成对器官才有可能有双侧性 • “手（有组分腕骨呈现炎症）等价于“手呈现炎症” 因为概念的必须组分无需明确地指定 (From MA Musen)

  30. 分类体系的协调 • 把概念细分为组分 • 把组分分类 • 把组分结合为复合实体 • 根据定义分类复合实体 “骨折 < 有定位（解剖頚为分部of 股骨）有原因骨质疏松症> “ （#自然语言表述为：股骨颈易骨折，原因可能为骨质疏松症） 可能的上级类 骨折 骨折有定位长骨 骨折有原因骨质疏松症 (From MA Musen)

  31. GALEN本体 • 描述逻辑的一个实际应用，通过 • 复杂的但明确定义的继承关系 • 应用明确的规则对合成概念作认可 • 本体特点的仔细模型化 • 定义明确的语义关系 • 通过与临床医学的关系驾驭本体特点的蕴涵 (From MA Musen)

  32. OpenGalen本体的概念表述实例 • 手术: Insertion of pins in neck of femur(股骨) • 语句表述: Fixation of femur by insertion of pins in neck of femur • 中介表述： • MAIN fixation • ACTS-ON femur • BY-MEANS-OF insertion • INTO neck • ACTS-ON pins • INTO neck • IS-PART-OF FEMUR • 本体 • Performance which isOf • (‘SurgicalFixation’ which • <actsOn Femur • hasSubprocedure (Performance which isOF • ‘SurgicalInsertion’ which • <actsOn Pins • hasLocation(AnatomjicalNeck which • isLinearDivisionOf Femur)>)>) • 自动生成的自然语言表述： • Fixation of femur by means of insertion of pins in neck of femur”GRAIL/GALEN (From MA Musen)

  33. GALEN组合概念是优秀的，但… • 难以建立 • 需要医学，逻辑和模型化知识 • 如何界定为一个临床领域，必须涉及大量医学知识 • 难于整合遗留的系统 • 现有的医疗记录系统应用特有的编码体系 • 客户、信息处理系统和用户的地区需要 (From MA Musen)

  34. 复合概念的构造可导致晦涩难懂 (SurgicalDeed which is mainlyCharacterisedBy performance which is EnactmentOf (Excising which playsClinicalRole SurgicalRole) which actsSpecificallyOn (Lobe which isSpecificSolidDivisionOf Lung))) “Excision of lobe of lung” (“肺叶切除”) (From MA Musen)

  35. 本体在提供术语自动分类中的应用 • 通过严格的层次的明确关系 • ‘Disorder of heart’（心脏病） • ‘Disorder of valve in heart’（心脏瓣膜病） • ‘Disorder of valve in left ventricle in heart’（左心室瓣膜病） • ‘Disorder of cusp in valve in left ventricle in heart’（左心室瓣膜尖部疾病） (From MA Musen)

  36. BMKI认为:医学自然语言数据和知识形式化表达和操作,有待深入的理论探索………….BMKI认为:医学自然语言数据和知识形式化表达和操作,有待深入的理论探索………….

  37. 本体在提供术语自动分类中的应用 • 允许计算机推导关系 • 人类能理解（但并非必须） • 计算机可以重组织，因为在形式表达中，所有的意义是清晰的

  38. GALEN术语学服务器 • 术语学服务器通过医学概念模型提供词汇表和推理服务 • 什么是概念有意义的属性？ • 什么是属性的可能值 ？ • 什么概念包含一个复合表达 ？ • & 其他 (From MA Musen)

  39. Pen & Pad 结构化数据登陆的用户界面 (From MA Musen)

  40. Pen & Pad 系统生成的文本 (From MA Musen)

  41. 华盛顿大学“数字解剖学家” • 解剖学信息的知识库 • 优秀的基于框架的本体 • 对必须的模型化概念和关系的原则作明确声明 (From MA Musen)

  42. “数字解剖学家”本体 • 本体的定义基于解剖学家的视点 • 由解剖学科学驱动生成基础模型 • 强调部分-整体，kind-of及空间关系 • 应用严谨的和规定的定义作为分类体系的基础 “器官”是一个“解剖结构”that consists of “器官部分”的最大集合soconnected toone another that together它们constitutea “自包含单元”of “大体解剖学”…An “器官” is divisible into“器官部分” but not“器官” (From MA Musen)

  43. “数字解剖学家”概念描述 • 框架层次结构 • 概念，属性 • 罗列每个可视实体 • 目前包括大约75000解剖学概念和关系 • 由于模型化决策合理，这个大小是可能的 • 仅表达了大体解剖学的可视实体 • 保证了粒子的不含糊性 • 排除用两个以上概念表示同一个物理实体 (From MA Musen)

  44. 物理解剖学实体 解剖学空间实体 机体物质 解剖学结构 细胞 器官 器官部分 机体部分 器官系统 有机体 组织 器官组分 机体分部 DA本体的顶层 (From MA Musen)

  45. 解剖结构分类 解剖学空间实体 解剖学结构 器官 器官部分 机体空间 解剖学特征 内脏 器官分部 器官组分 器官腔 内部特征 中空内脏 心腔室 心脏 心脏部分 器官腔分部 心腔 右心房 心壁 右心房腔 卵园窝 右心房壁 心肌 是 腔静脉窦 窦房结 右心房心肌 图14 根据is_a（实线）和part_of(虚线)关系表示的语义结构，用以模型化右心房知识模式。表示心脏的部分在阴影四边形的平面中，而这些实体所归属的子类在显示在平面上方。

  46. 请MiForum朋友回答:上图蕴涵了何种BMKI(生物医学知识整合论)原理?请MiForum朋友回答:上图蕴涵了何种BMKI(生物医学知识整合论)原理?

  47. 蕴涵BMKI物性-意性原理为 • 平行四边形内为物性知识； • 平行四边形上为意性知识； • BMKI对知识两种基本组分物性 知识和意性知识进行了大量深入的研究，获得一系列知识工程方面的重要发现。

  48. 数字解剖学家的应用 • 数字解剖学家图谱 • 宗旨：解剖学教育 • 操作：从空间数据库和符号知识库中提取和整合信息 • UMLS的解剖学基础模型 • 未来前景：可重复应用的结构化知识的临床应用 (From MA Musen)

  49. 本体的潜力 • 本体的标准件性,可重用性,可整合性 ，人类知识工程累加性和大整合合性; • 本体的可粗可细性,具有全方位、跨层次的指导意义； • 将推动关于生物医学知识的系统的、深刻的、全面的理论探讨。

  50. 本体面临的挑战（1） • 本体是标准性共识,存在着与个性化知识或小几率性知识的整合问题; • 本体是概念性共识,存在着与模拟性(共性)知识的整合问题; • 大量的各个层次的整合理论问题有待探讨； • 理论的幼稚病： * 复杂的变量和变量值如何表达和操作？ * 知识确定性，粒度（明晰性）和有效性与认知目标或认知意向的关系？ * 知识确定性，粒度（明晰性）和有效性与认知背景的关系？ *医学自然语言知识的形式化表达的理论何在? *………………

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