中医药领域本体研究概述

中医药领域本体研究概述【关键词】本体构建；中医药；综述本体(Ontology)自20世纪90年代引入计算机人工智能领域后,在计算机及相关领域迅速形成一个研究热点。

作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型建模工具,将在人工智能、知识工程、图书情报等领域具有重要的作用和广阔的应用前景。

笔者从中医药领域本体构建、基于本体的中医药语言系统和应用系统三方面对中医药本体研究进行概述,并结合发展现状对其进行展望。

1 本体与本体构建1.1 本体的概念本体是源于哲学的一个概念,原指对世界上客观存在物的系统描述,即存在论,后衍生到语言、信息、知识系统等领域,被定义为“概念化的明确的规范说明”。

目前,关于本体的定义有很多种说法,但不外有两层含义：一是哲学领域的存在,是本体论的研究对象；二是延伸到特定领域之中,指某套概念及其相互之间关系的形式化表达,包括概念化、规范化、形式化和共享4个特征[1]。

从本体的内涵上看,综合不同学者的认识,本体大都被认为是信息、知识的底层构架工具,用于组织较高层次的知识抽象,是领域知识概念化、形式化的说明,也可以是特定领域内“人机交流”的语义基础,即提供概念与概念之间关系的共识。

按照领域依赖程度,本体可以分为顶层、领域、任务和应用本体4类；按照主题可分为知识表示本体、通用本体、领域本体、术语本体和任务本体。

中医药本体主要用于描述中医领域知识的专门本体,是专业性本体,一般属于领域本体和知识表示本体。

1.2 本体构建工具与描述语言在本体构建方面,一是利用已有的叙词表或术语词典进行改造；二是利用现有信息和领域专家从头做起,而以后者较常用。

目前已经得到公认的方法包括Bemeras法(KACTUS法)、SENSUS法、“骨架”法、企业建模法(TOVE法)、Methontology法等。

Gruber[2]于1995年提出了本体构建的五条规则(明确性和客观性、完全性、一致性、最大单调可扩展性、最小承诺),但本体工程构建方法尚处于相对不成熟阶段。

本体的构建工具也有很多,包括protégé、WebOnto、Ontolingua、OntoEdit、Ontosaurus、OntoEdit、IBM Ontology Management System等,其中,protégé 是斯坦福大学开发的使用较为广泛的构建工具之一,目前已有4.0版本。

本体要对概念进行清晰的、形式化的描述,须有相应的描述语言和建模元语(本体描述方法)。

本体描述语言一般应具有良好定义的语法、语义,有效推理和良好的表达能力。

本体描述语言有很多,包括RDF和RDF-S、OIL、DAML、OWL、KIF、SHOE、XOL、OCML、Ontolingua、Cycl、Loom等。

2004年,W3C发布了支持语义网的2个技术标准——RDF和OWL。

OWL建立在RDF基础之上,能够确切地表达词表中术语的含义和这些术语的关系,相对于RDF,OWL能够更好地表达语义[3]。

Perez等[4]归纳出5个基本的建模元语,即一个完整的本体应该具有类、关系、函数、公理和实例5个部分。

2 中医药本体研究2.1 中医药领域本体构建中医本体的构建是通过对中医概念的提取、关系的分析,将中医知识明确、规范地表达,以便于知识的共享和传承。

中医药知识体系的复杂性决定了其本体构建的复杂。

在分类上,国家知识基础设施(NKI)课题中的中医本体的划分中就有中医诊断方法、中医术语、中医证、中医脉象、中医病机等30多个中医本体类。

在NKI基础上还构建了中医舌诊本体和中医肝病本体[5]；此外,中医概念的不规范和多重性使得其本体构建更加复杂。

因此,中医领域的本体构建多是从其子领域进行探索性研究。

在理论研究上,高氏等[6]认为,构建中医本体是在语义层次发掘中医知识的基础,并就中医顶层本体的概念及其与领域本体之间的关系、本体的构建原则及其在中医顶层本体构建过程中的应用做了初步的探索。

在构建过程中,一般采用protégé工具加OWL语言的模式,侯氏等[7]探讨了中医治则治法的逻辑框架,将中医治则治法分为治则、治疗性常体、治疗属性、治疗语义、治疗操作等大类,对各类概念进行细化,初步建立了中医治则治法的本体,并讨论了其与中医顶层本体的关系。

纪氏等[8]以针灸学为特定领域,探讨基于本体论的针灸学领域本体构建方法,初步建立针灸学领域本体框架模型。

林氏等[9]构建了中医骨伤古籍小本体,解析了OWL表达的语义关系,尝试实现骨伤古籍语义检索系统,对其进行了系统功能演示及评价。

由于中医领域本体构建的复杂性,利用已有本体或叙词表进行改造而构建新的领域本体也是一种方法。

如谷氏[10]通过实例阐述了中医古籍文献领域本体的建模依据与方法,认为古籍本体构建是必要的,目标是为数据库的应用服务,其构建过程需要专业叙词表的支持。

李氏等[11]参照《中医脑病学》和《临床中医脑病学》的理论体系、复用已有中医学本体,将中医脑病学本体顶层概念分为13个大类,构建了包括概念及其概念间相互关系在内的中医脑病学本体,并对中医脑病学本体构建过程中存在的复杂性、层次性、模糊性、差异性和兼容性进行了分析和探讨。

周氏等[12]探索了中药领域本体的构建,提出了按照自然属性分类法建立概念关系体系,进而构建中药领域本体。

此外,刘氏等[13]还进行了基于历史文献的中医药本体的自动构建研究,利用历史文献及公认的领域知识对中医药核心概念进行全面诠释,解释中医病、证、方、药等核心概念的实质与内涵,利用自然语言处理(NLP)理论和技术方法对已有公认领域知识,并借助领域专家知识,实现基于网络的知识采集与加工,建立起受限文本的本体自学习机制,从而实现领域本体概念描述体系的自动构建。

2.2 中医药语言系统中医药语言系统(TCMLS)属于术语本体方面的研究。

语义本体可以解决“人机”交流障碍,从而利于知识共享,中医知识在交流与传承上的障碍更加明显,因此中医药语义本体意义重大。

自2001年开始,中国中医科学院联合全国30多家中医院校和多家科研单位,开始建立“中医药学一体化语言系统”。

该系统以本体论为指导,按照本体论原理进行设计,旨在建立一个计算机化的、可持续发展的、包含中医药学及其相关学科的中国医药学检索语言集成系统和机读信息资源指南系统,形成中医药学及其相关学科的语言系统平台。

目前,该系统已经成为世界上最大的传统医药本体,有16个一级类目,共编录12862个类[14]。

林氏等[15]对中医药领域概念表达的特点和中医药检索的现状进行分析,以中医方剂学领域本体的构建过程为例,说明本体在中医药自然语言语义化和信息表示上的优势,提出对中医药概念的表达不必单纯地强求标准化和一致性,认为本体可以完整、忠实、准确地表达中医药传统理论的语义,并做到机读、通用、可共享。

曾氏[16]论述了基于本体论的TCMLS构建的思路、设计原则及架构,包括术语及定义的采集范围及标准、定义类和类的等级体系、语义关系等,认为在目前国内外缺乏构建领域本体的成熟流程、方法和标准规范的状况下,TCMLS的建立是一项创新性工作,对系统整理中医药知识,促进中医药学术语数字化、标准化,实现中医药知识的再发现具有重大意义。

2.3 基于本体的应用系统本体的应用研究主要包括两方面：一是解决知识交流障碍,表现为信息系统和语义网的构建；一是领域知识的获取。

在信息系统建立上,郑氏等[17]开发了基于本体的名老中医医案研究应用系统,主要功能包含系统管理、古籍本体、名医医案、应用分析等功能模块,实现了用本体描述语言OWL对中医经典古籍及中医医案进行结构化的解析,为利用本体和先进的关系数据库技术结合提供了一个新的研究思路和研究方法。

基于本体的知识获取主要是从操作性知识中利用本体的属性和关系进行推理,从而分离出领域知识。

周氏等[18]用NKI本体语言描述医学本体,并利用医学本体的属性和关系进行基于公理的医学知识推理,进而获取医学知识。

曹氏等[5]在构建中医舌诊本体基础上,用本体＋框架的方法表示中医舌诊知识,并进行基于公理的中医舌诊知识分析和推理,获取舌诊知识,基本能够符合临床情况。

蒋氏等[19]认为,中医领域存在大量非结构化知识,难以被深入获取,因此,他们提出一种基于领域本体的知识获取方法,对选取的单一医案中蕴含的知识进行形式化表示,构造中医领域的语义网络,对其进行定量分析,抽取中医领域的概念语义场,并在一定程度上实现中医领域的知识获取。

在获取知识的基础上还可以进一步构建知识库,如北京中医药大学和中国科学院计算机研究所联合开发的基于本体的中医专家临床病案知识库[20]。

通过电子病案获取专家的临床经验和诊疗知识,将病案蕴含的知识转化为半形式化的文本知识,进而转化为形式化的知识,最后定义中医学公理,存入NKI知识库和病案库,形成结构化的中医知识。

3 展望尽管中医药本体构建研究也随着本体研究的升温逐步开展,但大多从具体的分支领域进行本体构建与应用研究,涵盖面很小,缺乏深化研究。

构建本体的目的在于应用,但迄今真正的应用成果却很少。

中医本体构建从整体上还存在一些问题需要解决,主要表现为缺乏深化的理论研究、实现中医药术语概念的规范化和语义关联困难、古医籍中术语概念与现代词汇的对应等。

因此,中医药领域本体研究还需要进一步深入,应深化本体构建、映射、语义网、知识推理和应用方面的研究,使中医领域本体真正能成为中医药知识工程、信息处理、自然语言理解等方面的基础。

中医药理论知识体系的复杂性使中医在知识传承、知识共享、知识交流等方面存在较大的障碍,这也是长期以来制约中医药发展的“瓶颈”之一,而中医药本体构建的目的恰恰是明确规范地、形式化地说明中医理论知识体系,给出中医知识的共享模型。

因此,中医药领域本体构建是中医药信息处理、知识传承与共享的重要基础,尽管存在很多困难,但中医本体将在中医药知识工程、中医信息系统、中医药学术经验传承等多个方向有很大的应用潜力。

【参考文献】[1] Studer Rudi, Richard Benjamins, Dieter Fensel. Knowledge engineering：principles and methods[J]. Data and Knowledge Engineering,1998,25(1/2)：161－197.[2] Gruber T. Towards principles for the design of ontologies used for knowledge sharing[J]. International Journal of Human-ComputerStudies,1995,43(5/6)：907－928.[3] OWL Working Group. Web Ontology Language[EB/OL].,2009-06-18.[4] Perez AG,Benjamins VR.Overview of knowledge sharing and reuse components：ontologies and problem solving methods[D].IJCA,1999.[5] 曹宇峰,曹存根.基于本体的中医舌诊知识的获取[J].计算机应用研究,2006,23(3)：31－34.[6] 高成勉,包含飞,周强.本体构建原则及其在中医顶层本体构建中的应用[J].医学信息,2008,21(5)：581－583.[7] 侯玉,张昌林,周强,等.Protégé在构建中医治则治法本体中的运用[J].医学信息,2007,20(11)：1866－1871.[8] 纪军,徐明曙,杨韵华.针灸学领域本体构建研究[J].医学信息学杂志,2008,29(5)：25－28.[9] 林尔正.基于中医骨伤古籍本体的语义检索研究[D].福州：福建中医学院,2008.[10] 谷建军.基于叙词表的中医古籍文献领域本体建模方法研究[D].北京：中国中医科学院,2006.[11] 李毅,张梅奎,杜侃,等.中医脑病学本体的探讨及其构建[J].世界科学技术—中医药现代化,2007,9(6)：96－101.[12] 周扬,王振国.中药Ontology概念关系体系的构建探析[J].中国中医药信息杂志,2009,16(3)：96－97.[13] 刘耀,穗志方,周扬,等.中医药本体构建研究[J].大学图书馆学报, 2008,26(4)：58－63.[14] 汤萌芽.中医药本体工程及相关应用[D].杭州：浙江大学,2007.[15] 林丹红,钟伶.Ontology在中医药概念表达中的研究[J].医学信息学杂志,2007,28(6)：545－549.[16] 曾召.本体论在中医药学语言系统中的应用研究[J].中华医学图书情报杂志,2007,16(1)：4－6.[17] 郑健,李其铿.基于本体的名老中医医案研究应用系统[J].科技信息,2008,18(28)：425－426.[18] 周肖彬,曹存根.基于本体的医学知识获取[J].计算机科学,2003, 30(10)：35－40.[19] 蒋宏潮,王大亮,张德政.基于领域本体的中医知识获取方法[J].计算机工程,2008,34(12)：16－19.[20] 刘和洋,曹字峰,秦丽娜.基于本体的中医专家临床病案的知识获取方法[J].计算机系统应用,2005,14(8)：80－83.。