Luan van KHMT Ứng dụng Ontology trong việc chẩn đoán một số bệnh thường gặp

MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt Danh các hình vẽ MỞ ĐẦU 6 1. Tính cấp thiết của đề tài: 6 2. Tình hình nghiên cứu và !nh mới của đề tài: 7 3. Mục đích của đề tài: 7 4. Phương pháp nghiên cứu: 7 5. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết: 7 CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU ONTOLOGY VÀ CÁC KỶ THUẬT ONTOLOGY 9 1.1. Tìm hiểu ontology 9 1.1.1. Giới thiệu về ontology 9 1.1.2. Định nghĩa Ontology 9 1.1.3. Các thành phần của Ontology 9 1.1.4. Ontology trong Web ngữ nghĩa 11 1.1.5. Yêu cầu khi xây dựng Ontology 13 1.1.6. Xây dựng ontology 14 1.2. Ngôn ngữ ontology 17 1.2.1. RDF (Resource Descrip]on Framework): 17 1.2.3. OWL (Web Ontology Language) 25 1.3. Phần mền công cụ hỗ trợ xây dựng và quản trị ontology 28 1.3.1. Phần mềm Chimaera 28 1.3.2. Phần mềm Protégé 29 1 1.3.3. Công cụ Jena 31 1.3.4 KAON 31 1.4. Kết luận chương 33 CHƯƠNG 2. CHIA SẺ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG ONTOLOGY 34 2.1. Chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế 34 2.1.1. Nhu cầu chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế 34 2.1.2. Khái quát về UMLS 34 2.1.3. Chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế 35 2.2. Cơ sở dữ liệu suy diễn trong chăm sóc sức khỏe 37 2.2.1. Chuyển đổi các phần tử của RDFS và OWL thành các luật suy diễn 40 2.3. Vai trò của ontology trong truy vấn và suy diễn 44 2.4. Ontology trong lĩnh vực y tế 46 2.4.1. Ontologycho UMLS 47 2.4.2. Ontology cho chuẩn thẻ y tế quốc gia 50 2.5. Tích hợp thông ]n 52 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC Y TẾ Ở HUYỆN PHÚ VANG 56 3.1 Giới thiệu Huyện Phú Vang 56 3.2 Về ứng dụng 57 3.3 Chúc năng của bản đề mô 57 3.4. Kiến trúc của phần mềm 58 3.5 Cấu hình phần mềm và phần cứng 58 3.6. Giao diện của bản Demo 59 3.6.1 Chức năng khám bệnh 59 3.6.2 Chức năng nhập bệnh 60 3.6.3 Chức năng ~m kiếm bệnh 61 3.7. Cấu trúc •le cơ sở dữ liệu XML 62 2 Đề thuận lợi trong quá trình suy diễn theo cấu trúc Ontology, cấu trúc dữ liệu được xây dựng dưới dạng một cây phân cấp. Các dữ liệu thu thập được tập hợp và lưu trữ theo cấu trúc tài liệu XML 62 62 Hình 3.5 Cây biểu diễn cấu trúc dữ liệu XML 62 Quá trình xây dựng mỗi nút trên cây tài liệu XML được thực hiện dựa vào đối tượng DOM. Thủ tục có thể được biểu diễn như sau: 63 } 64 Đầu vào của thủ tục là các thông ]n về một bệnh thường gặp ở huyện Phú Vang bào gồm: 64 $ten: Tên bệnh 64 $nn: Nguyên nhân gây ra bệnh 64 $nntk: Các từ khóa có liên quan đến nguyên nhân gây bệnh 64 $tc: Triệu chứng và các biểu hiện của bệnh 64 $tctk: Các từ khóa có liên quan đến biểu hiện bệnh 64 $dt: Cách thức và phương pháp điều trị bệnh 64 3.8. Mô hình hệ thống 64 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNTT - Công nghệ thông tin CSDL - Cơ sở dữ liệu CSDLSD - Cơ sở dữ liệu suy diễn DAML + OIL - DARPA Agent Markup Language + Ontology Inference Layer LVYT - Lĩnh vực chăm sóc sức khỏe RDF - Resource Description Framework (Khung mô tả tài nguyên) RDFS - Resource Description Framework Schema (Lược đồ khung mô tả tài nguyên) stm – statement (phát biểu / khẳng định) UMLS - Unified Medical Language System (Hệ thống ngôn ngữ y học thống nhất) URI - Uniform Resource Identifier (Định danh tài nguyên đơn nhất) W3C - World Wide Web Consortium (Tổ chức W3C) XML - Extensible Markup Language (Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng) 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Tran g 1.1 Ví dụ về Ontology 9 1.2 Kiến trúc phân tầng của web ngữ nghĩa 10 1.3 So sánh giữa RDF và RDFS 17 1.4 Chimaera hỗ trợ hầu hết các định dạng Ontology 25 1.5 Giao diện phần mềm Protégé 25 1.6 Giao diện KAON 28 3.1 Kiến trúc tổng quát của bản đề mô 49 3.2 Chức năng khám bệnh. 50 3.3 Chức năng nhập bệnh 51 3.4 Chức năng tìm kiếm bệnh 52 3.5 3.6 Kiến trúc file xml 53 3.7 Hệ thống đơn giản 54 3.8 Hệ thống đa người dùng 55 5 MỞ ĐẦU Ontology cho phép chúng ta xây dựng cơ sở tri thức bằng cách định nghĩa tường minh các khái niệm, mối quan hệ giữa các khái niệm, và các luật xử lý trong từng lĩnh vực. Sau đó, chia sẻ cơ sở tri thức với các hệ thống khác, hoặc sử dụng khả năng suy luận dựa trên ontology để trích rút, tạo ra tri thức mới. 1. Tính cấp thiết của đề tài: Xã hội loài người càng ngày càng phát triển. Tri thức của loài người không ngừng gia tăng từng giây, từng phút. Kho dữ liệu của tri thức hiện nay là khổng lồ. Đa số, mỗi người đều có nhu cầu truy xuất kho dữ liệu này cho các mục đích khác nhau như tra cứu, học tập, nghiên cứu, quảng bá, truyền thụ,… Mỗi người, mỗi tổ chức xã hội có thể cũng có kho dữ liệu của riêng mình. Do đó việc chia sẻ tri thức của nhau là nhu cầu thiết yếu của loài người. Trong cuộc sống thường ngày của con người, mỗi người có thể bị mắt phải một số triệu chứng và được điều trị bởi nhiều nhà cung cấp y tế khác nhau. Mỗi nhà cung cấp y tế sẻ lưu trữ thông tin về điều trị của mỗi người. Nhu cầu thông tin trong lĩnh vực y tế là quan trọng không chỉ cho nhà cung cấp y tế mà còn cho người bệnh mắt phải. Mỗi tổ chức y học thường có hệ thống thông tin riêng. Kho thông tin rời rạc và không đồng nhất làm cho việc chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế là một thách đố. Sự biểu diễn của tri thức trong lĩnh vực y học không là một vấn đề nhỏ, từ khi cần thiết sử dụng các hình thức biểu diễn mạnh và độc lập nền mà cho phép nhiều đối tác giao tiếp, trao đổi và khai thác tri thức. Cũng cần ngôn ngữ truy vấn mạnh để tạo các truy vấn phức tạp trên các dữ liệu phức tạp. Web ngữ nghĩa là thế hệ tiếp theo của Web truyền thống WWW. Nó là nền tảng cho ontology. Ontology là một hướng tiếp cận của khoa học tri thức trong việc biểu diễn tri thức của từng lĩnh vực cụ thể, giúp máy tính “hiểu” tri 6 thức tốt hơn, và quá trình quản lý, chia sẻ tri thức hiệu quả hơn. Việc sử dụng ontology cho phép truy vấn cơ sở tri thức và suy diễn tri thức. Vì vậy, với những lý do trên, tôi chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp cao học là: “Tìm hiểu ontology trong chia sẻ tri thức và ứng dụng trong lĩnh vực y tế tại Huyện Phú Vang ” là nhằm nêu cách giải quyết và đáp ứng phần nào nhu cầu cấp thiết đối với việc chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế đến cộng đồng nói chung các tổ chức, cá nhân nói riêng. 2. Tình hình nghiên cứu và tính mới của đề tài: Trên thế giới, việc chia sẻ tri thức đã được nghiên cứu và đạt được một số thành tựu mong đợi. Trong lĩnh vực y tế cũng có các công trình nghiên cứu và triển khai để chia sẻ tri thức đến cộng đồng một cách hiệu quả. Việc tìm hiểu ontology trong chia sẻ tri thức và ứng dụng trong lĩnh vực y tế, giúp các tổ chức cá nhân có một sự hiểu biết nhất định về lĩnh vực y tế. Ở Việt nam, đã có các nghiên cứu về việc chia sẻ tri thức, nhưng chưa có công trình nào công bố về chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế, để chia sẻ tri thức sử dụng ontology 3. Mục đích của đề tài: - Tìm hiểu về ontology trong chia sẻ tri thức - Nghiên cứu phương pháp sử dụng các kỹ thuật Web ngữ nghĩa, đặc biệt là ontology trong chia sẻ tri thức và ứng dụng vào lĩnh vực y tế. 4. Phương pháp nghiên cứu: - Khảo sát, nghiên cứu các công trình của thế giới có liên quan đến đề tài. - Tìm tài liệu từ sách, báo, tập chí khoa học gần đây nhất (2005 trở lại đây). - Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp, khái quát rút ra những vấn đề cần thiết cho đề tài 5. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết: 7 - Luận văn bao gồm các nội dung và được tổ chức như sau: Chương 1. Tìm hiểu về Ontology và các kỷ thuật Ontology Tìm hiểu về khái niệm ontology, các ngôn ngữ ontology, các công cụ hỗ trợ xây dựng và quản trị ontology cũng như các phương thức xây dựng ontology. Chương 2. Chia sẻ tri thức và ứng dụng Ontology Trình bày chi tiết cách thức, phương pháp và các chuẩn ưng dụng cơ sở của ontology trong chia sẻ tri thức ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Chương 3. Phần mềm ứng dụng lĩnh vực y tế Trình bày một ứng dụng mô phỏng quá trình chia sẻ tri thức. Nhằm để minh họa cụ thể lý thuyết ở chương 2. 8 CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU ONTOLOGY VÀ CÁC KỶ THUẬT ONTOLOGY 1.1. Tìm hiểu ontology 1.1.1. Giới thiệu về ontology Trong những năm gần đây, thuật ngữ “Ontology” không chỉ được sử dụng ở trong các phòng thì nghiệm trên lĩnh vực trí tuệ nhân tạo mà đã trở nên phổ biến đối với nhiều miền lĩnh vực trong đời sống. Đứng trên quan điểm của ngành trí tuệ nhân tạo, một Ontology là sự môt tả về những khái niệm và những quan hệ của các khái niệm đó nhằm mục đích thể hiện một góc nhìn về thế giới. Trên miền ứng dụng khác của khoa học, một Ontology bao gồm tập các từ vựng cơ bản hay một tài nguyên trên một miền lĩnh vực cụ thể, nhờ đó những nhà nghiên cứu có thể lưu trữ, quản lý và trao đổi tri thức cho nhau theo một cách tiện lợi nhất . 1.1.2. Định nghĩa Ontology Hiện nay tồn tại nhiều định nghĩa về Ontology,luận văn này chỉ giới thiệu một định nghĩa mang tính khái quát và được sử dụng khá phổ biến được Kincho H. Law đưa ra: “Ontology là biểu hiện một tập các khái niệm (đối tượng), trong một miền cụ thể và những mối quan hệ giữa các khái niệm này”. Ontology chính là sự tổng hợp của một tập từ vựng chia sẻ và các miêu tả ý nghĩa của từ đó theo cách mà máy tính hiểu được. 1.1.3. Các thành phần của Ontology Ontology được sử dụng như là một biểu mẫu trình bày tri thức về thế giới hay một phần của nó.Một ontology bao gồm các thành phần sau:  Đối tượng (thể hiện): Object Đối tượng (hay cá thể) là thành phần cơ bản của một ontology. Đối tượng có thể bao gồm: người, thú, xe, nguyên tử, hành tinh, trang web, Nói đúng ra, ontology không cần chứa bất kỳ đối tượng nào, nhưng ontology có thể cung cấp một phương tiện để phân loại các đối tượng. 9  Lớp (khái niệm): Class Hầu hết ontology đều tập trung xây dựng các lớp được tổ chức theo cấu trúc phân cấp để mô tả các lớp trong miền cần quan tâm. Ví dụ “động vật” là một lớp trong ngữ cảnh động vật học. Bên dưới lớp này có thể có các lớp con ví dụ “động vật có vú” và “đông vật không có vú”…  Thuộc tính: Property Các đối tượng trong ontology có thể được mô tả thông qua việc khai báo các thuộc tính của chúng. Mỗi một thuộc tính đều có tên và giá trị của thuộc tính đó. Các thuộc tính được sử dụng để lưu trữ các thông tin mà đối tượng có thể có. Ví dụ, đối tượng là con người thì có thể có các thuộc tính: Họ_tên, ngày_sinh, quê_quán, số_cmnd…  Quan hệ: Relation Quan hệ giữa các đối tượng trong một ontology cho biết các đối tượng liên hệ với đối tượng khác như thế nào. Sức mạnh của ontolgy nằm ở khả năng diễn đạt quan hệ. Tập hợp các quan hệ cùng nhau mô tả ngữ nghĩa của domain. Tập các dạng quan hệ được sử dụng và cây phân loại thứ bậc của chúng thể hiện sức mạnh diễn đạt của ngôn ngữ dùng để biểu diễn ontology. Ontology thường phân biệt các nhóm quan hệ khác nhau. Vd: • Quan hệ giữa các lớp • Quan hệ giữa các thực thể • Quan hệ giữa một thực thể và một lớp • Quan hệ giữa một đối tượng đơn và một tập hợp • Quan hệ giữa các tập hợp. 10 [...]... xây dựng ontology Các ngôn ngữ ontology cũng được giới thiệu là RDFS và OWL 34 CHƯƠNG 2 CHIA SẺ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG ONTOLOGY Chương 2 sẽ trình bày chi tiết cách thức, phương pháp và các chuẩn ưng dụng cơ sở của ontology trong chia sẻ tri thức ứng dụng trong lĩnh vực y tế 2.1 Chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế Việc chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế (LVYT) liên quan đến việc phải có một chuẩn... là một Java Framework dùng để xây dựng các ứng dụng Web ngữ nghĩa Jena cung cấp môi trường lập trình cho RDF, RDFS, OWL và SPARQL - ngôn ngữ truy vấn cho RDF 1.3.4 KAON KAON là một hệ thống quản lý Ontology mã nguồn mở nhằm cho các ứng dụng thương mại Nó là một bộ công cụ đầy đủ cho phép dễ dàng tạo mới và quản lý một Ontology, và nó cung cấp một nền tảng (framework)cho việc xây dựng các ứng dụng Ontology. .. cấp ứng dụng cho hai cấp người dùng (user-level): OiModeler và KAON PORTAL, tất cả môđun KAON khác dành cho việc phát triển phần mềm OiModeler là một chương trình tinh chỉnh Ontology và hỗ trợ cho việc tạo mới cũng như bảo trì Ontology KAON PORTAL cung cấp một nền tảng đơn giản cho việc truy cập và tìm kiếm của Ontology trên trình duyệt web 32 KAON chủ yếu là một nền tảng cho sự phát triển các ứng dụng. .. rộng (Extension) Trong đó tầng trừu tượng có tính tái sử dụng rất cao, tầng miền xác định có thể tái sử dụng trong một lĩnh vực nhất định Cộng đồng Ontology cũng đang lớn mạnh và có 15 rất nhiều Ontology đã được tạo ra, với tâm huyết của nhiều chuyên gia Do đó trước khi bắt đầu xây dựng ontology, cần xét đến khả năng sử dụng lại các ontology đã có Nếu có thể sử dụng lại một phần các ontology đã có,... cuối cùng là tạo ra các thể hiện của các lớp trong sự phân cấp Việc tạo thể hiện cho một lớp là quá trình điền các thông tin vào các thuộc tính của lớp đó 1.2 Ngôn ngữ ontology Một Ontology cần được mô tả bằng một cấu trúc chặt chẽ và theo những chuẩn chung nhất để người sử dụng có thể chia sẻ (với người sử dụng khác) hoặc sử dụng lại những Ontology đã có sẵn Trong phần này trình bày về RDF (Resource... chi phí bỏ ra cho quá trình xây dựng ontology sẽ giảm đi rất nhiều Bước 3: Liệt kê các thuật ngữ quan trọng trong ontology Ontology được xây dựng trên cơ sở các khái niệm trong một lĩnh vực cụ thể, vì vậy khi xây dựng ontology cần bắt đầu từ các thuật ngữ chuyên ngành để xây dựng thành các lớp trong ontology tương ứng Tất nhiên không phải thuật ngữ nào cũng đưa vào ontology, vì chưa chắc đã định vị được... Xác định miền quan tâm và phạm vi của ontology Trong giai đoạn này cần xác định mục đích của việc xây dựng ontology là gì? Phục vụ đối tượng nào? Ontology sắp xây dựng cần có đặc điểm gì, liên quan đến lĩnh vực, phạm vi nào Quá trình khai thác, quản lý và bảo trì ontology được thực hiện ra sao? Bước 2: Xem xét việc kế thừa các ontology có sẵn Cấu trúc của một Ontology bao gồm 3 tầng: tầng trừu tượng... phức tạp Thêm vào đó, việc xây dựng và quản trị ontology không chỉ 33 đòi hỏi việc tạo cấu trúc lớp phân cấp, định nghĩa các thuộc tính, ràng buộc , mà còn bao hàm việc giải quyết các bài toán liên quan trên nó Có rất nhiều bài toán liên quan đến một hệ thống ontology như:     Trộn hai hay nhiều ontology Chuẩn đoán và phát hiện lỗi Ánh xạ qua lại giữa các ontology Suy luận trên ontology Những khó... ngoài phạm vi của ontology hay hợp nhất với các lớp đã có nếu có nhiều thuật ngữ có ngữ nghĩa như nhau (đồng nghĩa, hay đa ngôn ngữ) Ngoài ra không phải thuật ngữ nào cũng mang tính chất như một lớp Một công việc cần phải tiến hành song song với việc xác định các lớp là xác định phân cấp của các lớp đó Việc này giúp định vị các lớp dễ dàng hơn Có một số phương pháp tiếp cận trong việc xác định phân... cậy của các ứng dụng trên Web ngữ nghĩa 1.1.5 Yêu cầu khi xây dựng Ontology Ngôn ngữ ontology cho phép người sử dụng viết rõ ràng, các khái niệm hình thức của mô hình miền Các yêu cầu chính:  Cấu trúc rõ ràng: đây là điều kiện cần cho máy có thể xử lý thông tin  Ngữ nghĩa hình thức miêu tả ý nghĩa tri thức một cách chính xác: Ý nghĩa của ngữ nghĩa hình thức tồn tại trong một thời gian dài trong miền . của loài người. Trong cu c sống thường ngày của con người, mỗi người có thể bị mắt phải một số triệu chứng và được điều trị bởi nhiều nhà cung cấp y tế khác nhau. Mỗi nhà cung cấp y tế sẻ lưu. Tích hợp thông ]n 52 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC Y TẾ Ở HUYỆN PHÚ VANG 56 3.1 Giới thiệu Huyện Phú Vang 56 3.2 Về ứng dụng 57 3.3 Chúc năng của bản đề mô 57 3.4. Kiến trúc của phần. biểu diễn như sau: 63 } 64 Đầu vào của thủ tục là các thông ]n về một bệnh thường gặp ở huyện Phú Vang bào gồm: 64 $ten: Tên bệnh 64 $nn: Nguyên nhân gây ra bệnh 64 $nntk: Các từ khóa có liên quan