tìm hiểu ontology trong chia sẻ tri thức và ứng dụng trong lĩnh vực y tế tại huyện phú vang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐOÀN VĂN CỰ (In hoa, cỡ chữ 14, font chữ Times New Roman) TÌM HIỂU ONTOLOGY TRONG CHIA SẺ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC Y TẾ TẠI HUYỆN PHÚ VANG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60.48.01 (In hoa, cỡ chữ 14, font chữ Times New Roman) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ MẠNH THẠNH Huế, 2013 LỜI CAM ĐOAN    Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính bản thân tôi làm dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Tiến sĩ Lê Mạnh Thạnh. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Trong luận văn đã có sự tham khảo các tài liệu và các luận văn khác đều được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng. Học viên Đoàn Văn Cự Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo hướng dẫn, Phó Giáo sư Tiến sĩ Lê Mạnh Thạnh, người đã tận tình dẫn dắt và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Khoa học Huế. Tôi xin cám ơn các tác giả của các tài liệu mà tôi đã tham khảo để hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn các anh chị lớp cao học Khoa học máy tính khoá 2011 và các bạn bè đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin cảm ơn các thành viên trong gia đình của tôi, cơ quan đang công tác đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt chương trình học tập cũng như hoàn thành luận văn này. Song mặc dù bản thân đã có nhiều nổ lực, nhưng với kiến thức còn hạn hẹp cùng với thời gian ngắn để thực hiện đề tài, luận văn có thể có các thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô giáo thông cảm và tận tình chỉ bảo thêm, mong các bạn đóng góp ý kiến để tôi có thể hoàn thiện luận văn của mình hơn. Xin chân thành cảm ơn! Học viên Đoàn Văn Cự MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh các hình vẽ MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Tình hình nghiên cứu và tính mới của đề tài 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Nội dung của đề tài 2 CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU ONTOLOGY VÀ CÁC KỸ THUẬT ONTOLOGY 4 1.1. Tìm hiểu ontology 4 1.1.1. Giới thiệu về ontology 4 1.1.4.1 Giới thiệu 6 1.1.5. Yêu cầu khi xây dựng Ontology 8 1.1.6. Xây dựng ontology 9 1.2. Ngôn ngữ ontology 12 1.2.1. RDF (Resource Description Framework): 12 1.2.1.1. Tổng quan RDF: 12 1.2.1.2. Chia sẻ dữ liệu RDF: 13 1.2.2. RDFS (RDF-Schema) 15 1.2.2.1. Các lớp và thuộc tính trong RDF/RDFS: 16 1.2.2.2. Xây dựng Ontology với RDFS: 17 1.2.3. OWL (Web Ontology Language) 18 1.3. Phần mền công cụ hỗ trợ xây dựng và quản trị ontology 21 1.3.1. Phần mềm Chimaera 21 1.3.2. Phần mềm Protégé 22 1.3.3 KAON 24 1.4. Kết luận chương 26 CHƯƠNG 2. CHIA SẺ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG ONTOLOGY 27 2.1. Tri thức trong lĩnh vực y tế 27 2.1.1. Nhu cầu chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế 27 2.1.2. Khái quát về UMLS 28 2.1.3. Chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế 28 2.2. Cơ sở dữ liệu suy diễn trong chăm sóc sức khỏe 30 2.2.1. Chuyển đổi các phần tử của RDFS và OWL(DAML+OIL) thành các luật suy diễn 33 2.2.1.1. Chuyển đổi phần tử của RDFS 33 2.2.1.2. Chuyển đổi phần tử của OWL(DAML+OIL) 35 2.3. Vai trò của ontology trong truy vấn và suy diễn 37 2.4. Ontology trong lĩnh vực y tế 39 2.4.1. Ontology cho UMLS 40 2.5. Tích hợp thông tin 45 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC Y TẾ Ở HUYỆN PHÚ VANG 49 3.1 Giới thiệu Huyện Phú Vang 49 3.2 Về ứng dụng 50 3.3 Chức năng của chương trình Demo 50 3.4. Cấu trúc của phần mềm 51 3.5 Cấu hình phần mềm và phần cứng 52 3.6. Giao diện của bản Demo 52 3.6.1 Chức năng khám bệnh 52 3.6.2 Chức năng nhập bệnh 53 3.6.3 Chức năng tìm kiếm bệnh 54 3.7. Cấu trúc file cơ sở dữ liệu XML 55 3.8. Mô hình hệ thống 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 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) OWL Web Ontology Language 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) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Ví dụ về Ontology 6 1.2 Kiến trúc phân tầng của web ngữ nghĩa 7 1.3 So sánh giữa RDF và RDFS 15 1.4 Chimaera hỗ trợ hầu hết các định dạng Ontology 22 1.5 Giao diện phần mềm Protégé 23 1.6 Giao diện KAON 25 3.1 Cấu trúc tổng quát của chương trình Demo 51 3.2 Chức năng khám bệnh. 53 3.3 Chức năng nhập bệnh 54 3.4 Chức năng tìm kiếm bệnh 55 3.5 Cây biểu diễn cấu trúc dữ liệu XML 55 3.6 File dữ liệu XML 56 3.7 Hệ thống đơn giản 58 3.8 Hệ thống đa người dùng 58 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 bệnh 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. 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 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. 1 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 - Luận văn bao gồm các nội dung và được tổ chức như sau: Chương 1. Tìm hiểu về Ontology và các kỹ 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. 2 [...]... ONTOLOGY Chương 2 sẽ trình b y chi tiết cách thức, phương pháp và các chuẩn ứng dụng cơ sở của ontology trong chia sẻ tri thức ứng dụng trong lĩnh vực y tế 2.1 Tri thức trong lĩnh vực y tế Tri thức trong lĩnh vực y tế (LVYT) liên quan đến việc phải có một chuẩn thống nhất để biểu diễn tri thức và cách thức chia sẻ tri thức trong lĩnh vực n y 2.1.1 Nhu cầu chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế Chia sẻ. .. Chương 2 Chia sẻ tri thức và ứng dụng Ontology Trình b y 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 b y một ứng dụng mô phỏng quá trình chia sẻ tri thức Nhằm để minh họa cụ thể lý thuyết ở chương 2 4 CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU ONTOLOGY VÀ CÁC KỸ THUẬT ONTOLOGY 1.1 Tìm hiểu ontology 1.1.1... các ontology đã có, chi phí bỏ ra cho quá trình x y dựng ontology sẽ giảm đi rất nhiều Bước 3: Liệt kê các thuật ngữ quan trọng trong ontology Ontology được x y dựng trên cơ sở các khái niệm trong một lĩnh vực cụ thể, vì v y khi x y dựng ontology cần bắt đầu từ các thuật ngữ chuyên ngành để x y dựng thành các lớp trong ontology tương ứng Tất nhiên không phải thuật ngữ nào cũng đưa vào ontology, vì chưa... chỉ trong LVYT, mà còn trong các lĩnh vực khác Để chuẩn được được chấp nhận và sử dụng rộng rãi, nó phải có một sức mạnh biểu diễn lớn, mà cho phép biểu diễn bất cứ loại tri thức, cho phép tích hợp thông tin và chia sẻ tri thức 28 2.1.2 Khái quát về UMLS Nhằm mục đích chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y học, ở Mỹ đã xuất hiện chuẩn UMLS: UMLS [10 ] (Unified Medical Language System - Hệ thống ngôn ngữ y. .. rdf:about="#OccupiedTerritory"/> Với OWL việc truy xuất, xử lý và chia sẻ Ontology giữa những người sử dụng trở nên dễ dàng hơn Nhờ đó giảm bớt những khó khăn khi x y dựng cơ sở tri thức và nguồn tài nguyên cho Web ngữ nghĩa, tạo tiền đề cho Web ngữ nghĩa phát tri n Hiện tại, các ngôn ngữ x y dựng ontology (ngôn ngữ ontology) điển hình bao gồm RDFS, XML, SHOE, OWL Ngôn ngữ ontology được chia. .. thống nhất) UMLS được phát tri n bởi thư viện y học quốc gia Mỹ Nó tạo điều kiện cho sự phát tri n của các hệ thống m y tính "hiểu" ngôn ngữ của y sinh học và sức khỏe Các nhà phát tri n sử dụng các tài nguyên tri thức UMLS để x y dựng hoặc nâng cao các hệ thống để xử lý, l y, và tích hợp dữ liệu và thông tin y sinh học và sức khỏe Các tài nguyên tri thức UMLS được sử dụng trong nhiều mục đích liên... tra tính nhất quán của ontology và tri thức, kiểm tra các quan hệ thừa giữa các lớp, tự động phân loại các thể hiện trong lớp Ngữ nghĩa hình thức và hỗ trợ suy diễn thường được cung cấp bởi việc ánh xạ một ngôn ngữ ontology đến hình thức logic và sử dụng suy diễn tự động bởi các hình thức luôn tồn tại OWL được ánh xạ logic miêu tả và sử dụng các suy diễn đang tồn tại như FaCT và RACER Các logic mô tả... hỗ trợ suy diễn hiệu quả 1.1.6 X y dựng ontology Quy trình phát tri n Ontology là một quy trình gồm nhiều bước, tuy nhiên vẫn chưa có một phương pháp chuẩn hóa nào để phát tri n các ontology Quy trình phát tri n gồm 7 bước được giới thiệu trong luận văn n y do Stanford Center for Biomedical Informatics Research đưa ra (đ y là nhóm phát tri n phần mềm Protégé để trình diễn và soạn thảo Ontology) Bước... sẻ tri thức có nghĩa là sử dụng các cơ sở tri thức, hoặc một phần của các cơ sở n y, trong các hệ thống khác nhau Tích hợp thông tin là khả năng l y thông tin từ các nguồn khác nhau Đó là các thông tin mà đã được lưu trữ nhập nhằng không đồng nhất giữa các hệ thống Việc chia sẻ tri thức và tích hợp thông tin là một trong những thách thức lớn trong các lĩnh vực nói chung và trong LVYT nói riêng Trong. .. (Domain) và tầng mở 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 10 rất nhiều Ontology đã được tạo ra, với tâm huyết của nhiều chuyên gia Do đó trước khi bắt đầu x y dựng ontology, cần xét đến khả năng sử dụng lại các ontology đã có Nếu có thể sử dụng lại một phần các ontology . 2. CHIA SẺ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG ONTOLOGY 27 2.1. Tri thức trong lĩnh vực y tế 27 2.1.1. Nhu cầu chia sẻ tri thức trong lĩnh vực y tế 27 2.1.2. Khái quát về UMLS 28 2.1.3. Chia sẻ tri thức. 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. ontology. 2 Chương 2. Chia sẻ tri thức và ứng dụng Ontology Trình b y 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