基于知识图谱特征的影像病例库构建：设想与实践.pdf

影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 1 期窑窑知识图谱渊knowledge graph冤是由实体和关系组成的多关系图袁其中实体被视为野节点冶袁关系被视为野边冶袁各野节点冶通过野边冶相互联结袁构成网状知识库袁把碎片化的信息尧知识进行融合尧归纳尧分析及管理咱1暂遥医疗领域知识具有专业性强尧知识密集尧信息复杂等特点袁是知识图谱应用较为广泛的垂直领域之一遥近年来袁多个医学知识图谱的构建与应用被提出袁 例如由北京大学尧郑州大学共同研发的中文医学知识图谱 CMeKG咱2暂尧上海曙光医院构建的中医药知识图谱等咱3暂遥 除此之外袁也有学者构建了便利于患者的基于知识图谱尧深度学习和社交媒体的问诊推荐系统咱4暂袁从多个维度为患者提供就医推荐服务遥 赵悦淑等咱5暂通过检索 1990要2020 年 30 年间中国知网和 PubMed 中文医学知识图谱文献并分析袁得出结论院中文医学知识图谱起步于 2009 年袁并在 2018要2020 年快速发展袁其中发展进步较大的方向主要为中医药尧影像智能及疾病风险预测等遥当知识图谱被应用于教育领域时袁其实质是将课程中相关知识点进行解析袁并挖掘各知识点间的潜在关系遥 在知识图谱的帮助下袁各种学习资源袁如图像尧文字尧测试尧多媒体等袁都能以其最适宜的方式尧可视化地展示知识点之间的关系和逻辑脉络袁形成紧密相连的知识网络袁发现隐藏的野知识孤岛冶袁为学生提供全方位尧多模态的学习体验袁有助于构建知识体系咱6暂遥医学影像学是一门应用基础医学与临床医学相互交叉和渗透尧综合性很强的学科遥 传统的大班理论教学结合示教课均以讲授教学法为主袁在医学影像学教学中存在比较多的局限性袁例如缺乏空间立体感尧难以调动学习兴趣及积极性尧无法结合影像特征与病理生理关系等遥因此袁引入新型教育模式袁实现多样化尧多层次尧多模态教学袁对提升医学影像学教学效果具有积极意义遥本研究将通过构建一个基于知识图谱特征的非在线局域网影像示教病例网页袁融合传统教学模式袁以期建立基础-临床-前沿相结合的立体知识结构袁提升学生学习积极性尧自主学习能力及独立思考能力袁提高综合分析尧增进疾病诊断及鉴别诊断思路的能力遥1传统医学影像学教学模式存在的问题医学影像学通过影像技术手段对人体器官形态和功能改变进行评价袁并结合相关临床指标进行综合分析而作出诊断袁是一门实践性很强的课程遥随着影像技术的发展袁逐渐由单纯形态和功能评价进展到代谢尧 分子学研究袁由诊断向诊断和治疗共存的临床综合学科发展咱7暂袁涉及的相关知识碎片大量增长袁积沙成塔袁如果无法将碎片化知识加以整合袁则难以构建诊断思路遥传统医学影像学教课多基于器官疾病袁以教师为中心传授理论知识袁通过 13 张典型病例图像展示最关键的影像特征袁能即时形成对疾病直观印象袁但过于简单尧局限袁不仅缺乏学习主动性袁且无法形成立体结构思维袁实际应用能力差袁教学与临床应用存在较大断层遥2基于知识图谱特征的影像病例库设计理念野熟悉正常袁 发现异常冶 是医学影像学临床应用第一步袁解剖是影像诊断的形态基础袁只有熟悉解剖袁才能识别正常组织和异常病变袁并对病变做出定位遥 生理和病理是影像诊断的关键袁理解正常生理改变袁有助于对器官功能进行评价曰而疾病影像表现袁包括病灶信号/密度尧内部征象尧强化模式等均有其相对应的病理改变袁掌握疾病相关基于知识图谱特征的影像病例库构建院设想与实践魏晓婷周旭辉马微妹谢新凤蔡南盛张桂智揖摘要铱针对临床专业学生的特点，以知识图谱的特点为基础，结合医学影像学课程的教学模式、教学特点进行知识整合，从学生教学和素质教育双维度出发，以提高其临床分析、解决问题的能力和教学质量为目的，探讨影像学示教病例库建立的必要性。揖关键词铱知识图谱；影像学；病例库；知识整合揖中图分类号铱TP391；R445揖文献标识码铱A揖文章编号铱1005-8001（2024）01-0071-04阅韵陨院员园援猿怨远怨 辕 躁援蚤泽泽灶援员园园缘原愿园园员援圆园24援01援园10基金项目院中山大学 2022 年度校级教学质量与教学改革工程建设项目立项课题 1103作者单位院518000 广东深圳袁中山大学附属第八医院放射科渊魏晓婷尧周旭辉尧马微妹尧谢新凤尧张桂智冤袁输血科渊蔡南盛冤通信作者院张桂智袁Email:窑影像新知释义 窑71影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 1 期窑窑病理改变尧了解病理机制有助于提高诊断信心袁对准确性及诊断是至关重要的遥 因此袁整合生理学尧病理学尧解剖学及影像学知识袁能更好地在临床实践中将理论知识进行转化尧应用袁为疾病诊断和鉴别诊断提供理论基础遥诊治是影像诊断的目的袁 诊断是影像在临床应用中的首要目的袁但为临床提供治疗依据及对治疗后疗效的评估也是影像的重要任务遥 关注疾病的相关治疗指南袁回答临床关注问题并进行延展性思考袁例如提供是否有周围侵犯尧转移等相关信息也是重要内容遥综上所述袁建立解剖-生理及病理基础-临床-前沿相结合的立体知识结构或许是医学影像学教学改革的大方向遥基于知识图谱特征的医学影像学整合教学袁 将解剖尧生理及病理尧影像尧临床及前沿结合袁在节约查阅尧翻找资料的同时袁提高了教学的效率及效果遥 将完整影像图像拷贝尧导入袁由单调的单一或少数几张图像转换为临床工作所示一系列连续图像袁使学生可以自主浏览原始图像及多平面重组渊multi-planarreconstruction袁MPR冤尧容积再现渊volumerendering袁VR冤等重组图像袁为其提供多层次尧多方位尧多角度的学习资源袁能够调动学生的主观能动性袁提高立体空间思维能力袁使疾病相关影像特征更具体尧形象袁提高实践能力并初步形成诊断思维决策树遥3基于知识图谱特征的影像病例库的构建基于知识图谱特征的影像病例库的构建包括院病例信息获取尧处理及存储袁网站设计尧应用及管理遥3.1知识图谱实体（节点）的选取根据中山大学医学院医学影像学教学大纲的要求袁扣紧教学目标和知识点袁结合课堂讲授的重点尧难点内容挑选具有代表性的典型病例遥着重于五大系统渊呼吸系统尧消化系统尧泌尿系统尧骨与关节系统及中枢神经系统等冤中需要重点掌握和了解的典型病种袁并适当增加临床常见但教学大纲中未提及的病种遥通过临床病历系统袁查询并收集患者病史袁包括基本信息尧主诉尧现病史尧既往史尧婚育史尧专科体检及实验室检查渊如血常规尧肿瘤标志物等冤曰收集 PACS 系统上影像学检查资料渊包括 DR尧CT尧MR冤曰收集病理尧免疫组化结果曰查询疾病相关的专家共识与诊治指南渊图 1冤遥3.2知识图谱信息处理、存储对收集的病例资料进行筛选尧分类及归纳袁保证数据准确性尧完整性遥 重点筛选与所收集病例相关的临床病史和体征袁关注并提取与疾病相关的影像特征遥 为确保全面性袁每个病种尽量提供多个病例袁以最大程度地涵盖疾病相关的影像特征遥 以病理结果为诊断金标准袁阐述影像特征与病理尧病生尧解剖基础的关联袁分析影像特征尧基础知识与临床的内在联系尧构建关系网袁并提供诊断与鉴别诊断思路尧专家共识与诊断指南等知识图谱特征遥 所有收集的病例相关资料将存储在一台固定且独立的计算机上遥3.3影像示教病例库网站的设计遵循五大系统分类袁构建病例库目录袁并根据教学大纲设立各系统子目录袁例如袁在中枢神经系统类别下袁包含颅脑外伤尧脑血管疾病尧颅内肿瘤尧感染性疾病等分支遥 创建界面简洁尧操作简单方便的示教病例库网站袁以提供病例信息查询尧提交和交流等功能袁实现病例信息的展示尧查询和分析遥3.4影像示教病例库网站的应用学生课前尧课后可以利用自己的电脑或访问多媒体教室中的网站袁通过校园局域网或与其他学校的学生通过互联网进行学习信息的共享和交流咱8暂遥 教师授课时可利用病例库内病例更直观尧方便地辅助教学遥3.5影像示教病例库网站的管理鉴于医学数据蕴含患者私密信息袁因此在数据处理过程中袁必须消除相关身份标识袁确保隐私得到充分保护遥同时袁需限制局域网使用范围袁以确保数据安全性遥针对影像示教病例库袁设计者需实施日常管理袁对病例信息数字化服务过程进行监控和质量控制袁包括对数据的审核尧对网站运行状态的监控尧对用户反馈的处理等遥由于医学知识更新周期日益缩短袁病例库应定期进行病例补充尧更新或修正治疗指南和专家共识遥 随着病例库内容逐步完善尧优化袁将有效提升学生相关知识水平及资源获取效率袁同时有助于提高教学效率及效果遥图 2 以骨肌系统的化脓性骨髓炎为例袁展示影像示教病例库的示意图遥4讨论医学教学改革是当今我国医学教育发展趋势遥2020 年9 月袁国务院办公厅印发叶关于加快医学教育创新发展的图 1知识图谱构建框架。172影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 1 期窑窑指导意见曳中明确指出深化本科医学教育教学内容尧推进医学教育课堂教学改革尧着重提高教学水平的要求袁强调现代信息技术手段与医学教学的融合袁关注基于器官系统的基础与临床整合式教学改革咱9暂遥 近年来多种教学模式被研究尧 应用袁 包括翻转课堂尧 思维导图尧 以问题为导向渊problem-based learning袁PBL冤或以案例为基础渊case-basedlearning袁CBL冤的混合式教学等咱10暂遥知识图谱理论的学习方法在教学改革中受到的关注日益增多袁已经有多个专业尧学科进行基于知识图谱理论的教学改革研究咱11暂遥刘振丙等咱12暂将知识图谱应用到信息论这一新兴学科袁通过调动学生的实践能力尧加深对信息论的理解和引用以达到提升教学质量的目的遥 在医学方面袁在流行病学教学中构建教育知识图谱以提供教育智能服务尧优化教育决策尧促进教育公平袁可提升教育教学过程的效率与效果咱13暂遥既往已有学者尝试构建结构模型读片知识图谱以辅助影像诊断尧 为临床提供较为专业的辅助决策袁但尚未有关于医学影像学教育方面的知识图谱被构建及应用遥医学影像学被认为是链接基础医学和临床医学的一门重要桥梁课程咱14暂袁也是近年教学改革研究的重要发展课程之一遥 医学影像学课程教学目前多仍采用传统的野大班理论教学联合示教课冶围绕器官系统进行授课咱15暂袁存在较多局限性遥有学者认为 PBL 的教学方法适用于医学影像学教学袁它使学生具有探索性尧主动性袁但是该教学方法耗费时间较多袁并不适宜普及到教学大纲中全部章节的学习咱16暂遥既往已有学者构建并应用基于 PACS 的医学影像资源库以培养学生的实践技能和临床思维能力袁提升教学质量咱17暂遥本研究建立基于知识图谱特征的医学影像学整合教学袁以临床病例的影像学表现为中心袁将解剖尧病理尧影像和临床整合成知识图谱袁可为学生提供整合和应用相关医学知识的学习工具袁带动更广泛的临床认知袁加深对相关知识的记忆袁发挥医学影像学作为链接基础医学和临床医学桥梁课程的重要作用遥同时袁知识图谱的应用袁使教育过程变得更加个性化袁学生可根据自己的学习需求和兴趣袁探索知识图谱中的不同分支袁 发现并总结知识点之间的关联袁知识图谱还能实时跟踪学生的学习进度袁为学生提供个性化的学习建议曰教师可通过知识图谱辅助教学尧优化教学方案尧提高教学质量袁并可根据后台数据分析学生学习进度及情况袁根据其对不同模块学习应用时长大致判断学生对疾病理解的难点袁调整教学内容和方式袁使教学更加精准尧图 2影像示教病例库系统平台示意图。273影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 1 期窑窑有效遥本研究所构建的基于知识图谱特征的非在线局域网影像示教病例网页存在一些局限性遥 首先袁当前图像存储方式不够高效袁且导出的图像存在无法进行窗宽尧窗位调节尧后处理重组等问题袁这不仅会影响图像观感袁也可能对图像分析及诊断造成困扰遥 后续需对图像存储方式进行优化袁提高其效率及实用性遥其次袁目前病例的选择以临床影像教学为主要目的袁 对于正常影像解剖图谱关注不足袁后续需在病例库中引入正常影像解剖图谱袁 使其更加全面遥最后袁目前的病例库覆盖面窄袁仅供小范围的学生使用袁这在一定程度上限制了其影响力和作用袁为了使更多医学生和临床工作者受益袁后续将进一步对病例库网页设计进行优化尧对病例进行补充及完善以进一步推广应用遥5参考文献JI S,PAN S,CAMBRIA E,et al.A survey on knowledgegraphs:representation,acquisition,and applications咱J暂.IEEETrans Neural Netw Learn Syst,2022,33渊2冤:494-514.昝红英,窦华溢,贾玉祥,等.基于多来源文本的中文医学知识图谱的构建咱J暂.郑州大学学报渊理学版冤,2020,52渊2冤:45-51.阮彤,孙程琳,王昊奋,等.中医药知识图谱构建与应用咱J暂.医学信息学杂志,2016,37渊4冤:8-13.武家伟,孙艳春.融合知识图谱和深度学习方法的问诊推荐系统咱J暂.计算机科学与探索,2021,15渊8冤:1432-1440.赵悦淑,王军,王蕊,等.中文医学知识图谱研究进展咱J暂.中国数字医学,2021,16渊6冤:86-91.羊艳玲,李燕,帅亚琦,等.基于中医医案的知识图谱构建咱J暂.医学信息学杂志,2022,43渊10冤:50-54.方继良.放射学下一世纪的发展方向咱J暂.国外医学渊临床放射学分册冤,2000,渊4冤:193-195.李传明.基于网络的自主教学在医学影像学教学中的探索与应用咱J暂.中华医学教育杂志,2011,31渊1冤:117-118.国务院办公厅.国务院办公厅关于加快医学教育创新发展的指导意见咱EB/OL暂.渊2020-09-23冤咱2024-02-05暂.https:/ 在医学影像学教学中的实践与思考咱J暂.中华医学教育探索杂志,2013,12渊6冤:645-648.朱姬莹,徐秀芳,陈益红,等.基于 PACS 的医学影像资源库建设和应用咱J暂.浙江医学教育,2014,13渊4冤:12-14.渊收稿日期院2024-02-05冤咱员暂咱圆暂咱猿暂咱源暂咱缘暂咱远暂咱苑暂咱愿暂咱怨暂咱员园暂咱员员暂咱员2暂咱员3暂咱员4暂咱员5暂咱员6暂咱员7暂74