新冠肺炎领域本体构建研究

来源 :军事科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvsby2009
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新型冠状病毒肺炎(Coronavirus Disease 2019,COVID-19)的大流行给人类带来了严重灾难,针对新型冠状病毒肺炎的科学研究也越来越多,相关数据以及对应的概念激增。面对新冠肺炎领域种类繁多的概念以及概念间复杂的关系,将新冠肺炎领域内的各类概念及关系有序地组织起来,并保证术语的可互操作性,成为了一个亟待解决的问题。本体最初是源于西方的一个哲学领域的概念,随着时代的发展,本体这个概念进入了信息科学领域,同时其含义也发生了改变,即本体是概念模型的明确的规范说明。领域本体是对领域中概念以及概念之间关系的描述,使得计算机能够理解语义信息,促进知识的组织和共享。目前,已经存在一些具有代表性的新冠肺炎相关本体,例如CIDO(The Coronavirus Infectious Disease Ontology,冠状病毒传染性疾病本体)、COVID-19Ontology(新冠肺炎领域本体)、IDO-COVID-19(The COVID-19 Infections Disease Ontology,新冠肺炎传染性疾病本体)。这些本体大多关注新冠肺炎相关的部分领域,在各自侧重的方向对新冠肺炎相关概念进行了梳理和组织,而在新冠肺炎症状、临床诊疗、治疗药物和预防等方面术语不足,对于概念间关系、实例关注不足。同时,现有新冠肺炎相关本体都采用英文术语表示,并不支持中文检索。本论文的目标是研究构建一个开放、全面、语义表达良好、支持中英双语检索的新冠肺炎领域本体,并使用构建完成的本体开展进一步的应用,促进新冠肺炎领域知识的组织和共享,提供全面、规范、多元的知识服务,完成的主要研究工作如下:1.调研当前生物医学领域本体构建的常用描述语言、原则、工具和方法,确定本研究适用的具体技术和技术路线。使用OWL DL(Web Ontology Language Description Logic,网络本体语言描述逻辑)作为本体描述语言,遵循OBO Foundry(The Open Biological and Biomedical Ontology Foundry,开放生物医学本体铸造工厂)本体开发原则和BFO(Basic Formal Ontology,基本形式化本体)本体设计通用原则,利用本体复用工具Onto Fox和本体编辑软件Protégé等工具,基于斯坦福发布的七步法,进行新冠肺炎领域本体的构建。2.根据前期调研确定的本体相关技术和技术路线,逐步构建新冠肺炎领域本体。通过文献调研了解国内外新冠肺炎领域本体现状,确定目标本体的覆盖范围。根据覆盖范围收集新冠肺炎领域本体的核心概念,选择顶层本体、可复用的生物医学领域本体以及其他新冠肺炎相关资源。选择的顶层本体为BFO,复用的本体包括OBO Foundry中的权威本体,包括CIDO、VO(Vaccine Ontology,疫苗本体)等,使用到的其他资源包括生物医学本体库Bio Portal、《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第八版)》等。使用Onto Fox截取复用本体中所需的内容,导入到Protégé进行编辑。以BFO作为本体的顶层框架,将收集到的新冠肺炎领域本体的核心概念加入到框架中。将从现有本体中复用的术语以及从其他资源中收集到的新冠肺炎相关知识进行筛选和组织,完成术语的编辑和定义,包括概念、概念间关系以及实例。最后使用本体推理机验证本体的术语一致性。3.完成新冠肺炎领域本体的构建。构建完成的新冠肺炎领域本体(CIDO-COVID-19)覆盖了新冠肺炎相关的疾病、诊断、病因、病毒、传播、症状、治疗、药物、预防等方面。目前,CIDO-COVID-19包含了10398个概念,461个关系术语,531个实例,相较于CIDO扩展增加了约2000个术语,丰富了新冠肺炎领域本体在临床诊疗方面的内容。在CIDO-COVID-19的基础上构建了CIDO-COVID-19中英双语版,能够支持中文、英文两种语言的检索。4.使用文献抽样调查法和专家问卷咨询法对CIDO-COVID-19进行评价。文献抽样显示CIDO-COVID-19本体术语在新冠肺炎相关文献中的覆盖率约为93.78%,表明本体具有较高的术语覆盖率。专家问卷咨询显示本研究的研究方法、本体构建过程和评价方法较为合理,本体框架设计具有共识性。5.基于CIDO-COVID-19开展应用验证。将CIDO-COVID-19应用于新冠肺炎知识图谱的构建,合作开发了一个新冠肺炎知识图谱原型系统,可以支持新冠肺炎领域知识的检索、溯源和可视化展示。
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