潘未波

華中科技大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430074

臨床醫(yī)學(xué)工程是一門以醫(yī)療設(shè)備為基礎(chǔ)對象的交叉學(xué)科。隨著醫(yī)療設(shè)備技術(shù)的高速發(fā)展，臨床醫(yī)學(xué)工程師的教育和培訓(xùn)方式也需要不斷創(chuàng)新。筆者應(yīng)用哲學(xué)領(lǐng)域的本體論（Ontology）方法，構(gòu)建了醫(yī)療設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)在線學(xué)習(xí)平臺，將繁雜的技術(shù)培訓(xùn)知識體系規(guī)范化、系統(tǒng)化、條理化，通過標(biāo)準(zhǔn)的語義定義系統(tǒng)化管理培訓(xùn)課程的知識結(jié)構(gòu)，旨在為青年臨床醫(yī)學(xué)工程師提供一個系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)和交流的平臺。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 本體論

本體最早屬于哲學(xué)范疇，是研究存在的本質(zhì)的哲學(xué)問題。在計算機領(lǐng)域，將本體定義為“構(gòu)成相關(guān)領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語和關(guān)系，及利用這些術(shù)語和關(guān)系構(gòu)成的規(guī)定這些詞匯外延的規(guī)則的定義”。本體的目標(biāo)是捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識，提供對該領(lǐng)域知識的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯和詞匯之間相互關(guān)系的明確定義[1]。

語義Web是對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的術(shù)語化定義，其實現(xiàn)依賴于3大關(guān)鍵技術(shù)：XML、RDF和本體[2-4]。語義Web中，本體具有非常重要的地位。網(wǎng)絡(luò)本體語言（Web Ontology Language, OWL），旨在提供一種語言，用于描述Web文檔和應(yīng)用中固有的類和類之間的關(guān)系[5]。

1.2 E-Learning

E-Learning（Electronic Learning）是指主要通過因特網(wǎng)進(jìn)行的學(xué)習(xí)與教學(xué)活動，它充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)所提供的、具有全新溝通機制與豐富資源的學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)一種全新的學(xué)習(xí)方式。這種學(xué)習(xí)方式將改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師的作用和師生之間的關(guān)系，從而根本改變教學(xué)結(jié)構(gòu)和教育本質(zhì)。

2 醫(yī)療設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)知識體系構(gòu)建

2.1 本體構(gòu)建理論

新加坡南洋理工大學(xué)的Myo-Myo Naing等人在2002年提出本體的數(shù)學(xué)代數(shù)的形式化定義OWA，被廣泛采用[6]。

OWA（Ontology-based Web Annotation）框架將本體定義為一個六元組： O={C；AC；R；AR；H；X}，其中C為概念集；AC表示概念的屬性集，AC（ci）即概念ci的屬性集；R表示關(guān)系集，每個關(guān)系ri（cp，cq）表示概念cp和cq之間的二元關(guān)系；AR表示R的屬性集；H表示概念C的層次關(guān)系，是概念集C中的父子關(guān)系集；公理集X中的每一個公理是對C和R屬性值的約束，或是概念對象之間關(guān)系的約束。

2.2 培訓(xùn)知識體系構(gòu)建

依據(jù)OWA框架模型，定義醫(yī)療設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)的知識本體，其中包括類（概念集）、屬性、層次關(guān)系的定義[7]。利用Protégé軟件和Graphiz繪圖工具構(gòu)建的醫(yī)療設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)知識本體結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 醫(yī)療設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)知識本體結(jié)構(gòu)

對知識本體內(nèi)容進(jìn)行層次細(xì)化，按設(shè)備種類進(jìn)行劃分，每類設(shè)備都有基本原理、基本操作等培訓(xùn)內(nèi)容，培訓(xùn)內(nèi)容又可以繼續(xù)細(xì)分為各類知識點元素。

用OWL語言描述以上復(fù)雜的本體網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。對應(yīng)的部分OWL代碼定義如下：

xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"

xmlns:owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#">

2.3 課程本體設(shè)計

課程作為技術(shù)培訓(xùn)的基本元素，包括4個部分：測試、練習(xí)、資源以及內(nèi)容，每部分又分別包含其基本屬性，屬性的類型為字符串類型（String）。課程本體結(jié)構(gòu)及其相關(guān)屬性，見圖2。如果課程還需要細(xì)分為章節(jié)或知識點，則可繼續(xù)構(gòu)造章節(jié)與知識點的類及其相關(guān)屬性。

2.4 課程體系構(gòu)建

Protégé是斯坦福大學(xué)為知識獲取開發(fā)的一個本體開發(fā)工具，利用Java語言開發(fā)的開源軟件，提供基于圖形和交互式的知識本體設(shè)計的開發(fā)環(huán)境。

運用Protégé創(chuàng)建用于語義檢索的課程本體實體，并以RDF、RDF schema或OWL等規(guī)范格式輸出，生成本體結(jié)構(gòu)文件MedDevice.xml。將創(chuàng)建的知識本體的關(guān)系通過XML文件直接存入數(shù)據(jù)庫，以XML形式進(jìn)行約束綁定，并通過其進(jìn)行格式解析。課程的創(chuàng)建和管理都通過XML格式的模板進(jìn)行管理。

基于知識體系的形式化定義，運用Protégé軟件，編輯構(gòu)建課程體系[8]。課程體系創(chuàng)建技術(shù)路線，見圖3。

圖3 課程體系創(chuàng)建技術(shù)路線

3 在線學(xué)習(xí)平臺構(gòu)建

本平臺采用比利時魯文大學(xué)的開源Claroline平臺為開發(fā)基礎(chǔ)。Claroline平臺搭建步驟：

（1）搭建PHP+Apache服務(wù)器平臺，構(gòu)建MySQL數(shù)據(jù)庫。安裝WampServer服務(wù)器工具，設(shè)置端口選項，開啟Apache和MySQL服務(wù)。測試訪問WampServer設(shè)置主頁，配置基于PHP的MySQL數(shù)據(jù)庫。

（2）安裝Claroline。按照Claroline配置安裝向?qū)?，安裝Claroline，并連接數(shù)據(jù)庫；進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置頁面，配置權(quán)限與管理界面。

（3）平臺管理員或課程制作者通過基于XML模板的平臺管理界面上傳符合本體結(jié)構(gòu)屬性的課程模板，課程模板都以規(guī)范的XML文件保存。系統(tǒng)通過調(diào)用接口，將XML文件從數(shù)據(jù)庫中調(diào)入程序中。

4 討論

筆者將課程信息運用本體的分析描述方法分解成為計算機可理解的形式，使課程信息具有顆粒度小、信息查詢獲取便捷、重用性高、便于共享、易于統(tǒng)計分析、維護(hù)成本低等優(yōu)點；構(gòu)建了醫(yī)療設(shè)備技術(shù)培訓(xùn)在線學(xué)習(xí)平臺，為青年臨床醫(yī)學(xué)工程師搭建了技術(shù)培訓(xùn)和交流平臺。但本體創(chuàng)建的方法和效率還有待提高，之后會采用更加智能的本體創(chuàng)建方式，構(gòu)建更加完善的本體知識結(jié)構(gòu)。

[1]Mechouche A,Golbreich C,Morandi X.Ontology-based annotation of brain MRI images[J].AMIA Annu Symp Proc,2008,(6):460-464.

[2]白同強,劉磊.語義Web的研究與展望[J].吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2004,22(2):154-159.

[3]顧德訪.語義Web環(huán)境下基于ontology的語義檢索應(yīng)用研究[D].南京:南京理工大學(xué),2005.

[4]陳偉.語義Web服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2006.

[5]徐天任.Web本體語言與語義網(wǎng)絡(luò)語言的知識表示及其轉(zhuǎn)換的研究[D].昆明:云南師范大學(xué),2005.

[6]宋振華.基于本體的Web服務(wù)注解與查找研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2005.

[7]惠長江.基于本體論的E-Learning系統(tǒng)研究[D].西安:西北大學(xué),2007.

[8]蔡群英,黃鎮(zhèn)建.基于proté gé的課程內(nèi)容本體的構(gòu)建[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2012,21(12):202,209.