孟洪宇 孟慶剛

摘要 從可視化技術發(fā)展的背景入手，詳細對比了信息可視化與知識可視化在起源、理論基礎、目的、可視化對象、描述對象、工具、參與者類型、應用以及互補方式等方面的區(qū)別。認為信息可視化是以顯性知識為主要研究對象，以探索新規(guī)律為目的，讓用戶更高效、直觀的掌握和分析數(shù)據(jù)；知識可視化是以顯性知識和隱形知識共同為研究對象，以提高知識在群體之間的傳遞和利用為目的，改善知識的傳播與交流，強化知識密集，提高決策和解決能力。結(jié)合中醫(yī)背景知識的特點，探索中醫(yī)與可視化的相關性，并分析其在中醫(yī)領域的應用情況及思路，旨在為中醫(yī)可視化技術的發(fā)展及平臺設計提供更多的線索。

關鍵詞 信息可視化；知識可視化；中醫(yī)診療

Abstract From the background of visualization technology， the difference between the information visualization and knowledge visualization in terms of origin， theoretical basis， purpose， visual object， description type， tool， actor， application and complementary method were compared. It is believed that information visualization is based on explicit knowledge， which will explore the new rules as the purpose， so as to make users more efficient and intuitive grasp and analyze data. Knowledge visualization is based on explicit knowledge and implicit knowledge， which will improve the transmission and utilization of knowledge between groups as the purpose， so as to improve the dissemination and exchange of knowledge， strengthen the density of knowledge， improve decision-making and problem-solving skills. Combined with the characteristics of Chinese medicine knowledge， this study explored the relevance of TCM and visualization techniques， analyzed the application of visualization technology in the field of TCM， expected to provide more thinking for the development of Chinese visualization technology and the design of TCM visualization platform.

Key Words Information visualization； Knowledge visualization； TCM diagnosis and treatment

中圖分類號：R2-03文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2018.04.050

人腦在接收和處理視覺信號方面比處理數(shù)據(jù)和文字信息，如圖像或圖形等，具有更大的優(yōu)勢[1]?！翱梢暬夹g”在人們慣于接受圖形、圖像信息的基礎上，并輔之以信息處理技術，通過形象、仿真、模擬、現(xiàn)實化的技術手段將被想象、推理，被感知、認知，被綜合及抽象的對象屬性及其變化發(fā)展的形式和過程表現(xiàn)出來，提高人們對事物的觀察、理解能力以及對整體概念的把握，加強人的記憶和理解[2]。

可視化最早是為提高科學計算，輔助處理計算數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的。隨著信息技術的發(fā)展，大量的科學數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而大部分的數(shù)據(jù)都無法被有效的利用，在這樣的背景下，有效的數(shù)據(jù)處理工具成為發(fā)展的需求與必然。至1987年，美國科學基金會在一次研討會上提出了“科學計算可視化”的概念，從此，一門嶄新的交叉學科就此誕生[3]?！翱梢暬夹g”起先是用于處理科學計算和工程測量數(shù)據(jù)，隨著該技術的不斷發(fā)展，也逐漸擴展到其他領域，依據(jù)所處理數(shù)據(jù)的抽象層次逐步衍化為四類：科學計算可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化和知識可視化[4]。這4種方法中，“科學計算可視化”和“數(shù)據(jù)可視化”是對空間數(shù)據(jù)的可視化，是通過計算機或其他圖形學的方法將同一描述對象的大量數(shù)據(jù)利用圖形、圖表或圖像的形式以直觀的方式展示出來，并對其進行交互式處理的方法和技術，應用較廣的領域如醫(yī)療領域的計算機斷層掃描（CT）、磁共振成像（MRI）、人體數(shù)據(jù)三維可視化結(jié)構(gòu)等?！靶畔⒖梢暬焙汀爸R可視化”是對非空間數(shù)據(jù)的可視化，通過計算機支持的、交互生的視覺表示法，對抽象數(shù)據(jù)即非空間數(shù)據(jù)進行表示，以增強認知[5]，這2種方法已經(jīng)成為當前分析復雜數(shù)據(jù)和挖掘數(shù)據(jù)、傳播知識的重要工具?？梢暬夹g作為輔助理解復雜關系的手段，在復雜的醫(yī)療信息及情景下，同樣也具有輔助醫(yī)學診療的優(yōu)勢，從而為決策提供依據(jù)，這種方法在疾病的診斷、治療及預防等研究方面也表現(xiàn)出了相對活躍的身影，通過可視化技術、數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ω黝愥t(yī)療信息進行數(shù)字化整合，為各類相關醫(yī)療信息數(shù)據(jù)的智能化應用提供開放性的平臺，如癥狀-疾病-診斷-治療-藥物之間的關系挖掘，疾病自身特點發(fā)現(xiàn)，醫(yī)療信息的有機融合、數(shù)據(jù)分析以及醫(yī)療決策支持系統(tǒng)等[6]。結(jié)合醫(yī)療信息的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，本文主要探析信息可視化技術與知識可視化技術的區(qū)別及其在中醫(yī)領域的應用。

1 分類綜述

1.1 數(shù)據(jù)、信息、知識的含義 在實施可視化設計時，要想選擇合適的可視化手段，需要首先了解數(shù)據(jù)、信息和知識的含義。達文波特和普魯賽克認為知識源于信息，就像信息源于數(shù)據(jù)[7]，3者的概念呈遞進關系，即數(shù)據(jù)是指相對分散的元素，信息是相對有關聯(lián)的數(shù)據(jù)，知識是指有組織的信息。如符號、數(shù)字、文字、表格及數(shù)據(jù)庫均屬于數(shù)據(jù)，人們能夠?qū)ζ溥M行分類、計算、定量及核對等處理；信息包括句子、段落、概念、理念、方程式、問題及簡單的故事，人們能夠?qū)η榫承畔⑦M行認識、對比、排序、連接及組織框架等；知識包括理論、公理、概念框架、章節(jié)、復雜故事等，人們能夠?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)進行解釋、評價及解構(gòu)等處理[8]。其中，知識又可分為2個層次，即顯性知識和隱性知識，顯性知識是指可以通過文字或其他方式記錄的，通過此傳授給他人的對事物的描述或技能；而隱性知識是指人類無法輕易用語言表述并傳播的相關判斷、直覺與技能，比如醫(yī)學診療中的醫(yī)家經(jīng)驗，處方配伍和辨證辨病思路等。顯性知識存在于有形的媒體，相對明確和固定，也更容易被傳播、組織和交流；而隱性知識的則是存在于無形的，內(nèi)隱的，是人們通過自我領悟、學習和長期積累的，不易被表達的知識[7]。

1.2 信息可視化的概念及特點 “信息可視化”這一概念由G.Robertson，S.Card與J.Mackinlay首次明確提出，其定義為“使用計算機支撐的、交互性的、對抽象數(shù)據(jù)的可視表示法，以增強人們對抽象信息的認知”[1]。信息可視化是一種知識和價值創(chuàng)造的過程，它應用的領域涉及到各個方面，如現(xiàn)金交易、銷售業(yè)績、財務預算、股市走向、人口普查、健康狀況統(tǒng)計、網(wǎng)絡安全監(jiān)管等[2]。

1.3 知識可視化的概念及特點 知識可視化的概念由Eppler M.J和Burkard R.A提出，他們認為：知識可視化可提供比信息可視化更加豐富的表達，可表達出更多用戶所知道內(nèi)容，從而提高人們之間的知識傳播和創(chuàng)新[1]。與信息可視化比較，知識可視化在傳輸實事之外，更能傳輸經(jīng)驗態(tài)度、見解觀點等抽象概念。它從整體的視角，幫助人們獲取許多難以理解的隱性知識，輔助他人正確地理解、記憶和應用這些知識[9]。

1.4 可視化技術的區(qū)別及其與中醫(yī)相關性分析 信息可視化和知識可視化2者都是對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理，輔助人類高效處理視覺信息的能力，但2者在發(fā)展起源，描述類型，可視化目標，實現(xiàn)工具及手段等方面各有不同，具體比較見表1[7，9-10]。

可視化技術的許多概念及方法與中醫(yī)知識有著內(nèi)在聯(lián)系及相關性：1）可視化技術將大量數(shù)據(jù)及其內(nèi)涵信息根據(jù)需求和目標進行分類或有步驟的呈現(xiàn)，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)有目的性的展示并對未知信息的預判。面對龐大的中醫(yī)知識體系，作為醫(yī)者很難全面掌握其中的關系，但通過數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)，能幫助我們清晰、直接的發(fā)現(xiàn)其中內(nèi)在規(guī)律和價值，從而提高醫(yī)者的決策和判斷的能力。2）在研究對象的知識類型方面，可視化研究對象分為隱形知識及顯性知識。針對隱形知識：中醫(yī)在醫(yī)家經(jīng)驗、診療思路等方面都存在著大量的隱性知識，在傳承、應用和傳播方面不可避免的面臨信息冗余和繁雜，知識可視化可輔助實現(xiàn)隱性知識顯性化，改善知識傳播過程，從而幫助提高決策能力。針對顯性知識：在基礎知識掌握、四診信息收集、方藥鑒別及應用、潛方用藥規(guī)則或經(jīng)絡配穴要求等方面，信息可視化可利用圖形技術簡化數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式，從而提高記憶及拓展信息。3）中醫(yī)作為一個完善而龐大的理論體系，存在許多不同的信息、知識類型。以中醫(yī)基礎理論對應可視化技術的信息對象為例，相關概念性理論，包含許多一維信息；中醫(yī)的陰陽概念中又涵蓋大量二維信息的部分；臟腑及體表對應關系體現(xiàn)出來的整體觀，其間接的反映了三維映射的關系；結(jié)合精、氣、血、津液以及精、氣、神的五臟及形神物質(zhì)基礎，可看作為多維信息；這些屬性中，陰陽盛衰、氣血盈虧都隨著時間的變化而可能發(fā)生變化，因而符合時間序列信息；血、津液、精、氣、神的逐層遞進又顯現(xiàn)了層次信息的概念；五行與臟、腑、體表、情志及自然無紡、五季等的復雜節(jié)點連接關系，屬于網(wǎng)絡信息的范疇。

1.5 可視化技術在中醫(yī)領域的應用探析 目前針對中醫(yī)獨特診療理論的可視化技術有：1）中醫(yī)脈診信息可視化識別技術[11]：將脈象概括為4種屬性（脈位、脈數(shù)、脈形、脈勢）和相對應的9個要素（深度、脈率、脈律、脈寬、脈長、位移、力度、流利度、緊張度），所有要素按成度又分為33個級別。2）中醫(yī)數(shù)字舌象的可視化識別技術：通過信息處理對舌質(zhì)顏色、苔色、舌苔面積、舌苔厚度指數(shù)、濕度、裂紋指數(shù)等指標的自動識別，實現(xiàn)中醫(yī)舌診的判斷。3）紅外熱成像中醫(yī)可視化技術[12]：目前紅外熱像檢測技術在中醫(yī)領域中的中醫(yī)辨證診斷、經(jīng)絡俞穴探索、亞健康評估、體質(zhì)辨識、臨床療效及中藥藥性研究等方向都有了一定的進展。4）基于3D人體模型的中醫(yī)經(jīng)絡可視化展示系統(tǒng)[13]：系統(tǒng)實現(xiàn)了PC客戶端及手機移動端的人體顯示、經(jīng)絡顯示、穴位查詢、穴位信息顯示以及幫助等功能，改善了傳統(tǒng)2D平面圖及文字敘述的傳播局限，便于經(jīng)絡穴位的教學、傳播及理解。5）中藥及方劑寒熱屬性可視化分析平臺[14]：通過3個不同顏色的指針在寒熱色帶上的位置來判斷方劑的整體寒熱屬性，實現(xiàn)方劑寒熱屬性的可視化，從而幫助理解方中藥物四氣的構(gòu)成，反推方劑的治法與療效。6）中醫(yī)藥知識圖譜、思維導圖等的構(gòu)建：王淑斌[15]利用Citespace對中醫(yī)藥治療2型糖尿病的文獻研究年代、作者、來源及相關領域研究熱點、知識結(jié)構(gòu)及趨勢進行了可視化分析，用直觀的圖形為2型糖尿病的中醫(yī)基礎研究者及臨床診療決策者提供思路。

在中醫(yī)可視化技術平臺設計中，面向不同的使用對象，可視化平臺的展示方式及內(nèi)容可有不同的要求，如面向醫(yī)者內(nèi)部應用的可視化平臺，主要是針對不同崗位角色如臨床醫(yī)生、護士、科研專家、教授及醫(yī)學生等，實現(xiàn)醫(yī)療信息的快速共享及傳播，輔助使用者快速定位問題，獲取知識，構(gòu)建解決方案。王連心[16]等人認為：中醫(yī)診療過程是醫(yī)生運用四診方法（望、聞、問、切）獲取患者癥狀信息，根據(jù)這些不同癥狀的內(nèi)在聯(lián)系，通過“立象表意”，予以診斷，確立相應的治發(fā)并遣方用藥。因此，在現(xiàn)代科學的視角下，同樣可以借鑒可視化處理技術，以相對直觀、簡潔的方式可視化表達中醫(yī)診療信息的特點與內(nèi)在規(guī)律。同時，中醫(yī)可視化的設計，也可根據(jù)不同的內(nèi)容，如病情發(fā)展過程、歷史診療記錄、藥物相互關系、潛方用藥規(guī)律、疾病轉(zhuǎn)歸的回顧及預測等，以醫(yī)療信息數(shù)據(jù)庫為基礎，通過數(shù)據(jù)、知識信息化的方式，從橫向及縱向剝離統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用多路協(xié)同或互補可視化的方式，選定其呈現(xiàn)形態(tài)（如視頻、流程圖、統(tǒng)計圖表、海報、鏈接等），結(jié)合實際應用需求構(gòu)建不同的系統(tǒng)模塊。謝晴宇[17]等人認為借助可視化技術將不同情境下的醫(yī)生的診療決策過程進行分解和詮釋，能幫助臨床醫(yī)生強化決策思維，提高臨床療效；同時闡明了中醫(yī)診療集成可視化研究的關鍵環(huán)節(jié)在于經(jīng)典著作的引渡和觸發(fā)機制、臨床指南和診療規(guī)范的集成可視化、優(yōu)勢療效報告動態(tài)反饋等幾個方面。

1.6 基于大數(shù)據(jù)的2型糖尿病中醫(yī)診療規(guī)律可視化推薦系統(tǒng) 針對獨特的中醫(yī)診療體系，結(jié)合上述可視化的對比研究，以2型糖尿病為例，設計基于大數(shù)據(jù)的中醫(yī)診療可視化模型，設計思路分以下幾步：1）1、2型糖尿病診療信息數(shù)據(jù)庫的建立：建立2型糖尿病臨床病例數(shù)據(jù)庫，收集醫(yī)學權(quán)威書籍、古代及現(xiàn)代著名醫(yī)家對2型糖尿病的中醫(yī)臨床診療中的四診信息、癥狀體征、辨病辨證、潛方用藥、處方加減、病情轉(zhuǎn)歸、復診信息等，建立診療信息數(shù)據(jù)庫。2）模型初建：利用現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)信息技術，對上述診療信息進行統(tǒng)計分析，提取辨證規(guī)律、處方規(guī)律及加減用藥規(guī)律信息，以加權(quán)的形式賦予不同情形規(guī)律相應的權(quán)重，以不同顏色及大小的形式表現(xiàn)出來。并結(jié)合模型的實際應用，對數(shù)據(jù)庫病例信息進行實時更新。3）系統(tǒng)展示：通過人機交互的方式，以流程模塊的形式對上述規(guī)律進行顯示，包括四診信息錄入模塊、辨證分型推薦模塊、潛方用藥推薦模塊、加減用藥規(guī)律模塊、處方生成模塊、轉(zhuǎn)歸預測模塊、復診跟蹤模塊，每項模塊信息給出權(quán)重較高的選項作為推薦信息，由使用者根據(jù)自身專業(yè)知識做出選擇。4）系統(tǒng)優(yōu)化：優(yōu)化過程分為自身優(yōu)化及外部優(yōu)化。自身優(yōu)化是通過轉(zhuǎn)歸預測模塊與復診跟蹤模塊進行信息比對，對實時數(shù)據(jù)進行驗證，若相符度達80%以上，則進入復診診療推薦模塊，輔助下一步治療方案；若相符度大于60%但低于80%，則考慮模塊推薦過程中存在錯誤，進入四診信息錄入模塊，重新錄入信息并計算；若相符度低于60%，考慮系統(tǒng)推薦信息尚不完善，需進一步統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中信息，錯誤病例記入數(shù)據(jù)庫中保存，供系統(tǒng)實現(xiàn)自身優(yōu)化，轉(zhuǎn)入人工診療模式。外部優(yōu)化是指請領域?qū)＜覍ο到y(tǒng)進行實驗應用，對其規(guī)律推薦信息進行修正，不斷提高系統(tǒng)推薦準確性。5）實現(xiàn)PC端及移動端共用：該系統(tǒng)涉及病患隱私及病例資料，需采用獨立網(wǎng)絡應用，如VPN技術。該系統(tǒng)設計流程圖如下。

2 討論

通過對信息可視化及知識可視化的對比，可以發(fā)現(xiàn)信息可視化是以顯性知識為主要研究對象，以探索新規(guī)律為目的，讓用戶更高效、直觀的掌握和分析數(shù)據(jù)；知識可視化是以顯性知識和隱形知識共同為研究對象，以提高知識在群體之間的傳遞和利用為目的，改善知識是傳播與交流，強化知識密集，提高決策和解決問題的能力。診療決策能力的提高不僅依賴于醫(yī)生對患者抽象信息的獲取與注解，更需要醫(yī)患雙方更直接、更全面的傳遞復雜的、模糊的醫(yī)療知識，需要協(xié)同化的決策輔助方法[18]。實際應用時，可根據(jù)知識可視化與信息可視化在各個方面的不同，選擇更加合適的可視化手段。

目前，信息可視化和知識可視化技術在中醫(yī)藥領域有了長足的發(fā)展，但就已取得的研究成果來看，依然不夠深入，缺乏大樣本的支持和公認的統(tǒng)一的自動化分析軟件及后續(xù)數(shù)據(jù)分析，使得各項研究不能廣泛推廣應用。從整體上來說，與其他領域的技術平臺也存在一定的差距，特別是在臨床推廣方面還不夠完善，本研究結(jié)合中醫(yī)背景知識的特點，探索中醫(yī)與可視化的相關性，并分析了其在中醫(yī)領域的應用情況及思路，以2型糖尿病為例，探索設計了“基于大數(shù)據(jù)的2型糖尿病中醫(yī)診療規(guī)律可視化推薦系統(tǒng)”，旨在實現(xiàn)用戶和可視化系統(tǒng)的交互操作，為中醫(yī)可視化發(fā)展提供思路。

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