摘要：隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用推廣，醫(yī)療信息化進(jìn)入了新的階段。盡管智能問答系統(tǒng)在各咨詢領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定的推廣和落地，但其在藏醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用仍然處于空白。文章針對(duì)藏醫(yī)藥知識(shí)設(shè)計(jì)智能問診系統(tǒng)，并利用圖數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，將圖數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容以動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的形式展示給用戶。希望本文的研究有利于藏醫(yī)文化的進(jìn)一步推廣和傳播。

關(guān)鍵詞：藏醫(yī)；圖數(shù)據(jù)庫；智能問答系統(tǒng)；響應(yīng)式系統(tǒng)

一、引言

藏醫(yī)是中國醫(yī)學(xué)寶庫中一顆璀璨的明珠。世世代代生活在雪域高原的藏族人民在與自然和各種疾病進(jìn)行斗爭的過程中，積累了治療各種疾病的經(jīng)驗(yàn)，形成了獨(dú)具特色的藏醫(yī)藥學(xué)體系，將古中醫(yī)、古印度、古波斯、古希臘和古阿拉伯醫(yī)藥學(xué)學(xué)說融會(huì)貫通。

本文系統(tǒng)利用圖數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建藏醫(yī)知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)智能問診系統(tǒng)和對(duì)藏醫(yī)特色診療的展示與數(shù)據(jù)管理。具體而言，本文系統(tǒng)采用圖數(shù)據(jù)庫Neo4j來存儲(chǔ)三元組數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜的知識(shí)表示與存儲(chǔ)。目前，Neo4j依舊是同類型數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)支持最好、功能最完善，且面向工業(yè)的開源平臺(tái)。知識(shí)圖譜的建構(gòu)包括知識(shí)建模與獲取、知識(shí)融合、知識(shí)表示與存儲(chǔ)，以及知識(shí)應(yīng)用與賦能。本文系統(tǒng)使用基于深度學(xué)習(xí)的實(shí)體識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)命名實(shí)體識(shí)別和關(guān)系抽取，與傳統(tǒng)的基于規(guī)則的方法相比，其具有健壯、靈活、客觀的特點(diǎn)，適于藏醫(yī)知識(shí)體系數(shù)據(jù)相對(duì)稀疏的特點(diǎn)。同時(shí)，使用實(shí)體鏈接的方法識(shí)別出文本中提及實(shí)體的詞或短語，并與知識(shí)庫中對(duì)應(yīng)實(shí)體進(jìn)行鏈接，能夠較好地處理醫(yī)藥學(xué)中一義多詞等概念問題，實(shí)現(xiàn)實(shí)體消歧。本文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于知識(shí)圖譜的智能問答系統(tǒng)，有助于推動(dòng)藏醫(yī)的診療與推廣?？偟膩碚f，本文系統(tǒng)立足民族特色，將人工智能技術(shù)與藏醫(yī)文化相結(jié)合，以藏醫(yī)經(jīng)典為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)新時(shí)代的知識(shí)賦能與應(yīng)用，促進(jìn)創(chuàng)新與發(fā)展。

二、系統(tǒng)應(yīng)用分析

（一）系統(tǒng)需求與場景問題分析

目前，智能問答系統(tǒng)在教育、咨詢、科普方面已有廣泛應(yīng)用，醫(yī)學(xué)方面亦是如此。但藏醫(yī)領(lǐng)域卻仍是空白。藏醫(yī)本身具有深刻的文化底蘊(yùn)與科學(xué)性。事實(shí)上，在青海省等藏文化地區(qū)，正規(guī)的藏醫(yī)院已經(jīng)非常普遍，但對(duì)其他地區(qū)的民眾而言，藏醫(yī)依舊比較陌生。

本文通過調(diào)查問卷的方式，向廣東、江蘇、山東等全國25個(gè)省份共計(jì)104人，就對(duì)藏醫(yī)的了解程度進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果顯示，雖然很多受訪者對(duì)藏醫(yī)的科學(xué)性表示認(rèn)可，但31.73%的受訪者表示“沒聽說過藏醫(yī)”，46.15%的受訪者表示“不了解藏醫(yī)”。這說明，目前，對(duì)于藏醫(yī)的宣傳與推廣依舊需要進(jìn)一步的努力。

（二）主任務(wù)功能分析與設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)涵蓋藏醫(yī)特色診療展示、數(shù)據(jù)管理、智能問診三大部分，各功能模塊在呈現(xiàn)藏醫(yī)知識(shí)的同時(shí)，使用戶通過智能問答系統(tǒng)進(jìn)行交互，通過數(shù)據(jù)管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進(jìn)行維護(hù)。

具體而言，展示部分，包括展示藏醫(yī)藥相關(guān)圖片和常見詞條。數(shù)據(jù)管理部分需要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的增查刪改。智能問診需要能夠?qū)?shù)據(jù)庫中已有的內(nèi)容提供回復(fù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫中沒有的內(nèi)容做出說明。功能結(jié)構(gòu)圖詳細(xì)展示了功能結(jié)構(gòu)，以及各部分功能的具體展開。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)特點(diǎn)概述

本文系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具備以下特點(diǎn)。①藏醫(yī)特色：涉及的疾病、疾病描述以及治療方法，均適用于藏醫(yī)體系下的定義和療法，對(duì)民族醫(yī)學(xué)的推廣具有重大意義。②圖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)：以藏醫(yī)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用圖數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)形式，形成知識(shí)圖譜，從而將疾病與治療的藥材和食品的關(guān)聯(lián)性也保存下來，便于對(duì)關(guān)聯(lián)知識(shí)進(jìn)行查詢與表示。③數(shù)據(jù)庫管理：通過網(wǎng)頁端實(shí)現(xiàn)對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的管理，便于相關(guān)人員的使用。④智能問診：應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病相關(guān)問題的自動(dòng)回復(fù)，有利于民族醫(yī)學(xué)的應(yīng)用與推廣。

（二）系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程

在功能上，系統(tǒng)圍繞功能分析，完成了對(duì)藏醫(yī)知識(shí)的展示、智能問診，以及通過web端管理數(shù)據(jù)庫的功能。在實(shí)現(xiàn)上，采用前后端分離的實(shí)現(xiàn)方案。前端主要負(fù)責(zé)：

①在藏醫(yī)知識(shí)的展示與查詢上，將圖數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進(jìn)行展示。以疾病為例，需要有疾病名稱、疾病描述和介紹、與疾病相關(guān)的詞條，如治療方法等。用戶點(diǎn)擊詞條后，能夠進(jìn)入對(duì)應(yīng)詞條的介紹詳情頁。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，以EJS作為框架，將圖數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成介紹網(wǎng)頁。

②在圖數(shù)據(jù)庫的管理上，需要調(diào)用圖數(shù)據(jù)庫Neo4j的接口，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的增查刪改?？紤]到圖數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即以“實(shí)體——關(guān)系——實(shí)體”的形式存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一種中心實(shí)體，多個(gè)關(guān)聯(lián)實(shí)體。添加中心實(shí)體時(shí)，不添加關(guān)系。添加關(guān)聯(lián)實(shí)體時(shí)，需要添加關(guān)聯(lián)實(shí)體與中心實(shí)體的關(guān)系。例如，以疾病為中心實(shí)體，添加疾病種類“赤巴病”，則僅創(chuàng)建實(shí)體節(jié)點(diǎn)。添加治療“赤巴病”的藥材“白烏頭”，則創(chuàng)建關(guān)聯(lián)實(shí)體節(jié)點(diǎn)“白烏頭”，同時(shí)創(chuàng)建關(guān)系“治療藥材”，形成“赤巴?。▽?shí)體）——治療藥材（關(guān)系）——白烏頭（實(shí)體）”的圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在具體操作上，Neo4j接口要求一個(gè)Session只能傳遞或操作一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)涉及多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，需要以Session嵌套的形式實(shí)現(xiàn)。

③在智能問答的構(gòu)建上，前端部分需要一方面將用戶輸入的問句發(fā)送給后端，一方面將后端提供的回復(fù)在Web端打印出來。這部分功能，在數(shù)據(jù)傳輸上，主要通過監(jiān)聽后端創(chuàng)建的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。而前端部分更主要的，是將上述的用戶輸入與系統(tǒng)回復(fù)，以對(duì)話的形式布局，完善用戶輸入框和發(fā)送功能。從而給用戶以充分的交互感。

后端從設(shè)計(jì)上主要分為兩部分：

①圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交互。本文采用了Neo4j圖數(shù)據(jù)庫。Neo4j可以部署在單個(gè)機(jī)器上，免費(fèi)且開源。其圖形界面對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的圖結(jié)構(gòu)提供了生動(dòng)且直觀的展示，方便后期人員對(duì)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與管理。對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的操作，通過調(diào)用Neo4j自帶的API完成。圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用Python腳本對(duì)JSON格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性導(dǎo)入。這樣可以保證在圖數(shù)據(jù)庫需要重置或者系統(tǒng)崩潰、需要迭代時(shí)主要數(shù)據(jù)不丟失。同樣的，在后續(xù)對(duì)系統(tǒng)的使用和維護(hù)過程中，需要DBA定期檢查圖數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容，并將需要保存的版本以JSON形式導(dǎo)出，作為備份。

②智能問答系統(tǒng)的構(gòu)建。在數(shù)據(jù)傳輸方面，使用Flask建立本地TCP/IP傳輸，從而實(shí)現(xiàn)前后端的數(shù)據(jù)交流。在答案構(gòu)建上，后端部分將從前端傳入的用戶問句，傳遞給文本分類模型和實(shí)體識(shí)別模型。文本分類模型使用Bert+Textcnn，將問句的類型返回。實(shí)體識(shí)別模型使用Bert+Bilstm+CRF，將問句的提問對(duì)象返回。當(dāng)文本分類模型結(jié)果為“問候”或“無法識(shí)別”時(shí)，進(jìn)入功能結(jié)構(gòu)圖中的“閑聊模塊”。當(dāng)文本分類模型能夠輸出醫(yī)學(xué)相關(guān)的結(jié)果，且實(shí)體識(shí)別模型同樣返回有效結(jié)果時(shí)，后端將在圖數(shù)據(jù)庫中通過Cypher語句，對(duì)實(shí)體識(shí)別模型的結(jié)果進(jìn)行查詢和匹配。將匹配結(jié)果按照回復(fù)模板組合反饋給前端。選擇什么樣的回復(fù)模板，是由文本分類模型的結(jié)果決定的。同時(shí)，任一模型識(shí)別結(jié)果為“無法識(shí)別”時(shí)，后端都需要將此時(shí)的用戶輸入語句記錄下來，以供后期改進(jìn)更新。

（三）系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)

在系統(tǒng)架構(gòu)方面，本文著重介紹平臺(tái)層和用戶層的設(shè)計(jì)。

1.平臺(tái)層

本文系統(tǒng)推薦在云服務(wù)器做好部署。具體分為兩部分：①Web應(yīng)用部署。②圖數(shù)據(jù)庫部署。其中，圖數(shù)據(jù)庫作為中間件，要求為版本Neo4j 5及以上，推薦使用Neo4j-Community-5.9.0版本。Web部署的安裝應(yīng)使用Shell腳本封裝好。

同時(shí)，本文系統(tǒng)也可以在用戶本地電腦部署。考慮到數(shù)據(jù)庫所占空間，此方法更適合于測試調(diào)試而非實(shí)際使用。

2.用戶層

針對(duì)問診功能，該系統(tǒng)的主要參與者為問診用戶。用戶通過系統(tǒng)可以查詢需要的藏醫(yī)藥知識(shí)，向智能問診提問，獲得回復(fù)。

針對(duì)圖數(shù)據(jù)庫管理功能，本文系統(tǒng)的主要參與者為相關(guān)專家。專家可以通過系統(tǒng)向藏醫(yī)藥圖數(shù)據(jù)庫添加數(shù)據(jù)項(xiàng)。一個(gè)完整數(shù)據(jù)項(xiàng)應(yīng)包括“實(shí)體——關(guān)系——實(shí)體”，即添加的數(shù)據(jù)實(shí)體A、與此數(shù)據(jù)A存在關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)B的名稱，以及數(shù)據(jù)A與B存在的關(guān)系定義。

除此而外，本文系統(tǒng)的主要參與者還包括數(shù)據(jù)庫管理人員（DBA）。數(shù)據(jù)庫管理人員主要對(duì)實(shí)踐過程中圖數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)的變化進(jìn)行維護(hù)，對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進(jìn)行迭代更新。一方面，問診用戶可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)中不存在的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行查詢或者提問。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄相應(yīng)的詞條，數(shù)據(jù)庫管理員會(huì)對(duì)此進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)。另一方面，相關(guān)專家在對(duì)圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改的過程中，可能造成數(shù)據(jù)重復(fù)、關(guān)系關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤等問題，數(shù)據(jù)庫管理員需要協(xié)助進(jìn)行處理。

根據(jù)執(zhí)行流程圖的操作流程，“問診用戶”對(duì)應(yīng)“用戶——輸入問題”和“用戶——查詢”，“相關(guān)專家”對(duì)應(yīng)“用戶——輸入問題”和“用戶——修改/查詢”。

四、系統(tǒng)組件與功能實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)基本組件說明

系統(tǒng)基本組件由主頁、詳情頁、智能問診頁面組成。

1.系統(tǒng)主頁

系統(tǒng)主頁主要對(duì)藏醫(yī)知識(shí)進(jìn)行圖文并茂的展示，從而激發(fā)用戶的興趣。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)庫的管理和操作，也部署在系統(tǒng)主頁。

2.詳情頁組件介紹

本文系統(tǒng)的詳情頁基于通過圖數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的知識(shí)圖譜動(dòng)態(tài)生成。將知識(shí)圖譜的內(nèi)容以網(wǎng)頁的形式展示出來。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中不存在此項(xiàng)實(shí)體時(shí)，顯示“不存在此項(xiàng)記錄”。

其中，詳情頁地址中共涉及三種實(shí)體。實(shí)體標(biāo)簽為lt;Diseasegt;，lt;Druggt;，lt;Foodgt;，分別對(duì)應(yīng)“疾病”“藥材”“食品”。實(shí)體ID為圖數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的ID。

（二）主要功能介紹

本文系統(tǒng)以圖數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，構(gòu)建藏醫(yī)知識(shí)圖譜，從而實(shí)現(xiàn)藏醫(yī)特色診療的展示與數(shù)據(jù)管理，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能問診系統(tǒng)。本文具體介紹系統(tǒng)涵蓋的三大功能：①藏醫(yī)特色診療展示：以疾病為中心構(gòu)建知識(shí)圖譜，可通過疾病名稱查看藏醫(yī)對(duì)相應(yīng)疾病的解釋，以及藏醫(yī)體系中對(duì)應(yīng)的治療藥材與推薦食品。②數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)前端對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的增加、刪除、修改與查詢，便于對(duì)藏醫(yī)數(shù)據(jù)庫的管理和操作。③智能問診：通過Bert+Textcnn模型對(duì)用戶的提問進(jìn)行意圖識(shí)別與分類，使用Bert+Bilstm+Crf提取用戶的識(shí)別對(duì)象。目前能夠?yàn)橛脩籼峁┫鄳?yīng)疾病的藏醫(yī)解釋，以及藏醫(yī)體系下對(duì)應(yīng)的治療藥材和推薦食品、禁忌。

1.藏醫(yī)特色診療展示

通過索引展示對(duì)應(yīng)的疾病介紹、藏醫(yī)解釋、對(duì)應(yīng)的治療藥材和推薦食品。

2.數(shù)據(jù)庫管理

對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的增查刪改，需要符合圖數(shù)據(jù)“實(shí)體——關(guān)系——實(shí)體”的特點(diǎn)。這里采取以“疾病”為中心實(shí)體，其他實(shí)體“食品”“藥材”作為關(guān)聯(lián)實(shí)體的方式。在添加關(guān)聯(lián)實(shí)體時(shí)，添加與對(duì)應(yīng)中心實(shí)體的關(guān)系。具體操作細(xì)化為“添加疾病種類”等6個(gè)操作。詳細(xì)見表3所示。

其中，前5種操作（不包括“查詢疾病”）為對(duì)圖數(shù)據(jù)庫的操作。按功能可大體分為兩類，一類是不涉及實(shí)體關(guān)系設(shè)定的，一類是涉及實(shí)體關(guān)系設(shè)定的。

關(guān)于不涉及實(shí)體關(guān)系的設(shè)定，以“添加疾病類型”為例，僅添加對(duì)應(yīng)的疾病實(shí)體。涉及實(shí)體關(guān)系設(shè)定，以“添加治療藥材”為例。由于“治療藥材”指的是某種疾病的治療藥材，涉及疾病和藥材兩種實(shí)體和對(duì)應(yīng)關(guān)系的構(gòu)建。所以，在添加時(shí)需要提供“疾病名”和“藥材名”。輸入后，圖數(shù)據(jù)庫中建立對(duì)應(yīng)的疾病實(shí)體和藥材實(shí)體，并建立“疾病－藥材”實(shí)體關(guān)系。

（三）智能問診

1.智能問診目前可以解答如下問題：①病因與疾病的藏醫(yī)解釋；②治療方法：藏醫(yī)治療藥材、推薦食品；③疾病禁忌：生活起居中的禁忌行為；④閑聊模塊：識(shí)別與疾病問診無關(guān)的問題，并提供一定的交互。

2.本文系統(tǒng)通過Bert+Textcnn意圖識(shí)別將問句分為不同類型，并分別進(jìn)行回復(fù)。具體為非疾病和疾病相關(guān)。對(duì)于非疾病相關(guān)問句，本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)了閑聊模塊，可以發(fā)送問候語與自我介紹，以及回應(yīng)數(shù)據(jù)缺失的情況。

3.對(duì)于疾病相關(guān)問句，本文系統(tǒng)可進(jìn)一步識(shí)別問題內(nèi)容，并從知識(shí)圖譜中查找，生成回復(fù)。具體內(nèi)容包括病因與疾病的藏醫(yī)解釋、治療方法，如藏醫(yī)治療藥材、推薦食品、疾病禁忌。

五、結(jié)束語

本研究以推廣和傳播藏醫(yī)文化為目標(biāo)，基于圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了藏醫(yī)智能問診系統(tǒng)。在提供基本的智能問答服務(wù)的同時(shí)，充分利用圖數(shù)據(jù)庫圖結(jié)構(gòu)的特性，動(dòng)態(tài)生成介紹網(wǎng)頁，并向相關(guān)專家和管理人員提供對(duì)數(shù)據(jù)庫的管理功能。此項(xiàng)設(shè)計(jì)填補(bǔ)了目前藏醫(yī)領(lǐng)域在智能問診系統(tǒng)方面的空白。圖數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理中具備較大潛力。在未來的工作中，相關(guān)人員可以利用圖數(shù)據(jù)庫的特性，存儲(chǔ)相應(yīng)藏醫(yī)藥材、食材、病癥的圖片，從而進(jìn)一步豐富前端的網(wǎng)頁展示內(nèi)容，并在智能問診系統(tǒng)中引入圖文交互的多模態(tài)功能。

作者單位：周澤先 劉曉靜 青海大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用學(xué)院

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