【TCMKB】使用Neo4j构建中医哮喘知识图谱的初步探索

目    录

1.  中医临床知识图谱

2.  数据加工和准备

3.  将数据导入Neo4j数据库

4.  基本查询案例

5.  面向方药推荐的路径查询案例

6.  小结

1.中医临床知识图谱

知识图谱技术可以帮助我们建立疾病、证候、症状、治法、方剂、药物等核心概念之间的关系，把各种中医临床知识资源关联起来，实现资源的整合。Neo4j图数据库（Graph Database）是基于图论实现的一种新型NoSQL数据库，Neo4j在中医药知识图谱技术体系中可作为图数据的存储仓库，支持各种图算法和应用。

在信息所数据资源（特别是10余万临床医案）的基础上，可以构建“病、证、症、方、药”等核心概念所构成的知识图谱，将事实型知识转换为概念性知识，更好地支持临床研究并辅助临床决策。例如，基于临床知识图谱，可建立临床表现（症状、证候、疾病）与方剂、中成药之间的关系，据此向用户推荐药物疗法（推荐算法）；也可检索与用户当前病历相关的医案、指南和知识库内容，辅助用户进行决策。

为实现上述想法，我们选择“中医治疗支气管哮喘”作为专题，在前期工作“中医哮喘专题知识库”的基础上，将中医临床数据集导入Neo4j图数据库中，并通过一些查询进行了测试。下一步拟实现图搜索、中成药推荐等功能。在本文中报告了初步的实验结果。

2.数据加工和准备

在前期工作中，已采集文献中关于名医、诊疗、病理、药物等方面的数据，从而建立了中医治疗支气管哮喘专题的结构性数据库。该数据库对中医哮喘诊疗技术的相关数据进行了全面采集和存储，内容包括：古今外文献、诊疗规范、方剂、中药、临床研究、名医经验、医案、实验、养生保健、诊疗技术、不良反应、西药、实验室检查等内容，数据量达到八万余条。

如图 1 所示，我们从数据库中提取出病、证、症、方、药等实体的信息，以及病证关系、方证关系、治疗关系、药证关系、方剂组成关系、药症关系等实体间关系，构成中医临床知识图谱。接下来，拟基于知识图谱实现的第一个应用是中成药推荐。其基本思想是，根据知识图谱之中疾病、证候、症状、病因及方药功效之间关系，搜寻临床表现与中成药之间的路径，这些路径就代表了临床表现与中成药之间的潜在关系，或者说在某个场景下可以适用或不适用的中成药（可推广到方、药等其他疗法）。具体的路径可以包括：

反过来，“禁忌推荐”的路径包括：

图1中医临床知识图谱示意图

3. 将数据导入Neo4j数据库

使用Python语言编写程序，将知识图谱的内容导入Neo4j图数据库（如图 2所示）。在知识图谱中，将中药、中成药、方剂、功效、症状、疾病、证候、病因、化学成分等概念设定为节点，建立节点之间的上下位关系和相关关系。通过节点的属性，表示每个实体的信息。例如，可将中药的拉丁文全名、中文药名、药物疗效归属、药性、药味、功效、中文拼音、来源等设置为节点的属性。

图2在Neo4j中展示中医临床知识图谱

如图 3 所示，

图3 通过Neo4j对中医临床知识图谱进行查询处理

4. 基本查询案例

查询 1 ：查询某个节点（如中成药“儿童清肺口服液”）的信息

图4 查询中成药“儿童清肺口服液”的信息

查询 2 ：查询“止血药”有哪些？

图5 查询“止血药”有哪些

查询 3：查询“菊科”的中草药

       通过“上位词”构成的路径查询，可找出属于同一科（如“菊科”）的植物。

图6 查询“菊科”的中草药

查询4 ：与“人参”为同一属的植物

      通过“上位词”构成的路径查询，可找出与某味中草药（如人参）属于同一属的植物。

图7 查询与“人参”同一属的中草药

查询 5 ：搜索“白茅”的信息

在搜索某一个药物时，可以展示出与这个药物的直接相关的药性、药味、药物功效、药物别名、中文属名、中文科名、拉丁文属名、拉丁文全名，具体如下：

图8 查询与“白茅”的信息

查询 6 ：搜索“葱属”的植物

       在搜索某一个拉丁文属名时，可以展示出与这个属名相关的中文科名、中文属名以及其直接相关药物（即它的下位词：种）的中文药名、药性、药味、药物功效归属名，具体如下：

图9 查询“葱属”的植物

5. 面向方药推荐的路径查询案例

查询 7 ：证候——症状——功效——中成药路径查询

       基于知识图谱的路径查询（如证候——症状——功效——中成药），可以发现证候/疾病与中成药之间的治疗关系，从而帮助我们进行中成药推荐。例如：如果肺经痰热具有痰多粘稠，气促等临床表现，而痰多粘稠，和气促一般用化痰，平喘的治法治疗，那么如果儿童清肺口服液具有化痰，平喘的功效，那么就可以治疗肺经痰热的证候

图10 基于图路径查询进行中成药推荐

查询 8 ：证候——病因——功效——中成药路径查询

图11 基于“证候——病因——功效——中成药”进行中成药推荐 

查询 9 ：证候——功效——中成药路径查询

本查询在证候与中成药之间以“功效”为中介建立关系。查询结果将返回所有证候-功效之间的路径（长度在1~5之间）。返回值可返回路径（path）、中成药名称列表、或中成药实体。

查询 9 ：症状——功效——中成药路径查询

      在某一临床场景中，根据患者的一些症状，可以沿着症状——功效——中成药路径进行搜索，找到中成药，也可以按照某种规则对其进行排序。

6. 总结

采用知识图谱和Neo4j图数据库技术，可基于中医临床数据建立病、证、症、方、药等核心概念的知识网络，实现中医临床知识体系的可视化，帮助专家梳理医案中蕴含的知识,帮助中医药工作者研究历代医家的用药规律和治疗方法。中医临床知识图谱的构建和分析工作才刚刚起步，本文档汇报了数据准备和导入的初步结果。接下来还要深入学习Neo4j的高级功能，在中医临床知识图谱上实现处方和中成药推荐等功能。

本文作者：于彤。转载请注明出处。