CN114121295A - 一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，该方法得到的知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统包括患者信息录入模块、患者信息存储模块、基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗推荐模块、患者匹配模块、统计分析模块、诊疗推荐模块、知识图谱构建模块、以及图谱分析模块。本发明从诊疗规范和真实世界诊疗案例出发，通过患者匹配，统计分析，知识图谱自动构建和知识推理等众多模块，针对肝癌病症提供个性化诊疗方案推荐，给医生提供精准高效的诊疗建议，辅助医生进行诊疗优化，提升医生的工作效率。

Description

一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法

技术领域

本发明涉及医疗信息领域，特别涉及一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法。

背景技术

目前医院已经存在使用临床决策支持系统(Clinical Decision SupportSystem,CDSS)来进行病例、患者管理。但目前CDSS对诊疗流程及风险预测，主要是通过人工规则的方式进行设定，医生只能单纯的查看、编辑这些数据，缺少有效的分析。随着技术的发展，有学者研究通过患者信息，构建知识图谱，挖掘出有用的医学知识数据，并利用挖掘出来的知识帮助医生优化诊疗流程。

但是知识图谱数据构建本身要求较高，在实际应用中，可能由于知识图谱数据规模较小，数据粒度较大，数据错误过多等无法真正应用于实际的医疗工作。同时由于数据过于丰富，可能带来缺乏场景定制化，忽略了不同患者人群之间的差异性，导致实际使用中指导性较差。

针对上述弱点，部分研究者通过限定研究范围，专注于乳腺癌，通过对专业临床文档进行解析，处理；并对抽取的知识构建知识图谱，形成诊疗方案规则库，辅助医生进行诊疗方案选择。

随着人工智能技术的发展，部分研究者利用医疗影像对患者预后进行预测，辅助医生进行个体化精确治疗。

综上所述，目前并没有一种针对肝癌的，基于真实世界诊疗案例和临床诊疗规范相结合的实用性强的诊疗推荐系统。因此，一种能够有效针对肝癌病症进行诊疗方案推荐的系统是目前急需的医疗系统之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，该方法得到的系统可以从诊疗规范和真实世界诊疗案例出发，通过患者匹配，统计分析，知识图谱自动构建和知识推理等众多模块，针对肝癌病症提供个性化诊疗方案推荐，给医生提供精准高效的诊疗建议，辅助医生进行诊疗优化，提升医生的工作效率。

本发明的技术方案是，一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其包括：

建立用于获取医疗数据和患者基本信息的患者信息录入模块；

建立用于存储患者基本信息及各项临床诊疗信息的患者信息存储模块；

根据《原发性肝癌诊疗规范》建立基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗推荐模块，所述肝癌分期及诊疗推荐模块用于根据临床诊疗信息对已确诊患者进行肝癌分期，并给出诊疗规范中推荐的治疗方案；

建立患者匹配模块，所述患者匹配模块用于从患者信息存储模块中寻找与目标患者相似的患者人群；

建立统计分析模块，所述统计分析模块用于对所述患者匹配模块筛选出的患者人群的临床诊疗数据进行统计分析，得到相似患者人群的诊疗方式以及预后情况；

构建诊疗推荐模块，所述诊疗推荐模块，用于根据统计分析模块中相似患者人群的诊疗方式及其预后情况，进行诊疗方式推荐；

构建知识图谱构建模块，所述知识图谱构建模块用于提取患者匹配模块筛选出的患者人群的各项实体和关系，并构建知识图谱；

构建图谱分析模块，所述图谱分析模块，用于对知识图谱构建模块创建的知识图谱，利用知识推理的方式进行分析以对诊疗推荐模块所推荐的诊疗方式进行筛选。

本发明的进一步改进在于：所述患者信息录入模块从医院信息系统中自动化采集或通过人工输入的方式获取患者的各项信息。

本发明的进一步改进在于：患者信息存储模块的构建过程包括患者主索引构建，患者历次诊疗记录归一化，患者治疗结果分析，患者预后数据解析；并通过别名词典对重复的实体进行去重操作。

本发明的进一步改进在于：基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗推荐模块的构建过程以《原发性肝癌诊疗规范》为数据源，进行肝癌分期推理规则抽取和诊疗方案抽取，形成了肝癌诊疗方案规则库。

本发明的进一步改进在于：患者匹配模块通过患者基本信息、肝功能检验项、心脏标志物检验项、甲状腺功能检验项、临床诊断、局部治疗方式和使用药物史，从具有肝癌患者库的患者信息存储模块中匹配相似患者。

本发明的进一步改进在于：所述统计分析模块用于对患者匹配模块筛选出的相似肝癌患者人群的各项临床数据进行统计分析；临床数据包括：预后指标、性别统计、年龄统计、复发率统计；其中，预后指标包括：组织类型、脉管侵犯、大体分型、手术方式、肝癌分级、肝被膜是否侵犯、病理组织类型。

本发明的进一步改进在于：系统诊疗推荐模块根据相似患者病历，通过相似肝癌患者的复发率统计实现肝癌诊疗方式推荐。

本发明的进一步改进在于：知识图谱构建模块用于对系统匹配的相似肝癌患者，提取肝癌疾病、肝癌用药、诊断、检查、治疗方式、肝癌病历的实体，并提取对应的关系和属性，构建真实世界相似肝癌病历的知识图谱。

本发明的进一步改进在于：所述图谱分析模块提供对生成的图谱提供基于图结构的知识推理功能，对复发率较低的诊疗方式，检查方式，药物名称进行推理和突出显示，给出诊疗方式推荐。

本发明的有益效果为：

1)通过对中华人民共和国国家卫生健康委员会医政医管局发布的《原发性肝癌诊疗规范》等肝癌诊疗指南进行规则化，实现了肝癌智能分期模块，能够基于肝癌智能分期模块，对肝癌患者提供基于诊疗规范的诊疗方案；

2)从医院信息系统中提取了真实世界的大量肝癌患者的临床数据和诊疗方案等，形成了肝癌患者诊疗病例历史库；

3)通过诊疗历史库，能够从肝癌患者诊疗病例历史库中匹配目标患者的相似病例，并根据相似病例采用的诊疗方案、复发率和生存期等，选择更具有针对性，更优质的诊疗方案；

4)提供自动构建知识图谱的功能，能够对相似患者群体自动构建知识图谱，通过知识推理的方式，将相似患者人群中复发率低，生存期长的治疗方案予以推荐；

附图说明

图1是本发明方法构建的肝癌诊疗推荐系统的各模块组成架构图；

图2是本发明方法构建的肝癌诊疗推荐系统的患者数据录入模块的数据采集和数据处理过程；

图3是面向医疗诊疗领域的知识图谱构建架构；

图4是基于诊疗规范的肝癌诊疗方案推荐使用截图；

图5是患者匹配模块，统计分析模块的使用截图；

图6是知识图谱构建模块，图谱分析模块的使用截图。

具体实施方式

实施例：结合图1、图2以及图3，本实施例提供一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，该方法依次构建患者信息录入模块、患者信息存储模块、基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗推荐模块、患者匹配模块、统计分析模块、诊疗推荐模块、知识图谱构建模块、以及图谱分析模块，形成知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统，该系统可以从诊疗规范和真实世界诊疗案例出发，通过患者匹配，统计分析，知识图谱自动构建和知识推理等众多模块，针对肝癌病症提供个性化诊疗方案推荐，给医生提供精准高效的诊疗建议，辅助医生进行诊疗优化，提升医生的工作效率。

患者信息录入模块用于获取医疗数据和患者基本信息，其采用两种信息获取方式：其一，通过在页面中手动填写所需要录入的各项信息，录入到系统中，称为病情录入系统；其二，通过自研的ETL工具(信息仓库工具，Extract-Transform-Load)，从医院的各个信息系统中获取目标患者人群的各项临床诊疗信息和基本信息等。患者信息录入模块的构建过程可采用现有的框架进行实现。

病情录入系统满足用户根据界面提示，输入肝癌患者当前所需的各类病情指标，包括全身状态检查(PS级别，分为0-4)、肝功能检查(Child-Pugh，分为A-C级)、肝外转移情况、血管侵犯情况、肿瘤数量情况、肿瘤大小等基础肝癌临床分期诊断信息。本发明包含两种病情录入方式:指标录入方式，如用户明确患者各项病情指标(全身状况检查分数、肝功能检查结果、肝外转移情况、血管侵犯情况、肿瘤数目、肿瘤大小)，用户可直接通过表单录入的方式进行病情录入；智能诊断方式录入，在医生不明当前患者各项指标的前提下，系统可通过层层引导的方式辅助用户录入该患者的病情指标。

参见图2，本发明采集的海量医疗病例资源包括：病人基本信息、实验室检查项、影像检查、手术相关信息、药物相关信息、预后指标等。由于在实际临床实践中，对同一症状、同一形状或者诊疗建议，不同的人会有不同的描述习惯；对同一个检验项目，由于检验设备编码不同会导致检验数据系统中检验项目的唯一编码不同等。这就导致在临床数据中患者的各项临床信息实体存在口语化、个性化等差异。因此在构建肝癌病例知识图谱的过程中，需要对各项临床数据进行预处理。

参见图2，本发明对数据进行分层管理，包括数据基础层、数据细节层、数据应用层等，并且整体以离线日更的方式进行数据同步和数据更新。其中数据基础层保存从医院信息中采集的各项原始数据，并对每一个数据来源构建相关的备份表，以支持数据更新；经过对数据基础层中的数据进行筛选、融合和初步的整理，形成数据细节层；根据肝癌病例库的建设要求，筛选数据细节层中的肝癌患者，并进行数据去重，最终形成数据服务层，具体的医疗实体包括：药物相关、实验室检查项相关、手术相关信息、影像检查相关信息、病人基本信息、预后指标相关等。数据服务层中肝癌患者的病理报告、病史等信息多是以文本的表现形式呈现出来，因此需要制作关键词字典表，以关键词字典表为基础，通过正则表达式、自然语言处理等文本处理方式提取相关实体，最终形成应用服务层。应用服务层肝癌患者病例库，中包括两个主要部分：主表(事实表)和领域表(维表，其中保存各项实体)，应用服务层为知识图谱构建提供了数据基础。本发明使用neo4j来保存构建的知识图谱，使用mysql、postgresql数据保存基础数据。

经《临床医师癌症杂志》统计，肝癌是中国常见癌种之一，2020年中国约有39.1万人死于肝癌。肝癌的分期对于预后评估、合理治疗方案的选择至关重要。中华人民共和国国家卫生健康委员会医政医管局发布的《原发性肝癌诊疗规范》得到了全国临床医师的认可和遵循。国外有多种分期方案，如：BCLC、TNM、JSH、APASL等。结合中国的具体国情及实践积累，依据病人一般情况、肝肿瘤情况及肝功能情况，建立中国肝癌的分期方案(China livercancer staging，CNLC)，包括：CNLC Ia期、Ib期、IIa期、IIb期、IIIa期、IIIb期、IV期。本发明基于《原发性肝癌诊疗规范》以及各类肝癌类的医学文献所提供的相应诊断流程，将其中所涉及的各项肝癌诊断指标进行拆分、量化，提取各类诊断指标进行系统化设计，实现基于诊疗规范的肝癌分期模块及诊疗方案推荐模块。

基于诊疗规范的肝癌分期模块及诊疗方案推荐模块，是基于原发性肝癌诊疗规范以及各类肝癌诊疗的相关指南，通过提取或医生填写当前病患者的各类基础信息、体征状况、检查状况、诊断结果等判断肝癌病情的指标信息，通过相应的规则引擎，将对当前肝癌患者辅助分期判断，并根据其分期情况，自动匹配推荐相应的治疗解决方案。

患者匹配模块提供对患者信息存储模块中的病例进行检索和匹配的功能，根据患者的年龄、性别、初诊、复诊、手术、实验室检查项等信息，匹配有相似指标的病人，得到一个实体集。对该实体集的病人，关联其病理报告，提取预后指标作为关键属性进行提取，并显示。

统计分析模块，首先对相似肝癌患者病例实体集的各类诊疗方式和预后指标进行统计，例如：患者5年成活率数据统计情况、患者复发率统计情况、预后指标(组织类型、脉管侵犯、肉眼类型、肝癌分级、肝被膜等)、手术方式等，在此基础上可进一步针对该实体集进行年龄区间、性别的划分，或针对患者的其它身体指标情况划分，分别统计相关的数据分布情况。供用户参考当前方案的总体实施效果，为患者预后做出相应的判断，提供充足的肝癌患者数据统计依据。

知识图谱构建模块：将数据分为病人、检查、诊断、治疗、药物五个领域，再从病人的实验室检查项类别、影像检查报告、手术、和医嘱中提取实体，以患者为中心建立实体联系，自动构建图谱。

面向医疗诊疗领域的知识图谱构建架构应包括医学知识抽取，包括实体、关系、属性的抽取；医学知识融合；医学知识推理和质量评估五个部分。在前期医院特色的肝癌知识库和知识图谱构建的基础上，从诊断和治疗两个方面，发挥知识图谱在推理和辅助决策方面的作用，构建肝癌治疗辅助决策系统。为了便于理解本申请实施例提供的技术方案，下面先对一些技术名词进行解释。

定义1(肝癌相关医学实体E)：

肝癌相关医学实体E包含肝癌患者临床诊疗过充中记录的各种可唯一标识的医学实体，通常包括了患者实体，基本信息实体，实验室检查项实体，影像检查项实体，药物史实体，手术史实体，预后指标实体等。

定义2(肝癌相关医学事实关系R)：

肝癌相关相医学事实关系表示不同肝癌相关医学实体之间所发生的医疗事实联系即R[Ei,Ej]，其中Ei，Ej为肝癌相关医学实体，R具体可包括隶属关系、示例关系、属性关系、特征描述关系和诊断关系等。

在定义了上述肝癌医学实体和医学事实关系的基础上，肝癌知识图谱的形式化定义如下：

定义3(肝癌疾病知识图谱G)：肝癌病例知识图谱为一张有向标签图G＝(E,R)，其中E为知识图谱中的实体，用于表示肝癌患者实体以及肝癌患者各项临床数据实体的集合；R为知识图谱的边集，用于表示实体之间的事实关系。

定义4(肝癌病例数据库)：通过真实世界中大数据量的肝癌患者的各项临床数据实体进行数据去重，数据关联，文本识别，字段提取等数据预处理操作后得到的肝癌病例主表和领域表，称为肝癌病例数据库。

定义5(相似肝癌患者病例实体集)：通过患者匹配模块，在肝癌病例数据库中根据患者的年龄、性别、初诊、复诊、手术、实验室检查项等信息，匹配有相似指标的肝癌患者病例，得到一个实体集，称为相似肝癌患者病例实体集。

图谱分析模块，是用于对基于相似肝癌患者病例实体集所构建的知识图谱进行分析和展示。基于知识图谱，以及真实世界中的相似肝癌患者病例实体集各项病情信息，如检查的各项指标、分期结果、治疗方案等，每一个检查指标、分期结果、治疗方案中都可从知识图谱中寻找到相应节点，并围绕这个节点寻找与其相关联的知识图谱信息，内容包括护理常识、药品常识、风险信息、禁忌信息、适用信息等，辅助医生对当前肝癌患者提供一套完整的治疗方案以及日常护理方案。

参见图3，面向医疗诊疗领域的知识图谱构建架构应包括医学知识抽取，包括实体、关系、属性的抽取；医学知识融合；医学知识推理和质量评估五个部分。在前期医院特色的肝癌知识库和知识图谱构建的基础上，从诊断和治疗两个方面，发挥知识图谱在推理和辅助决策方面的作用，构建肝癌治疗辅助决策系统。

根据本发明方法构建的系统包括：患者信息录入模块，患者信息存储模块，基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗方案推荐模块，患者匹配模块，统计分析模块，诊疗推荐模块，知识图谱构建模块，图谱分析模块等八个模块。除基本模块以外，有两个核心部分：基于诊疗规范的肝癌诊疗方案推荐和基于真实世界病例的肝癌诊疗方案推荐。下面将从两个核心模块介绍本发明的使用。

1.基于诊疗规范的肝癌诊疗方案推荐

参见图4，肝癌智能分期系统参照国内主流的肝癌分期标准，在系统中实现智能肝癌分期逻辑。基于医生所输入的各项病患因素、指标等信息，系统可通过规则引擎，将现实中的医疗诊断分期任务通过量化的方式，转换成计算机可理解计算的形式，通过提前设定好的规则交由肝癌智能分期模块计算，将现实中复杂的肝癌分期诊断流程还原至系统模块上，使计算机可以根据各项指标的情况，计算出患者当前的肝癌分期情况该功能可根据用户需要，在各个指标不明的情况下，该功能模块可提供相应的患者病情检查知识，供医生引导患者完善前期身体各项检查。协助医生在前期诊断期间能够掌握肝癌患者的病情指标。

用户可通过智能诊断或指标录入的方式将病人的病情指标进行完整录入，通过系统计算病情的各项指标，以及最终对指标的判断，最终生成肝癌病人的分期结果。治疗方案推荐是基于目前专业的肝癌治疗指南，构建分析模型，通过系统量化、分析的方式，将病患的当前各类指标信息、患者分期情况等属性进行计算、比对，为医生推荐当前较为符合该患者的治疗方案。

2.基于真实世界病例的肝癌诊疗方案推荐

参见图5，在患者匹配模块，可通过输入患者姓名或住院号等从患者信息存储模块中自动调取患者诊疗信息，并匹配相似肝癌患者，形成相似肝癌病例实体集，并对该实体集的病例，关联其病理报告，提取预后指标作为关键属性进行显示。同时，对该实体集的各项预后指标，治疗方式，基本信息等进行统计分析和展示，以治疗方式的频率和复发率的高低来进行综合的诊疗方案推荐。

参见图6，是基于相似肝癌患者病例实体集所构建的知识图谱。真实世界的各项病情信息，如检查的各项指标、分期结果、治疗方案等都可从知识图谱中寻找到相应节点，并围绕这个节点寻找与其相关联的知识图谱信息，内容包括护理常识、药品常识、风险信息、禁忌信息、适用信息等。

其中带“星号”的是肝癌病例实体集中复发率较低的实体，辅助医生对当前肝癌患者提供一套完整的治疗方案以及日常护理方案。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于包括：

建立用于获取医疗数据和患者基本信息的患者信息录入模块；

建立用于存储患者基本信息及各项临床诊疗信息的患者信息存储模块；

根据《原发性肝癌诊疗规范》建立基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗推荐模块，所述肝癌分期及诊疗推荐模块用于根据临床诊疗信息对已确诊患者进行肝癌分期，并给出诊疗规范中推荐的治疗方案；

建立患者匹配模块，所述患者匹配模块用于从患者信息存储模块中寻找与目标患者相似的患者人群；

建立统计分析模块，所述统计分析模块用于对所述患者匹配模块筛选出的患者人群的临床诊疗数据进行统计分析，得到相似患者人群的诊疗方式以及预后情况；

构建诊疗推荐模块，所述诊疗推荐模块用于根据统计分析模块中相似患者人群的诊疗方式及其预后情况，进行诊疗方式推荐；

构建知识图谱构建模块，所述知识图谱构建模块用于提取患者匹配模块筛选出的患者人群的各项实体和关系，并构建知识图谱；

构建图谱分析模块，所述图谱分析模块用于对知识图谱构建模块创建的知识图谱利用知识推理的方式进行分析以对诊疗推荐模块所推荐的诊疗方式进行筛选。

2.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：所述患者信息录入模块从医院信息系统中自动化采集或通过人工输入的方式获取患者的各项信息。

3.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：患者信息存储模块的构建过程包括患者主索引构建，患者历次诊疗记录归一化，患者治疗结果分析，患者预后数据解析；并通过别名词典对重复的实体进行去重操作。

4.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：基于诊疗规范的肝癌分期及诊疗推荐模块的构建过程以《原发性肝癌诊疗规范》为数据源，进行肝癌分期推理规则抽取和诊疗方案抽取，形成了肝癌诊疗方案规则库。

5.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：患者匹配模块通过患者基本信息、肝功能检验项、心脏标志物检验项、甲状腺功能检验项、临床诊断、局部治疗方式和使用药物史，从具有肝癌患者库的患者信息存储模块中匹配相似患者。

6.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：所述统计分析模块用于对患者匹配模块筛选出的相似肝癌患者人群的各项临床数据进行统计分析；临床数据包括：预后指标、性别统计、年龄统计、复发率统计；其中，预后指标包括：组织类型、脉管侵犯、大体分型、手术方式、肝癌分级、肝被膜是否侵犯、病理组织类型。

7.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：系统诊疗推荐模块根据相似患者病历，通过相似肝癌患者的复发率统计实现肝癌诊疗方式推荐。

8.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：知识图谱构建模块用于对系统匹配的相似肝癌患者，提取肝癌疾病、肝癌用药、诊断、检查、治疗方式、肝癌病历的实体，并提取对应的关系和属性，构建相似肝癌病历的知识图谱。

9.根据权利要求1所述的一种知识图谱驱动的肝癌诊疗方案推荐系统的构建方法，其特征在于：所述图谱分析模块提供对生成的图谱提供基于图结构的知识推理功能，对复发率较低的诊疗方式，检查方式，药物名称进行推理和突出显示，给出诊疗方式推荐。

Images