Представление знаний об анатомическом строении
Данные сегментированных анатомических структур и на макроскопическом, и на микроскопическом уровне независимо от того, представлены они в виде трехмерной поверхности сетки или извлеченной трехмерной области, часто желательно маркировать (давать имена с помощью меток) применительно к структурам на изображениях. Если имена берутся из контролируемой терминологии или онтологии, их можно использовать в качестве указателя в базе данных сегментированных структур, тем самым предоставляя качественные средства для сравнения структур или для поиска изображений, содержащих определенные структуры.
Если термины в словаре организованы так, чтобы устанавливать связи, истинные для всех случаев (как это происходит в «онтологиях»), они могут поддерживать системы, которые обрабатывают и извлекают содержимое изображений специальными (интеллектуальными) способами. Если анатомические онтологии связаны с другими онтологиями физиологии и патологии, они могут предоставить все более сложные знания о значении различных изображений и другие данные, которые становятся все более доступными в формате онлайн в базах данных. Такого рода знания (компьютера, а не ученого) потребуются для достижения плавной интеграции всех форм визуальных и невизуальных данных (изображения и не изображения соответственно).
На самом фундаментальном уровне терминологический стандарт Nomina Anatomica (Международный комитет по анатомической номенклатуре, 1989) и его преемник, Terminologia Anatomica (Федеральный комитет по анатомической терминологии, 1998), дают классификацию официально санкционированных терминов, связанных с макроскопическими и микроскопическими анатомическими структурами. Этот канонический список терминов, однако, был существенно расширен за счет синонимов, используемых в различных областях, а также дополнен большим количеством новых терминов, обозначающих структуры, исключенные из анатомической терминологии. Многие из этих дополнений присутствуют в различных контролируемых списках терминов [например, Medical Subject Headings (Национальная медицинская библиотека, 1999), Систематизированная номенклатура медицины (Systematized Nomenclature of Medicine) (Spackman et al., 1997), Read Codes (Schultz et al., 1997), GALEN (Reсtor et al., 1993)]. В отличие от классификации Terminologia Anatomica, эти словари полностью построены с использованием цифровых технологий и, следовательно, могут быть включены в компьютерные приложения.
На сегодняшний день проекты по классификациям и онтологиям были сосредоточены главным образом на расположении терминов конкретной области в иерархиях. Как было отмечено в отношении оценки классификации Terminologia Anatomica (Rosse, 2000), взаимосвязям между этими терминами уделялось недостаточно внимания. Отношения названы (например, «is-a» и «part-of»Отношение «is-a» указывает на то, что сущность «является» определенным объектом. При этом отношение «part-of» обозначает, что объект является частью другого объекта (Прим. ред.).), чтобы указать, как объекты, соединенные ими, связаны между собой (например, левая доля печени — часть печени). Связывание единиц с помощью отношений представляет собой кодирование знаний и используется компьютерными приложениями для формирования заключений. Как и анатомические разделы контролируемых медицинских терминов, стандарт Terminologia Anatomica смешивает отношения «-is a-» и «-part of» в анатомических сегментах их иерархий. Хотя такая неоднородность не препятствует использованию этих списков терминов для поиска на основе ключевых слов, эти программы не смогут поддерживать более высокий уровень знаний (рассуждений), необходимый для систем поддержки решений. Чтобы восполнить этот пробел, была разработана базовая модель анатомии (Foundational Model of Anatomy — FMA), помогающая сформулировать комплексное символическое описание структурной организации тела, включая анатомические понятия, их предпочтительные названия и синонимы, определения, атрибуты и взаимосвязи (Rosse et al., 1998 a, b; Rosse, Mejino, 2003).
В модели FMA анатомические объекты организованы в иерархии класс–подкласс с наследованием определяющих атрибутов по связи «is-a» и другими отношениями (например, частями, ветвями, пространственными соединениями), представленными в виде дополнительных параметров, связанных с понятием. В настоящее время FMA состоит из более чем 75 000, представленных 120 000 терминами, организованных более чем в 2,1 млн связей с использованием по 168 типам отношений. Эти понятия представляют структуры на всех уровнях: макроскопическом (разрешение до 1 мм), клеточном и макромолекулярном. Структуры мозга были добавлены путем интеграции NeuroNames с FMA в качестве базовой модели нейроанатомии (Foundational Model of Neuroanatomy) (Martin et al., 2001).
Модель FMA может быть полезной для организации и интеграции биомедицинской информации в виде символов, особенно при получении информации из изображений. Но для ответа на нетривиальные вопросы в нейробиологии и других областях фундаментальной науки, а также для разработки «умных инструментов», основанных на глубоких знаниях, также необходимо разработать дополнительные онтологии (например, для физиологических функций, опосредованных нейромедиаторами, и патологических процессов и их клинических проявлений, а также для рентгенологических проявлений, с которыми они коррелируют). Отношения, существующие между этими понятиями и анатомическими частями тела, также должны быть отчетливо смоделированы. Для достижения такого типа интеграции потребуются усилия в области информатики следующего поколения, которые связывают FMA и другие анатомические онтологии с отдельно разработанными функциональными онтологиями.