一种基于有向图的多模态医学数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有向图的多模态医学数据处理方法。有向图是图论中的经典数据结构，该结构由顶点和有向边相互连接构成。本发明专利技术针对现有多模态医学数据的处理方法无法同时提供足够的敏捷度和高性能的问题提出了一套可视化、交互性的解决方案：将各模态的固定功能的数据处理器定义为顶点；将数据的流动方向定义为有向边；有向边同时负责存储运行时数据；通过顶点和有向边的连接得到描述完整数据处理系统的有向图；用户通过有向图的绘制完成多模态医学数据处理系统的自定义设计；利用预先提供的顶点库为多模态医学数据处理系统的构建提供高重用性；有向图的解释执行以数据驱动的方式实现顶点之间的高性能乱序并发执行。动的方式实现顶点之间的高性能乱序并发执行。动的方式实现顶点之间的高性能乱序并发执行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有向图的多模态医学数据处理方法


[0001]本专利技术涉及医学数据分析、处理领域，尤其涉及到一种多模态医学数据处理方法。

技术介绍

[0002]多模态数据是指同一个对象，描述的方式不同（视角或领域不同），把描述这些数据的每一个领域或者视角叫做一个模态（Modality）。多模态医学数据通常指对同一个病人的多种采样方法形成的不同来源和性质的数据，包括但不限于医学影像数据、临床文本数据、生物组学数据、流行病学数据等。多模态医学数据的分析和处理需要引入各领域的数据处理系统及方法、需要将各领域的数据处理系统加以融合并建立各模态数据之间的关联体系。多模态医学数据的分析过程需要对数据处理系统做出快速迭代以适应不断变化的研究思路，现有固定功能的分析处理系统在综合分析和处理这些数据时通常无法同时提供足够的灵活度、敏捷性和高性能。本专利技术就是在这样的技术背景下提出的。

技术实现思路

[0003]针对现有固定功能的医学数据处理软件在处理多模态数据时存在的问题，本专利技术提出了一种基于有向图的多模态医学数据处理方法。所提出方法利用有向图结构上的特性，将基于有向图的多模态医学数据处理系统可视化设计和有向图的的解释执行相结合。其中的设计过程以交互式、可视化地方式建立各模态数据的关联体系，从而以免编程的方式敏捷、高重用地创建数据处理系统；其中有向图的解释执行过程依据规则范围内顶点间可乱序并发执行的机理、利用多种计算资源高效地执行目标数据处理任务。有向图由顶点和有向边构成，图1描述了所提方法中顶点的构成和有向边的运行时数据读写机制。
[0004]上述目的通过以下方案实现：1.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，该方法包含以下步骤：步骤一：从顶点库中选取顶点并添加到有向图中选择顶点库中用于处理各模态数据的顶点并添加到有向图中；所述顶点可被配置为各模态数据的加载器、运算器、保存器、观察器；步骤二：将顶点用有向边连接依据期望的数据流向将已添加到有向图中的顶点用有向边连接；如果有向图已经绘制完毕则进入步骤三，否则转到步骤一继续添加顶点；步骤三：有向图的解释执行不断地从有向图中找出处于可执行状态的顶点执行；执行完毕的顶点被设置为已执行状态；当所有顶点的状态都变成已执行状态时整图执行完毕。
[0005]2.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，步骤一中所述顶点库中的顶点包含：固定功能数据处理器、零至多个输入端口、零至多个输出端口、顶点内部数据、参数；每个顶点都有各自的用户界面与之相连，用于编辑参数、执行数据处理、查看状态；所述输入端口和所述输出端口包含数据定义和有向边连接口，数据定义包括数据类型（Type）和形状
（Shape）；顶点输入、输出端口的数据定义可由顶点的固定功能数据处理器类型、参数、内部数据以及连入有向边另一端的数据类型综合决定。
[0006]3.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，步骤二中所述有向边沿着从输出端口到输入端口的方向连接顶点，并存储运行时数据；与有向边相连接的顶点可以通过输入、输出端口读写运行时数据；有向边中存储的运行时数据的定义与所连入的输入、输出端口中的数据定义一致。
[0007]4.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，步骤二中所述有向边在连接创建前可以进行数据定义检查；所述数据定义检查包括：数据类型可接受性判定：当一个顶点的输入端口被有向边连入时，判断有向边另一侧输出端的数据类型是否可以被当前顶点接受作为指定端口的输入，如果可以则完成连接，否则弃用该有向边；数据类型连锁检测：通过所述数据类型可接受性判定并完成连接后，当一个顶点的某些输出端口的数据类型由某些输入端口的数据类型决定时，应当继续进行数据类型连锁检测：输入端口连入有向边后依据顶点固定数据处理器的类型、参数、内部数据、所连入输入端口的数据类型动态更新输出端口的数据定义，如果确实出现了输出端口数据定义的更新，则继续沿着该输出端口的方向连锁触发下一个顶点的数据类型可接受性判定和数据类型连锁检测，直到输出端口不再有顶点或数据类型可接受性判定失败或不再有数据定义的更新为止。
[0008]5.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，步骤三种所述顶点的执行具体指：将与所述顶点输入端相连接的有向边存储的运行时数据作为该顶点的固定功能数据处理器的输入，将该顶点的固定功能数据处理器的输出写入与输出端口相连的有向边中。
[0009]6.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，步骤三中所述顶点状态由以下规则确定：1）当与一个顶点所有输入端口相连的有向边都已经写入数据（也包括输入端口数为零的情况）且与所有输出端口相连的有向边都没有写入数据时，该顶点处于可执行状态；2）当一个顶点执行完毕后，该顶点处于已执行状态；3）当一个顶点既不处于可执行状态也不处于已执行状态，该顶点一定处于待执行状态。
[0010]7.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，步骤三中所述顶点执行的规则还包括：在任意时刻下同时处于可执行状态的顶点间可乱序并发执行。
[0011]有益效果 本专利技术和现有方法相比，具有以下优点：1.本专利技术的最大创新在于提供了一种多模态医学数据处理的免编程、可视化方案：利用有向图实现多模态医学数据处理系统的设计和执行；2.有向图中的顶点在解释执行过程中可自动乱序并发执行，显著提高了目标系统的执行效率。顶点间的乱序并发是指规则范围内的顶点执行顺序不会影响最终结果，因而解释执行过程就能够依据当前可用的计算资源和顶点的特性决定顶点执行顺序和计算资源的配置策略。例如，当CPU核空闲时可以优先执行适合CPU运算的顶点；GPU空闲时可以优先执行适合GPU运算的顶点；磁盘读写量大的顶点可以优先和计算需求高的顶点并发执行等；3.顶点与外界的耦合仅限于与之相连的有向边，顶点的低耦合特性显著提高了数
据处理单元的可重用性和配置的灵活性。例如，顶点能够被配置为多种软件包的调用器，从而在一张有向图中实现跨数据类型、跨操作系统、跨语言、跨硬件、跨协议的综合数据分析处理系统。例如，将一个顶点的固定功能数据处理器配置为Shell命令，就能够实现Python、Matlab、R语言的外部调用；将一个顶点的固定功能处理器配置为Remote Procedure Call（RPC），则可以动态请求远程计算资源完成计算。
附图说明
[0012]图1是顶点内部结构和向边顶点连接图；图2是优选实施方案的用户界面布局图；图3是一个描述了多模态医学数据处理系统的有向图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对所提出的一种基于有向图的多模态医学数据处理方法的优选实施方案做详细说明。优选方案首先实现了一款医学数据处理系统设计软件，并用此软件设计完成了一个癫痫研究领域的多模态医学数据处理系统。软件使用C++语言开发，为了提供理想的可视化和交互性用户界面、交互设计系统、数据可视化均在OpenGL环境下实现。如图2所示，设计软件的用户可以从顶点库中选取需要的顶点放置到有向图绘制区域；添加到有向图中的顶点同时显示在当前顶点列表区域中；当用户在有向图绘制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤一：从顶点库中选取顶点并添加到有向图中选择顶点库中用于处理各模态数据的顶点并添加到有向图中；所述顶点可被配置为各模态数据的加载器、运算器、保存器、观察器；步骤二：将顶点用有向边连接依据期望的数据流向将已添加到有向图中的顶点用有向边连接；如果有向图已经绘制完毕则进入步骤三，否则转到步骤一继续添加顶点；步骤三：有向图的解释执行不断地从有向图中找出处于可执行状态的顶点执行；执行完毕的顶点被设置为已执行状态；当所有顶点的状态都变成已执行状态时整图执行完毕。2.根据权利要求1中所述的一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，其特征在于，步骤一中所述顶点库中的顶点包含：固定功能数据处理器、零至多个输入端口、零至多个输出端口、顶点内部数据、参数；每个顶点都有各自的用户界面与之相连，用于编辑参数、执行数据处理、查看状态；所述输入端口和所述输出端口包含数据定义和有向边连接口，数据定义包括数据类型(Type)和形状(Shape)；顶点输入、输出端口的数据定义可时由顶点的固定功能数据处理器类型、参数、内部数据以及连入有向边另一端的数据类型综合决定。3.根据权利要求1中所述的一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，其特征在于，步骤二中所述有向边沿着从输出端口到输入端口的方向连接顶点，并存储运行时数据；与有向边相连接的顶点可以通过输入、输出端口读写运行时数据；有向边中存储的运行时数据的定义与所连入的输入、输出端口中的数据定义一致。4.根据权利要求1中所述的一种基于有向图的多模态医学数据处理方法，其特征在于，步骤二中所述有向边在连接创建前可以进行数据定义检查；所述数据定义检查包括：数据类型可接受性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淼，
申请(专利权)人：王淼，
类型：发明
国别省市：