Nghiên cứu một số phương pháp của Trí tuệ tính toán ứng dụng trong Y học

Nghiên cứu một số phương pháp của Trí tuệ tính toán ứng dụng trong Y học

Nghiên cứu một số phương pháp của Trí tuệ tính toán ứng dụng trong Y học

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trí tuệ tính toán là phương pháp dùng để xử

lý các tình huống phức tạp trong đó hiểu biết của chúng ta là không chính xác

Y tế là một ngành đặc thù với nhiều vấn đề phức tạp và khó giải quyết

Ứng dụng Trí tuệ tính toán vào công tác quản lý điều hành và khám chữa bệnh là cần thiết và hiệu quả

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay vấn đề chẩn đoán trong Y tế còn gặp nhiều khó khăn do lượng dữ liệu lớn và độ tin cậy chưa cao…

Bệnh khớp là bệnh khá phổ biến ở Việt Nam

Chưa có hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh khớp được áp dụng tại các cơ sở khám chữa bệnh

Ứng dụng Trí tuệ tính toán nhằm hỗ trợ chẩn đoán bệnh khớp là giải pháp giúp chẩn đoán nhanh hơn, chính xác hơn

TRÍ TUỆ TÍNH TOÁN - CI

Khái niệm:

 Theo Bezdek: “Hệ thống CI được đặc trưng bởi khả

năng thích nghi tính toán, chịu lỗi, tốc độ tính toán cao, và lỗi ít bị nhiễu bởi các nguồn thông tin”.

 Theo Mark: “… mạng nơron, các thuật giải di truyền,

hệ mờ, lập trình tiến hóa và đời sống nhân tạo là những viên gạch tạo thành CI.”

 CI bao gồm logic mờ, mạng nơron nhân tạo, thuật giải di truyền, lập luận xác suất, các phương pháp học, lý thuyết hỗn độn, hệ chuyên gia…

TRÍ TUỆ TÍNH TOÁN - CI

Các thành phần của Trí tuệ tính toán

MẠNG NƠRON - NN

Mạng nơron: là một tập hợp các dây thần kinh

kết nối với nhau (theo nghĩa sinh học)

Mạng nơ-ron xác định hai khái niệm phân biệt:

 Mạng nơron nhân tạo

MẠNG NƠRON

Mạng nơron nhân tạo (ANN):

 Được McCulloch và Pitts đề xuất năm 1943.

 Dựa trên cấu trúc của bộ não con người

 Có thể thực hiện các bài toán nhận mẫu, tối ưu, nhận dạng và điều khiển cho các đối tượng tuyến tính và phi tuyến đạt hiệu quả hơn so với các phương pháp tính toán truyền thống.

 Bao gồm sự liên kết của nhiều nơron Đầu ra của mỗi nơron kết nối với các nơron khác thông qua các trọng số, hoặc tự phản hồi trở về đầu vào của chính nó.

HỆ CHUYÊN GIA - ES

Là một hệ thống được xây dựng trên máy tính

có khả năng giải quyết các bài toán như một chuyên gia người bằng cách sử dụng những tri thức chuyên môn được mô hình hóa qua các modul của chương trình

Một hệ chuyên gia được xây dựng từ 2 thành phần chính:

 Cơ sở tri thức (knowledge base)

 Cơ chế suy diễn (inference engine).

MÔ HÌNH HỆ CHUYÊN GIA

HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT

Kiến trúc Hệ chuyên gia dựa trên luật

HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT

Nhược điểm:

 Các sự kiện muốn đồng nhất, phải khớp nhau hoàn toàn → các sự kiện cùng một ý nghĩa phải giống nhau về cú pháp nhưng thực tế, ngôn ngữ tự nhiên lại không như vậy.

 Khó tìm mối quan hệ giữa các luật trong một chuỗi suy luận vì chúng có thể nằm rải rác trong CSTT.

 Có thể hoạt động chậm.

 Nhà phát triển phải hình dung mọi sự kiện ở dạng luật trong khi không phải bài toán nào cũng có thể thực hiện được điều này.

HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT

 Tận dụng được tri thức Heuristic.

 Có thể dùng biến trong luật, truy xuất chương trình ngoài.

HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT

Với những ưu điểm trên, HCG dựa trên luật là lời giải thích hợp cho những bài toán mà tri thức đầu vào được cung cấp bởi các chuyên gia bác

sĩ trong lĩnh vực y học

Với HCG dựa trên luật, các tri thức này có thể được mã hóa, cài đặt vào hệ thống, mô phỏng chính xác theo cách làm việc của các bác sĩ

Ví dụ điển hình là hệ MYCIN (HCG chẩn đoán bệnh nhiễm trùng máu) - thước đo cho nhiều HCG dựa trên luật sau này

LOGIC MỜ (FL)

Logic mờ được xây dựng như sự tổng quát hóa của logic đa trị, cho phép lập luận trên các đối tượng thực tế được định nghĩa không rõ ràng như các thực thể quan hệ

Giá trị chân lý có thể là một điểm trong khoảng

[0,1], hay là một nhãn như đúng, sai, rất đúng,

sai hơn…

Lý thuyết tập mờ và logic mờ là cơ sở phù hợp

và có thể ứng dụng vào việc phát triển các hệ thống dựa trên tri thức trong y học, đặc biệt trong Y học cổ truyền

LOGIC MỜ

Sự kiện mờ

 Với một hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh nói chung, tri thức của các bác sĩ chính là những sự kiện mờ Các sự kiện mờ này được mô tả dưới dạng các biến ngôn ngữ tương ứng Ví dụ:

• Biến ngôn ngữ X = “sưng khớp”.

• X có thể được mô tả dưới các giá trị ngôn ngữ: A

= {“hơi sưng”, “sưng vừa”, “rất sưng”}

• Sự kiện mờ được biểu diễn ở dạng: X is A.

LOGIC MỜ

Biểu diễn luật mờ

 Một luật mờ bao gồm: Các tiền đề chứa trong phần IF và kết luận chứa trong phần THEN Các tiền đề và kết luận trong luật mờ là những giá trị

mờ, được nối với nhau bằng toán tử AND Luật

mờ đơn giản được biểu diễn như sau:

LOGIC MỜ

Lý do sử dụng Lý thuyết tập mờ trong Hệ chuyên gia:

 Trao đổi thông tin theo cách “tự nhiên”.

 Cơ sở tri thức của một hệ chuyên gia là nơi chứa đựng kiến thức của con người

 “Xử lý sự không chắc chắn” chiếm một vai trò đặc biệt quan trọng trong hệ chuyên gia

Xây dựng hệ chuyên gia chẩn

đoán bệnh khớp với việc áp

BỆNH KHỚP và CHẨN ĐOÁN

Hàng năm có ~700-750 người mới mắc viêm khớp dạng thấp trên một triệu dân từ 15 tuổi trở lên, trong đó, khoảng 80% ở độ tuổi trung niên, chủ yếu là Viêm khớp dạng thấp (VKDT)

VKDT được coi là bệnh tự miễn với nhiều yếu tố ảnh hưởng như môi trường, cơ địa, di truyền, hoặc hoóc môn

Người mắc bệnh thường dễ nhầm lẫn với đau khớp thông thường nên không đi khám

Hiện nay chưa có phương pháp điều trị khỏi hẳn

BỆNH KHỚP và CHẨN ĐOÁN

Các thuốc điều trị hỗ trợ: Diclofenac, Ibuprofen, Meloxicam hay Corticoid được sử dụng để giảm đau và viêm tức thì, giúp bệnh nhân cảm thấy giảm bệnh nhưng lại phụ thuộc vào thuốc

MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN

TIÊU CHUẨN CHẨN ĐOÁN

Sử dụng tiêu chuẩn chẩn đoán lâm sàng bệnh Viêm khớp dạng thấp của ACR 1987 (American College of Rheumatology):

 (TC1) Cứng khớp buổi sáng kéo dài trên 1 giờ

 (TC2) Sưng đau kéo dài trên 6 tuần tối thiểu 3 vị trí trong số 14 khớp:

• Ngón tay gần (2), Bàn ngón (2), Cổ tay (2), Khuỷu (2), Gối (2), Cổ chân (2), Bàn ngón chân (2)

TIÊU CHUẨN CHẨN ĐOÁN

 (TC3) Sưng đau một trong 3 vị trí:

Chẩn đoán xác định khi có 4/7 tiêu chuẩn trở lên Các yếu tố 1,2,3 và 4 kéo dài ít nhất 6 tuần

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

Để xây dựng cơ chế suy diễn cho hệ, đầu tiên cần biểu diễn các tri thức về bệnh khớp do bác

sĩ cung cấp dưới dạng các quan hệ mờ

 Quan hệ triệu chứng - bệnh nhân: RSP

(mức độ xuất hiện của tổ hợp triệu chứng tiền đề ở bệnh nhân)

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

 Quan hệ khẳng định bệnh đối với bệnh nhân:

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

 Giá trị bệnh nhân P có mắc bệnh Dj hay không -

 Khi đó:

CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH

CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH

KẾT LUẬN

Hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh khớp bước đầu triển khai đã giúp:

 Bác sỹ chẩn đoán nhanh hơn, chính xác hơn.

 Giảm chi phí khám bệnh và thời gian chờ đợi cho bệnh nhân.

Tuy nhiên, Hệ còn có hạn chế do:

 Xây dựng trên môi trường Winform, chạy trên máy đơn lẻ nên chưa phát huy tác dụng đối với người dùng thông thường.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Xây dựng lại trên môi trường Web-based nhằm

mở rộng phục vụ đến những người quan tâm, giúp họ ý thức được tình trạng bệnh

Tiếp tục mở rộng với các mặt bệnh khác và chú trọng đến việc Tối ưu luật

Phổ biến cho người dùng tại Portal của Bệnh viện: www.nhtm.gov.vn

Thank You !