Xây dựng chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị các bệnh lý tim mạch tt

Khi hệ thống hoàn chỉnh không những là công cụ trợ giúp đắc lực cho các y bác sỹ các bệnh viện nói chung cũng như bệnh viện Bạch Mai nói riêng đặc biệt là các bác sỹ mới ra trường trong

-

HOÀNG TRƯỜNG GIANG

XÂY DỰNG CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hữu Lập

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………….………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Theo số liệu thống kê của Tổ chức y tế thế giới, hàng năm có khoảng 17,5 triệu người tử vong do các bệnh có liên quan đến tim mạch Tại Việt Nam, theo dự báo của hội Tim mạch Việt Nam, khoảng 20% dân số nước ta mắc bệnh về tim mạch và tăng huyết áp

Ngoài ra, tính chất của bệnh lý tim mạch là tiến triển âm thầm, ít có triệu chứng đặc trưng trong giai đoạn đầu nên muốn chẩn đoán được bệnh tim mạch sớm cần phải theo dõi bệnh sử của bệnh nhân Hơn thế nữa, khi biết được bệnh sử thì bác sĩ có thể tiên đoán được hiện trạng của bệnh nhân,

từ đó bác sĩ chỉ cần kiểm tra một vài triệu chứng hay dấu hiệu bất thường là có thể chẩn đoán được bệnh Như vậy tùy vào bệnh sử của mỗi bệnh nhân mà bác sĩ sẽ có cách hỏi bệnh khác nhau

Mặt khác, hiện nay phần lớn các bệnh viện ở nước ta không có khoa tim mạch, chưa có hệ thống đào tạo chuyên sâu ngành tim mạch, thiếu các bác sĩ chuyên khoa tim mạch

ngay cả trong các bệnh viện lớn ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh

Thống kê cho thấy mỗi năm Bệnh viện Bạch Mai phải khám và điều trị nội trú cho khoảng 270000 người bị mắc bệnh liên quan đến tim mạch và số lượng bệnh nhân hàng năm vẫn tăng từ 7 đến 10% Do vậy, từ khó khăn thực tế tại đơn vị, học viên xin chọn đề tài luận văn cao học của mình

là “ Nghiên cứu xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán

và điều trị các bệnh lý tim mạch” Khi hệ thống hoàn chỉnh

không những là công cụ trợ giúp đắc lực cho các y bác sỹ các bệnh viện nói chung cũng như bệnh viện Bạch Mai nói riêng (đặc biệt là các bác sỹ mới ra trường) trong việc chuẩn đoán và điều trị bệnh tim mạch, đồng thời có thể giúp bệnh nhân tìm hiểu được thực trạng bệnh tình của mình

Nội dung luận văn

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về hệ chuyên gia hỗ trợ

đoán bệnh tim mạch

Chương 3: Thử nghiệm hệ chuyên gia và đánh giá

kết quả

Trân trọng cảm ơn !

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ

CHUYÊN GIA

1.1 Giới thiệu chung

Hệ chuyên gia là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo ra đời từ giữa thập niên 60, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y khoa, kinh tế, nông nghiệp…

Hệ chuyên gia được định nghĩa chung như sau: Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính mô hình hoá khả năng giải quyết của chuyên gia

1.2 Định nghĩa hệ chuyên gia

Có nhiều định nghĩa về hệ chuyên gia (HCG) và định nghĩa đầu tiên được Edward Feigenbaum phát biểu như sau

(1977): “HCG là một chương trình máy tính thông minh sử dụng tri thức (knowledge) và các thủ tục suy luận (inference procedures) để giải quyết các vấn đề khó cần đến kiến thức chuyên môn của các chuyên gia về lĩnh vực đó.”

1.3 Cấu trúc hệ chuyên gia

Hệ chuyên gia có hai thành phần chính: Cơ sở tri thức

mô tơ suy luận

Hình 1.Các thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia

1.3.1 Cơ sở tri thức (Knowledge Base)

Tri thức trong các HCG được thu thập từ sách, tri thức thuộc về kinh nghiệm, phán đoán của các chuyên gia hay được rút ra thông qua quá trình học

Biểu diễn tri thức là phương pháp sử dụng thuật toán

và mã hoá tri thức về đối tượng cần nghiên cứu vào cơ sở tri thức của hệ thống Có nhiều phương pháp dùng để biểu diễn tri thức như: Luật dẫn, mạng ngữ nghĩa, khung (frame), logic mệnh đề, bộ ba đối tượng – thuộc tính – giá trị (O-A-V),… Phương pháp thể hiện tri thức bằng luật dẫn là phổ biến nhất thường được áp dụng trong các HCG vì phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Biểu diễn tri thức một cách tự nhiên, dễ hiểu

- Cơ sở tri thức có thể tách rời với phần suy diễn

- Tri thức là các luật có tính độc lập cao nên dễ dàng cập nhật và bổ sung tri thức

- Dễ dàng thể hiện và suy luận với tri thức không chắc chắn

- Có thể thêm tri thức heuristic

- Dễ dàng giải thích kết quả đạt được

Cấu trúc của một luật gồm một hay nhiều giả thiết trong phần IF với một hay nhiều kết luận trong phần THEN Cấu trúc một luật có dạng:

Ví dụ: IF họng của bệnh nhân bị đau AND họng của bệnh nhân bị đỏ AND bệnh nhân bị ho THEN bệnh nhân bị viêm họng

1.3.2 Mô tơ suy luận

Mô tơ suy luận là bộ phận xử lý của hệ chuyên gia

Bộ phận này sử dụng các thông tin thu thập từ người dùng kết hợp với cơ sở tri thức đã có để rút ra kết luận về vấn

đề

Hai loại suy luận thường được áp dụng trong hệ chuyên gia là suy luận tiến và suy luận lùi:

- Suy luận tiến (Forward chaining)

- Suy luận lùi (Backward chaining)

Các chuyên gia thường đánh giá suy xét khi giải vấn đề, một kỹ thuật khác thường được sử dụng là thêm một thừa

số chắc chắn CF để thể hiện thông tin không chắc chắn

1.4 Cấu trúc hệ chuyên gia

1.4.1 Nguyên tắc hoạt động

Hình 2 Hoạt động hệ chuyên gia

Cơ sở tri thức gồm: Sự kiện và các phần tử tri thức thông thường được gọi là luật (Rule), được tổ chức như một

cơ sở dữ liệu

Động cơ suy diễn: Công cụ (Chương trình, hay bộ xử lý) tạo ra sự suy luận bằng cách sẽ quyết định xem những luật nào sẽ làm thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng, chọn

ưu tiên các luật có tính ưu tiên cao nhất

Lịch công việc: Danh sách các luật ưu tiên do máy suy diễn tạo ra thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng có mặt trong

1.4.2 Mô tơ suy luận (Máy suy diễn)

Hình 3: Quá trình xử lý

Môtơ suy luận là bộ phận xử lý của HCG Bộ phận này

sử dụng các thông tin thu thập từ người dùng kết hợp với cơ

sở tri thức đã có để rút ra kết luận về vấn đề

1.4.2.1 Suy luận tiến (Forward chaining)

1.4.2.2 Suy luận lùi (Backward chaining)

1.4.3 Hệ thống giao tiếp với người sử dụng

1.5 Đặc tính hệ chuyên gia

- Tách biệt giữa tri thức và mô tơ suy diễn

- Tri thức chuyên gia

- Lập luận may rủi

- Lập luận không chính xác

1.6 Đặc tính hệ chuyên gia

1.6.1 Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi

1.6.2 Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh – Tâm thần

Kết luận chương 1

Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính mô hình hóa khả năng giải quyết một phần công việc của hệ chuyên gia Cấu trúc của hệ chuyên gia gồm 3 thành phần : Cơ sở tri thức, mô tơ suy luận và hệ thống giao tiếp với người sử dụng

Trên cơ sở lý thuyết chung của hệ chuyên gia, trong chương 2 luận văn trình bày việc xây hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán và điều trị các bệnh các bệnh tim mạch trên cơ

sở dữ liệu y khoa có liên quan tại bệnh viện Bạch Mai

CHƯƠNG 2 - HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN,ĐIỀU TRỊ BỆNH TIM

MẠCH

2.1 Dữ liệu y khoa về bệnh tim mạch

2.1.1 Sơ lược về bệnh tim mạch

Bệnh tim mạch gây hẹp, xơ cứng và tắc nghẽn mạch máu, làm gián đoạn hoặc không cung cấp đủ Oxy đến não

và các bộ phận khác trong cơ thể Từ đó khiến các cơ quan

bị ngừng trệ hoạt động, phá hủy từng bộ phận dẫn đến tử vong

2.1.2 Nguyên nhân và triệu chứng

Nguyên nhân

trong thuốc lá chính là nguyên nhân gây co thắt các mạch máu, xơ vữa động mạch

Triệu chứng nhận biết sớm nhất

gắng sức, đặc biệt khi nằm xuống

triệu chứng thường gặp của bệnh tim, tuy nhiên cũng xuất hiện ở các bệnh lý khác như hô hấp, thần kinh

chứng phù do bệnh tim mạch thường là phù tím, phù mềm, dấu hiệu bắt đầu từ hai bàn chân kèm theo tình trạng gan to, tĩnh mạch cổ nổi

kiệt sức khi thực hiện các hoạt động thường ngày Đây là dấu hiệu thiếu máu đến tim, não và phổi

cung cấp cho cơ thể khiến máu bị ứ lại Dịch ứ ở phổi lâu ngày gây tình trạng ho mạn tính, thở khò khè

2.1.3 Các bệnh tim mạch thường gặp

2.1.3.1 Bệnh mạch vành

2.1.3.2 Bệnh tai biến mạch máu não

2.1.3.3 Bệnh động mạch ngoại biên

a) Phương pháp đo huyết áp

b) Tiêu chuẩn chẩn đoán tăng huyết áp

c) Phân loại bệnh diễn biến lâm sàng của bệnh tăng huyết áp

e) Nguyên nhân tăng huyết áp

tim

f) Điều trị tăng huyết áp

Các nhóm thuốc điều trị THA

- Chẹn anpha giao cảm

- Tác động lên hệ giao cảm trung

2.2 Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ bệnh tim mạch

2.2.1 Tổng quan

2.2.2 Cơ sở tri thức về bệnh tim mạch

Quá trình xây dựng cơ sở tri thức được thực thể hiện như sau:

B1: Xác định các thông tin dùng để chẩn đoán bệnh tăng huyết áp từ sách y khoa và một bác sĩ

B2: Khảo sát các thông tin đó trên bốn bác sĩ khác Các bác sĩ đánh giá ý nghĩa chẩn đoán của từng thông tin trên thang điểm 0,+, ++, +++, ++++, +++++

B3: Tính giá trị CF trung bình của các thông tin (Cách tính đã được nêu như trên)

B4: Xây dựng tập luật

B5: Kiểm tra cơ sở tri thức vừa xây dựng với các bệnh

án mẫu Nếu kết quả không đúng thì tham khảo ý kiến bác

sĩ để chỉnh sửa cơ sở tri thức

Ngoài các thông tin không chắc chắn, trong chẩn đoán bệnh tăng huyết áp còn có loại thông tin không rõ ràng Đối

với những thông tin này, HCGTM sử dụng một kỹ thuật của Kusrini Kusrini đưa ra phương pháp tính CF từ các giá trị do người sử dụng cung cấp bằng ba hàm tương ứng với ba toán tử

=, , 

Hình 4 Các bước xây dựng tri thức HCGTM

2.2.3 Mô tả quá trình chẩn đoán bệnh lý tim mạch

Hình 5 Sơ đồ quá trình chẩn đoán tổng quát

2.2.3 Cơ sở tri thức

Để các bác sĩ có thể cập nhật lại cơ sở tri thức trong quá trình sử dụng, hệ thống đã xây dựng môđun hỗ trợ cập nhật cơ sở tri thức Tiện ích này cho phép thêm thao tác trên các luật có cấu trúc đơn giản như, thiết lập độ ưu tiên, độ chắc chắn và phần mô tả của luật Nếu trong luật có cấu trúc phức tạp như trong luật có kiểm tra điều kiện, thực hiện các phép tính thì người sử dụng phải tự thực hiện Ví dụ: (bind

? (* (* (** ?cre -1.154) 186) (** ?tuoi -0.203)))

2.2.4 Mô tơ suy luận

Khi sử dụng Jess làm môtơ suy luận thì các luật trong

cơ sở tri thức của hệ thống phải được viết theo cú pháp của Jess hoặc theo cú pháp XML Các luật trong cơ sở tri thức của ESKF được viết theo định dạng của Jess có dạng như sau:

Giải thích là một tiện ích không thể thiếu đối với các

hệ cơ sở tri thức Nếu không giải thích kết quả của hệ thống được suy diễn ra như thế nào thì kết quả không có ý nghĩa

vì người sử dụng sẽ nghi ngờ, không tin tưởng vào kết quả

đó Ví dụ một bệnh nhân thường xuyên chảy máu mũi, biểu hiện vết máu trong mắt, đau tức ngực thì hệ thống chẩn đoán

sơ bộ bệnh nhân A có khả năng bị bệnh tăng huyết áp (0.9) Người dùng có thể hỏi “Làm sao có được kết quả này?”

Nếu hệ thống giải thích hợp lý thì kết quả này là đáng tin cậy Do đó hệ thống xây dựng tiện ích giải thích để diễn giải kết quả chẩn đoán

2.2.6 Module quản lý Profile bệnh nhân

2.2.6.1 Cấu trúc Profile bệnh nhân

2.2.6.2 Khởi tạo Profile bệnh nhân

Kết luận chương 2

Từ dữ liệu y khoa của bệnh lý tim mạch và Patient Profile cho phép xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý tim mạch (HCGTM), bác sĩ nhanh chóng phát hiện

và điều trị bệnh Thành phần hệ chuyên gia HCGTM gồm có: Cơ sở tri thức về bệnh tăng huyết áp, mô tơ suy luận,

mô tơ giải thích… Các Profile sẽ hỗ trợ các bác sĩ chuyên khoa Nội chẩn đoán, kết luận cũng như đưa ra quy trình chữa trị bệnh Trong chương tiếp theo luận văn trình bày : Thử nghiệm, đánh giá kết quả hệ chuyên gia này

CHƯƠNG 3 - THỬ NGHIỆM HỆ CHUYÊN

GIA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1 Giới thiệu chung

3.2.Thử nghiệm chẩn đoán và điều trị

3.2.1 Quá trình Chẩn đoán

Dữ liệu dùng để thử nghiệm đánh giá HCGTM là các bệnh án ngoại trú được thu thập tại khoa khám bệnh, Bệnh viện Bạch Mai tháng 7/2017 và tháng 7/2018 Một bệnh án

có nhiều loại thông tin, trong đó phần lớn thông tin dùng để điều trị và theo dõi bệnh

Hình 6 Dữ liệu tri thức tháng 7/2017

3.2.2 Đánh giá ý nghĩa profile

Khi theo dõi tình trạng của bệnh nhân qua các lần chẩn

đoán, bác sĩ có thể tiên đoán bệnh nhân có nguy cơ tăng huyết áp cao hay không cao để khuyên bệnh nhân tái khám theo định kỳ cho phù hợp HCGTM thực hiện tương tự, sau mỗi lần chẩn đoán hệ thống cập nhật lại profile của bệnh nhân và suy diễn để xác định nguy cơ tăng huyết áp của những bệnh nhân Kết quả chẩn đoán nguy cơ tăng huyết

áp của HCGTM được đánh giá bằng cách so sánh với kết quả chẩn đoán nguy cơ của bác sĩ trên 80 bệnh án của 40 bệnh nhân được tạo ra ngẫu nhiên Trong tổng số 40 trường hợp, HCGTM cho kết quả đúng 28 trường hợp (70%) so với

ý kiến đánh giá của bác sĩ

3.3 Đánh giá kết quả chẩn đoán

Phần lớn các bệnh án không ghi nguyên nhân tăng huyết áp nên kết quả chẩn đoán của hệ thống được so sánh với ý kiến của bác sĩ đạt được 89.47%

Hình 3.1 Thử nghiệm HCGTM

Kết luận chương 3

Hệ chuyên gia HCGTM được thực nghiệm từ dữ liệu tri thức Profile tăng huyết áp tại Bệnh viện Bạch Mai Sau

khi thực nghiệm 96 Profile, có thể nhận biết các ưu điểm sau:

- Hạn chế tình trạng bác sĩ hỏi bệnh, chẩn đoán thiếu trong khám chữa bệnh

- Quản lý Profile, giúp bác sĩ có phác đồ điều trị và sử dụng đơn thuốc, tránh bị lạm dụng sử dụng thuốc quá liều

- Có dữ liệu tổng quan cho sinh viên y khoa có cái nhìn tổng quát về bệnh

Hạ n chế do mứ c đ ộ tham gia đ óng góp củ a các bác sĩ chuyên ngành còn hạn chế, do vậy hệ chuyên gia HCGTM bổ sung và nâng cấp các luật đảm bảo kết quả chính xác hơn

KẾT LUẬN

Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong Y khoa đã được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm trong những năm gần đây Các hệ chuyên gia nhằm hỗ trợ việc chẩn đoán và điều trị các loại bệnh khác nhau đã được ứng dụng ở nhiều

cơ sở y tế, với mục đích đưa những tiến bộ công nghệ vào phục vụ công tác khám chữa bệnh tại Bệnh viện Bạch Mai,

nơi học viện công tác Học viên đã thực hiện đề tài “Xây

dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh lý tim mạch” Với việc thực hiện luận văn, học viên có cơ

hội tìm hiểu cũng như phát triển một hệ chuyên gia cụ thể nhằm hỗ trợ chẩn đoán và điều trị một loại bệnh bất kỳ trong

y khoa, đáp ứng nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin trong khám chữa bệnh tại đơn vị cũng như tiếp tục hoàn thiện hệ thống để có thể mở rộng sử dụng cho các đơn vị trong ngành

Để thực hiện mục tiêu trên học viên đã đi sâu nghiên cứu tìm hiểu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ chuyên gia nói chung và những đặc điểm đối với hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán bệnh trong y khoa nói riêng Trên cơ

sở tận dụng cơ sở dữ liệu y khoa hiện có phát triển hệ chuyên gia HCGTM phù hợp với yêu cầu chẩn đoán bệnh bệnh lý tim mạch với các căn nguyên bệnh khác nhau Nhìn chung HCGTM bước đầu đã thực hiện được cơ bản cho việc chẩn đoán bệnh theo dõi được diễn biến bệnh

Do thời gian có hạn, nên tới đây học viên còn phải tiếp tục để hoàn thiện hệ thống này trên cơ sở cập nhật đầy đủ

cơ sở tri thức của hệ thống một cách tự động và giao diện thân thiện hơn với người sử dụng

Hệ chuyên gia được mô phỏng trên lý thuyết, chưa hoàn toàn tích hợp, trích xuất dữ liệu cơ sở dữ liệu HIS & LIS do liên quan đến bản quyển, tính năng tích hợp của nhà cung cấp

Do thời gian làm luận văn có hạn, do vậy để tìm hiểu sau tri thức về bệnh lý tim mạch làm cơ sở xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán đoán bệnh lý tim mạch chưa được chuyên sâu, mức am hiểu về bệnh còn hạn chế cần được tìm hiểu và sự giúp đỡ của chuyên gia về điều trị các bệnh lý tim mạch

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO