BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

Hà nội, 4/2012

LOGO

2

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

HỌC VIÊN: NGÔ THỊ DIỆU THÚY

LOGO

3

Nội dung

Đặt vấn đề1

Giới thiệu về Trí tuệ tính toán2

Bệnh khớp và Mô hình chẩn đoán3

Xây dựng và Cài đặt thử nghiệm4

Kết luận và Hướng phát triển5

LOGO

4

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.

LOGO

5

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.

LOGO

6

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…

LOGO

7

TRÍ TUỆ TÍNH TOÁN - CI

Các thành phần của Trí tuệ tính toán

LOGO

8

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 sinh học

LOGO

9

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.

LOGO

10

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).

LOGO

11

MÔ HÌNH HỆ CHUYÊN GIA

LOGO

12

HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT

Kiến trúc Hệ chuyên gia dựa trên luật

LOGO

13

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.

LOGO

14

HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT

Ưu điểm: Diễn tả được ngôn ngữ tự nhiên thông qua biểu

diễn tri thức tự nhiên: IF … THEN. Tri thức là tập các luật có tính độc lập cao. Do

vậy dễ thay đổi, chỉnh sửa. Dễ mở rộng. Tận dụng được tri thức Heuristic. Có thể dùng biến trong luật, truy xuất chương

trình ngoài.

LOGO

15

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.

LOGO

16

LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ CHẮC CHẮN

Luật với độ chắc chắn được biểu diễn dưới dạng:IF E1 AND E2…THEN H CF=CFi

Yếu tố chắc chắn sử dụng trong MYCIN

LOGO

17

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.

LOGO

18

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.

LOGO

19

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:

IF X IS A THEN Y IS B

Suy diễn mờ Trong thực tế, có những luật mờ có dạng

• IF A1 AND A2 AND … AND AN THEN B

• IF A1 OR A2 OR … OR AN THEN B

LOGO

20

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 dụng kết hợp Logic mờ và Lý thuyết về độ chắc chắn.

LOGO

21

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

LOGO

22

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 và có các tác dụng phụ nguy hiểm.

Phẫu thuật không làm thay đổi diễn tiến bệnh do VKDT có tổn thương rất nhiều khớp.

Hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh khớp sẽ giúp ích cho các bác sỹ chẩn đoán nhanh hơn, bệnh nhân có thể ý thức được tình trạng bệnh.

LOGO

23

MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN

LOGO

24

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)

LOGO

25

TIÊU CHUẨN CHẨN ĐOÁN

(TC3) Sưng đau một trong 3 vị trí:• Khớp ngón tay gần, Khớp bàn ngón, Khớp cổ tay.

(TC4) Sưng khớp đối xứng. (TC5) Có hạt dưới da (Nốt thấp). (TC6) Tìm thấy yếu tố dạng thấp trong huyết

thanh. (TC7) Có tổn thương trên X quang: Khuyết bờ

xương, hủy sụn khớp. Khoảng cách giữa hai đầu xương bị hẹp lại, trục khớp bị lệch.

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.

LOGO

26

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)

LOGO

27

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

Quan hệ triệu chứng – bệnh: RSD

• Thể hiện mức độ tin tưởng về khả năng mắc hoặc không mắc bệnh Dj khi xuất hiện một triệu chứng Si hay một tập triệu chứng {Si}.

Quan hệ bệnh nhân – bệnh về khớp: RPD

• RCPD: (confirmed relation) - quan hệ khẳng định

bệnh và RePD: (exclude relation) - quan hệ loại trừ

bệnh. • Được xác định bởi giá trị:

LOGO

28

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

Quan hệ khẳng định bệnh đối với bệnh nhân: Rc

PD

• Trong đó RcPD được xác định bởi:

• Với

Quan hệ loại trừ bệnh đối với bệnh nhân: RePD

• Trong đó RePD xác định bởi giá trị

• Với

– t-conorm: Zs(x,y) = max {x,y} (toán tử thường)

– t-norm: At(x,y) = x * y (toán tử xác suất)

LOGO

29

XÂY DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN

Giá trị bệnh nhân P có mắc bệnh Dj hay không - được tính bằng công thức:

Khi đó:

LOGO

30

CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH

Giao diện form chính Cập nhật triệu chứng

LOGO

31

CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH

Cập nhật tập luật Kết quả khám

LOGO

32

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.

Chưa mở rộng ra nhiều mặt bệnh trong bệnh khớp.

LOGO

33

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