nghiên cứu một số phương pháp của trí tuệ tính toán ứng dụng trong y học

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Hà nội, 4/2012 LOGO 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 2 LOGO Nội dung Đặt vấn đề 1 Giới thiệu về Trí tuệ tính toán 2 Bệnh khớp và Mô hình chẩn đoán 3 Xây dựng và Cài đặt thử nghiệm 4 Kết luận và Hướng phát triển 5 3 LOGO 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. 4 LOGO 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. 5 LOGO 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… 6 LOGO TRÍ TUỆ TÍNH TOÁN - CI Các thành phần của Trí tuệ tính toán 7 LOGO 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 8 LOGO 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. 9 LOGO 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). 10 [...]... 19 LOGO 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 X y dựng hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh khớp với việc áp dụng kết hợp Logic mờ và Lý thuyết về độ chắc chắn 20 LOGO BỆNH KHỚP... CF=CFi Y u tố chắc chắn sử dụng trong MYCIN 16 LOGO LOGIC MỜ (FL)  Logic mờ được x y 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. .. 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 17 LOGO 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 n y 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... 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) 24 LOGO TIÊU CHUẨN CHẨN ĐOÁN  (TC3) Sưng đau một trong 3 vị trí: •... ngón tay gần, Khớp bàn ngón, Khớp cổ tay  (TC4) Sưng khớp đối xứng  (TC5) Có hạt dưới da (Nốt thấp)  (TC6) Tìm th y yếu tố dạng thấp trong huyết thanh  (TC7) Có tổn thương trên X quang: Khuyết bờ xương, h y 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 y u tố 1,2,3 và 4 kéo dài ít nhất 6 tuần 25 LOGO X Y DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN... x y 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) 26 LOGO X Y 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. .. trị • Với – t-conorm: Zs(x ,y) = max {x ,y} (toán tử thường) – t-norm: At(x ,y) = x * y (toán tử xác suất) 28 LOGO X Y DỰNG CƠ CHẾ SUY DIỄN  Giá trị bệnh nhân P có mắc bệnh Dj hay không được tính bằng công thức:  Khi đó: 29 LOGO CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH Giao diện form chính Cập nhật triệu chứng 30 LOGO CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH Cập nhật tập luật Kết quả khám 31 LOGO KẾT LUẬN  Hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh khớp... luật trong khi không phải bài toán nào cũng có thể thực hiện được điều n y 13 LOGO 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 v y 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 14 LOGO HỆ CHUYÊN... HÌNH HỆ CHUYÊN GIA 11 LOGO HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN LUẬT  Kiến trúc Hệ chuyên gia dựa trên luật 12 LOGO 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 v y  Khó tìm mối quan hệ giữa các luật trong một chuỗi suy luận vì chúng có thể nằm rải rác trong CSTT... 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 n y 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 n y 15 LOGO LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ CHẮC CHẮN Luật . NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Hà nội, 4/2012 LOGO 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:. truyền, lập luận xác suất, các phương pháp học, lý thuyết hỗn độn, hệ chuyên gia… 6 LOGO TRÍ TUỆ TÍNH TOÁN - CI Các thành phần của Trí tuệ tính toán 7 LOGO MẠNG NƠRON - NN  Mạng nơron: là một. ES  Là một hệ thống được x y dựng trên m y 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