Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ thống hỗ trợ chẩn đoán lâm sàng bệnh đau co thắt ngực

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HỒ THỊ VĨNH THANH ỨNG DỤNG LOGIC MỜ XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN LÂM SÀNG BỆNH ĐAU CO THẮT NGỰC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số : 60.48.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HIỆU Phản biện 1: PGS.TS Lê Văn Sơn Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Thanh Thủy Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại Học Đà Nẵng vào ngày 18 tháng 05 năm 2013 Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nước ta đà phát triển hội nhập Hệ thống Y tế Giáo dục nhiều bất cập hạn chế, đặc biệt sở vùng sâu vùng xa, chưa có điều kiện tiếp cận với công nghệ đại Đội ngũ Y Bác sĩ chưa đủ để đáp ứng với tình trạng bệnh nhân ngày tăng số lượng loại bệnh Nhận thức người dân bệnh tật cách sơ cứu mơ hồ Nếu muốn đưa bệnh nhân đến bệnh viện trung tâm nhiều thời gian…Để khắc phục khó khăn này, cần có công cụ gần gũi với thực tiễn, người dùng dễ sử dụng linh hoạt để giúp bệnh nhân Y Bác sĩ phát bệnh điều trị kịp thời Hiện nay, hàng năm có đến hàng triệu người phải cầu viện đến giúp đỡ Y học để đối phó với bệnh đau thắt ngực Theo thống kê tổ chức Y tế Thế giới (WHO) giây có người chết bệnh tim mạch; Cứ giây có trường hợp nhồi máu tim; Cứ giây có trường hợp đột quỵ; [14] Đây loại bệnh thường gặp việc chẩn đoán bệnh lúc đạt kết xác Vấn đề đặt từ tri thức kinh nghiệm thực tế Y bác sĩ việc chẩn đoán điều trị bệnh đau thắt ngực từ hàng kỷ qua, làm để tập hợp chúng thành quy luật đưa vào máy tính để từ giúp ta chẩn đoán nguyên nhân gây bệnh đề xuất phương án điều trị ban đầu Footer Page of 126 Header Page of 126 Thực ra, đau thắt ngực bệnh mà triệu chứng nhiều triệu chứng khác tác động mạnh mẽ đến bệnh nhân nên người ta thường gọi bệnh – bệnh đau co thắt ngực Đau ngực triệu chứng thường gặp có nhiều nguyên nhân khác nhau, có số nguyên nhân cần phải can thiệp nhanh chóng chẳng hạn đau thắt ngực, nhồi máu tim, bóc tách động mạch chủ Những nguyên nhân gây đau ngực khác không cần can thiệp bao gồm co thắt thực quản, đau túi mật, viêm thành ngực Chẩn đoán xác yếu tố quan trọng giúp điều trị cho bệnh nhân bị đau ngực.Để chẩn đoán nguyên nhân này, triệu chứng đau ngực cần phải kết hợp với nhiều triệu chứng khác đặc điểm đau cường độ đau, thời điểm xảy đau, thời gian mà đau kéo dài, Do đó, trình chẩn đoán xem trình xử lý thông tin đầu vào (các triệu chứng, đặc điểm đau, ) để xác định thông tin đầu (các bệnh dẫn đến chứng đau co thắt ngực) Về mặt toán học công việc tương đương với việc giải phương trình nhiều ẩn số lượng ẩn số lớn việc giải khó khăn Một cách để khắc phục công việc khó khăn ứng dụng Logic mờ - cách tiếp cận có khả ứng dụng mang lại nhiều kết thực tiễn Ngày việc ứng dụng Logic mờ vào nghành khoa học phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên việc xây Footer Page of 126 Header Page of 126 dựng hệ chẩn đoán Y học nước ta khiêm tốn Vì vậy, khuôn khổ luận văn Cao học, em muốn đưa giải pháp để thực hệ chẩn đoán bệnh đau thắt ngực dựa triệu chứng lâm sàng, đề xuất phương pháp điều trị ban đầu trước phải nhờ vào xét nghiệm chuyên khoa Mục tiêu nhiệm vụ Mục tiêu đề tài nhằm cải thiện nâng cao hiệu việc ứng dụng công nghệ đại vào chẩn đoán bệnh Để thực mục tiêu, cần phải thực nhiệm vụ sau đây: - Tìm hiểu Y học, thu thập triệu chứng liên quan tới biểu lâm sàng bệnh đau thắt ngực bệnh liên quan - Tìm hiểu ứng dụng Logic mờ trình chẩn đoán Xây dựng luật hình thành nên bệnh từ triệu chứng - Xây dựng ứng dụng cho phép chẩn đoán bệnh xuất kết bệnh án bệnh nhân Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu phương pháp ứng dụng Logic mờ vào hệ thống chẩn đoán bệnh đau co thắt ngực Tìm hiểu sở lý thuyết logic mờ, chế suy diễn mờ thông tin liên quan đến bệnh đau co thắt ngực Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp ứng dụng Logic mờ vào hệ thống hỗ trợ chẩn đoán bệnh đau co thắt ngực Phƣơng pháp nghiên cứu Footer Page of 126 Header Page of 126 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu lý thuyết Lôgic mờ chế suy diễn - Tìm hiểu triệu chứng lâm sàng bệnh đau co thắt ngực nguyên nhân gây bệnh Trình bày dạng mệnh đề Nếu – Thì - Xây dựng tập luật mờ dựa mối tương quan triệu chứng nguyên nhân gây bệnh - Sử dụng ngôn ngữ C# để viết chương trình Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm công cụ phát triển hệ thống hỗ trợ chuẩn đoán bệnh Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Nâng cao chất lượng, độ xác kịp thời việc khám chữa bệnh; - Làm chủ công nghệ chẩn đoán bệnh đại; 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết thu từ thực nghiệm áp dụng để chẩn đoán nhiều loại bệnh lý khác nhau; Nội dung tóm tắt Chương 1: Trình bày tổng quan bệnh đau thắt ngực Các triệu chứng, đặc điểm bệnh nguyên nhân gây bệnh trình bày khái niệm Lôgic mờ chế suy diễn mờ ứng dụng vào Luận văn Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương 2: Trình bày cụ thể triệu chứng đặc điểm bệnh dẫn đến đau thắt ngực dạng mệnh đề Nếu – Thì Liên kết mệnh đề thành hệ thống Luật mờ phục vụ cho chẩn đoán bệnh Mô tả quy trình ứng dụng Lôgic mờ hệ thống chẩn đoán Phân tích thiết kế hệ thống theo hướng đối tượng Chương 3: Trình bày việc xây dựng triển khai ứng dụng Cuối phần đánh giá, kết luận hướng phát triển đề tài Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƢƠNG TỔNG QUAN BỆNH ĐAU THẮT NGỰC VÀ LÝ THUYẾT LOGIC MỜ 1.1 TỔNG QUAN BỆNH ĐAU CO THẮT NGỰC 1.1.1 Khái niệm cấu trúc quan nội tạng 1.1.2 Cƣờng độ vị trí đau 1.1.3 Nguyên nhân gây bệnh 1.1.4 Biểu lâm sàng bệnh đau co thắt ngực 1.2 LOGIC MỜ VÀ CƠ CHẾ SUY DIỄN MỜ 1.2.1 Khái niệm logic mờ 1.2.2 Logic mờ phép toán 1.2.3 Cơ chế suy diễn mờ 1.2.4 Điều khiển logic mờ Cơ chế suy diễn kết hợp luật sở luật thành ánh xạ từ tập mờ A’ U đến tập mờ B’ V Do nhiều ứng dụng có ngõ ngõ vào hệ thống mờ giá trị thực nên phải xây dựng giao diện chế suy diễn môi trường Các giao diện mờ hóa giải mờ Bộ mờ hóa phép ánh xạ từ điểm có giá trị thực x * U Rn vào tập mờ A’ U Người ta thường dùng loại mờ hóa sau: Bộ mờ hóa Singleton: Bộ mờ hóa ánh xạ điểm thực X* U vào singleton mờ A’ U có giá trị độ phụ thuộc x* tất điểm khác U, nghĩa là: Footer Page of 126 Header Page of 126 µA’(x) = Bộ mờ hóa Gaussian: ánh xạ x* U thành tập mờ A’ U có hàm thuộc Gaussian sau: (1.16) Với thông số dương t-norm * thường chọn phép tích đại số phép toán Bộ mờ hóa tam giác: ánh xạ x* U vào tập mờ A’ U có hàm thuộc tam giác sau: (1.17) Với bi thông số dương t-norm * thường chọn phép tích đại số phép toán Bộ giải mờ phép ánh xạ từ tập mờ B’ V chế suy diễn) thành điểm rõ y* R(là ngõ V Việc giải mờ tìm điểm V biểu diễn tốt tập mờ B’ Để chọn lựa sơ đồ giải mờ, người ta tuân theo ba tiêu chuẩn sau: - Tính hợp lý - Tính toán đơn giản - Tính liên tục Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 CHƢƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN LÂM SÀNG BỆNH ĐAU THẮT NGỰC 2.1 QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN BỆNH 2.1.1 Lập luận chẩn đoán bệnh 2.1.2 Quy trình chẩn đoán Trình tự chẩn đoán lâm sàng bệnh đau thắt ngực: Thu thập triệu chứng lâm sàng Xác định loại bệnh liên quan đến đau thắt ngực Giải thích bệnh Đề xuất phương án điều trị sơ khởi Kết thúc Hình 2.1 Trình tự chẩn đoán lâm sàng 2.1.3 Các triệu chứng lâm sàng bệnh đau thắt ngực 2.2 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CHẨN ĐOÁN 2.2.1 Thông tin mờ 2.2.2 Luật xấp xỉ 2.2.3 Mô hình hóa Footer Page 10 of 126 10 Header Page 12 of 126 Bệnh nhân T P Loại bệnh Triệu chứng Loại bệnh Bệnh D = nhân Q P S o R Triệu chứng Loại bệnh = D Khả mắc bệnh B D Tri thức y học Kinh nghiệm y khoa B Triệu chứng A S Loại bệnh o Triệu chứng Triệu chứng bệnh nhân R S D Tri thức y học Hình 2.3 Quy trình chẩn đoán bệnh 2.3 DỮ LIỆU VÀO CHO HỆ THỐNG – CÁC TRIỆU CHỨNG 2.4 DỮ LIỆU RA CHO HỆ THỐNG – CÁC BỆNH LIÊN QUAN ĐẾN TRIỆU CHỨNG ĐAU THẮT NGỰC 2.5 TẬP LUẬT MỜ 2.6 HỆ CHẨN ĐOÁN BỆNH ĐAU CO THẮT NGỰC 2.6.1 Mô hình 2.6.2 Quy trình xử lý Lưu đồ minh họa bước thực việc chẩn đoán lâm sàng bệnh đau thắt ngực (Hình 2.6): Footer Page 12 of 126 11 Header Page 13 of 126 Bắt đầu Nhập triệu chứng S1 … chứng Sn Nhập triệu µCm(OUT) = Số luật = Tính độ phụ thuộc triệu chứng S1 = µS1 Tính độ phụ thuộc triệu chứng Sn = µSn µP = (µS1, …, µSn) µD = µP µout = max[µout, µD] Số luật = số luật + Số luật = Tổng số luật? Sai Đúng Tính toán mức độ mắc bệnh Kết thúc Hình 2.6 Lưu đồ chẩn đoán bệnh Footer Page 13 of 126 12 Header Page 14 of 126 2.6.3 Cơ chế suy diễn Cơ chế suy diễn dựa kết hợp thực theo phương pháp sau: Bước 1: Đối với M luật Nếu – Thì (IF - THEN) có dạng: Ru(1) : Nếu x1 S1(1) xn Sn(1) y P(1), ta xác định hàm thuộc (1) S1 (l) Sn … ( x1; ; xn) với l = 1,2,…m theo công thức sau: (1) S1 (l) … Sn ( x1; ; xn) = (1) S1 (x1)… (1) Sn (xn) Si(l) biến ngôn ngữ thứ i ( i= 1, 2, , n) ứng với triệu chứng bệnh P(l) loại bệnh ứng với luật thứ l Bước 2: Xác định (1) Ru ( x1; , xB, y) = (1) S1 … (l) Sn p(l)( x1; , xB, y) với l = 1, 2, …, m Bước 3: Xác định QM(x,y) = (l) Ru (x,y) Với QM = Ở (m) Ru (x,y) (l) toán tử t-conorm hay s-norm Bước 4: Cho ngõ vào A’ suy diễn ngõ B’ theo công thức luật kết hợp Mamdami B’(y) = supt[ A’(x), QM(x,y)] Trong bước trên, toán tử thay phép tính toán tử định nghĩa sau: Probor(a,b) = a + b - ab Footer Page 14 of 126 13 Header Page 15 of 126 2.7 Phân tích hệ thống 2.7.1 Biểu đồ ca sử dụng Các tác nhân hệ thống: Hệ thống gồm có hai tác nhân, bác sĩ bệnh nhân Bác sĩ Bệnh nhân Hình 2.8 Các tác nhân hệ thống Biểu đồ ca sử dụng Hình 2.9 Biểu đồ ca sử dụng tổng quát 2.7.2 Biểu đồ trạng thái Biểu đồ trạng thái: Có hai dạng, dạng cho người dùng bệnh nhân dạng cho người dùng bác sĩ Footer Page 15 of 126 14 Header Page 16 of 126 Hình 2.10 Biểu đồ trạng thái dạng Hình 2.11 Biểu đồ trạng thái dạng 2.7.3 Biểu đồ Biểu đồ tuần tự: Bác sĩ thu thập triệu chứng xác định mức độ triệu chứng qua thăm khám ban đầu Từ hệ thống dựa luật có sẵn triệu chứng nhập vào để chẩn đoán bệnh cho bệnh nhân Sau in bệnh án để bệnh nhân theo dõi đến khám lần sau Footer Page 16 of 126 15 Header Page 17 of 126 Hình 2.12 Biểu đồ 2.7.4 Biểu đồ hoạt động Biểu đồ hoạt động: Cho người dùng thu thập triệu chứng chẩn đoán bệnh cho bệnh nhân Footer Page 17 of 126 16 Header Page 18 of 126 Hình 2.13 Biểu đồ hoạt động 2.8 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.8.1 Nguồn liệu 2.8.2 Các bảng CSDL CSDL thiết kế Access bao gồm bảng: Bảng Benh, bảng Benhnhan, bảng Luat, bảng TrieuChung, bảng ChiTietLuat, bảng ChiTietBenh, bảng NhomTrieuChung Các bảng liên hệ với qua mối liên kết để thuật toán làm việc xử lý CSDL cách hiệu nhanh chóng Footer Page 18 of 126 17 Header Page 19 of 126 Hình 2.14 Cơ sở liệu Footer Page 19 of 126 18 Header Page 20 of 126 CHƢƠNG XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 3.1.1 Các Menu giao diện 3.1.2 Cách sử dụng: 3.1.3 Chƣơng trình: 3.2 DEMO CHƢƠNG TRÌNH: Hình 3.1 Form tiếp nhận bệnh nhân Footer Page 20 of 126 19 Header Page 21 of 126 Hình 3.2 Form danh sách bệnh nhân Hình 3.3 Form thu thập triệu chứng – Chẩn đoán bệnh Footer Page 21 of 126 20 Header Page 22 of 126 Hình 3.4 Form nhóm triệu chứng Hình 3.5 Form triệu chứng Footer Page 22 of 126 21 Header Page 23 of 126 Hình 3.6 Form quản lý bệnh Hình 3.7 Form quản lý luật Footer Page 23 of 126 22 Header Page 24 of 126 Hình 3.8 Kết chẩn đoán Hình 3.9 Form người dùng chẩn đoán Footer Page 24 of 126 23 Header Page 25 of 126 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Những kết nghiên cứu luận văn cho phép rút kết luận sau: Luận văn thực nhằm mục đích hỗ trợ cho đội ngũ y bác sĩ trạm y tế sở vùng sâu vùng xa, chưa có đủ điều kiện vật chất để trang bị thiết bị y tế đại việc chẩn đoán điều trị bệnh đau thắt ngực, bệnh hay gặp bối cảnh Đồng thời giúp bệnh nhân tự chẩn đoán bệnh cho trước đến bệnh viện Luận văn thu thập triệu chứng liên quan tới biểu lâm sàng bệnh đau thắt ngực tổng hợp thành nguồn tri thức giá trị sở cho việc nghiên cứu bệnh đau thắt ngực Bên cạnh đó, luận văn nghiên cứu ứng dụng thành công logic mờ vào toán chẩn đoán nói chung chẩn đoán bệnh đau co thắt ngực nói riêng Đã xây dựng thành công công trình ứng dụng NNLT C# tảng Netframework Chương trình có giao diện thân thiện với người dùng, dễ sử dụng, đầy đủ chức có độ tin cậy cao Hướng phát triển: Đề tài dừng lại với bệnh đau co thắt ngực, mong muốn phát triển chương trình với nhiều chức chẩn đoán bệnh mới, ví dụ đau bụng, bệnh cao huyết áp, thấp huyết áp, để làm cho hệ thống chẩn đoán ngày phong phú, Footer Page 25 of 126 24 Header Page 26 of 126 đa dạng Ngoài ra, ứng dụng phát triển lên web để người tự chẩn đoán bệnh cho Từ vấn đề nêu trên, tác giả nhận thấy luận văn công trình cho luận án cao học để nhấn mạnh việc ứng dụng logic mờ vào vấn đề y học, mặt ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn, mong đóng góp ý kiến đánh giá bác sĩ chuyên ngành để công trình hoàn thiện công tác chẩn đoán điều trị bệnh Footer Page 26 of 126 ... THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN LÂM SÀNG BỆNH ĐAU THẮT NGỰC 2.1 QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN BỆNH 2.1.1 Lập luận chẩn đoán bệnh 2.1.2 Quy trình chẩn đoán Trình tự chẩn đoán lâm sàng bệnh đau thắt ngực: Thu... nghiên cứu phương pháp ứng dụng Logic mờ vào hệ thống chẩn đoán bệnh đau co thắt ngực Tìm hiểu sở lý thuyết logic mờ, chế suy diễn mờ thông tin liên quan đến bệnh đau co thắt ngực Đề tài tập trung... ĐẾN TRIỆU CHỨNG ĐAU THẮT NGỰC 2.5 TẬP LUẬT MỜ 2.6 HỆ CHẨN ĐOÁN BỆNH ĐAU CO THẮT NGỰC 2.6.1 Mô hình 2.6.2 Quy trình xử lý Lưu đồ minh họa bước thực việc chẩn đoán lâm sàng bệnh đau thắt ngực (Hình