Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đường (Luận văn thạc sĩ)

Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đườngXây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Lý

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám đốc, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông luôn tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Lập, những người thầy có nhiều kiến thức, kinh nghiệm đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc TTYT thị xã Từ Sơn, các cán bộ của khoa Khám bệnh và khoa Nội – Truyền nhiễm cùng các cán bộ viên chức y tế chuyên khoa đã cho phép tôi được tiến hành nghiên cứu, cung cấp các thông tin đầy

đủ và trung thực cho nghiên cứu này, luôn tạo điều kiện, quan tâm và động viên tôi hoàn thành luận văn này

Đặc biệt, tôi xin cảm ơn cha mẹ, vợ, con, anh chị em và những người thân trong gia đình đã hết lòng ủng hộ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và là động lực giúp tôi vượt qua những khó khăn để đạt được kết quả khoá học và hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Lý

DANH MỤC CHỮ VIÊT TẮT

Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt

CF Certainty Factor Thừa số chắc chắn

ESDM Expert System for diabetes

mellitus Hệ chuyên gia hỗ trợ đái tháo đường HIS Hopital information systerm Hệ thống quản lý bệnh viện

LIS Laboratory Information System Hệ thống quản lý xét nghiệm

TTYT Trung tâm y tế

User profile Hồ sơ đặc trưng người dùng

Patient profile Hồ sơ bệnh nhân

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Danh mục chữ viêt tắt iii

Mục lục iv

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vẽ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA 5

1.1 Giới thiệu chung 5

1.2 Cấu trúc chính của một hệ chuyên gia 5

1.2.1 Cơ sở tri thức 6

1.2.2 Mô tơ suy luận 8

1.2.3 Hệ thống giao tiếp với người sử dụng 10

1.3 Hoạt động của hệ chuyên gia 11

1.3.1 Nguyên tắc hoạt động 11

1.3.2 Hoạt động của cơ sở tri thức 12

1.3.3 Kỹ thuật suy luận trong hệ chuyên gia 12

1.4 Một số hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh 14

1.4.1 Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi 14

1.4.2 Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh – Tâm thần 14

Kết luận chương 1 14

CHƯƠNG 2 - HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN, ĐIỀU TRỊ BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG 15

2.1 Dữ liệu y khoa về bệnh đái tháo đường 15

2.1.1 Sơ lược về bệnh đái tháo đường 15

2.1.2 Phân loại bệnh diễn biến lâm sàng của bệnh 15

2.1.3 Phân biêt loại đái tháo đường 18

2.1.4 Đặc trưng cần thiết thuộc nhóm cận lâm sàng: 21

2.2 Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán đái tháo đường 22

2.2.1 Tổng quan 22

2.2.2 Cơ sở tri thức về bệnh đái tháo đường 23

2.2.3 Mô tả quá trình chẩn đoán bệnh đái tháo đường 28

2.2.4 Module quản lý Profile bệnh nhân- ESDM 31

2.2.5 Mô tơ suy luận 39

2.2.6 Module giải thích 40

Kết luận chương 2 40

CHƯƠNG 3 - THỬ NGHIỆM HỆ CHUYÊN GIA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 42

3.1 Giới thiêu chung 42

3.2.Thử nghiệm chẩn đoán và điều trị 42

3.2.1 Quá trình Chẩn đoán 42

3.2.2 Đánh giá ý nghĩa profile 44

3.3 Đánh giá kết quả chẩn đoán 46

3.4 Điều trị 47

KẾT LUẬN 50

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Phân biệt đái tháo đường type 1, type 2 và đái tháo đường thể đặc biệt 18Bảng 2.2: Bảng mục tiêu điều trị 22Bảng 2.3: Bảng ánh xạ mức độ đánh giá của bác sĩ sang CF 26Bảng 3.1: Bảng kết quả đánh giá chức năng hỏi bệnh bổ sung trên nhiều nhóm bệnh án 45Bảng 3.2: Bảng kết quả đánh giá chức năng hỏi bệnh bổ sung trên một nhóm

bệnh án 46Bảng 3.3: Điều trị bệnh đái tháo đường 47

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia 5

Hình 1.2: Hệ giao tiếp giữa người sử dụng với máy 10

Hình 1.3: Hoạt động hệ chuyên gia 11

Hình 1.4: Quá trình xử lý của máy suy diễn 12

Hình 2.1: Kiến trúc của hệ chẩn đoán đái tháo đường– ESDM 23

Hình 2.2: Các bước xây dựng tri thức ESDM 27

Hình 2.3: Sơ đồ quá trình chẩn đoán tổng quát 29

Hình 2.4: Sơ đồ quá trình thu thập thông tin 29

Hình 2.5: Sơ đồ quá trình chẩn đoán 31

Hình 2.6: Khởi tạo Profile bệnh nhân 34

Hình 2.7: Quản lý Profile bệnh nhân 34

Hình 2.8: Chi tiết Profile quản lý bệnh án 35

Hình 2.9: Thông tin Profile bệnh nhân đái tháo đường được điều trị 36

Hình 2.10: Lịch sử sử dụng dịch vụ điều trị đái tháo đường 36

Hình 3.1: Bệnh nhân kết luận bị đái tháo đường tháng 07-2018 43

Hình 3.2: Bệnh nhân kết luận bị đái tháo đường tháng 08-2018 43

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Hệ chuyên gia là một chương trình thông minh nhằm dạy cho máy tính biết các hoạt động của một chuyên gia thực thụ Hệ chuyên gia đầu tiên là DENDRAL, xuất hiện vào giữa thập niên 70, sau đó vào năm 1975 hệ chuyên gia MYCIN ra đời

đã thành công trong việc áp dụng khoa học trí tuệ nhân tạo vào lĩnh vực Y học, cụ thể là lĩnh vực chẩn đoán và điều trị bệnh nhiễm trùng máu Đây là hệ chuyên gia tương đối lớn, thực hiện ở mức chuyên gia con người, bên cạnh đó còn cung cấp cơ chế giải thích các bước suy luận Vào cuối năm 80, tại Viện Công nghệ Thông tin

đã bước đầu xây dựng hệ trợ giúp khám chữa bệnh nội khoa, châm cứu và chẩn trị đông y, đã có tiếp cận ra quyết định trong việc chẩn đoán lâm sàng,…

Với mục đích đưa những tiến bộ công nghệ vào phục vụ cho cuộc sống, cũng như tại đơn vị đang công tác trung tâm y tế thị xã Từ Sơn, địa chỉ : Phố mới Đồng Nguyên – Thị xã – Từ Sơn- Bắc Ninh Hiện tại bệnh đái tháo đường theo thống kế tại bệnh viện mỗi năm 2017 có 2500 người/1 năm người bị mắc và điều trị tại cơ sở, tăng mỗi năm 10% Đặc biệt tại tuyến huyện, bệnh viện hạng II có nhiều khó khắn

về số lượng Bác sĩ tham gia điều trị, cơ sở vật chất eo hẹp, áp lực công việc cho bác

sĩ về thời gian khám chữa bệnh Do vậy, từ khó khăn thực tế tại đơn vị học viên xin

chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chấn đoán và điều trị

bệnh đái tháo đường” tại trung tâm y tế thị xã Từ Sơn

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Trong những năm 1970, một nhóm các nhà nghiên cứu khoa học tại trường Đại học Tổng hợp Stanford, Hoa Kỳ, làm việc dưới sự chủ trì của giáo sư Ed Feigenbaum, đã xây dựng giả thuyết rằng sự thông minh (intelligence) được căn cứ trên sự lưu trữ những khối lượng lớn về tri thức Họ đã tìm ra kỹ thuật “biểu diễn tri thức” và tiến hành thực hiện dự án lập trình nghiệm suy (HPP: Heuristic Programming Project)

Xã hội con người càng phát triển, y học càng phát triển, kiến thức y khoa là một khối kiến thức khổng lồ mà khó ai có thể hoàn toàn nắm vững, bên cạnh yêu

cầu về khám chữa bệnh của con người ngày một tăng cao, tuy nhiên số lượng các y bác sĩ có kinh nghiệm cao và uyên thâm về kiến thức chuyên môn thật sự còn khiêm tốn so với con số cần thiết hiện nay Xuất phát từ yêu cầu đó, việc xây dựng một hệ chuyên gia có đầy đủ các kiến thức chuyên môn và có khả năng hỗ trợ khám chữa bệnh dựa trên kiến thức tổng hợp từ nhiều chuyên ngành của y học, từ nhiều nguồn

và từ nhiều kinh nghiệm của các chuyên gia khác nhau là hoàn toàn cần thiết Hệ thống có thể hỗ trợ các y bác sĩ trong việc chữa bệnh nhanh chóng và chính xác, đáp ứng tốt yêu cầu khám chữa bệnh hiện nay

3 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ bác sĩ và bệnh nhân chẩn đoán và theo dõi bệnh đái tháo đường để hạn chế tình trạng chấn đoán thiếu chính xác Giảm tải thời gian khám chữa bệnh của bác sĩ và hài lòng người bệnh

Theo dõi diễn biến của bệnh nhân theo từng tháng năm

Chẩn đoán bệnh thuận tiện hơn vì dựa trên bệnh sử của bệnh nhân Ví dụ lần chẩn đoán trước bệnh nhân cho biết là đã bị bệnh tăng huyết áp thì lần sau không hỏi bệnh nhân có tăng huyết áp nữa Đặc biệt, trong trường hợp cấp cứu cần phải có các thông tin của bệnh nhân nhanh, hơn thế nữa bệnh nhân có thể không cung cấp vì bị hôn mê thì hồ sơ bệnh nhân sẽ rất có ý nghĩa

Từ các thông tin có trong Patient profile, hệ thống suy diễn ra hiện trạng của bệnh nhân, từ đó sẽ xác định các thông tin cần hỏi cho lần chẩn đoán hiện tại

Sử dụng profile của các bệnh nhân từng chẩn đoán trước đây để hỗ trợ quá trình hỏi bệnh cho bệnh nhân hiện tại nhằm hạn chế tình trạng cung cấp thiếu thông tin

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Để đạt được các mục tiêu trên đề tài nghiên cứu các vấn đề sau:

Bệnh đái tháo đường và các bệnh có liên quan, cách chẩn đoán bệnh đái tháo đường, biểu hiện của bệnh và bệnh đái tháo đường mạn tính, nguyên nhân dẫn đến bệnh đái tháo đường

Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến User profile trong các hệ thống thích nghi

cá nhân để từ đó xây dựng profile cho bệnh nhân:

+ Phương pháp biểu diễn tri thức

+ Phương pháp biểu diễn thông tin

+ Phương pháp suy diễn ra kết luận dựa vào tập tri thức đã có

Hiện thực những mục tiêu được đặt ra cho đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu trong phạm vi sau:

Chỉ xây dựng một số lượng nhỏ các tập được rút trích từ các kiến thức y khoa căn bản

Hệ thống đáp ứng bước đầu khả năng chẩn đoán và chữa trị ở mức độ cơ bản nhất Xây dựng một phần mềm với các tập luật với giao diện thân thiện và phù hợp với người dùng

5 Phương pháp nghiên cứu:

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh y khoa

Phát triển thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đường dựa trên một tập dữ liệu hiện có sẵn

6 Nội dung luận văn được trình bày ở 3 chương chính

Chương 1: Tổng quan về hệ chuyên gia, trình bày cấu trúc chính và nguyên

tắc hoạt động của hệ chuyên gia

Chương 2: Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đường

Chương này trình bày về dữ liệu y khoa của bệnh đái tháo đường và xây dựng thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh đái tháo đường

Chương 3: Thử nghiệm hệ chuyên gia và đánh giá kết quả

Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng thời gian và năng lực còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết Kính mong thầy cô và đồng nghiệp thông cảm, cho ý kiến đóng góp

Trân trọng cảm ơn !

Học viên

Nguyễn Văn Lý

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 Ngay từ khi ra đời, hệ chuyên gia đã được sự quan tâm và phát triển mạnh mẽ, trở thành lĩnh vực đầu tiên của trí tuệ nhân tạo có ứng dụng thương mại [15]

Trong đó y khoa là một trong những lĩnh vực đươc áp dụng từ những năm đầu phát triển, đặc biệt vào những năm 80 Khảo sát của Waterman (1986) cho thấy số lượng hệ chuyên gia dùng trong y khoa chiếm hơn 30% trong tổng số các hệ chuyên gia được tạo ra Một số ví dụ về hệ chuyên gia dùng trong y khoa là: MYCIN (1973) một hệ chuyên gia nổi tiếng để chẩn đoán nhiễm trùng máu [7], PUFF (1982) dùng để phân tích kết quả xét nghiệm chức năng phổi [5], PSG-Expert (2000) chẩn đoán bệnh mất ngũ [8], BI-RADS(2007) chẩn đoán ung thư vú [24], Naser xây dựng một hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh về da (2008) [23]

Tóm lại, hệ chuyên gia có thể được định nghĩa như sau: Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính mô hình hoá khả năng giải quyết của chuyên gia

1.2 Cấu trúc chính của một hệ chuyên gia

Một hệ chuyên gia cổ điển có hai thành phần chính: Thành phần thứ nhất chứa tri thức để giải quyết vấn đề được gọi là cơ sở tri thức và thành phần thứ hai sử dụng tri thức đó để suy luận ra kết quả được gọi là mô tơ suy luận[11]

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia

Ngoài hai thành phần chính trên thì trong một hệ chuyên gia có thể có thêm các thành phần phụ khác như: Tiện ích giải thích dùng để giải thích kết quả suy

Cơ sở tri thức

Mô tơ suy luận

luận, giao diện để tương tác với người sử dụng, bộ nhớ làm việc dùng để chứa thông tin do người sử dụng cung cấp hay thông tin mới được hệ thống suy luận ra Đặc biệt trong các hệ chuyên gia dựa trên luật còn có thêm một thành phần có tên gọi là agenda chứa các luật được sắp xếp theo độ ưu tiên mà có phần giả thiết khớp (Match) với thông tin có trong bộ nhớ làm việc Cơ sở tri thức chứa các tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo ra câu trả lời cho người sử dụng thông qua hệ thống giao tiếp

1.2.1 Cơ sở tri thức (Knowledge Base)

Tri thức là sự hiểu biết về lĩnh vực cần biểu diễn nghiên cứu Để giải quyết một vấn đề thì con người cần phải có tri thức về vấn đề đó nên tri thức rất quan trọng và được xem là sức mạnh của một người Hệ chuyên gia mô hình hóa khả năng giải quyết vấn đề của con người nên phải có được tri thức về lĩnh vực đang xét như một người chuyên gia Do đó tri thức cũng là thành phần quan trọng nhất trong một hệ chuyên gia Dù là một người hay một chương trình thì tri thức cũng quyết định nên giá trị của người đó hay của chương trình đó Các chuyên gia có được tri thức nhờ vào quá trình học hỏi, trau dồi kinh nghiệm

Tri thức trong các hệ chuyên gia 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 Các tri thức này được lưu vào một bộ phận của hệ chuyên gia thông qua một số kỹ thuật thể hiện tri thức Như vậy cơ sở tri thức của một hệ chuyên gia chứa tri thức chuyên sâu về lĩnh vực mà hệ chuyên gia này đang thực hiện

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), Mỗi phương pháp chỉ nhấn mạnh vào một khía cạnh nào đó của vấn đề nên mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm đối với một loại tri thức cụ thể Phương pháp thể hiện tri bằng luật dẫn

là phổ biến nhất [29] thường được áp dụng trong các hệ chuyên gia 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

Bên cạnh các ưu điểm nêu trên thì phương pháp này cũng có khuyết điểm như: khó bảo trì tri thức đối với các hệ thống lớn có quá nhiều luật

Luật là một cấu trúc tri thức dùng để liên kết thông tin đã biết với các thông tin khác, các thông tin có thể được suy luận để người ta hiểu biết thêm [1]

Các chuyên gia thường phát biểu tri thức dưới dạng “Nếu…thì…” nên luật là tri thức thường được sử dụng nhất để biểu diễn tri thức trong các hệ chuyên gia 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:

IF… THEN…

Hay IF… THEN… ELSE…

Phần giả thiết của một luật có thể gồm nhiều giả thiết nhỏ kết hợp với nhau thông qua phép logic AND hay OR hay cả hai

Ví dụ: IF Giảm cân nhanh không có lý do AND đi tiểu nhiều AND đau nhức chân tay THEN bệnh nhân bị bệnh đái tháo đường

Cấu trúc thứ hai ít được sử dụng hơn vì các lý do: Khó kiểm tra, luôn đưa ra kết luận nên có thể cho ra kết quả không như mong đợi Hơn thế nữa, cấu trúc luật

có phần ELSE có thể dễ dàng tách làm 2 luật không có ELSE

Đối với các hệ thống dựa trên luật, các tri thức về lĩnh vực được thu thập và thể hiện duới dạng các luật Các luật này được lưu trong cơ sở tri thức của hệ thống

Hệ thống dùng các luật này cùng với các thông tin có được trong bộ nhớ để giải bài toán Một luật có phần IF khớp (Match) với thông tin có trong bộ nhớ sẽ được kích hoạt (Fire) và các thủ tục trong phần THEN được thực hiện hay thông tin mới được sinh ra được bổ sung vào bộ nhớ Thông tin mới này có thể làm cho các luật khác được kích hoạt Các loại tri thức thường gặp trong thực tế

Tri thức thủ tục: Diễn tả cách giải quyết vấn đề Loại tri thức thủ tục phương hướng thực hiện các hoạt động Các luật, các chiến lược các lich và các thủ tục là các dạng đặc trưng của tri thức thủ tục

Tri thức mô tả: Cho biết vấn đề giải quyết như thế nào Tri thức mô tả bao gồm các khẳng định đơn giản, nhận giá trị chân lý đúng hay sai

Tri thức Meta: Là tri thức của tri thức, dùng mô tả rõ hơn cho tri thức đã có Tri thức may rủi: Diễn tả luật may rủi hay cung cách may rủi để dẫn dắt quá trình lập luận Tri thức may rủi không đảm bảo tính khoa học, tính chính xác Tri thức may rủi xuất phát từ kinh nghiệm, từ tri thức giải quyết các vấn đề trong quá khứ Tri thức cấu trúc: Diễn tả các cấu trúc của tri thức Tri thức cấu trúc trong hệ chuyên gia là thể hiện cách tổ chức tri thức, mô hình về các tri thức

Cơ sở tri thức trong hệ chuyên gia là tri thức về một lĩnh vực cụ thể nào đó Là tập hợp các cơ sở lập luận, các qui trình thủ tục được tổ chức thành các lược đồ nhằm cung cấp để giải vấn đề thuộc lĩnh vực đó Cơ sở tri thức bao gồm tri thức tổng quát (General Knowledge) cũng như thông tin của một tình huống cụ thể (Case specific ) Cơ sở tri thức thường được biểu diễn dưới dạng luật IF-THEN

1.2.2 Mô tơ suy luận (Inference Engine)

Mô tơ suy luận làm việc dựa trên các sự kiện trong bộ nhớ làm việc và tri thức

về lĩnh vực trong cơ sở tri thức để rút ra thông tin mới Một cách cụ thể hơn, mô tơ suy diễn áp dụng tri thức cho việc giải quyết các bài toán thực tế Về căn bản nó là trình thông dịch cho cơ sở tri thức

Con người giải quyết bài toán bằng cách kết hợp các sự kiện của bài toán với tri thức để rút ra kết luận Quá trình này được gọi là lập luận Lập luận có thể được phát biểu lại như sau:

Lập luận là quá trình làm việc với tri thức, sự kiện và các chiến lược giải bài toán để rút ra kết luận [1]

Có nhiều kỹ thuật lập luận: Lập luận theo cách suy diễn, lập luận quy nạp, lập luận phỏng đoán, lập luận tương tự…Trong các kỹ thuật lập luận đó thì kỹ thuật lập luận suy diễn là kỹ thuật được dùng phổ biến nhất Hệ chuyên gia sử dụng kỹ thuật

này để mô hình hóa quá trình lập luận của con người gọi là suy luận Suy luận là quá trình rút ra thông tin mới từ thông tin đã có

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

có giả thiết khớp với các sự kiện đã biết [1]

Suy luận lùi (Backward chaining ): Suy luận lùi dùng để chứng minh một giả thiết là đúng hay sai bằng cách thu thập thông tin trong quá trình suy luận [1]

Quá trình suy luận lùi như sau: Đầu tiên bộ nhớ làm việc được kiểm tra để xem đích cần chứng minh đã có hay chưa

Nếu chưa có thì mô tơ suy luận tìm xem luật nào có phần THEN chứa đích

Mô tơ suy luận xem phần giả thiết của luật này có trong bộ nhớ làm việc không Các giả thiết không có trong bộ nhớ làm việc gọi là các đích mới hay đích con cần được chứng minh Các đích con được cung cấp hay được chứng minh nhờ vào các luật khác

Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi thấy một giả thiết không được luật nào cung cấp thì hệ thống sẽ yêu cầu người sử dụng cung cấp thông tin Hệ thống dùng các thông tin này để giải đích con và đích ban đầu

Các chuyên gia thường đánh giá suy xét khi giải vấn đề Thông tin về vấn đề

có thể không đầy đủ và không chính xác Các chuyên gia cần phải thích nghi với trình trạng này và tiếp tục suy luận Lý thuyết xác suất có thể áp dụng trong trường hợp này Dù kỹ thuật này chặt chẽ về mặt toán học nhưng đòi hỏi phải có cơ sở thống kê mà ít bài toán đáp ứng được nên kỹ thuật này được sử dụng rất hạn chế trong các hệ chuyên gia Để khắc phục tình trạng này, 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] [7]

Ngoài ra, các chuyên gia còn sử dụng lẽ thông thường để giải vấn đề khi họ gặp các bài toán với thuật ngữ mơ hồ Ví dụ “ Nhiệt độ cơ thể bệnh nhân cao trên 37◦C thì bật quạt nhanh” Để xử xý dạng thông tin không rõ ràng như trong trường hợp này thì lý thuyết logic mờ được áp dụng [1]

1.2.3 Hệ thống giao tiếp với người sử dụng

Người sử dụng cung cấp sự kiện (Fact ) là những gì đã biết, đã có thật hay những thông tin có ích cho hệ chuyên gia, và nhận được những câu trả lời là những lời khuyên hay những gợi ý đúng đắn (Expertise )

Hình 1.2: Hệ giao tiếp giữa người sử dụng với máy

Giao diện người máy (User interface ): Thực hiện giao tiếp giữa hệ chuyên gia

và user, nhận thông tin từ user và đưa ra các câu trả lời, các lời khuyên, các giải thích về lĩnh vực nào đó

Giao diện người - Máy bao gồm: Menu, bộ xử lý ngôn ngữ tự nhiên và các hệ thống tương tác khác

Bộ giải thích (Explanation system ): Giải thích các hoạt động khi có yêu cầu của user

Động cơ suy diễn (Inference engine ): Quá trình hệ chuyên gia cho phép khớp các sự kiện trong vùng nhớ làm việc với các tri thức về lĩnh vực trong cơ sở tri thức

để rút ra các kết luận về vấn đề đang giải quyết

1.3 Hoạt động của hệ chuyên gia

1.3.1 Nguyên tắc hoạt động

Hình 1.3: Hoạt động hệ chuyên gia

- Cơ sở tri thức (Knowledge base): Gồm các phần tử (hay đơn vị ) tri thức thông thường được gọi là luật (Rule ), được tổ chức như một cơ sở dữ liệu

- Máy suy diễn (Inference Egine): 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 (Agenda ): Danh sách các luật ưu tiên do máy suy diễn tạo

ra thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng có mặt trong bộ nhớ làm việc

- Bộ nhớ làm việc (Working memory ): Cơ sở dữ liệu toàn cục chứa các sự kiện phục vụ cho các luật

- Khả năng giải thích (Explaination facility ): Giải nghĩa cách lập luận của

hệ thống cho người sử dụng

- Khả năng thu nhận tri thức (Explaination facility): Cho phép người sử dụng

bổ sung các tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào

hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống bằng cách mã hóa tri thức một cách tường minh Khả năng thu nhận tri thức là yếu tố mặc nhiên của nhiều hệ chuyên gia

1.3.2 Hoạt động của cơ sở tri thức

Cơ sở tri thức còn được gọi là bộ nhớ sản xuất (Production memory ) trong hệ chuyên gia Trong một cơ sở tri thức, người ta thường phân biệt hai loại tri thức là tri thức phán đoán (Assertion knowledge ) và tri thức thực hành (Operating knowledge )

Các tri thức phán đoán mô tả các tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập Các tri thức thực hành thể hiện những hậu quả rút ra hay những thao tác cần phải hoàn thiện khi một tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập trong lĩnh vực đang xét Các tri thức thực hành thường được thể hiện bởi các biểu thức để dễ hiểu và dễ triển khai thao tác đối với người sử dụng

Hình 1.4: Quá trình xử lý của máy suy diễn

1.3.3 Kỹ thuật suy luận trong hệ chuyên gia

Cở sở tri thức và mô tơ suy diễn được tách rời Phân tách cở sở tri thức và mô

tơ suy diễn có giá trị trong hệ chuyên gia Đảm bảo tính độc lập trong việc mã hóa tri thức và việc xử lý tri thức đó

Phân tách tri thức ra khỏi động cơ suy diễn để tạo điều kiện biểu diễn tri thức một cách tự nhiên hơn

Cơ sở tri thức được tách biệt khỏi cấu trúc điều khiển cấp thấp của chương trình, những người phát triển hệ chuyên gia có thể tập trung một cách trực tiếp vào việc nắm bắt và tổ chức giải quyết vấn đề hơn là việc thực hiện các tri tiết trong việc cài đặt máy tính

Sự tách biệt cho phép thay đổi một phần cơ sở tri thức mà không ảnh hưởng lớn đến các phần khác của chương trình

Sự tách biệt này cho phép một phần mềm điều khiển và giao tiếp có thể sử dụng cho nhiều hệ thống khác nhau

Ví dụ: Xây dựng một Shell Các nhà phát triển xây dựng một chương trình cốt lõi của hệ thống Sau đó tạo ra cơ sở tri thức để giải quyết bài toán

Đây là một đặc điểm nổi bật trong hệ chuyên gia khác so với phần mềm thông thường

1.3.3.1 Tri thức chuyên gia

Đặc điểm nổi bật hệ chuyên gia là khả năng thu thập tri thức của các chuyên gia tri thức bao gồm tri thức về lĩnh vực và tri thức kĩ năng giải quyết vấn đề Các tri thức thu được từ chuyên gia không nhất thiết phải là các ý tưởng sáng chói hay độc đáo mà đặc biệt và sâu về lĩnh vực cụ thể

1.3.4.2 Lập luận may rủi

Các chuyên gia thường dùng kinh nghiệm để giả đúng và hiệu quả bài toán đang xét Qua kinh nghiệm đã dùng, họ hiểu vấn đề một cách thực tế và lưu giữ dưới dạng may rủi Chiến lược may rủi được dùng trong hệ chuyên gia để giúp người ta đi nhanh đến giải pháp Trong hệ chuyên gia chiến lược lập luận may rủi không giống như các thủ tục chính xác của chương trình bình thường

1.3.3.3 Lập luận không chính xác

Hệ chuyên gia được coi là thành công trong ứng dụng cần đến lập luận không chính xác Những loại ứng dụng này được đặc trưng bằng thông tin không chắc chắn, chồng lấn không rõ ràng Trong thực tế thường xảy ra chẳng hạn như bác sĩ khám bệnh cho bệnh nhân vào cấp cứu trong hoàn cảnh không có nhiều thông tin về

bệnh nhân Ví dụ như bệnh nhân kêu đau nhức chân tay, bác sĩ chữa thể đưa ra lập luận chính xác của bệnh do vậy cần phải có nhiều thông tin, tin cậy mới đưa ra một kết luận chính xác

1.4 Một số hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh

1.4.1 Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi

Năm 2008, khoa công nghệ thông tin,Trường đại học Sư phạm Hà Nội, đã phát triển hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi

Nguyên lý phát triển: Dựa trên biểu diễn tri thức dưới dạng luật IF- THEN Các bệnh được trong chuẩn đoán: Bệnh hen phế quản và bệnh viêm phế quản cấp

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

Năm 2010, nhóm nghiên cứu của trường đại học Đà Nẵng đã phát triển hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh Thần kinh – Tâm thần

Nguyên lý phát triển sử dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh tâm thần

Đối tượng nghiên cứu: Xây dựng cơ sở tri thức về các biểu hiện bệnh “ Viêm màng não” và “ Viêm não cấp”

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 nhìn chung các

hệ chuyên gia có liên quan đến trợ giúp chẩn đoán và điều trị các bệnh y khoa được phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây tại Việt Nam Tuy vậy, các hệ này

chưa đạt yêu cầu thương mại hóa sản phẩm

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

TRỊ BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG

Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán, điều trị bệnh đái tháo đường được thiết kế dựa trên phác đồ điều trị của các chuyên gia đầu ngành Bộ y tế đề xuất, những dấu hiệu triệu chứng, kết quả xét nghiệm lâm sàng đưa ra kết luận về mức độ mắc bệnh của bệnh nhân Hệ chuyên gia đưa ra kết quả hỗ trợ bác sĩ được đưa ra từ cơ sở dữ liệu tri thức chuyên gia về bệnh, lập luận logic, được cập nhật thường xuyên từ các chuyên gia đầu nghành y tế về bệnh đái tháo đường Mô hình được xây dưng như sau

2.1 Dữ liệu y khoa về bệnh đái tháo đường

2.1.1 Sơ lược về bệnh đái tháo đường

Đái tháo đường là bệnh rối loạn chuyển hóa không đồng nhất, có đặc điểm tăng glucose huyết do khiếm khuyết về tiết insulin, về tác động của insulin, hoặc cả hai Tăng glucose mạn tính trong thời gian dài gây nên những rối loạn chuyển hóa carbohydrate, protide, lipide, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở tim và mạch máu, thận, mắt, thần kinh

2.1.2 Phân loại bệnh diễn biến lâm sàng của bệnh

Trong y khoa người ta chia làm 3 loại bệnh đái tháo đường, như sau:

2.1.2.1 Bệnh đái tháo đường type 1

Đái tháo đường type 1 (hay Đái tháo đường vị thành niên ) là bệnh lý mạn tính, xảy ra khi tuyến tụy không có khả năng sản xuất Hormone insulin – Hormone

có vai trò kiểm soát đường huyết, khiến nồng độ đường trong máu tăng cao Bệnh thường gặp ở người trẻ, trước 30 tuổi, thể trạng gầy Tuy nhiên, bệnh cũng có thể gặp ở người cao tuổi hoặc người béo phì

Nguyên nhân: Nhiễm virut hoặc vi khuẩn; Chất độc hoá học trong thực phẩm; Thành phần không xác định gây phản ứng tự miễn dịch; Sự bố trí di truyền cơ bản cũng có thể là nguyên nhân của bệnh đái tháo đường type 1

Diễn tiến bệnh hầu hết, các bệnh nhân mắc bệnh sẽ có các biểu hiện điển hình như ăn nhiều, uống nhiều, đi tiểu nhiều và sụt cân nhiều Do không có insulin, lượng glucose sẽ không đến được mô, cơ thể sẽ huy động các nguồn năng lượng dữ

trữ (như chất béo) để cung cấp cho hoạt động, cho nên cơ thể sẽ gầy đi trông thấy Lượng đường trong máu cao, làm tăng áp lực thẩm thấu trong máu, Các dịch được kéo từ các mô vào máu, làm cơ thể khát nước, buộc bệnh nhân phải uống nhiều

và đi tiểu nhiều hơn Những người mắc bệnh đái tháo đường type 1 sẽ sống hầu như suốt đời với căn bệnh này và phải tiêm insulin thường xuyên để kiểm soát bệnh

Biến chứng của bệnh Đái tháo đường type 1: Ảnh hưởng đến toàn bộ các cơ quan trong cơ thể Biến chứng cấp tính có thể gặp là nhiễm toan Cetone (Biến chứng cấp tính nguy hiểm thường gặp ở người bệnh đái tháo đường, đặc biệt là Đái tháo đường type 1), hạ đường huyết, nếu không chữa trị kịp thời có thể gây tử vong Biến chứng mạn tính có thể kể đến như tổn thương mắt (Võng mạc), tổn thương thần kinh, tiêu hóa, chức năng tình dục, loét bàn chân, bệnh thận…

2.1.2.2 Bệnh đái tháo đường type 2

Nếu ở bệnh đái tháo đường type 1, cơ thể không sản xuất insulin thì bệnh đái tháo đường type 2 các tế bào không được đáp ứng đúng với insulin không vào được trong tế bào để thực hiện vai trò của mình Đái tháo đường type 2 là bệnh về rối loạn chuyển hóa chất đường (Glucose) mạn tính

Bệnh đái tháo đường type 2 chiếm tới khoảng 90% các trường hợp mắc bệnh đái tháo đường và liên quan đến tình trạng đề kháng insulin Nguyên nhân chủ yếu

là do lối sống thiếu lành mạnh: Ăn uống không điều độ, ít vận động, áp lực của công việc, căng thẳng thường xuyên…

Nguyên nhân: Thừa cân; Béo phì; Không hoạt động thể chất; Gen và lịch sử gia đình

Diễn tiến bệnh đái tháo đường type 2: Bệnh đái tháo đường type 2 thường âm thầm, ít rõ rệt hơn so với đái tháo đường type 1 Bệnh thường được ví như “Kẻ giết người thầm lặng”, diễn ra từ từ và khó phát hiện

Khát nước nhiều; Cảm thấy đói nhiều; Khô miệng; Cảm giác luôn mệt mỏi; Nhìn mờ; Tê bì, châm chích hoặc ngứa ran ở tay, chân; Thường xuyên bị nhiễm trùng ở da, đường tiết niệu hoặc âm đạo; Các vết thương khó lành, lâu khỏi

Biến chứng của bệnh đái tháo đường type 2: Đường (Glucose) trong máu tăng cao kéo dài làm tổn hại tới các mạch máu và dây thần kinh, dẫn tới nhiều biến chứng mạn tính như mù lòa, nhồi máu cơ tim, đột quỵ não Bên cạnh các biến chứng mạn tính, bệnh nhân cũng có thể gặp phải biến chứng cấp tính, đó là hôn mê hoặc hạ đường huyết quá mức cho phép

2.1.2.3 Đái tháo đường thể đặc biệt (hay Đái tháo đường thời kỳ mang thai kỳ)

Bệnh đái tháo đường thai kỳ là một loại bệnh đái tháo đường mà chỉ xảy ra trong thời gian mang thai Nguyên nhân của đái tháo đường đoạn này được giải thích là

do thay đổi nội tiết khi mang thai, làm tăng glucose trong máu, nhất là sau ăn

Kháng insulin: Hormon được tạo ra bởi nhau thai góp phần đề kháng insulin, xảy ra ở tất cả phụ nữ trong giai đoạn cuối của thai kỳ Hầu hết phụ nữ mang thai có thể sản xuất đủ insulin để vượt qua kháng insulin, nhưng một số thì không thể Đái tháo đường thai xảy ra khi tuyến tụy không thể sản sinh đủ insulin; Yếu tố di truyền

và lịch sử gia đình

Không giống như bệnh đái tháo đường type 1 và type 2, bệnh đái tháo đường lúc mang thai sẽ biến mất sau khi em bé được sinh ra Trong một số trường hợp đặc biệt, bệnh sẽ diễn tiến thành đái tháo đường kể cả đã sinh em bé Phụ nữ lớn tuổi mang thai có nguy cơ mắc đái tháo đường thai kỳ cao hơn

Phụ nữ mang thai mắc bệnh cần được theo dõi sức khỏe suốt quá trình mang thai và sinh đẻ để bảo vệ bản thân và con tốt hơn Khi phụ nữ mang bầu mắc bệnh đái tháo đường, con sinh ra sẽ có cân nặng lớn hơn mức bình thường Con của các bệnh nhân bị đái tháo đường thường không bị bệnh đái tháo đường Thông thường, khi được cho ăn thì lượng đường huyết sẽ tự cân đối và bé không bị ảnh hưởng xấu Tuy nhiên, trong 4-6 tiếng sau khi sinh bé dễ bị chứng giảm đường huyết Do đó, bé cần phải thường xuyên được xét nghiệm cho đến khi lượng đường huyết được ổn định và tiếp tục đều đặn trong suốt 24 tiếng đầu tiên

Khi bệnh nhân bị viêm tụy hoặc cắt tụy là nguyên nhân gây ra bệnh đái tháo đường Viêm tụy được biết là làm tăng nguy cơ mắc bệnh đái tháo đường vì chúng làm cho cơ thể ít có khả năng sản xuất insulin

Bệnh nhân bị hội chứng Ovary Đa Nhiễm (PCOS) Một trong những nguyên nhân gốc rễ của PCOS là sự đề kháng insulin liên quan đến béo phì, nó cũng có thể làm tăng nguy cơ bệnh đái tháo đường tuýp 2

Bệnh nhân bị hội chứng Cushing Hội chứng này làm tăng sản xuất hoocmon cortisol, làm tăng lượng đường trong máu Sự dư thừa của cortisol có thể gây ra bệnh đái tháo đường

Glucagonoma Bệnh nhân có glucagonoma có thể bị bệnh đái tháo đường do thiếu cân bằng giữa các mức sản xuất insulin và sản xuất glucagon

2.1.3 Phân biêt loại đái tháo đường

Bảng 2.1 sau đây cho ta phân biết về đặc điểm của các loại bệnh đái tháo đường khác nhau Đây là một yếu tố quan trọng được lưu ý trong quá trình thiết kế

hệ chuyên gia

Bảng 2.1: Phân biệt đái tháo đường type 1, type 2 và đái tháo đường thể đặc biệt

Đặc điểm Đái tháo đường

Khởi phát Các triệu chứng

rầm rộ

Chậm, thường không rõ triệuchứng

Biểu hiện lâm

sàng

- Sút cân nhanhchóng

- Tiền sử gia đình

có người mắc bệnh đái tháo đường type

Thai phải to so với phát triển thai

Đặc điểm Đái tháo đường

Ghi chú

- Đặc tính dân tộc,

có tỷ lệ mắc bệnh cao

- Dấu gai đen (Aeanthosis

nigricans)

- Hội chứng buồng trứng đa nang

Glucose huyết

tương lúc đói

FPG(fasting plasma glucose) ≥ 126 mg/dL (hay 7 mmol/L)

FPG(fasting plasma glucose) ≥ 126 mg/dL (hay 7 mmol/L)

FPG(fasting plasma glucose) ≥ 126 mg/dL (hay 7 mmol/L)

G< 5.1mml/l

Bệnh nhân phải nhịn ăn (không uống nước ngọt, có thể uống nước lọc, nước đun sôi

để nguội) ít nhất 8 giờ (thường phải nhịn đói qua đêm từ 8 -14 giờ),

OGTT(oral glucose tolerance test) ≥ 200 mg/dL (hay 11,1 mmol/L)

OGTT(oral glucose tolerance test) ≥ 200 mg/dL (hay 11,1 mmol/L) Sau 1 giờ ≥10 mol/l

Bệnh nhân nhịn đói từ nửa đêm trước khi làm nghiệm pháp, dùng một

Đặc điểm Đái tháo đường

Ghi chú

mol/l

lượng glucose tương đương với 75g glucose, hòa tan trong 250-

300 ml nước, uống trong 5 phút; trong 3 ngày trước đó bệnh nhân ăn khẩu phần có khoảng 150-

200 gam carbohydrat mỗi ngày HbA1c ≥ 6,5% (48

mmol/mol)

≥ 6,5% (48 mmol/mol)

Nhiễm ceton,

tăng ceton

trong máu,

nước tiểu

Dương tính Thường không có

C-peptid Thấp/không đo

được

Bình thường hoặc tăng

Đặc điểm Đái tháo đường

diện với với

Thường gặp, nhất là hội chứng chuyển hóa

2.1.4 Đặc trưng cần thiết thuộc nhóm cận lâm sàng:

Khi phát triển hệ chuyên gia cũng cần hiểu rõ những chỉ số liên quan đến mục tiêu điều trị bệnh cho bệnh nhân đái tháo đường ở người trưởng thành, không có thai, không mắc bệnh mãn tính khác kèm theo

Mục tiêu: Điều trị từng cá thể bệnh nhân

Bảng 2.2: Bảng mục tiêu điều trị Mục tiêu Chỉ số

HbA1c < 7%*

Glucose huyết tương

mao mạch lúc đói, trước

Huyết áp Tâm thu <140 mmHg, Tâm trương <90 mmHg

Nếu đã có biến chứng thận: Huyết áp <130/85-80 mmHg Lipid máu LDL cholesterol <100 mg/dL (2,6 mmol/L), nếu chưa có

biến chứng tim mạch

LDL cholesterol <70 mg/dL (1,8 mmol/L) nếu đã có bệnh tim mạch

Triglycerides <150 mg/dL (1,7 mmol/L) HDL cholesterol >40 mg/dL (1,0 mmol/L) ở nam và >50 mg/dL (1,3 mmol/L) ở nữ

2.2 Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán đái tháo đường (ESDM ) 2.2.1 Tổng quan

Trong phần này của luận văn học viên sẽ trình bày việc xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh đái tháo đường với tên gọi tắt ESDM Đây là kết quả chính của luận văn

ESDM tham gia hỗ trợ trực tiếp cho bác sĩ khi khám chữa bệnh Do thực trạng

khám chữa bệnh tại đơn vị ngành y tế, số lượng, kinh nghiệm đội ngũ bác sĩ chuyên khoa Nội- Tiết niệu lành nghề và bác sĩ mới ra trường chưa được đồng đều về kinh nghiệm khám chữa bệnh, đưa ra kết quả hội chẩn trong khám chữa bệnh Hệ chuyên gia ESDM là hỗ trợ, định hướng trong quá trình chẩn đoán, hội chẩn bệnh nhân

Hình 2.1 Giới thiệu kiến trúc tổng quát của hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán Đái tháo đường- ESDM gồm ba phần chính: Cơ sở tri thức, mô tơ suy luận, profile bệnh nhân (patient profile ) Ngoài ra hệ thống còn có thêm ba thành phần khác là tiện ích giải thích, module quản lý cơ sở tri thức dùng để hỗ trợ cập nhật cơ sở tri thức và module quản lý Profile bệnh nhân Các thành phần này sẽ được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo của chương

Hình 2.1: Kiến trúc của hệ chẩn đoán đái tháo đường– ESDM

2.2.2 Cơ sở tri thức về bệnh đái tháo đường

Là một trong hai thành phần quan trọng, quyết định nên giá trị của một hệ chuyên gia Có nhiều cách để biểu diễn tri thức của các chuyên gia, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm nên tùy vào mỗi bài toán mà người xây dựng

hệ thống sẽ quyết định sử dụng phương pháp nào Phương pháp biểu diễn tri thức bằng luật dẫn được chọn để biểu diễn tri thức của ESDM vì:

Các bác sĩ cung cấp tri thức theo dạng luật Ví dụ: Nếu bệnh nhân có triệu chứng mờ mắt và giảm cân không giải thích được, chân tay đau nhức các khớp thì nghĩ bệnh nhân có thể bị đái tháo đường

Tập dữ liệu mẫu chính là các bệnh án nội trú và ngoại trú thuộc khoa Nội – truyền nhiễm và khoa khám bệnh của TTYT thị xã Từ Sơn Số lượng bệnh án được cung cấp không nhiều và trong đó có nhiều bệnh án không ghi nhận tất cả thông tin

mà bác sĩ đã hỏi bệnh hay khám lâm sàng nên các mẫu bệnh án đó bị thiếu thông tin Nếu dùng tập dữ liệu mẫu này để huấn luyện các phương pháp học sẽ không tốt

Dễ thêm hay chỉnh sửa cơ sở tri thức

Có thể thêm các tri thức heuristic

Dễ dàng giải thích kết quả chẩn đoán

Dễ dàng kết hợp với các phương pháp xử lý thông tin không chắc chắn và không rõ ràng

Cơ sở tri thức dùng để chẩn đoán đái tháo đường của hệ thống gồm có các luật được thu thập từ các bác sĩ khoa khám bệnh thuộc TTYT thị xã Từ Sơn, sách y khoa [2][3][4] và các bệnh án mẫu

Thông tin không chắc chắn là loại thông tin thường gặp trong lĩnh vực y khoa

Ví dụ bệnh nhân cho biết là nước tiểu có màu trắng đục thì bác sĩ nghĩ bệnh nhân này có thể bị đái tháo đường khoảng 80% Thừa số chắc chắn CF (Certainty factor ) được sử dụng để diễn tả tri thức dạng này [1][7]

Tùy vào mỗi bài toán mà CF có miền giá trị cụ thể sao cho phù hợp với bài toán đó Ví dụ trong Mycin, CF có miền giá trị thuộc [-1,1], CF(H,E) = 1 có nghĩa

là khi có bằng chứng E thì giả thuyết H chắc chắn đúng, CF(H,E) = -1 có nghĩa là khi có bằng chứng E thì giả thuyết H chắc chắn sai và CF(H,E) = 0 thì giả thuyết H

sẽ không biết là đúng hay sai mặc dù có bằng chứng E Ví dụ CF được sử dụng trong hệ chẩn đoán động kinh của Marakakis [20] có miền giá trị là [0,1] Khi đó kết luận cuối cùng có CF = 1 có nghĩa là bệnh nhân được chẩn đoán là chắn chắn bị động kinh, kết luận cuối cùng có CF = 0 có nghĩa là bệnh nhân được chẩn đoán là

chắn chắn không bị động kinh và CF = 0.5 có nghĩa là không biết bệnh nhân có động kinh hay không, có thể là có và cũng có thể là không bị động kinh Tương tự,

CF trong hệ thống tiên đoán khả năng thành công của sinh viên PASS [12] cũng có giá trị từ 0 đến 1

Trong chẩn đoán đái tháo đường không có dấu hiệu nào để bác sĩ khẳng định bệnh nhân không đái tháo đường nên giá trị CF sẽ có miền giá trị [0,1] Nếu kết quả chẩn đoán đái tháo đường với CF = 1 thì bệnh nhân đó chắc chắn bị đái tháo đường, nếu CF = 0 thì bệnh nhân này chắc chắn không bị đái tháo đường, nếu CF = 0.5 thì bệnh nhân có thể có hoặc không bị đái tháo đường

Các thông tin dùng để chẩn đoán đái tháo đường được rút ra từ các sách y khoa và một bác sĩ khoa Nội, khoa Khám bệnh của TTYT thị xã Từ Sơn Sau đó các thông tin này được khảo sát trên bốn bác sĩ khác

Giá trị CF của một luật thể hiện mức độ tin tưởng của bác sĩ vào một hay nhiều thông tin để kết luận bệnh nhân bị đái tháo đường Các bác sĩ cảm thấy khó khăn để kết luận bệnh nhân có bao nhiêu phần trăm (%) khả năng bị đái tháo đường (Tương đương CF có giá trị từ 0 đến 1 ) Vì vậy bác sĩ đánh giá trên thang điểm: 0, +, ++, +++, ++++, +++++ Thông tin nào bác sĩ đánh giá 0 có nghĩa là không có ý nghĩa để chẩn đoán đái tháo đường tương đương với CF = 0 Thông tin được đánh giá +++++ là thông tin đặc trưng của đái tháo đường có nghĩa là bệnh nhân chỉ cần

có một triệu chứng +++++ thì bác sĩ bệnh nhân này rất có khả bị đái tháo đường Không có triệu chứng nào chứng tỏ bệnh nhân chắc chắn bị đái tháo đường mà không cần đến kết quả xét nghiệm nên các thông tin được đánh giá +++++ chỉ tương đương với CF = 0.9 Các mức đánh giá còn lại được chia đều từ 0.2 đến 0.8 Tóm lại bảng ánh

xạ các giá trị đánh giá của bác sĩ thành giá trị CF như trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Bảng ánh xạ mức độ đánh giá của bác sĩ sang CF

Đánh giá của bác sĩ Giá trị CF tương ứng

Các triệu chứng chính được, tiền căn được in nghiêng, còn lại là triệu chứng phụ và tiền căn gia đình Triệu chứng chính giúp bác sĩ chẩn đoán dấu hiệu bất thường Triệu chứng phụ giúp bác sĩ nghĩ thêm khả năng bệnh nhân bị đái tháo đường khi bệnh nhân có triệu chứng chính hay có nguy cơ bị đái tháo đường Ví dụ

từ bảng trên rút ra được luật “Nếu bệnh nhân bị sút cân nhanh tróng bệnh nhân có thể bị đái tháo đường 56%” hay luật “Nếu bệnh nhân có dấu hiệu bất thường về mắt

mờ hay có nguy cơ đái tháo đường và bệnh nhân ăn uống kém thì nghĩ bệnh nhân

có khả năng bị đái tháo đường 20%”

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

B1: Xác định các thông tin dùng để chẩn đoán đái tháo đường 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

Các bước xây dựng cơ sở tri thức được thể hiện ở hình 2.1

Ngoài các thông tin không chắc chắn, trong chẩn đoán đái tháo đường còn có loại thông tin không rõ ràng Ví dụ bác sĩ cho biết lượng nước tiểu thu được trong một ngày của bệnh nhân mà ít hơn 500ml (được xem như chuẩn trong y học) thì được kết luận là bình thường, từ 500ml đến 599ml thì bệnh nhân có thể bị bệnh đái tháo đường type 1 hoặc không, từ 600ml trở lên, màu đục như nước vo gạo thì kết luận là bệnh đái tháo đường (Kinh nghiệm của bác sĩ) Đối với những thông tin này, ESDM sử dụng một kỹ thuật của Kusrini [17] 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 2.2: Các bước xây dựng tri thức ESDM

Ba hàm giúp xác định CF được Kusrini đề xuất như sau:

t v x v t

x t v

v x t v t

t v x

t v x hay t v x x

CF

, 1 , ,

, 0 ) (

(1) Hàm xác định CF của toán tử =

v x t v t

t v x

t v x x

CF

,1,

,0)

(

(2)

t v x v t

x t v

t v x x

CF

, 1 ,

, 0 )

(

(3) Hàm xác định CF của toán tử 

Trong đó: x là giá trị nhập vào

v là giá trị chuẩn

t là dung sai Xét lại ví dụ trên thì CF của thiểu niệu được xác định qua hàm sau:

Như vậy một bệnh nhân có lượng nước tiểu 550ml trong 24 giờ thì bác sĩ nghĩ bệnh nhân này bị thiểu niệu với độ chắc chắn là CF = (499+100-550)/100 = 0.49

2.2.3 Mô tả quá trình chẩn đoán bệnh đái tháo đường

Các bước thực hiện chính được mô tả tổng quát trong sơ đồ hình 2.2

Để bắt đầu quá trình chẩn đoán, ESDM yêu cầu thông tin bệnh nhân để đăng nhập Nếu bệnh nhân đã được chẩn đoán trước đây thì chỉ cần cung cấp mã bệnh nhân do hệ thống tạo ra trong lần chẩn đoán đầu tiên Nếu là bệnh nhân mới thì cung cấp tên, năm sinh và giới tính để khởi tạo profile

Sau khi đăng nhập, hệ thống bắt đầu thu thập thông tin để chẩn đoán bệnh Tùy vào hiện trạng của bệnh nhân mà hệ thống xác định thông tin cần hỏi Quá trình này được mô tả qua hình 2.3

Khi đã có các thông tin cần thiết, hệ thống bắt đầu chẩn đoán bệnh Trong quá trình chẩn đoán có thể hệ thống sẽ hỏi thêm thông tin mà chủ yếu là các kết quả cận lâm sàng

Hình 2.3: Sơ đồ quá trình chẩn đoán tổng quát

Hình 2.4: Sơ đồ quá trình thu thập thông tin

Nếu bệnh nhân được xác định là có nguy cơ bệnh đái tháo đường thì hệ thống chỉ hỏi một vài triệu chứng chính Trong trường hợp này, bệnh nhân chỉ cần cho biết có một trong các triệu chứng đó thì sẽ được yêu cầu làm xét nghiệm để chẩn

đoán xác định Nếu hiện trạng của bệnh nhân không được xác định do chưa có thông tin trong profile hay bệnh nhân không có nguy cơ đái tháo đường thì hệ thống yêu cầu cung cấp đầy đủ các triệu chứng, tiền căn của bệnh nhân, tiền căn gia đình

Chẩn đoán sơ bộ là chẩn đoán ban đầu sau khi hỏi và khám lâm sàng để xác định bệnh nhân có khả năng bị đái tháo đường không Nếu các thông tin có được đủ

để cho bác sĩ nghĩ bệnh nhân có khả năng bị đái tháo đường thì yêu cầu làm xét nghiệm sinh hóa máu để chẩn đoán xác định Do đó quá trình hỏi bệnh ban đầu chỉ hỏi: Triệu chứng, tiền căn và các thông tin khám lâm sàng

Chẩn đoán xác định là khẳng định bệnh nhân có đái tháo đường không? Nếu

có thì đái tháo đường đó là đái tháo đường thuộc type nào Quá trình chẩn đoán này dựa vào các kết quả cận lâm sàng là chính

Sau khi xác định được bệnh nhân bị bệnh đái tháo đường type 1, 2, biến thể đái tháo đường chuyển sang chẩn đoán nguyên nhân Khi chẩn đoán nguyên nhân

có thể bệnh nhân phải cung cấp thêm một số thông tin khác bao gồm thông tin về lâm sàng và cận lâm sàng Quá trình chẩn đoán đái tháo đường được thể hiện chi tiết qua hình 2.4

Cuối cùng là hệ thống sẽ cập nhật lại profile của bệnh nhân dựa vào các thông tin đã suy diễn và các thông tin do người sử dụng cung cấp

Hình 2.5: Sơ đồ quá trình chẩn đoán

2.2.4 Module quản lý Profile bệnh nhân- ESDM

Profile bệnh nhân được khởi tạo đối với thông tin đầy đủ về bệnh nhân mới và được cập nhật sau mỗi lần được bác sĩ thăm khám, hỏi về bệnh sử, tiền căn, hiện trạng chẩn đoán nhưng có thể bệnh nhân cung cấp sai lệch hoặc chưa chính xác cho bác sĩ, điều đó dẫn đến người sử dụng cung cấp, cập nhật thông tin chưa chính xác nên cần được cập nhật lại mỗi lần thăm khám Các thông tin khác như bệnh sử gia đình, tiền căn, thói quen, thay đổi sẽ làm ảnh hưởng đến kết quả chẩn đoán nên muốn thay đổi thì phải chẩn đoán lại Ngoài ra bác sĩ có thể muốn xóa bỏ một Profile bệnh án nào đó hay đánh giá kết quả chẩn đoán của hệ thống cũng được thực hiện quan Module này

Module này cập nhật thông tin trên phần mềm HIS và LIS của bộ y tế chuẩn hóa theo đữ liệu Quyết định 4210/QĐ-BYT của Bộ Y tế ban hành ngày 20/09/2017 Module này thực hiện tại 3 cửa số: Đăng ký bệnh nhân khám chữa bệnh, cửa sổ khám chữa bệnh và cửa sổ quản lý bệnh án

2.2.4.1 Cấu trúc Profile bệnh nhân - ESDM

Cấu trúc Profile bệnh nhân phải chứa đầy đủ các thông tin đặc trưng có liên quan đến bệnh đái tháo đường bao gồm bốn nhóm thông tin: Thông tin cá nhân, tiền