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

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN VĂN LÝ XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 8.48.01.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2018 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hữu Lập Phản biện 1: ………………………………………………… Phản biện 2: ………….…………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Hiện bệnh đái tháo đường theo thống kê năm 2017 có 2500 người bị mắc điều trị sở, hàng năm bệnh nhân mắc bệnh đái tháo đường tăng 10% Đặc biệt tuyến huyện, bệnh viện hạng II có nhiều khó khắn số lượng Bác sĩ tham gia điều trị, sở vật chất trật trội, hướng tới hài lòng người bệnh Hệ chuyên gia hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán theo dõi bệnh đái tháo đường để hạn chế tình trạng chấn đốn thiếu xác Giảm tải thời gian khám chữa bệnh bác sĩ hài lòng người bệnh.Theo dõi diễn biến bệnh đái tháo đường cho bệnh nhân Chẩn đốn bệnh thuận tiện dựa bệnh sử bệnh nhân Đặc biệt trường hợp cấp cứu bệnh nhân tình trạng mê khơng thể cung cấp thơng tin Patient profile có ý nghĩa phác đồ điều trị Nhận thấy tầm quan trọng hệ chuyên gia trình khám chữa bệnh nghành y tế bệnh đái tháo đường, em định chọn đề tài luận văn: “Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chấn đoán điều trị bệnh đái tháo đường” Nội dung luận văn Chương 1: Tổng quan hệ chuyên gia, trình bày cấu trúc nguyên tắc hoạt động hệ chuyên gia Chương 2: Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán điều trị bệnh đái tháo đường Chương trình bày liệu y khoa bệnh đái tháo đường xây dựng thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh đái tháo đường Chương 3: Thử nghiệm hệ chuyên gia đánh giá kết Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian lực hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi khiếm khuyết Kính mong thầy đồng nghiệp thơng cảm, cho ý kiến đóng góp Trân trọng cảm ơn ! CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA 1.1 Giới thiệu chung Hệ chuyên gia lĩnh vực trí tuệ nhân tạo đời từ thập niên 60, áp dụng nhiều lĩnh vực khác y khoa, kinh tế, nông nghiệp… Hệ chuyên gia định nghĩa chung sau: Hệ chun gia chương trình máy tính mơ hình hoá khả giải chuyên gia 1.2 Cấu trúc hệ chuyên gia Hệ chuyên gia có hai thành phần chính: Cơ sở tri thức mơ tơ suy luận[11] Hình 1.1 Các thành phần hệ chuyên gia 1.2.1 Cơ sở tri thức (Knowledge Base) Tri thức hiểu biết lĩnh vực cần biểu diễn nghiên cứu Hệ chuyên gia mô hình hóa khả giải vấn đề người nên phải có tri thức lĩnh vực xét người chuyên gia Tri thức hệ chuyên gia thu thập từ sách, tri thức thuộc kinh nghiệm, phán đoán chuyên gia hay rút thơng qua q trình học Biểu diễn tri thức như: Luật dẫn, mạng ngữ nghĩa, khung (Frame), logic mệnh đề, ba đối tượng – thuộc tính – giá trị (O-A-V),… Cấu trúc luật gồm hay nhiều giả thiết phần IF với hay nhiều kết luận phần THEN Cấu trúc luật có dạng: IF… THEN… Hay IF… THEN… ELSE… Các loại tri thức thường gặp thực tế a) Tri thức thủ tục b) Tri thức mô tả c) Tri thức MetaTri thức may rủi d) Tri thức cấu trúc 1.2.2 Mô tơ suy luận (Inference Engine) Mô tơ suy luận làm việc dựa kiện nhớ làm việc tri thức lĩnh vực sở tri thức để rút thông tin Hai loại suy luận thường áp dụng hệ chuyên gia suy luận tiến suy luận lùi: a) Suy luận tiến (Forward chaining) b) Suy luận lùi (Backward chaining) Các chuyên gia thường đánh giá suy xét giải vấn đề, kỹ thuật khác thường sử dụng thêm thừa số chắn CF để thể thông tin không chắn 1.3 Hệ thống giao tiếp với người sử dụng 1.3.1 Hoạt động hệ chuyên gia Người sử dụng cung cấp kiện (Fact) biết, có thật hay thơng tin có ích cho hệ chuyên gia nhận câu trả lời lời khuyên hay gợi ý đắn (Expertise) Hình 1.2 Hệ chuyên gia Giao diện người - Máy (User interface): Thực giao tiếp hệ chuyên gia user, nhận thông tin từ user đưa câu trả lời, lời khuyên, giải thích lĩnh vực Bộ giải thích (Explanation system): Giải thích hoạt động có u cầu user Động suy diễn (Inference engine): Quá trình hệ chuyên gia cho phép khớp kiện vùng nhớ làm việc với tri thức lĩnh vực sở tri thức để rút kết luận vấn đề giải 1.3.2 Nguyên tắc hoạt động Hình 1.3 Hoạt động hệ chuyên gia Cơ sở tri thức gồm: Sự kiện phần tử tri thức thông thường gọi luật (Rule), tổ chức sở liệu Động suy diễn: Cơng cụ (Chương trình, hay xử lý) tạo suy luận cách định xem luật làm thỏa mãn kiện, đối tượng, chọn ưu tiên luật có tính ưu tiên cao Lịch cơng việc: Danh sách luật ưu tiên máy suy diễn tạo thỏa mãn kiện, đối tượng có mặt nhớ làm việc Vùng nhớ làm việc: Cơ sở liệu toàn cục chứa kiện phục vụ cho luật Khả giải thích: Giải nghĩa cách lập luận hệ thống cho người sử dụng Khả tiếp nhận tri thức: Cho phép người sử dụng bổ sung tri thức vào hệ thống cách mã hóa tri thức cách tường minh 1.3.3 Hoạt động sở tri thức Cơ sở tri thức gọi nhớ sản xuất (Production memory) hệ chuyên gia Trong sở tri thức, người ta thường phân biệt hai loại tri thức tri thức phán đoán (Assertion knowledge) tri thức thực hành (Operating knowledge) Hình 1.4: Quá trình xử lý 1.3.4 Kỹ thuật suy luận hệ chuyên gia Cở sở tri thức mô tơ suy diễn tách rời Phân tách cở sở tri thức mơ tơ suy diễn có giá trị hệ chuyên gia Đảm bảo tính độc lập việc mã hóa tri thức việc xử lý tri thức a Tri thức chuyên gia b Lập luận may rủi c Lập luận khơng xác Hệ chun gia coi thành công ứng dụng cần đến lập luận khơng xác Những loại ứng dụng đặc trưng thông tin không chắn, chồng lấn không rõ ràng 1.4 Một số hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh 1.4.1 Hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh phổi Năm 2008, khoa công nghệ thông tin,Trường đại học Sư phạm Hà Nội, phát triển hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh phổi 1.4.2 Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh – Tâm thần Năm 2010, nhóm nghiên cứu trường đại học Đà Nẵng phát triển hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh Thần kinh – Tâm thần Kết Luận chương Hệ chuyên gia chương trình máy tính mơ hình hóa khả giải phần công việc hệ chuyên gia Cấu trúc hệ chuyên gia gồm thành phần : Cơ sở tri thức, mô tơ suy luận hệ thống giao tiếp với người sử dụng sở lý thuyết chung hệ chuyên gia, chương luận văn nhìn chung hệ chun gia có liên quan đến trợ giúp chẩn đoán điều trị bệnh y khoa phát triển mạnh mẽ năm gần Việt Nam Tuy vậy, hệ chưa đạt yêu cầu thương mại hóa sản phẩm CHƯƠNG - 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 thiết kế dựa phác đồ điều trị chuyên gia đầu nghành Bộ y tế xây dựng, dấu hiệu triệu trứng, kết xét nghiệm lâm sàng đưa kết luận mức độ mắc bệnh bệnh nhân 2.1 Dữ liệu y khoa bệnh đái tháo đường 2.1.1 Sơ lược bệnh đái tháo đường Đái tháo đường bệnh rối loạn chuyển hóa khơng đồng nhất, có đặc điểm tăng glucose huyết khiếm khuyết tiết insulin, tác động insulin, hai 2.1.2 Phân loại bệnh diên biến lâm sàng bệnh Trong y khoa người ta chia làm loại bệnh đái tháo đường, sau: a Bệnh đái tháo đường type Đái tháo đường type (hay Đái tháo đường vị thành niên) bệnh lý mạn tính, xảy tuyến tụy khơng có khả sản xuất Hormone insulin – Hormone có vai trò kiểm soát đường huyết, khiến nồng độ đường máu tăng cao Nguyên nhân: Nhiễm virut vi khuẩn, chất độc hố học thực phẩm, thành phần khơng xác định gây phản ứng tự miễn dịch; Sự bố trí di truyền Diễn tiến bệnh hầu hết, bệnh nhân mắc bệnh có biểu điển ăn nhiều, uống nhiều, tiểu nhiều sụt cân nhiều Biến chứng bệnh Đái tháo đường type 1: Ảnh hưởng đến toàn quan thể b Bệnh đái tháo đường type Nếu bệnh đái tháo đường type 1, thể không sản xuất insulin bệnh đái tháo đường type tế bào không đáp ứng với insulin không vào tế bào để thực vai trò Đái tháo đường type bệnh rối loạn chuyển hóa chất đường (Glucose) mạn tính Ngun nhân chủ yếu lối sống thiếu lành mạnh: Ăn uống khơng điều độ, vận động, áp lực công việc, căng thẳng thường xuyên… Diễn tiến bệnh đái tháo đường type 2: Bệnh đái tháo đường type thường âm thầm, rõ rệt so với đái tháo đường type Biểu hiện: khát nước nhiều, cảm thấy đói nhiều, khơ miệng… Biến chứng bệnh đái tháo dường type 2: Đường (Glucose) máu tăng cao kéo dài làm tổn hại tới mạch máu dây thần kinh, dẫn tới nhiều biến chứng mạn tính mù lòa, nhồi máu tim, đột quỵ não 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 loại bệnh đái tháo đường mà xảy thời gian mang thai Nguyên nhân đái tháo đường đoạn giải thích thay đổi nội tiết mang thai, làm tăng glucose máu, sau ăn Kháng insulin Không giống bệnh đái tháo đường type type 2, bệnh đái tháo đường lúc mang thai biến sau em bé sinh Một số bệnh biết làm tăng nguy mắc bệnh đái tháo đường như: Bệnh nhân bị hội chứng Ovary Đa Nhiễm (PCOS) Bệnh nhân bị hội chứng Cushing… 2.1.3 Phân biêt loại đái tháo đường Bảng 2.1: Phân biệt đái tháo đường type 1, type đái tháo đường thể đặc biệt Đặc điểm Đái tháo đường type Đái tháo đường type Đái tháo Ghi đường đái tháo đường thể đặc biệt Tuổi xuất Trẻ, thiếu Tuổi trưởng Phụ nữ mang niên thành thai, thời kỳ tháng tháng cuối Khởi phát Các triệu Chậm, thường chứng rầm rộ không rõ triệuchứng Biểu lâm - Sút cân - Bệnh diễn tiến Thai phải to sàng nhanhchóng âm ỉ, triệu so với phát - Đái nhiều chứng triển thai - Uống nhiều - Thể trạng béo, thừa cân - Tiền sử gia đình có người mắc bệnh đái tháo đường type - Đặc tính dân tộc, có tỷ lệ mắc bệnh cao - Dấu gai đen (Aeanthosis nigricans) - Hội chứng buồng trứng đa nang Glucose huyết FPG(fasting FPG(fasting tương lúc đói plasma plasma glucose) ≥ 126 glucose) ≥ 126 mg/dL (hay mg/dL (hay mmol/L) mmol/L) Glucose huyết tương thời điểm sau làm nghiệm pháp dung nạp glucose đường uống 75g 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) FPG(fasting plasma glucose) ≥ 126 mg/dL (hay mmol/L) G< 5.1mml/l OGTT(oral glucose tolerance test) ≥ 200 mg/dL (hay 11,1 mmol/L) Sau ≥10 mol/l Sau ≥8.5 mol/l Bệnh nhân phải nhịn ăn (không uống nước ngọt, uống nước lọc, nước đun sơi để nguội) (thường phải nhịn đói qua đêm từ -14 giờ), Bệnh nhân nhịn đói từ nửa đêm trước làm nghiệm pháp, dùng lượng glucose tương đương với 75g glucose, hòa tan 250-300 ml nước, uống phút; ngày trước bệnh nhân ăn phần có khoảng 150- 10 2.1.4 Đặc trưng cần thiết thuộc nhóm cận lâm sàng: Mục tiêu điều trị cho bệnh nhân đái tháo đường người trưởng thành, khơng có thai, khơng mắc bệnh mãn tính khác kèm theo Mục tiêu: Điều trị cá thể bệnh nhân Bảng 2.2:bảng mục tiều điều trị Mục tiêu HbA1c Glucose huyết tương mao mạch lúc đói, trước ăn Đỉnh glucose huyết tương mao mạch sau ăn 1-2 Huyết áp Lipid máu Chỉ số < 7%* 80-130 mg/dL (4.4-7.2 mmol/L)*