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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGÔ THỊ DIỆU THÚY NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CỦA TRÍ TUỆ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG Hà Nội - Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGÔ THỊ DIỆU THÚY NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CỦA TRÍ TUỆ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC Chun ngành: CƠNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG Hà Nội – Năm 2012 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu Mục đích luận văn 10 Phương pháp thực luận văn 10 Nội dung luận văn 11 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ TRÍ TUỆ TÍNH TỐN 12 1.1 Trí tuệ tính tốn gì? 12 1.2 Các thành phần trí tuệ tính toán 16 1.2.1 Mạng nơron nhân tạo (ANN) 16 1.2.2 Các giải thuật tính tốn tiến hóa di truyền 19 1.2.3 Tính tốn xác suất mạng tin cậy 22 1.2.4 Hệ chuyên gia (Expert System - ES) 25 1.2.5 Tổng quan Logic mờ (Fuzzy Logic), xây dựng sở tri thức cho hệ chuyên gia mờ 41 1.3 Áp dụng lý thuyết Fuzzy logic lý thuyết độ chắn “Hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh khớp” 48 1.4 Kết luận 49 CHƯƠNG BỆNH KHỚP VÀ QUY TRÌNH CHẨN ĐỐN BỆNH KHỚP 50 2.1 Bệnh khớp Bệnh viêm khớp dạng thấp 50 2.2 Các loại bệnh khớp 52 2.2.1 Bệnh khớp viêm 52 2.2.2 Bệnh khớp không viêm 52 2.3 Các kiểu triệu chứng chẩn đoán bệnh khớp 53 2.3.1 Các kiểu triệu chứng 53 2.3.2 Các phương pháp chẩn đoán bệnh khớp 55 2.4 Quy trình làm bệnh án xương khớp 56 2.5 Phương pháp chẩn đoán bệnh khớp 60 2.6 Kết luận 62 CHƯƠNG XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM HỆ CHUYÊN GIA CHẨN ĐOÁN BỆNH KHỚP 63 3.1 Cơ sở tri thức 63 3.1.1 Triệu chứng 64 3.1.2 Bệnh 65 3.1.3 Các luật sản xuất 66 3.2 Cấu trúc thu nhận tri thức 69 3.3 Xây dựng chế suy diễn sử dụng Fuzzy Logic lý thuyết độ chắn 70 3.3.1 Quan hệ triệu chứng - bệnh nhân 70 4.3.2 Quan hệ triệu chứng - bệnh 71 4.3.3 Quan hệ bệnh nhân - bệnh khớp 72 3.3.4 Thuật toán 77 3.4 Kết luận 82 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 83 4.1 Phân tích 83 4.2 Thiết kế hệ thống 84 4.2.1 Biểu đồ UseCase 84 4.2.2 Biểu đồ hoạt động 85 CHƯƠNG CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 94 CHƯƠNG KẾT LUẬN 100 ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 PHỤ LỤC 104 PHỤ LỤC 1: TRIỆU CHỨNG BỆNH KHỚP 104 PHỤ LỤC 2: CƠ SỞ TRI THỨC NẾU – THÌ 106 PHỤ LỤC 3: CÁC TOÁN TỬ FUZZY LOGIC 108 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hoàng Phương Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực, số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi phần tài liệu tham khảo Ngồi đề tài cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả, quan tổ chức khác thể phần tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2012 Học viên Ngô Thị Diệu Thúy LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn kính trọng sâu sắc người Thầy, PGS TS Nguyễn Hồng Phương, Phó Vụ trưởng Vụ Khoa học Đào tạo, Bộ Y tế, người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp em định hướng, tận tình bảo hỗ trợ em suốt trình nghiên cứu thực luận văn Em xin thể kính trọng lịng biết ơn đến Q Thầy Cô Viện Công nghệ thông tin, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người trang bị cho em nhiều kiến thức chuyên ngành, bảo, giúp đỡ tận tình quý Thầy Cơ em suốt q trình học tập Tất kiến thức mà em lĩnh hội từ giảng Thầy Cô vô quý giá Nhân đây, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ người thân gia đình, người ln ln bên cạnh tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn bác sỹ, bạn đồng nghiệp công tác Bệnh viện Y học cổ truyền TW, người cung cấp chia sẻ tài liệu, thông tin quý báu suốt trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2012 Ngô Thị Diệu Thúy DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ES Diễn giải tiếng Anh Expert System Diễn giải tiếng Việt Hệ chuyên gia Cơ sở tri thức CSTT CI Computational Intelligence Trí tuệ tính tốn GA Genetic Algorithm Giải thuật di truyền ANN Artificial Neural Network Mạng nơron nhân tạo BN Belief Network Mạng tin cậy PR Probabilistic Reasoning Lập luận xác suất AI Atificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo GM German Measles Sởi Đức GrC Granular Computing Tính tốn hạt O-A-V TTNT Trí tuệ nhân tạo CNTT Công nghệ thông tin Object – Attribute - Value Đối tượng – Thuộc tính – Giá trị DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Các thành phần Trí tuệ tính tốn 15 Hình Kiến trúc nơron nhân tạo mạng nơron nhiều lớp 17 Hình Sơ đồ lặp giải thuật di truyền 21 Hình Gán ma trận xác suất có điều kiện cung nối trực tiếp từ A đến B 24 Hình Các thành phần Hệ chun gia 25 Hình Cách thức giải vấn đề người 27 Hình Cách thức giải vấn đề người 27 Hình Mơ hình Hệ chuyên gia 28 Hình Kiến trúc hệ chuyên gia dựa luật 34 Hình 10 Nhân tố chắn sử dụng MYCIN 38 Hình 11 Đồ thị hàm thuộc  thấp(h) 44 Hình 12 Lược đồ chẩn đoán bệnh khớp 59 Hình 13 Đồ thị hàm thuộc  Sốtcao(t) 65 Hình 14 Cấu trúc thu nhận tri thức 69 Hình 15 Thang đo giá trị ngơn ngữ 75 Hình 16 Ví dụ minh họa quan hệ RPD 76 Hình 17 Mơ hình lập luận 78 Hình 18 Sơ đồ thuật tốn tính tốn 79 Hình 19 Biểu đồ UseCase "Chẩn đoán bệnh khớp" 84 Hình 20 Biểu đồ cập nhật triệu chứng 85 Hình 21 Biểu đồ cập nhật bệnh 86 Hình 22 Sơ đồ cập nhật tri thức 87 Hình 23 Biểu đồ cập nhật thông tin bệnh nhân 88 Hình 24 Biểu đồ cập nhật thông tin cần khám 90 Hình 25 Biểu đồ chẩn đoán 91 Hình 26 Sơ đồ sở liệu 93 Hình 27 Giao diện form 94 Hình 28 Giao diện Cập nhật triệu chứng 95 Hình 29 Giao diện Cập nhật tập luật 96 Hình 30 Giao diện khám lâm sàng 97 ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu Cơng nghệ thơng tin nói chung Trí tuệ tính tốn (Computing Intelligence CI) nói riêng trở thành công cụ đắc lực cho sống đại Việc áp dụng Công nghệ thông tin vào nhằm làm đại hóa quy trình làm việc ngành nghề mang lại hiệu cao chi phí, tiết kiệm thời gian tăng độ xác xử lý vấn đề Y tế ngành đặc thù mà việc áp dụng Công nghệ thông tin làm tăng cường hiệu khám chữa, chăm sóc điều trị bệnh cho cộng đồng Không thế, hệ thống thông tin Y tế thông minh giải pháp cho vấn đề chẩn đoán sớm, kiểm soát dịch bệnh nghiên cứu… Trí tuệ tính tốn hứa hẹn công cụ hỗ trợ đắc lực cho vấn đề Lý thuyết trí tuệ tính tốn có bước phát triển mạnh mẽ năm qua Chúng cung cấp kỹ thuật cơng cụ hỗ trợ có ích cho định người bối cảnh phức tạp Độ phức tạp có nghĩa số lượng lớn yếu tố, thay đổi tình trạng bệnh, tri thức khơng xác, mơ hồ, thiếu liệu… Sử dụng kỹ thuật cho lĩnh vực chăm sóc sức khỏe y tế có tiềm cao Ngày nay, việc sử dụng kỹ thuật công việc hàng ngày bác sỹ khơng cịn lạ dự kiến rằng, với chứng tin cậy việc áp dụng mạnh mẽ kỹ thuật mang lại lợi ích thực tế cho bệnh nhân cho bác sỹ Qua khảo sát thực tế cho thấy phần mềm ứng dụng ngành Y tế Việt Nam thể sức mạnh tính tốn, lưu trữ, truy xuất nhanh chóng hiệu quản lý kinh tế Tuy nhiên, có thực tế rằng, hàm lượng “thông minh” hầu hết phần mềm ứng dụng Y học Việt Nam cịn thấp Chẩn đốn bệnh nhiệm vụ khó quan trọng y học cần có trợ ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGÔ THỊ DIỆU TH? ?Y NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CỦA TRÍ TUỆ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC... chọn toán ứng dụng cho bệnh Khớp để x? ?y dựng thử nghiệm “Hệ chuyên gia chẩn đốn bệnh khớp” Mục đích luận văn Nghiên cứu số phương pháp Trí tuệ tính tốn ứng dụng y học, đề xuất phương pháp để giải... vào Nghiên cứu phương pháp Trí tuệ tính tốn ứng dụng Y học nhằm khai thác khả áp dụng Trí tuệ tính tốn việc hỗ trợ chẩn đốn bệnh khớp Việt Nam Luận văn bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu Trí tuệ