Xây dựng hệ hỗ trợ ra quyết định chẩn đoán trong nha khoa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng hệ hỗ trợ định chẩn đốn nha khoa KIỀU QUANG ĐẠT Ngành: Cơng nghệ thơng tin Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Đình Khang Viện: Công nghệ thông tin Truyền thông HÀ NỘI, 4/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng hệ hỗ trợ định chẩn đoán nha khoa KIỀU QUANG ĐẠT Ngành: Công nghệ thông tin Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Đình Khang Chữ ký GVHD Viện: Cơng nghệ thơng tin Truyền thơng HÀ NỘI, 4/2021 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Kiều Quang Đạt Đề tài luận văn: Xây dựng hệ hỗ trợ định chẩn đoán nha khoa Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Mã số SV: CB180081 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 24/04/2021 với nội dung sau: Lỗi trình bày luận văn STT Yêu cầu hội đồng Sửa đề mục Chương Nội dung chỉnh sửa Vị trí chỉnh sửa Đã rà sốt chỉnh sửa thành phần Chỉnh sửa Mở đầu, sửa chương toàn theo thứ tự luận văn – Mở đầu Sửa cụm từ “Logic mờ” thay Phần Tóm tắt Kiểm tra phương pháp “Phương pháp chọn ngưỡng để nội dung luận logic mờ ứng dụng phân loại nhóm bệnh” văn Sau phản biện Hội đồng chấm luận văn, tác giả nhận thấy đề tài không áp dụng logic mờ cách rõ ràng Chính vậy, tác Kiểm tra phương pháp giả định bỏ phương pháp logic mờ xác định Trang 25 Logic mờ phần phân loại mức độ bệnh mức độ bệnh, thay diễn giải phương pháp thống kê để phù hợp với phương pháp trình bày luận văn Bổ sung nội dung luận văn STT Yêu cầu hội đồng Nội dung chỉnh sửa Vị trí chỉnh sửa Bổ sung thêm lý Trình bày thêm thống kê để Mục 2.2.1 – chọn ngưỡng định diễn giải cách chọn ngưỡng trang 23 nhóm bệnh định nhóm bệnh Bổ sung phần Đánh giá Đưa ưu, nhược điểm Trang 46 hệ thống Bổ sung tính ứng dụng hệ Bổ sung phần Kết Luận thống thu hoạch tác giả Trang 47 sau thực luận văn Ngày …… tháng …… năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, giúp đỡ, tạo điều kiện, đóng góp ý kiến thầy cơ, gia đình, bạn bè Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS.TS Trần Đình Khang giảng viên Bộ môn Hệ thống thông tin trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đồng thời giảng viên hướng dẫn luận văn tốt nghiệp Thầy hướng dẫn nhiệt tình, giải đáp thắc mắc, khó khăn tơi q trình thực Luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô môn cung cấp kiến thức vô hữu ích suốt khóa học, giúp tơi có tảng vững để thực Luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè cổ vũ, động viên tơi suốt q trình học tập thực Luận văn HỌC VIÊN Kiều Quang Đạt Tóm tắt nội dung luận văn Luận văn thạc sĩ nhằm ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào lĩnh vực y học, cụ thể hỗ trợ bác sĩ việc chẩn đoán bệnh nha khoa Dựa tri thức chuyên gia nha khoa tổng hợp biên tập sẵn, hệ thống suy diễn đưa câu hỏi liên quan nhằm khoanh vùng, chẩn đoán bệnh cách nhanh chóng, xác Luận văn dựa phương pháp chọn ngưỡng để phân loại nhóm bệnh; sử dụng logic vị từ để định nghĩa suy diễn; dựa ngơn ngữ lập trình C#, SWI-Prolog, SQL; hệ thống cài đặt máy tính chạy hệ điều hành windows trở lên, cài đặt sẵn SQL server 2008 trở lên Bằng việc thu thập thông tin tình trạng bệnh từ bảng khai báo triệu chứng người bệnh việc khám lâm sàng bác sĩ, chương trình đưa kết luận tình trạng bệnh dựa việc ứng dụng phương pháp suy diễn Từ kết đó, bác sĩ đưa hướng điều trị phù hợp với bệnh nhân đó, tránh thời gian, tránh sai sót (do việc khám chưa đủ thông tin) không mong muốn so với việc khám bệnh trực tiếp Định hướng phát triển mở rộng luận văn: cập nhật sở tri thức đầy đủ trọng số hợp lý; mở rộng qua tảng web, mobile; sử dụng thêm phương pháp chẩn đốn hình ảnh chụp phim X-quang, số liệu từ việc khám cận lâm sàng để tăng thêm chức chuẩn đoán; sử dụng phân tích ngơn ngữ tự nhiên để dễ dàng, thân thiện việc hỏi đáp bệnh nhân MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Kết dự kiến CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Bệnh nha khoa 1.1.1 Khái niệm nha khoa 1.1.2 Bệnh sâu 1.1.3 Sinh men bất toàn 1.1.4 Viêm lợi 1.1.5 Răng khôn mọc lệch 1.1.6 Viêm quanh cuống 10 1.2 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo 12 1.3 Hệ thống dựa tri thức 14 1.4 Giới thiệu PROLOG 16 1.4.1 Tổng quan 16 1.4.2 Môi trường phần mềm 17 CHƢƠNG HỆ HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH NHA KHOA 19 2.1 Cơ sở tri thức 19 2.1.1 Bảng câu hỏi chẩn đoán sơ 19 2.1.2 Triệu chứng lâm sàng 22 2.1.3 Luật suy diễn 24 2.2 Cơ chế suy diễn 28 2.2.1 Suy diễn phân loại nhóm bệnh 28 2.2.2 Suy diễn chẩn đoán mức độ bệnh 31 2.2.3 Mô tả thủ tục chẩn đoán bệnh: 33 2.2.4 Quy trình xử lý prolog: 40 2.2.5 Cơ chế sinh luật Prolog 41 2.3 Phân tích thiết kế hệ thống 45 i 2.3.1 Phân tích yêu cầu hệ thống 45 2.3.2 Thiết kế sở liệu 45 2.3.3 Biểu đồ luồng 48 2.3.4 Biểu đồ 48 CHƢƠNG CÀI ĐẶT PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ 50 3.1 Chẩn đoán sơ 50 3.1.1 Đưa câu hỏi, xếp hình 50 3.1.2 Xử lý chẩn đoán sơ 51 3.2 Chẩn đoán mức độ bệnh 51 3.2.1 Đưa câu hỏi, xếp hình 51 3.2.2 Ghi nhận chẩn đoán 52 3.3 Chức quản lý liệu bệnh 53 3.4 Ví dụ kết 54 3.5 Đánh giá 57 CHƢƠNG KẾT LUẬN 58 4.1 Kết luận 58 4.2 Hướng phát triển đồ án tương lai 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bệnh sâu Hình 1.2 Mơ hình hệ chun gia 16 Hình 2.1 Ví dụ giá trị X* bệnh nhân trả lời câu hỏi 29 Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát luồng xử lý tập luật phương pháp suy diễn tiến 31 Hình 2.3 Xử lý kiểm tra triệu chứng bệnh 32 Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát luật xác định mức độ bệnh 33 Hình 2.5 Sơ đồ luồng xử lý 40 Hình 2.6 Cơ chế sinh luật 41 Hình 2.7 Sơ đồ thực thể liên kết 45 Hình 2.8 Thiết kế sở liệu 45 Hình 2.9 Biểu đồ luồng 48 Hình 2.10 Biểu đồ 49 Hình 3.1 Màn hình 50 Hình 3.2 Màn hình câu hỏi tiền chẩn đốn 50 Hình 3.3 Kết chẩn đoán sơ 51 Hình 3.4 Màn hình câu hỏi xác định mức độ bệnh khám lâm sàng màu 52 Hình 3.5 Câu hỏi khám lâm sàng hư tổn 52 Hình 3.6 Kết khám bệnh 53 Hình 3.7 Chức quản lý liệu bệnh 54 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 So sánh hệ chuyên gia chuyên gia người 16 Bảng 3.1 Bảng câu hỏi chẩn đoán sơ 19 Bảng 3.2 Danh sách triệu chứng lâm sàng khám bệnh 23 Bảng 3.3 Danh sách kết luận mức độ bệnh 24 Bảng 3.4 Danh sách mệnh đề 25 Bảng 3.5 Danh sách vị từ 26 Bảng 3.6 Luật suy diễn mức độ bệnh 27 Bảng 3.7 Ngưỡng định bệnh 30 Bảng 3.8 Bảng trả lời triệu chứng tiền chẩn đoán 33 Bảng 4.1 Kịch bệnh sâu cấp độ 54 Bảng 4.2 Kịch bệnh Viêm quanh cuống mạn tính 55 Bảng 4.3 Kịch bệnh Viêm lợi mức độ Sâu mức độ 56 iv Nhom_benh Mã nhóm bệnh PK + nhom_benh_ID: int + ten_nhombenh: varchar(500) Tên nhóm bệnh + min_rate : float Giá trị tối thiểu X* >= - Bảng khai báo triệu chứng Trieu_chung PK + trieu_chung_ID: int Mã triệu chứng FK + nhom_benh_ID: int Mã nhóm bệnh + ten_trieu_chung: varchar(500) Tên triệu chứng - Bảng liên kết Nhóm bệnh mức độ bệnh Nhom_benh_Muc_do_benh + nhom_benh_ID: int Mã nhóm bênh + muc_do_benh_ID: int Mã mức độ bệnh - Bảng khai báo mức độ bệnh Muc_do_benh PK + muc_do_benh_ID: int Mã mức độ bênh + ten_muc_do_benh: varchar(500) Tên mức độ bệnh + min_rate: float Giá trị nhỏ để xác định người thuộc nhóm bệnh 46 - Bảng liên kết triệu chứng nhóm bệnh Trieu_chung_nhom_benh + nhom_benh_ID: int Mã nhóm bệnh + trieu_chung_ID: int Mã triệu chứng - Bảng thuộc tính Thuoc_tinh PK + thuoc_tinh_ID: int Mã thuộc tính FK + muc_do_benh_ID : int Mã mức độ bệnh + ten_thuoc_tinh: varchar(500) Tên thuộc tính - Bảng giá trị thuộc tính Gia_tri_thuoc_tinh PK + gia_tri_thuoc_tinh_ID Mã giá trị thuộc tính FK + thuoc_tinh_ID: int Mã thuộc tính + ten_thuoc_tinh: varchar(500) Tên thuộc tính - Bảng khai báo diễn giải mức độ bệnh Dien_giai + muc_do_benh_ID: int Mã mức độ bệnh + dien_giai_text: varchar(500) Tên diễn giải 47 2.3.3 Biểu đồ luồng Dưới biểu đồ luồng mô tả chu trình xử lý hệ thống: Hình 2.9 Biểu đồ luồng 2.3.4 Biểu đồ Dưới biểu đồ thể cách truyền thông điệp lớp chương trình: 48 Hình 2.10 Biểu đồ 49 CHƢƠNG CÀI ĐẶT PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ Chương trình triển khai hệ điều hành WINDOWS, hệ sở liệu SQL server 2019 để quản lý liệu Ngơn ngữ lập trình sử dụng : C#, PROLOG, SQL Sau số hình ảnh giao diện người dùng: Hình 3.1 Màn hình 3.1 Chẩn đốn sơ Hệ trợ giúp chẩn đoán sơ dành cho người bệnh cài đặt sau: 3.1.1 Đƣa câu hỏi, xếp hình Hình 3.2 Màn hình câu hỏi tiền chẩn đoán 50 3.1.2 Xử lý chẩn đoán sơ Hệ thống ghi nhận kết đầu vào từ người sử dụng sau thống kê triệu chứng ghi nhận dạng “Có/Khơng” Hệ thống thực việc thống kê câu hỏi thuộc bệnh, nhóm bệnh có số câu trả lời “Có” lớn ngưỡng chẩn đốn xác nhận bệnh nhân có triệu chứng nhóm bệnh Cứ duyệt hết qua nhóm bệnh Cuối cùng, hệ thống đưa kết luận nhóm bệnh để chuyển tới hình hỏi/ đáp thuộc tính bệnh để xác định mức độ bệnh Hình 3.3 Kết chẩn đoán sơ 3.2 Chẩn đoán mức độ bệnh Hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán dành cho bác sĩ cài đặt sau: 3.2.1 Đƣa câu hỏi, xếp hình Dựa vào kết đầu chức chẩn đoán sơ trên, hệ thống lấy câu hỏi, phương án chọn phù hợp để đưa hình Người dùng chọn dựa triệu chứng thân Qua câu hỏi, hệ thống tiến hành đánh giá xem người dùng thuộc mức độ bệnh Khi xác định mức độ bệnh, hệ thống hỏi người dùng có muốn thực khai báo tiếp triệu chứng hay khơng? Nếu có, hệ thống tiếp tục thực ghi nhận triệu chứng để chẩn đoán thêm mức độ bệnh khác người dùng Dưới hình câu hỏi với lựa chọn 51 Hình 3.4 Màn hình câu hỏi xác định mức độ bệnh khám lâm sàng màu Tùy vào phương án trả lời câu hỏi tại, hệ thống tự suy diễn đưa câu hỏi liên quan Hình 3.5 Câu hỏi khám lâm sàng hư tổn 3.2.2 Ghi nhận chẩn đốn Q trình hỏi - chẩn đoán diễn tới hết câu hỏi Người dùng nhận danh sách mức độ bệnh tương ứng với câu trả lời người 52 dùng Nếu khai báo luật không đầy đủ, người dùng nhận câu trả lời khả mắc vào trường hợp %, từ đưa hướng điều trị phụ hợp cho mức độ bệnh có khả mắc phải cao Hình 3.6 Kết khám bệnh 3.3 Chức quản lý liệu bệnh Dữ liệu luật, triệu chứng, nhóm bệnh mức độ bệnh định nghĩa sở liệu Thông qua việc chỉnh sửa sở liệu qua chức Setting phần mềm 53 Hình 3.7 Chức quản lý liệu bệnh 3.4 Ví dụ kết Dưới số kịch kiểm thử sử dụng chương trình Kịch 1: Bảng 3.1 Kịch bệnh sâu cấp độ Chức Nội dung Kết Chẩn đốn sơ Có triệu chứng: Nhóm bệnh Sâu - Có sử dụng nước máy để ăn uống - Gia đình có người bị vàng - Ê buốt sử dụng nước lạnh - Đang đau - Đau âm ỉ - Cắn hàm đau 54 - Hơi thở có mùi - Hay sưng đau - Giắt thức ăn Chẩn đoán chi tiết Khám lâm sàng: Mức độ - Răng có chấm trắng hay nâu - Có hư tổn Kịch 2: Bảng 3.2 Kịch bệnh Viêm quanh cuống mạn tính Chức Nội dung Kết Chẩn đốn sơ Có triệu chứng: Nhóm bệnh Viêm quanh - Đau vùng chân cuống - Đau tự nhiên - Đau - Đau lan lên nửa đầu - Đau tăng lên ăn nhai, hay uống nóng lạnh - Cắn lại có cảm giác chồi khơng - Thuốc giảm đau có tác dụng - Sưng ngồi mặt miệng - Chảy mủ chân - Răng bị đau không bị sâu vỡ Chẩn đoán chi tiết Khám lâm sàng: Mức độ – Mạn tính - Có hình ảnh thấu quan vùng cuống - Răng đổi màu xám đục - Không sưng nề 55 Kịch 3: Bảng 3.3 Kịch bệnh Viêm lợi mức độ Sâu mức độ Chức Nội dung Kết Chẩn đốn sơ Có triệu chứng: Nhóm bệnh Viêm lợi - Đau lợi chạm vào Sâu - Chảy máu dùng tơ đánh - Cảm thấy thở có mùi - Cảm thấy lợi sưng tụt lợi - Lợi căng mềm - Khơng dùng thuốc dài ngày - Gia đình có người bị vàng - Ê buốt sử dụng nước lạnh - Đang đau - Đau âm ỉ - Cắn hàm đau - Hơi thở có mùi - Hay sưng đau Chẩn đốn chi tiết Khám lâm sàng: - Đỏ, sưng bóng Viêm lợi - Mức độ Sâu mức độ - Chảy máu thăm khám - Có chấm mờ đục - Khơng có hư tổn Sau thử nghiệm chương trình với nhiều kịch khác so sánh với đánh giá bác sĩ Ta thấy kết xác Để thực xác, cần thực nghiệm nhiều để chọn trọng số nhóm bệnh tốt hơn, đồng thời cần phải cập nhật tri thức cho luật trình thực chẩn đoán mức độ bệnh 56 3.5 Đánh giá Chương trình chạy ổn định, tốc độ nhanh, đưa khả mắc bệnh phương án điều trị cho trường hợp bệnh Tri thức mơ hình hóa vào tốn cập nhật lại cho phù hợp với thực tế Việc quản lý liệu bệnh nhân cần chi tiết Giao diện người dùng chưa thân thiện Tóm lại, chương trình đáp ứng đủ nhu cầu tăng hiệu khám bệnh sở y tế Đánh giá ưu điểm: - Chương trình hoạt động ổn định - Có tính thực tiễn khám chữa bệnh - Mơ hình hóa quy trình khám bệnh máy tính Đánh giá nhược điểm: - Cịn bệnh so với thực tế - Cịn câu hỏi - Chưa có mục quản lý bệnh nhân - Giao diện đơn giản, chưa thân thiện với người dùng 57 CHƢƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau thực đề tài, tác giả nhận thấy việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia y học nhiều hội, thách thức với ngành công nghệ thông tin Việc xây dựng hệ chuyên gia trợ giúp bác sĩ, đặc biệt ngành nha khoa cần thiết Trong khn khổ có hạn, hướng dẫn Thầy Trần Đình Khang – Giảng viên hướng dẫn, tác giả hoàn thành Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ với đề tài Xây dựng hệ trợ giúp định chẩn đoán nha khoa Chương trình xây dựng mơ hình phát triển hệ hỗ trợ khám bệnh nha khoa dựa sở tri thức tập luật Kết thu chương trình có tính ứng dụng vào thực tế khám chữa sở y tế Ứng dụng gồm có phần : - Khai báo triệu chứng dựa vào bảng câu hỏi, từ đưa chẩn đốn sơ nhóm bệnh mắc phải - Chẩn đốn mức độ bệnh dựa vào tập luật kết việc chẩn đốn sơ trước Qua việc thực đề tài, tác giả nâng cao kiến thức thân hệ chuyên gia, ngôn ngữ lập trình logic kiến thức nha khoa 4.2 Hƣớng phát triển đồ án tƣơng lai Định hướng gần: - Phối hợp với bác sĩ, chuyên gia xây dựng trọng số câu hỏi chi tiết - Kết hợp phương pháp suy diễn khác để đa dạng - Mở rộng chun mơn khác ngồi nha khoa Định hướng xa: - Chun mơn sâu - Độ xác chẩn đoán, điều trị cao - Số bệnh chẩn đoán điều trị nhiều 58 - Xây dựng hệ thống chia chức chuyên biệt, giúp bác sĩ, bệnh nhân, người quản lý bệnh viện dễ dàng thao tác, có hiệu cao - Tích hợp với máy đo chuyên dụng để khám bệnh phức tạp 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wikipedia [Online] Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/Nha_khoa [2] Trung tâm y tế Quận 6, "Tổng quan bệnh sâu răng," [Online] Available: http://trungtamytequan6.medinet.gov.vn/chuyen-muc/tong-quan-benh-saurang-c14413-24747.aspx [3] Vinmec, "Thiểu sản men răng," [Online] Available: https://www.vinmec.com/vi/benh/thieu-san-men-rang-4597/ [4] Vinmec, "Viêm lợi," [Online] Available: https://www.vinmec.com/vi/tintuc/thong-tin-suc-khoe/cac-trieu-chung-canh-bao-viem-loi/ [5] Vinmec, "Răng khôn mọc lệch," [Online] Available: https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/nho-rang-khon-moclech-nao/ [6] Vinmec, "Viêm quanh cuống răng," [Online] Available: https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/chan-doan-va-dieutri-viem-quanh-cuong-rang/ [7] V v l k t - ĐHBKHN, "Ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) Máy học (ML) lĩnh vực Kỹ thuật Công nghệ Hạt nhân phục vụ sống," [Online] Available: https://sep.hust.edu.vn/tin-tuc/tin-khoa-hoc-congnghe/ung-dung-tri-tue-nhan-tao-ai-va-may-hoc-ml-trong-linh-vuc-ky-thuatva-cong-nghe-hat-nhan-phuc-vu-cuoc-song.html [8] N N Quang, Trí tuệ nhân tạo, Viện Công nghệ Thông tin Truyền thông ĐHBKHN, 2009-2010 [9] P T P H Khánh, Lập trình Logic Prolog, Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội, 2004 [10] Wikipedia, "Hệ chuyên gia," [Online] Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_chuy%C3%AAn_gia 60 ... cụ thể hỗ trợ bác sĩ việc chẩn đoán bệnh nha khoa Dựa tri thức chuyên gia nha khoa tổng hợp biên tập sẵn, hệ thống suy diễn đưa câu hỏi liên quan nhằm khoanh vùng, chẩn đoán bệnh cách nhanh chóng,... bác sĩ nha khoa, thường bao gồm bác sĩ nha khoa bác sĩ nha khoa phụ (phụ tá nha khoa, sát trùng nha khoa, kỹ thuật viên nha khoa, trị liệu nha khoa) Hầu hết nha sĩ làm việc phòng khám tư nhân, số... BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng hệ hỗ trợ định chẩn đốn nha khoa KIỀU QUANG ĐẠT Ngành: Cơng nghệ thơng tin Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Đình Khang Chữ ký GVHD Viện: Công nghệ thông