Trong chương này trỡnh bày một số thuật toỏn tỡm tập tất cả cỏc thuộc tớnh rỳt gọn, họ tất cả cỏc tập rỳt gọn của cõy quyết định, xỏc định cỏc phụ thuộc hàm từ cõy quyết định nhất quỏn, thuật toỏn xõy dựng cõy quyết định từ tập phụ thuộc hàm và một số thuật toỏn về cơ sở dữ liệu quan hệ
Chương 3
CHƯƠNG TRèNH THỬ NGHIỆM XÂY DỰNG CÂY QUYẾT ĐỊNH CHẨN ĐOÁN BỆNH TẠI BỆNH VIỆN ĐA KHOA TRUNG ƯƠNG
THÁI NGUYấN DỰA TRấN VIỆC KHAI PHÁ TẬP PTH XẤP XỈ 3.1. Mụ tả Bài toỏn chẩn đoỏn bệnh cỳm tại bệnh viện đa khoa Trung ương Thỏi Nguyờn và yờu cầu chương trỡnh
3.1.1. Giới thiệu về bệnh Cỳm
Cỳm là một bệnh truyền nhiễm cấp tớnh lõy theo đường hụ hấp, do cỏc vi rỳt cỳm A,B,C gõy nờn. Bệnh khởi phỏt đột ngột bằng sốt cao, nhức đầu, đau mỏi toàn thõn và những dấu hiệu hụ hấp, dễ dẫn đến viờm phổi, tỷ lệ tử vong cao.
Trong thế kỷ XX nhiều đại dịch cỳm đó xảy ra với số mắc và tỷ lệ tử vong cao. Tuy nhiờn lõm sàng bệnh đó được mụ tả nhiều thế kỷ trước (A Hirsd, 1881-1886). Năm 1933 W.Smith, C.Andrews, P.Laidpow xỏc định được vi rỳt cỳm A. Năm 1940 T.Francis và T.Magill phỏt hiện vi rỳt cỳm B, năm 1949 R.Taylor phỏt hiện vi rỳt cỳm C. Bằng cỏc kỹ thuật sinh học phõn tử, cỏc nhà khoa học đó xỏc định thủ phạm gõy ra vụ đại dịch cỳm đầu tiờn năm 1918-1919 (cỳm TõyBan Nha) là vi rỳt cỳm A chủng H1N1 gõy tử vong 20 triệu người, đại dịch cỳm chõu ỏ năm 1957- 1958 là do cỳm A chủng H2N2làm khoảng 1 triệu người tử vong. Cỳm Hồng Kụng năm 1968- 1969 do cỳm A H3N2, cỳm Nga năm 1977 do chủng H1N1…Virỳt cỳm A cú khả năng thay đổi cấu trỳc khỏng nguyờn. Quỏ trỡnh lai ghộp, tỏi tổ hợp giữa virut cỳm A ở người Virut cỳm A ở động vật sẽ tạo thành chủng virut cỳm mới. Vỡ vậy virut cỳm A là thủ phạm gõy ra cỏc đại dịch, virut cỳm B thường gõy cỏc vụ dịch. Khu vực, virut cỳm C thường gõy cỏc dịch tản phỏt. Cứ khoảng 10-
14 năm lại cú một đại dịch cỳm xảy ra. Dịch cỳm A(H5 N1) lõy từ gia cầm sang người xảy ra ở Hồng Kụng đang cú nguy cơ lan rộng thành đại dịch.
3.1.2. Quy trỡnh chẩn đoỏn xỏc định bệnh cỳm
Bước 1: Khỏm lõm sàng
Khởi phỏt đột ngột, sốt cao thời gian sốt 4-7 ngày.
Khởi bệnh:
- Thời kỳ khởi phỏt:
Thường đột ngột bằng sốt cao 39 - 400C, kốm theo rột run, nhức đầu choỏng vỏng, buồn nụn và đau mỏi toàn thõn, mệt mỏi khụng muốn làm việc.
- Thời kỳ toàn phỏt:
+ Hội chứng nhiễm khuẩn nhiễm độc sốt cao liờn tục 39 - 400C, thời gian sốt 4 - 7 ngày, khi hết sốt nhiệt độ giảm nhanh. Một số bệnh nhõn sốt kiểu “V cỳm ” đang sốt cao nhiệt độ tụt xuống ngay sau đú lại tăng lờn rồi mới hạ xuống lần thứ 2.
+ Bệnh nhõn mệt mỏi nhiều ăn ngủ kộm, mụi khụ lưỡi bẩn, mạch nhanh huyết ỏp dao động, nước tiểu vàng.
+ Bạch cầu mỏu ngoại vi số lượng khụng tăng, tỷ lệ bạch cầu Lymphocyte tăng, tốc độ lấy mỏu khụng tăng.
+ Hội chứng hụ hấp: Cỏc triệu chứng thường gặp là:
Viờm long đường hụ hấp trờn: Sổ mũi, hắt hơi, rỏt họng, ho khan mắt xung huyết, chảy nước mắt, sợ ỏnh sỏng.
Viờm phế quản cấp viờm phổi: Đau tức ngực, khú thở, ho khạc đờm trắng dớnh. Khỏm phổi thấy ran ngỏy ran rớt, hoặc một số ran ẩm nhỏ hạt.
Viờm thanh hầu và khớ quản: Bệnh nhõn khàn tiếng, ho khan.
X quang phổi: Thường khụng phản ỏnh được dấu hiệu lõm sàng ở phổi. + Triệu chứng khỏc:
Đau đầu liờn tục, đau nhiều ở vựng thỏi dương, vựng trỏn, đụi khi dội lờn từng cơn kốm theo hoa mắt chúng mặt ự tai.
Đau mỏi toàn thõn đau cơ bắp và khớp, đau dọc sống lưng, đau ngang thắt lưng, xoa búp cơ khớp thỡ đỡ đau.
Dựa vào cỏc triệu chứng bệnh nờu trờn. Nếu hết giai đoạn khỏm lõm sàng này, bỏc sĩ khụng cú nghi ngờ gỡ về bệnh cỳm thỡ sẽ đưa ra cõu trả lời phủ định bệnh cỳm, cú thể gợi ý khả năng bệnh nhõn mắc một bệnh khỏc. Bệnh nhõn sẽ được khuyờn là nờn quay lại nếu bệnh nặng hơn mà khụng rừ căn nguyờn.
Bước 2: Làm xột nghiệm
Số lượng bạch cầu mỏu ngoại vi bỡnh thường hoặc giảm, Lymphocyte tăng. Để chẩn đoỏn xỏc định mầm bệnh phải dựa vào cỏc xột nghiệm đặc hiệu. Phản ứng Hirst: Là phản ứng huyết thanh dựa trờn nguyờn lý kỹ thuật ức chế ngưng kết hồng cầu (HI). Lấy mỏu 2 lần cỏch nhau 7-10 ngày lần đầu lấy càng sớm càng tốt. Kết quả dương tớnh khi hiệu giỏ khỏng thể đạt 1/1280 hoặc hiệu giỏ khỏng thể lần 2 tăng gấp 4 lần trở lờn.
Phản ứng kết hợp bổ thể.
Phản ứng miễn dịch huỳnh quang: Cho phộp chẩn đoỏn sớm, kết quả chớnh xỏc tỷ lệ (+) 60- 70% sau 3-4 giờ.
Phõn lập vi rỳt: Cú giỏ trị chẩn đoỏn quyết định. Lấy dịch mũi họng, lấy mỏu, cấy trờn tổ chức phụi gà.
Cỏc kỹ thuật xột nghiệm: Elisa, Mac- Elisa, PCR, RT- PCR, kớnh hiển vi điện tử…được ỏp dụng để xỏc định cỏc chủng virut cỳm đặc biệt khi cú cỏc typ mới xuất hiện.
Bước 3: Điều trị
Nguyờn tắc điều trị
Cỏch ly nghỉ ngơi tại giường cho tới khi hết sốt đề phũng cỏc biến chứng. Ăn lỏng đủ dinh dưỡng, uống đủ nước, tăng cường cỏc loại sinh tố.
Cho bệnh nhõn thuốc an thần: Seduxen, rotunda… thuốc giảm ho long đờm, sirocodein, tecpincodein.
Khỏng sinh chỉ dựng trong trường hợp bội nhiễm vi khuẩn. Bệnh nhõn cỳm thể nặng (ỏc tớnh), nhiều virut cỳm H5 N1 Bệnh nhõn nghi ngờ phải cỏch ly.
Dựng thuốc khỏng virut càng sớm càng tốt, ngay từ những ngày đầu của bệnh.
Hồi sức chống suy hụ hấp là cơ bản.
Điều trị bội nhiễm, biến chứng suy đa phủ tạng. Điều trị nguyờn nhõn
Thuốc khỏng virut: Chỉ định cho những trường hợp nặng. Tamiflu (Oseltamivir)
Trẻ em từ 1- 13 tuổi: dựng dung dịch uống tuỳ theo trọng lượng cơ thể. < 15kg : 30mg x 2 lần/ ngày x 7 ngày.
16- 23kg : 45mg x 2 lần/ ngày x 7 ngày. 24- 40kg : 60mg x 2 lần/ ngày x7 ngày.
Người lớn và trẻ em trờn 13 tuổi: 75mg x 2 lần/ ngày x 7 ngày. Cần theo dừi chức năng gan, thận để điều chỉnh cho phự hợp. Amatadine
1-9 tuổi : 50mg x 2lần/ ngày x 7 ngày. > 9 tuổi : 100mg x 2 lần/ ngày x 7 ngày. Ribavirin viờn 400mg
1- 9 tuổi : 1 viờn x 3 lần/ ngày x 7 ngày. > 9 tuổi : 2- 3 viờn x 3 lần/ ngày x 7 ngày.
Gammaglobulin chống cỳm lấy từ huyết thanh người cho mỏu Người lớn: 1- 6ml tiờm bắp thịt một lần.
Trẻ em: 1- 3ml tiờm bắp thịt 1-2 lần.
Huyết thanh khụ chống cỳm của Nga dạng bột phun vào mũi 1- 2 lần InTerferon: Để bảo vệ những tế bào chưa bị virut phỏ huỷ.
Điều trị theo cơ chế bệnh sinh Điều trị suy hụ hấp cấp
Thở ụxy 1- 5 lớt/phỳt để SPO2 > 90%.
Thở ụxy cao ỏp: Khi thở ụxy qua mũi khụng cải thiện được tỡnh trạng giảm ụxy mỏu bắt đầu cho thở với CPAP = 5 cm H2O, sau đú điều chỉnh mức CPAP theo tỡnh trạng bệnh nhõn với mức thay đổi 1 cm H2O để duy trỡ SPO2 > 90%. Mức CPAP tối đa cú thể đạt tới 10m H2O.
Thụng khớ nhõn tạo khi 2 biện phỏp trờn khụng cải thiện được tỡnh trạng hụ hấp.
Truyền dịch bự nước điện giải: Trung bỡnh 1200 - 1500ml/ ngày cho bệnh nhõn là người lớn, chỳ ý trỏnh phự phổi.
Trợ tim mạch, chống sốc.
Cocticoid: Cú thể dựng cỏc thuốc.
Methylprenisolon 0,5 - 1,0 mg/kg/ ngày x 7 ngày, tiờm tĩnh mạch chậm. Hydrocortisone 100mg x 2 lần/ ngày x 7 ngày.
Depersolon 30mg x 2 lần/ ngày x 7 ngày.
Prednisolon 0,5 - 1,0 mg/kg/ ngày x 7 ngày uống.
Khỏng sinh: Liều cao phối hợp để phũng và điều trị bội nhiễm vi khuẩn như cỏc thuốc nhúm Cephalosporin, Quinolon…
Bảo đảm chế độ dinh dưỡng và chăm súc: Cho ăn sữa bột dinh dưỡng qua ống thụng dạ dày. Nuụi dưỡng bằng đường tĩnh mạch nếu khụng ăn được.
Chống loột: cho bệnh nhõn nằm đệm nước, xoa búp thay đổi tư thế. Chăm súc hụ hấp: Giỳp bệnh nhõn ho, khạc vỗ rung vựng ngực, hỳt đờm.
CSDL về cỏc bệnh nhõn cỳm được cung cấp bởi bỏc sĩ CKII. Hoàng Thị Thư - Trưởng khoa Bệnh Nhiệt Đới - Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thỏi Nguyờn. Xõy dựng CSDL ban đầu gồm cú 50 bệnh nhõn. Mỗi bệnh nhõn gồm cú 12 thuộc tớnh điều kiện và thuộc tớnh quyết định (Cỳm ={Cú, Khụng}).
Triệu chứng Giỏ trị thể hiện
1. Daudau (Đau đầu) 2. Dauco (Đau cơ)
3. Thannhiet (Thõn nhiệt)-sốt 4. Onlanh (Ớn lạnh) 5. Chongmat (Chúng mặt) 6. Metmoi (Mệt mỏi) 7. Ho (Ho) 8. Dauhong (Đau họng)
9. Chaynuocmui (Chảy nước mũi) 10. Nghetmui (Nghẹt mũi)
11. Non (Nụn)
12. Tieuchay (Tiờu chảy)
13. Cum (Cỳm) Cú/ khụng Cú/ khụng cao(cú)/ Bỡnhthường(khụng) Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng Cú/ khụng
3.3. Ứng dụng hai thuật toỏn 2.3 và 2.4 để xỏc định tập phụ thuộc hàm xấp xỉ và xõy dựng cõy quyết định chẩn đoỏn bệnh xấp xỉ và xõy dựng cõy quyết định chẩn đoỏn bệnh
Mục đớch của bài toỏn chẩn đoỏn bệnh lõm sàng là dựa vào cỏc triệu chứng bệnh nhõn mắc phải mà đưa ra được kết luận bệnh nhõn cú mắc bệnh hay khụng và bệnh nhõn cú những triệu chứng nào thỡ kết luận được bệnh nhõn mắc bệnh nờn đối với bài toỏn chẩn đoỏn bệnh lõm sàng thỡ ta chủ yếu sử dụng mối quan hệ giữa cõy quyết định và phụ thuộc hàm để xõy dựng cỏc suy diễn để chẩn đoỏn trong quỏ trỡnh chẩn đoỏn bệnh.
Trong thực tế ta thường dựa vào cỏc triệu chứng để chẩn đoỏn bệnh và mỗi một bệnh nhõn lại cú cỏc triệu chứng cú thể là rất khỏc nhau vỡ vậy việc xõy dựng cõy quyết định từ tập cỏc phụ thuộc hàm khụng thật sự cần thiết hay mang nhiều ý nghĩa trong thực tế đối với cụng tỏc chẩn đoỏn bệnh vỡ nú khụng tham gia vào quỏ trỡnh chẩn đoỏn bệnh. Nếu dựa vào cõy quyết định mới xõy dựng được để sử dụng trong cụng tỏc chẩn đoỏn đụi khi khụng đem lại hiệu quả như mong muốn.
Bài toỏn chẩn đoỏn bệnh lõm sàng được thiết kế xử lý theo chiều xõy dựng cỏc phụ thuộc hàm xấp xỉ từ cõy quyết định. Từ CSDL với 12 thuộc tớnh điều kiện cho một bệnh nhõn, suy ra được luật, chẳng hạn như:
If
(Daudau = cú) and (Dauco = cú) and (Thannhiet = cao) and (Onlanh = cú) and (Metmoi = cú) and (Ho = cú) and (Dauhong = cú)
then
Cum = cú.
Từ cõy quyết định ta dễ dàng xỏc định được những thuộc tớnh nào là cần thiết tham gia vào việc quyết định bệnh nhõn cú mắc bệnh cỳm hay khụng. Dựa trờn phủ tối thiểu ta rỳt ra được tập phụ thuộc hàm tối tiểu thể hiện tri thức về chẩn đoỏn bệnh.
3.4. Thiết kế chương trỡnh
- Bài toỏn thử nghiệm chẩn đoỏn lõm sàng bằng phương phỏp Phủ tối thiểu để xỏc định tập PTH tối thiểu gồm cỏc chức năng sau:
Chức năng: Giới thiệu về chương trỡnh và liờn kết cỏc mụ đun. Chức năng: Quản lý danh sỏch cỏc thuộc tớnh quyết định. Chức năng: Xỏc định Phủ tối thiểu và cõy quyết định. Chức năng: Thực hành chẩn đoỏn bệnh nhõn bị cỳm.
3.5. Cỏc giao diện chớnh của chương trỡnh
Giao diện màn hỡnh chớnh
Chương trỡnh gồm 3 menu chớnh “Dữ liệu”, “Huấn luyện”, “Chẩn đoỏn bờnh” và 2 menu khỏc là “Chương trỡnh” và “Giới thiệu”.
- Menu “Dữ liệu”: mở giao diện cho nhập và xem dữ liệu huấn luyện để xõy dựng cõy quyết định chẩn đoỏn bệnh cỳm.
- Menu “Huấn luyện” mở giao diện thực hiện tỡm tập phủ tối tiểu cỏc phụ thuộc hàm xấp xỉ và thực hiện xõy dựng cõy quyết định.
- Menu “Chẩn đoỏn bệnh cỳm” mở giao diện cho phộp người dựng chẩn đoỏn khả năng mắc bệnh cỳm của bệnh nhõn với cỏc triệu chứng thu được.
- Menu “Chương trỡnh”: chứa nỳt lệnh tắt chương trỡnh.
Giao diện nhập dữ liệu huấn luyện
- Nỳt chọn dữ liệu để chọn file excel chứa bảng dữ liệu huấn luyện về bệnh cỳm. Bảng dữ liệu gồm 13 cột (12 thuộc tớnh triệu chứng và cột “Cỳm” là kết quả cú mắc bệnh cỳm hay khụng của người bệnh). Chương trỡnh cho phộp đọc dữ liệu từ file excel 2003 hoặc 2007 trở lờn (*.xls và *.xlsx).
- Khi chọn file dữ liệu hợp lệ, dữ liệu được cập nhật vào hệ thống và hiển thị trong giao diện.
Giao diện huấn luyện
- Giao diện huấn luyện gồm 2 vựng thể hiện cho 2 thuật toỏn: tỡm tập phủ tối tiểu của phụ thuộc hàm xấp xỉ theo ngưỡng sai số và xõy dựng cõy quyết định.
- Tỡm tập phủ tối tiểu của phụ thuộc hàm xấp xỉ: người dựng nhập ngưỡng sai số tớnh theo % (0<<100) và nhấn nỳt “Tỡm phụ thuộc hàm xấp xỉ”. Chương trỡnh thực hiện tớnh toỏn trờn tập dữ liệu huấn luyện đó nhập ở bước trước, tỡm tất cả cỏc phụ thuộc hàm xấp xỉ thỏa món ngưỡng sai số. Sau đú tỡm phủ tối tiểu của tập phụ thuộc hàm này và hiển thị lờn giao diện bờn tay trỏi.
- Xõy dựng cõy quyết định: khi nhấn nỳt “Xõy dựng cõy quyết định”, chương trỡnh thực hiện xõy dựng cõy quyết định từ dữ liệu huấn luyện và tập phụ thuộc hàm xấp xỉ vừa tỡm được. Kết quả được hiển thị bờn giao diện bờn phải. Cỏc trường thuộc tớnh được in đậm, cỏc giỏ trị được in nghiờng.
Giao diện chẩn đoỏn bệnh
- Để chẩn đoỏn bệnh, người dựng nhập cỏc thụng tin về triệu chứng của người bệnh. Dựa trờn cõy quyết định đó xõy dựng, chương trỡnh nhanh chúng hiện thị kết quả chẩn đoỏn người bệnh cú bị bệnh cỳm hay khụng. Kết quả được hiển thị dạng text và hỡnh ảnh minh họa.
- Khi nhập thiếu thụng tin triệu chứng hoặc chưa xõy dựng cõy quyết định, chương trỡnh đưa ra cảnh bỏo.
Giao diện giới thiệu chương trỡnh
3.6. Đỏnh giỏ kết quả thử nghiệm
Cấu hỡnh mỏy kiểm thử:
- Proccessor: Intel Core™ i7 – 2670QM 2.20GHz - Memory: 6G RAM
- Hệ điều hành: Window 10 Pro 64bit
Kết quả kiểm thử: Đơn vị thời gian: giõy
Lần thử
Phụ thuộc hàm xấp xỉ Cõy quyết định Ngưỡng sai số (%) Thời gian tớnh (s) Số PTH xấp xỉ Thời gian sinh cõy (s) Cấy quyết định (số node) 1 0 16 47 5 167 2 5 14 119 18 435 3 10 7 166 47 655 4 15 3 145 27 533 5 20 0,5 87 11 345 6 25 0,3 40 4 187 7 30 0,1 25 2 81 8 35 0,07 31 2,5 97 9 40 0,001 15 1 41 10 45 0,001 15 0,7 41
11 50 0,001 15 0,7 41
Nhận xột
Qua thực nghiệm cho thấy, thời tỡm tất cả phụ thuộc hàm xấp xỉ phụ thuộc rất nhiều vào ngưỡng sai số và dữ liệu. Tập thực nghiệm cú 13 trường, nờn tập ứng viờn (tổ hợp đa mức ~12,5 tỷ ứng viờn cần kiểm tra) là vụ cựng lớn. Ngưỡng sai số ảnh hưởng đến tớnh chất phụ thuộc hàm và khả năng giảm bớt ứng viờn. Thời gian tớnh phụ thuộc hàm giảm dần khi ngưỡng sai số tăng. Trờn tập dữ liệu thử nghiệm, với ngưỡng sai số 5-15% cú số phụ thuộc hàm xấp xỉ tỡm được lớn nhất.
Thời gian sinh cõy quyết định phụ thuộc vào số lượng phụ thuộc hàm xấp xỉ bởi phộp duyệt đệ quy khi sinh cõy quyết định. Số phụ thuộc hàm xấp xỉ càng nhiều, thời gian sinh cõy càng lớn.
Phương phỏp xõy dựng cõy quyết định dựa trờn phụ thuộc hàm xấp xỉ cú thể đạt hiệu quả tốt hơn trong một số trường hợp ngưỡng sai số phự hợp. Một số trường hợp khỏc (như <32 trong thực nghiệm), thời gian tỡm tập phụ thuộc hàm xấp xỉ ảnh hướng lớn đến tổng thời gian thực hiện thuật toỏn.
3.7. Kết luận chương 3
Nội dung chương 3 trỡnh bày cỏc vấn đề thiết kế và thực hiện chương trỡnh thử nghiệm tỡm phủ tối thiểu trờn cơ sở tập huấn luyện về cỳm ở Bệnh