胡志潔

　　（天津市醫(yī)藥科學(xué)研究所，天津 300020）

　　摘  要： 針對肺心病臨床綜合病癥指標(biāo)復(fù)雜、極易造成因臨床醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)少而誤診的現(xiàn)實(shí)問題，研制基于肺心病的診療專家系統(tǒng)，以提高其臨床診斷率和治愈率。該系統(tǒng)采用Visual Prolog和Visual Basic相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)完成，其界面由Visual Basic實(shí)現(xiàn)，推理機(jī)由Visual Prolog設(shè)計(jì)完成，采用正向與反向相結(jié)合的推理策略。應(yīng)用SQL Server 2008構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、知識庫并完成維護(hù)工作。經(jīng)臨床驗(yàn)證，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，科學(xué)實(shí)用且準(zhǔn)確率高，提高了肺心病的診療率，提升了臨床青年醫(yī)生的診療水平。

　　關(guān)鍵詞： 專家系統(tǒng)；肺心病；知識庫；推理機(jī)；規(guī)則

0 引言

　　專家系統(tǒng)是人工智能領(lǐng)域最活躍和最廣泛的領(lǐng)域之一，它能模擬專家的大腦思維活動(dòng)，運(yùn)用邏輯推理技術(shù)進(jìn)行推理判斷，是求解專門問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)[1]。醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)通過收集醫(yī)學(xué)專家的經(jīng)驗(yàn)知識，用計(jì)算機(jī)程序模擬臨床醫(yī)學(xué)專家分析病癥的思維過程和辨病方法，得出與醫(yī)學(xué)專家一樣的結(jié)論[2]。近年來，隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)的功能和作用更加實(shí)用，智能性也越來越好，涉及的領(lǐng)域也越來越廣。然而有關(guān)肺心病診斷與治療的臨床醫(yī)學(xué)智能診療專家系統(tǒng)的開發(fā)，在國內(nèi)外尚不多見。

　　肺心病是我國當(dāng)前發(fā)病率較高的常見病、多發(fā)病，特別是目前的霧霾天氣，嚴(yán)重威脅到人民健康。由于其綜合病癥指標(biāo)復(fù)雜多變，極易造成青年臨床醫(yī)生因經(jīng)驗(yàn)少而誤診的現(xiàn)實(shí)問題。本文收集和歸納總結(jié)了有30年以上臨床經(jīng)驗(yàn)的資深知名肺心病專家的診斷經(jīng)驗(yàn)和治療方法，利用人工智能計(jì)算機(jī)技術(shù)，模擬肺心病專家診斷的經(jīng)驗(yàn)和辯證治療的思維過程，研發(fā)了針對肺心病的診療專家系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可幫助青年醫(yī)生迅速解決臨床診療中遇到的實(shí)際問題，迅速提升青年醫(yī)生的臨床診療技能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　肺心病診療專家系統(tǒng)由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識獲取器、解釋器、字典庫和人機(jī)交互界面等幾個(gè)部分組成。該系統(tǒng)是利用輸入患者臨床病癥指標(biāo)的各種數(shù)據(jù)，通過知識庫中保存的專業(yè)知識和國內(nèi)外該病的診斷規(guī)則，模擬肺心病專家的臨床診治思維模式，通過推理機(jī)的邏輯推理，對規(guī)則庫中的規(guī)則進(jìn)行全面搜索、匹配、分析和判定，最后給出診斷結(jié)論。

　　1.1 知識庫的構(gòu)建

　　知識庫保存的是系統(tǒng)求解問題所需的知識。它是專家系統(tǒng)作出決策的依據(jù)[3]。知識庫的質(zhì)量好壞直接影響專家系統(tǒng)的好壞[4]以及系統(tǒng)判定的精確度和準(zhǔn)確率。該系統(tǒng)知識庫主要包含肺心病知名專家長期積累的有關(guān)肺心病診斷經(jīng)驗(yàn)和肺心病的臨床指癥表現(xiàn)及其鑒別、診斷的標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)學(xué)術(shù)論述、著作和教科書中關(guān)于肺心病的專業(yè)知識。它們構(gòu)建成知識庫中疾病數(shù)據(jù)庫和診斷規(guī)則庫。疾病數(shù)據(jù)庫保存的是肺心病的各種專業(yè)知識，診斷規(guī)則庫則保存肺心病診斷和治療過程中所用的推理規(guī)則，并使用特定的編號作為規(guī)則ID命名每條規(guī)則。系統(tǒng)的診斷規(guī)則庫是根據(jù)各類診斷規(guī)則優(yōu)先按從大到小順序保存，同一類規(guī)則中同一診斷治療規(guī)則則依據(jù)治療順序保存，以保證優(yōu)先權(quán)高的規(guī)則最先與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、匹配。

　　系統(tǒng)采用SQL Server 2008構(gòu)建知識庫，以及管理知識庫中的知識。肺心病知識和診斷規(guī)則分別用關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的疾病信息表和規(guī)則表保存，用SQL語言完成對所有數(shù)據(jù)庫圖表的描述，并可對它們進(jìn)行檢索、增加、修改、刪除和更新等。

　　1.2 推理機(jī)

　　推理機(jī)是專家系統(tǒng)的“大腦思維”靈魂機(jī)構(gòu)，其主要作用是模擬專家大腦思維辯證施治的分析過程，控制執(zhí)行對問題的求解并證明某個(gè)假設(shè)的正確性[5]。推理是邊搜索邊匹配的過程。該系統(tǒng)采用產(chǎn)生式系統(tǒng)，基于規(guī)則的推理，采用正向不精確推理與反向精確推理相結(jié)合的推理策略。

　　1.3 數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

　　數(shù)據(jù)庫是用來保存用戶提供的各種初始數(shù)據(jù)、對問題的描述和推理過程中得到的各種中間數(shù)據(jù)和推理結(jié)果[6]。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括三類內(nèi)容：（1）患者信息資料；（2）供系統(tǒng)運(yùn)行分析時(shí)需要使用的信息資料，如各種回歸方程、用于有數(shù)學(xué)關(guān)系式的運(yùn)算等；（3）系統(tǒng)推理過程中所得到的中間結(jié)果及推理獲得的疾病名稱等。

　　系統(tǒng)用SQL Server 2008構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。利用SQL語言建立患者初始信息表、臨床癥狀記錄表、化驗(yàn)檢查記錄表、X線圖像參數(shù)表、CT及MRI檢查表等基本數(shù)據(jù)表。它們由患者編號關(guān)聯(lián)在一起，以完成患者全部臨床診斷數(shù)據(jù)的描述。

　　1.4 解釋器

　　解釋器的主要功能是針對用戶提出的問題進(jìn)行解答[7]。在該系統(tǒng)中，它負(fù)責(zé)向用戶解釋系統(tǒng)的行為，對推理結(jié)論進(jìn)行解釋，并向用戶輸出推理的結(jié)論。

　　1.5 字典庫

　　字典庫用于保存醫(yī)學(xué)專屬名詞和疾病名詞的解釋及縮寫，并用符號代替文字保存到字典庫中，便于推理和比對時(shí)使用，并與知識庫同步實(shí)時(shí)更新。

　　1.6 知識獲取器

　　知識獲取器用于知識獲取。將肺心病的事實(shí)性知識和肺心病專家特有的經(jīng)驗(yàn)和診斷標(biāo)準(zhǔn)變成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的語句和程序，以完成肺心病知識庫和字典庫的構(gòu)建。它也完成對知識庫、字典庫的增加、修改、刪除和更新及維護(hù)工作。

　　1.7 人機(jī)交互界面

　　人機(jī)交互界面完成系統(tǒng)的輸入和輸出工作。該系統(tǒng)將輸入的信息變?yōu)橄到y(tǒng)程序認(rèn)可的表達(dá)形式，再交給程序指定的相應(yīng)模塊去處理。系統(tǒng)通過人機(jī)交互界面輸出系統(tǒng)的診斷結(jié)果和各種數(shù)據(jù)。

2 知識表示

　　知識表示是用計(jì)算機(jī)可處理、可接受的符號和方式來模擬人類專家進(jìn)行思維和推理。該系統(tǒng)知識庫中的知識是以IF<前提>THEN<結(jié)論>CF形式表示[8]。一條規(guī)則的關(guān)系模式RULELIB可定義如下：

　　RULELIB（RULENUM，RULENAME，RULE，CF）

　　RULE（前提，結(jié)論）

　　該系統(tǒng)中，前提主要指患者的臨床癥狀，結(jié)論則主要指患者患的肺心病類型。CF是有前提所描述的癥狀時(shí)肺心病發(fā)生的概率，即規(guī)則可信度。可信度區(qū)間為（-1，1）。系統(tǒng)中CF采用了定量參數(shù)、半定量參數(shù)和布爾參數(shù)排列，再結(jié)合肺心病專家經(jīng)驗(yàn)思維判斷，綜合臨床已發(fā)生的病癥指標(biāo)和可能性進(jìn)行組合、疊加、匹配后所確定。

3 推理機(jī)設(shè)計(jì)

　　推理機(jī)即為一個(gè)解釋器，它解釋和執(zhí)行知識庫中的規(guī)則，從而得出結(jié)論。該系統(tǒng)推理機(jī)通過搜索知識庫中的診斷規(guī)則，選出滿足當(dāng)前用戶輸入條件的規(guī)則，并根據(jù)規(guī)則的優(yōu)先級別，執(zhí)行優(yōu)先權(quán)高的規(guī)則，當(dāng)規(guī)則的優(yōu)先權(quán)相同時(shí)先執(zhí)行最先滿足條件的規(guī)則。推理機(jī)采用正向不精確推理與反向精確推理相結(jié)合的二次診斷推理策略，符合肺心病病種其復(fù)雜多變的臨床癥狀表現(xiàn)的需求。

　　該系統(tǒng)推理機(jī)的推理流程如圖1所示。

　　Prolog語言是邏輯型智能語言，能很高效地實(shí)現(xiàn)邏輯推理功能。該系統(tǒng)推理機(jī)采用Visual Prolog語言完成推理過程，推理機(jī)設(shè)計(jì)利用Visual Prolog語言通過對規(guī)則的編寫來實(shí)現(xiàn)。采用Visual Prolog V7.3提供的ODBC和SQL接口模塊SQLBIND，實(shí)現(xiàn)推理機(jī)與知識庫、數(shù)據(jù)庫的連接和調(diào)用。由于SQL Server 2008具有對SQL語句自動(dòng)優(yōu)化的特點(diǎn)，降低了調(diào)用和使用知識的時(shí)間，大大提高了系統(tǒng)的推理效率。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　4.1程序開發(fā)工具

　　基于肺心病的診療專家系統(tǒng)編程語言為Visual PrologV7.3和Visual Basic 6.0。采用SQL Server 2008構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、知識庫以及完成維護(hù)工作。系統(tǒng)在Windows XP操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

　　4.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　采用Visual Prolog、Visual Basic和SQL Server 2008完成針對肺心病的診療專家系統(tǒng)軟件編制。Visual Prolog語言完成推理過程，Visual Basic語言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)。SQL Server 2008用來完成數(shù)據(jù)庫、知識庫的構(gòu)建以及完成其維護(hù)工作。

　　該系統(tǒng)具有的主要功能模塊包括病人信息管理、疾病診斷、知識庫管理、幫助系統(tǒng)和系統(tǒng)維護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行后，顯示肺心病診療專家系統(tǒng)的系統(tǒng)界面，系統(tǒng)根據(jù)用戶的選擇，執(zhí)行并完成相應(yīng)模塊的程序操作。

　　該系統(tǒng)的診斷界面如圖2、圖3所示。

　　例如：選擇肺氣腫的診斷，點(diǎn)擊“開始診斷”，進(jìn)入肺氣腫的診斷界面，如圖3所示。在圖3中顯示的14項(xiàng)中，如有3項(xiàng)被選中，即可診斷為肺氣腫。

　　該系統(tǒng)利用SQL查詢語句對肺心病及其病例檢索，降低了系統(tǒng)運(yùn)行過程中對病例檢索算法的實(shí)現(xiàn)難度，使用SQL語言保存、更改和添加更新數(shù)據(jù)庫、知識庫中的信息，極大地提升了該系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5 結(jié)論

　　本文研制的針對肺心病的診療專家系統(tǒng)，設(shè)計(jì)科學(xué)、實(shí)用，很好地實(shí)現(xiàn)智能辨病，符合肺心病病種復(fù)雜多變的臨床癥狀表現(xiàn)，且適合我國專科病種的規(guī)范化管理，提高了肺心病的臨床診斷率和治愈率，為臨床醫(yī)生提供了一種快速智能輔助診斷的方法，大大提高了臨床醫(yī)生的診療水平。

　　該系統(tǒng)采用正向不精確推理與反向精確推理相結(jié)合的二次診斷的推理策略，提高了肺心病的確診率。系統(tǒng)還能回溯已執(zhí)行的規(guī)則，把診斷依據(jù)和推理思路重現(xiàn)出來，便于臨床醫(yī)生學(xué)習(xí)使用。經(jīng)350例臨床病例實(shí)踐研究，證實(shí)了該系統(tǒng)實(shí)用性好、準(zhǔn)確性高，操作簡便，易于掌握。系統(tǒng)可隨著該病種臨床診斷的發(fā)展隨時(shí)知識更新，從而保證了該系統(tǒng)可長期使用。該系統(tǒng)在臨床青年醫(yī)生中獲得了廣泛認(rèn)可和使用。

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