医学决策支持系统.pptx

医学决议支持系统医学决议支持系统(医学教授系统医学教授系统)(Medcial decision support system,medical(Medcial decision support system,medical expert system)expert system)医学决策支持系统第1页2 2上机安排上机安排n时间：11月月28号（星期一）下午号（星期一）下午2:30-5:30n地点：主楼西地点：主楼西206医学决策支持系统第2页3 3复习答疑安排复习答疑安排n复复习时间：12月月5号（号（15周星期一）下午周星期一）下午7-8节n地点：二教地点：二教508n答疑答疑时间：12月月6号号12月月9号号n地点：主楼西地点：主楼西301医学决策支持系统第3页4 4考试安排考试安排n时间：12月月12日日16周周一周周一 下午下午2：30-4：30n地点：第二教学樓地点：第二教学樓104n闭卷卷医学决策支持系统第4页5 5主要内容主要内容人工智能人工智能医学决医学决议支持系支持系统研究情况及研究情况及发展展趋势医学决医学决议支持系支持系统概述概述医学知医学知识库医学决医学决议支持方法支持方法MYCIN系系统介介绍医学决策支持系统第5页6 6n医生医生对疾病疾病诊疗还处于一个于一个传统经验阶段段n医学生医学生助理医生助理医生主治医生主治医生主任医生主任医生医学教授医学教授n浩如烟海医学数据浩如烟海医学数据库n医学数据医学数据库-知知识库？n人工智能与知人工智能与知识工程工程发展展为医学医学诊疗和治和治疗过程注入程注入了新活力了新活力医学决策支持系统第6页7 7人工智能人工智能n1937年，年，图林林论可可计算数及其在判定算数及其在判定问题中中应用用，说明当代明当代电脑原理开山之作原理开山之作n1959年，美国工程年，美国工程师塞塞缪尔给电脑编制出制出奕棋程序奕棋程序.该程序程序击败了塞了塞缪尔本人，本人，1962年又年又击败了一个州冠了一个州冠军。n1965年，年，在斯坦福大学化学教授配合下，在斯坦福大学化学教授配合下，费根根鲍姆研制第姆研制第一个一个教授系教授系统DENDRAL。在。在输入化学分子式和入化学分子式和质谱图等信等信息后，它能息后，它能经过分析推理决定有机化合物分子分析推理决定有机化合物分子结构构 医学决策支持系统第7页8 8n1976年年6月，美国伊利月，美国伊利诺斯大学两台不一斯大学两台不一样电子子计算机上，算机上，用了用了1200个小个小时，作了，作了100亿判断，判断，终于完成了困于完成了困扰数学界数学界长达达100余年之久余年之久难题“四色定理四色定理”。n1979年年10月，美国底特律市月，美国底特律市举行国行国际象棋象棋锦标赛，国，国际象象棋大棋大师大大卫.处维与美国与美国电脑棋手棋手“象棋象棋4.9”进行了行了50个回个回合比合比赛。n1997年年5月月11日，日，“深深蓝”在棋在棋盘C4处落下最落下最终一一颗棋子，棋子，全世界都听到了震撼世全世界都听到了震撼世纪叫叫杀声声“将将军”！这场举世瞩世瞩目目标“人机大人机大战”，终于以机器于以机器获胜结局降下了局降下了帏幕。卡斯幕。卡斯帕洛夫帕洛夫 被逼下了棋王宝座。被逼下了棋王宝座。医学决策支持系统第8页9 9人工智能定义人工智能定义n广义讲：用计算机来表示和执行人类智能活动，就是人工智能。广义讲：用计算机来表示和执行人类智能活动，就是人工智能。n n定定定定义义1 1（智能机器智能机器智能机器智能机器）：能够在各类环境中自主地或交互地执行：能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务机器称为人工智能。各种拟人任务机器称为人工智能。n n定定定定义义2 2（能力能力能力能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行通常与：人工智能（能力）是智能机器所执行通常与人类智能相关功效，如判断、推理、证实、识别、感知、了解、人类智能相关功效，如判断、推理、证实、识别、感知、了解、设计、思索、规划、学习和问题求解等思维活动。设计、思索、规划、学习和问题求解等思维活动。医学决策支持系统第9页1010人工智能定义人工智能定义n总之：人工智能也称之：人工智能也称为机器智能，就是机器智能，就是让机器更机器更“聪明明”，更含有，更含有类似人智能，同似人智能，同时又与人智能互又与人智能互为补充、充、相互促相互促进。n n人工智能任人工智能任人工智能任人工智能任务务n凡是使机器能含有感知功效（如凡是使机器能含有感知功效（如视、听、嗅）、思、听、嗅）、思维功效功效（如分析、（如分析、综合、合、计算、推理、算、推理、联想、判断、想、判断、规划、决划、决议）、）、表示行表示行动功效（如功效（如说、写、画）及学、写、画）及学习记忆等功效，都属于等功效，都属于人工智能研究范人工智能研究范围。医学决策支持系统第10页1111人工智能应用领域人工智能应用领域n1.1.问题求解问题求解n2.2.逻辑与定理证实逻辑与定理证实n3.3.自然语言了解自然语言了解n4.4.自动程序设计自动程序设计n5.5.教授系统教授系统n6.6.机器学习机器学习n7.7.人工神经网络人工神经网络n8.8.模式识别模式识别 深深深深蓝蓝-国国国国际际象棋象棋象棋象棋-卡斯帕若夫卡斯帕若夫卡斯帕若夫卡斯帕若夫四色猜四色猜四色猜四色猜测测(1976)(1976)语语音音音音录录入入入入,翻翻翻翻译译系系系系统统机器人控制机器人控制机器人控制机器人控制仿仿仿仿脑脑汉汉王王王王医学决策支持系统第11页1212人工智能应用领域人工智能应用领域n9.9.机器视觉机器视觉n10.10.智能控制智能控制n11.11.智能决议支持系统智能决议支持系统n12.12.知识发觉和数据挖掘知识发觉和数据挖掘n13.13.智能检索智能检索n14.14.智能调度与指挥智能调度与指挥n15.15.系统与工具语言系统与工具语言n摄摄影机、影机、影机、影机、飞飞行器跟踪行器跟踪行器跟踪行器跟踪控制控制控制控制论论GoogleGoogle.交通、交通、交通、交通、军军事事事事分布式系分布式系分布式系分布式系统统、并行、并行、并行、并行处处理系理系理系理系统统、多机、多机、多机、多机协协作系作系作系作系统统,面向面向面向面向对对象象象象编编程程程程语语言言言言医学决策支持系统第12页1313医学决议支持系统功效和作用医学决议支持系统功效和作用n临床医生知床医生知识更新无法与急更新无法与急剧增加医学知增加医学知识同同时。n对大批量常大批量常规决决议工作，自工作，自动化决化决议效率更高效率更高(如大量常如大量常规试验室室检测和数据分析等和数据分析等)。n人有人有时会犯会犯错误或失或失误，当然医生也不例外，当然医生也不例外(复复杂病例和常病例和常见病病例都会犯例都会犯错),使用医学决使用医学决议支持系支持系统，能，能够提醒教授没在意或没提醒教授没在意或没有有发觉到病人信息，从而提升到病人信息，从而提升诊疗准确性准确性 n对医学院学生，成熟医学院学生，成熟专业医学支持系医学支持系统可能是他可能是他们学学习专业知知识和教授和教授经验方便可得廉价老方便可得廉价老师，同，同时也是他也是他们初入医院初入医院实习工作工作非常好助手。非常好助手。医学决策支持系统第13页1414医学决议支持系统概念医学决议支持系统概念n医学决医学决议支持系支持系统(Medical decision support system,MDSS)是医学知是医学知识工程和医学人工智能研究中非常活工程和医学人工智能研究中非常活跃分支，是利用教授系分支，是利用教授系统设计原理与方法，模原理与方法，模拟医学医学教授教授诊疗、治、治疗疾病思疾病思维过程而程而编制制计算机程序。它算机程序。它设计目目标是是帮助帮助医生医生处理复理复杂医学医学问题，作，作为诊疗、治治疗以及以及预后后辅助工具。助工具。知知识工程工程人工智能人工智能医学医学医学决医学决议支支持系持系统医学决策支持系统第14页1515国外医学决议支持系统研究情况国外医学决议支持系统研究情况n1976年，斯坦福大学年，斯坦福大学Shortliffe等人成功研制了等人成功研制了MYCIN系系统,用于判用于判别细菌感染及治菌感染及治疗医学教授系医学教授系统MYCIN，而且建立了一整套教授系，而且建立了一整套教授系统开开发理理论，经教授小教授小组对医学教授、医学教授、实习医生以及医生以及MYCIN系系统行行为进行正式行正式测试评价，价，认为MYCIN行行为超出了超出了临床医生助手作用，尤其在床医生助手作用，尤其在诊疗和治和治疗菌血症和菌血症和脑膜炎方面有相当高准确率膜炎方面有相当高准确率,今后，医学教授系今后，医学教授系统进入了快速入了快速发展展时期。期。n在在MYCIN系系统框架基框架基础上建立肺功效教授系上建立肺功效教授系统PUFF系系统曾在旧金山太曾在旧金山太平洋医平洋医疗中心使用中心使用过相当相当长一段一段时间，开，开创了医学教授系了医学教授系统临床床应用先用先例。例。n1982年，匹年，匹兹堡大学堡大学Miller等人开等人开发了了Internist-I内科内科计算机算机辅助助诊疗系系统n1991年，哈佛医学院年，哈佛医学院Barnett等人开等人开发“DXPLAIN”软件包含有件包含有2200种疾种疾病和病和5000种症状种症状医学决策支持系统第15页1616我国医学决议支持系统研究情况我国医学决议支持系统研究情况n1978年，北京中医院著名教授关幼波等人开年，北京中医院著名教授关幼波等人开发了了“关幼波肝病关幼波肝病诊疗程序程序”，开，开创了我国最早中医医学了我国最早中医医学教授系教授系统n精神疾病精神疾病诊疗系系统、肺癌、肺癌诊疗系系统、贫血判血判别诊疗教授系教授系统、心功效、心功效辅助助诊疗教授系教授系统、胃病、胃病诊疗教教授系授系统、针灸教授系灸教授系统以及疾病以及疾病诊疗用用药教授系教授系统等各种教授系等各种教授系统医学决策支持系统第16页1717现有医学决议支持系统特点现有医学决议支持系统特点规模小模小 n内容比内容比较简单研究方法研究方法单一，没有一，没有进行深入研究行深入研究 n临床床实用性差用性差医学决策支持系统第17页1818医学决议支持系统发展趋势医学决议支持系统发展趋势n与神与神经网网络、遗传算法等推理算法等推理新方法新技新方法新技术相相结合合n与与数据数据库技技术相相结合：医学教授系合：医学教授系统可借可借鉴数据数据库关于信息存关于信息存贮、共享、并、共享、并发控制和故障恢复技控制和故障恢复技术，对教授系教授系统中知中知识库管理、管理、设计以及以及对大型知大型知识库、共享知共享知识库和分布式知和分布式知识库提供帮助，改提供帮助，改进教授系教授系统特征，使其特征，使其规模提升到模提升到实用水平用水平n与与多媒体技多媒体技术相相结合：文字、合：文字、图形、形、图像、影像及像、影像及声音声音n与与网网络技技术相相结合合,尤其是在知尤其是在知识库构建方面构建方面医学决策支持系统第18页1919医生看病自然过程医生看病自然过程临床医生床医生给病人看病病人看病过程程实际上是一个上是一个对病人病人信息信息进行行综合分析合分析处理理过程，程，这个个过程包含三个程包含三个阶段：段：观察、察、诊疗和治和治疗 医学决策支持系统第19页2020医学决议支持系统对医生看病模拟过程医学决议支持系统对医生看病模拟过程n从工程角度来看医生看病自然从工程角度来看医生看病自然过程，程，观观察察察察阶段主要任段主要任务是是获取数据取数据，更确切地，更确切地说，是，是获取能提供相关信息取能提供相关信息数据，数据，对病人相关信息了解和挖掘得越充分，关于病病人相关信息了解和挖掘得越充分，关于病人疾病不确定性就会越小。医生依据病人描述信息和人疾病不确定性就会越小。医生依据病人描述信息和他所掌握知他所掌握知识和和经验作作诊疗诊疗结论过程程实质上是一个上是一个推推理理过程程，而，而治治治治疗疗则是一个是一个问题求解及求解及处理理过程。治程。治疗阶段依段依赖于于诊疗和决和决议分析，而分析，而诊疗决决议分析准确性分析准确性则取决于取决于观察察阶段信息段信息获取程度。取程度。医学决策支持系统第20页2121医学决议支持系统普通结构医学决议支持系统普通结构:医书、医生大医书、医生大脑中知识、规脑中知识、规则和操作则和操作医生大脑，推医生大脑，推理、判断理、判断初始数据、中初始数据、中间推理数据推理数据和和诊疗结果果医生向病人作医生向病人作解释解释医学决策支持系统第21页2222医学决议支持系统与大多数其它领域教授系医学决议支持系统与大多数其它领域教授系统一样，普通由五部份组成：统一样，普通由五部份组成：n医学知医学知识库。是医学决是医学决议支持系支持系统基基础，用于存放各种教授，用于存放各种教授诊疗知知识，包含医学事，包含医学事实和可行操作与和可行操作与诊疗规则等。等。n全局数据全局数据库。用于存放病人初始数据、中用于存放病人初始数据、中间推理数据和推理数据和诊疗结果甚至一些果甚至一些对结果果诊疗处理等。理等。n推理机。推理机。推理机依据全局数据推理机依据全局数据库当前内容，从知当前内容，从知识库中中选择可可匹配匹配规则，并，并经过执行行规则来修改数据来修改数据库中内容，再中内容，再经过不停不停地推理地推理导出出问题结论。n解解释器。器。负责对推理推理过程作出解程作出解释，包含解，包含解释“系系统是怎么是怎么样得出得出这一一诊疗结论”等用等用户需要解需要解释问题。n人机接口。人机接口。人机接口是系人机接口是系统与用与用户进行行对话界面。界面。医学决策支持系统第22页2323医学决议支持系统和临床医生关系医学决议支持系统和临床医生关系n在医学人工智能中，即使医学决在医学人工智能中，即使医学决议支持系支持系统能能够比很好地比很好地模模拟医生自然行医生自然行为，实践践证实在一些方面在一些方面还有可能超出教有可能超出教授能力，不授能力，不过这仅仅限于医学限于医学诊疗过程中程中可可结构化、可普构化、可普通化和可客通化和可客观化化部分。使用部分。使用计算机作医学决算机作医学决议支持支持时，绝不允不允许用用计算机取代人算机取代人类（临床医生）床医生）对诊疗负责，而且，而且在在实际生活中生活中计算机也算机也绝对取代不了取代不了临床医生作用。床医生作用。n多数情况下，多数情况下，临床医生在床医生在拥有足有足够知知识和充分病人和充分病人资料情料情况下能况下能够作出正确判断，不需要作出正确判断，不需要计算机帮助，但在以下情算机帮助，但在以下情况下，医学决况下，医学决议支持系支持系统就会就会显示其示其强大功效和作用。大功效和作用。医学决策支持系统第23页2424MDSS和临床医生关系和临床医生关系n人人有有时会会犯犯错误或或失失误，当当然然医医生生也也不不例例外外（复复杂病病例例和和常常见病病例例都都会会犯犯错），使使用用医医学学决决议支支持持系系统，能能够提提醒醒教教授授没没在在意意或或没没有有发觉到到病病人信息，从而提升人信息，从而提升诊疗准确性。准确性。n临床床医医生生知知识更更新新无无法法与与急急剧增增加加医医学学知知识同同时。当当医医学学领域域发觉新新病病例例、新新结果果时，计算算机机支支持持系系统能能够低低成成本本、高高效效率率和和方方便便快快捷捷地地传输给广大医生。广大医生。n对大大批批量量常常规决决议工工作作，自自动化化决决议效效率率更更高高（如如大大量量常常规试验室室检测和数据分析等）。和数据分析等）。n当代医院信息系当代医院信息系统产生出大量数据生出大量数据深挖掘深挖掘。n对医医学学院院学学生生，成成熟熟专业医医学学支支持持系系统可可能能是是他他们学学习专业知知识和和教教授授经验方便可得廉价老方便可得廉价老师，同，同时也是他也是他们初入医院初入医院实习工作非常好助手。工作非常好助手。医学决策支持系统第24页2525医学知识库医学知识库n n医学决医学决医学决医学决议议支持系支持系支持系支持系统统两个最关两个最关两个最关两个最关键键部分：部分：部分：部分：n医学知医学知识库n知知识表示表示n知知识获取取n知知识管理和管理和维护n推理机（医学决推理机（医学决议支持方法）支持方法）医学决策支持系统第25页2626知识概念与含义知识概念与含义n人之所以有智能行人之所以有智能行为是因是因为他他们拥有知有知识，拥有有对知知识获取、表示、搜索、分析、解答等智取、表示、搜索、分析、解答等智能能力能能力。n医学决医学决议支持系支持系统智能水平高低在于系智能水平高低在于系统拥有有知知识数量和数量和质量量，医学知，医学知识获取是医学决取是医学决议支支持系持系统中最主要也是最困中最主要也是最困难一步，一步，E.A.Feigenbaum说：“知知识获取是人工智能取是人工智能研究中心研究中心问题中最主要，是人工智能研究关中最主要，是人工智能研究关键性性难关。关。”医学决策支持系统第26页2727智能知识表现方式智能知识表现方式n知知识获取能力：取能力：经过感知器官，在感知器官，在观察、察、测量、量、训练、操作、操作等等实践中，践中，获取直接取直接经验积累或感性知累或感性知识，以及在学，以及在学习、阅读、交、交谈等等过程中，程中，获取取间接接经验知知识或理性知或理性知识。n知知识处理能力：理能力：将感性知将感性知识上升上升为理性知理性知识，进行演行演绎推理推理与与归纳推理，推理，经过知知识积累、存放、累、存放、联想、想、类比、分析、比、分析、计算、算、论证、比、比较、探索、探索、择优等信息等信息处理理过程，求得程，求得问题解解答，指定答，指定规划与决划与决议。n知知识利用能力：利用能力：利用所取得知利用所取得知识，经过知知识信息信息处理，依据理，依据所求得所求得问题解答或所制解答或所制订规划决划决议作出反作出反应，采取行，采取行动，发挥知知识效用，如回答咨效用，如回答咨询、诊疗疾病、操疾病、操纵机器等。机器等。医学决策支持系统第27页2828知识特征知识特征n1、知、知识相相对正确性正确性任何知任何知识都是在一定都是在一定环境下相境下相对正确，而非正确，而非绝对正确。正确。n2、知、知识不确定性不确定性信息可能是准确，也可能是不准确。信息可能是准确，也可能是不准确。n3、知、知识可表示性可表示性知知识是能是能够用形式化用形式化东西表示，如西表示，如语言、文字、言、文字、图表、公式、表、公式、数字等。数字等。n4、知、知识可利用性可利用性因因为我我们能能够利用知利用知识处理各种理各种问题，所以，我，所以，我们能能够积累知累知识。医学决策支持系统第28页2929知识分类知识分类n1、以知、以知识作用范作用范围来划分：来划分：n 常常识性知性知识n 领域性知域性知识n2、按人、按人类思思维及及认识方法来划分：方法来划分：n 逻辑性知性知识n 形象性知形象性知识n3、以知、以知识确确实定性来划分：定性来划分：n 确定性知确定性知识n 不确定性知不确定性知识n4、按知、按知识作用及表示来划分：作用及表示来划分：n 事事实性知性知识n 规则性知性知识n 控制性知控制性知识医学决策支持系统第29页3030例：例：对于从北京到上海，是乘于从北京到上海，是乘飞机机还是火是火车问题，其知其知识可可归纳为：n1、叙述型知、叙述型知识：北京、上海、：北京、上海、飞机、火机、火车、时间、费用等；用等；n2、过程型知程型知识：乘：乘飞机、坐火机、坐火车等；等；n3、控制型知、控制型知识：乘：乘飞机机较快、快、较贵；坐火；坐火车较慢、慢、较廉价。廉价。医学决策支持系统第30页3131惯用知识表示法惯用知识表示法 不不论是医学科技文件中科学知是医学科技文件中科学知识还是是临床医生床医生经验性知性知识，它，它们通常通常是用自然是用自然语言、言、图形、表格等形式表示，在用人工智能方法模形、表格等形式表示，在用人工智能方法模拟医医学学过程程时，必，必须将将这些形式知些形式知识用适当形式来表示用适当形式来表示，这么才能使知么才能使知识方便地在方便地在计算机中算机中储存、存、检索、使用和修改，而且在索、使用和修改，而且在设计和和实现医学决医学决议支持支持时，知，知识表示方法与医学表示方法与医学问题求解方法和求解方法和过程程亲密相密相关。关。产生式表示法生式表示法(IF-THEN)逻辑表示表示(谓词逻辑)语义网网络框架理框架理论 状状态空空间面向面向对象知象知识表示表示过程表示法程表示法含糊表示含糊表示神神经网网络医学决策支持系统第31页3232产生式系统知识表示法产生式系统知识表示法n产生式系生式系统是是历史悠久且使用最多知史悠久且使用最多知识表表示系示系统，早在自，早在自动机理机理论、形式文法和程、形式文法和程序序语言中得到广泛言中得到广泛应用，用，产生式系生式系统是用是用来描述若干个不一来描述若干个不一样以一个基本概念以一个基本概念为基基础系系统。医学决策支持系统第32页3333产生式基本形式产生式基本形式n有两种：有两种：nPQn 或者：或者：IF P THEN Qn 其中：其中：P是是产生式前提，用于指出生式前提，用于指出该产生式是否生式是否是可用条件；是可用条件；nQ是一是一组结论或操作，用于指出前提或操作，用于指出前提P所指出条所指出条件被件被满足足时，应该得到得到结论或或应该执行操作。行操作。医学决策支持系统第33页3434产生式基本形式产生式基本形式n1、确定性确定性规则知知识产生式表示形式生式表示形式为：PQ 或者：或者：IF P THEN Q例例:IF 收收缩压140 THEN 高血高血压医学决策支持系统第34页3535产生式基本形式产生式基本形式n2、不确定性不确定性规则知知识产生式表示形式生式表示形式为：PQ（可信度）（可信度）或者：或者：IF P THEN Q（可信度）（可信度）例例:IF 流鼻涕流鼻涕THEN 感冒感冒(0.6)医学决策支持系统第35页3636产生式基本形式产生式基本形式n3、确定性事确定性事实性知性知识产生式表示普通使用三元生式表示普通使用三元组表示：表示：（对象，属性，象，属性，值）或者：或者：（关系，（关系，对象象1，对象象2）如：事如：事实“老李年老李年纪是是40岁”可表示可表示为：（Li，Age，40）Li是是对象，象，Age是属性，是属性，40是是值。如如“老李、老老李、老张是朋友是朋友”可写成：可写成：（Friend，Li，Zhang）Friend是关系，是关系，Li和和Zhang是是对象象医学决策支持系统第36页3737产生式基本形式产生式基本形式n4、不确定性事不确定性事实性知性知识产生式表示生式表示普通使用四元普通使用四元组表示：表示：（对象，属性，象，属性，值，可信度），可信度）或者：或者：（关系，（关系，对象象1，对象象2，可信度），可信度）如：事如：事实“老李年老李年纪可能是可能是40岁”可表示可表示为：（Li，Age，40，0.8）Li是是对象，象，Age是属性，是属性，40是是值。如如“老李、老老李、老张是朋友可能性不大是朋友可能性不大”可写成：可写成：（Friend，Li，Zhang，0.1）Friend是关系，是关系，Li和和Zhang是是对象象医学决策支持系统第37页3838产生式系统组成产生式系统组成n一个一个经典典产生式系生式系统由：由：n1)、规则库n2)、工作存放器（、工作存放器（综合数据合数据库）n3)、控制器（推理机）、控制器（推理机）推理机推理机规则库综合数据合数据库医学决策支持系统第38页3939规则库规则库n当前，当前，产生式系生式系统已已经演演变成：成：“IF条件条件THEN动作或作或结论”n例例1：IF 天阴天阴and 空气中湿度很大空气中湿度很大THEN 可能要下雨；可能要下雨；n例例2：IF 一个可燃性气体溢出了一个可燃性气体溢出了 THEN 汇报消消防防队；医学决策支持系统第39页4040医学知识获取医学知识获取获取取过程程n抽取知抽取知识 n知知识转换 n知知识输入入 n知知识检测 n知知识求精求精医学决策支持系统第40页4141获取医学知识方式获取医学知识方式n知知识工程工程师和医学教授之和医学教授之间亲密合作密合作n医学知医学知识获取工具（骨架系取工具（骨架系统）n自自动知知识获取取医学决策支持系统第41页4242知识工程师和医学教授之间亲密合作获取知识知识工程师和医学教授之间亲密合作获取知识优点：点：1 直接直接2 系系统性性强缺点缺点：1 劳动量大量大2 知知识起源有限起源有限 3 知知识领域狭窄域狭窄 4 手工形式手工形式统计、易犯、易犯错 5 效率低效率低医学决策支持系统第42页4343著名骨架系统著名骨架系统1 TEIRESIAS系系统 2 OPAL系系统 3 PROTG系列系列 4 INTERNIST-I/QMR系系统5 KAVAS知知识提取系提取系统优点点 应用了知用了知识工程工程领域和域和计算机算机领域及网域及网络技技术中比中比较新新方法和技方法和技术，知，知识用面向用面向对象等方式表示象等方式表示缺点缺点 知知识工程工程师与医学教授之与医学教授之间鸿沟、知沟、知识表示是否适当？表示是否适当？医学决策支持系统第43页4444自动知识获取自动知识获取(自学习自学习)智能水平高低在于系智能水平高低在于系统拥有知有知识数量和数量和质量量 传统、经过知知识工程工程师获取知取知识方法不能完全方法不能完全满足需足需求求 自自动获取知取知识成成为新研究目新研究目标医学决策支持系统第44页4545知识管理和维护知识管理和维护n方便方便添加、添加、删除和修改除和修改诊疗知知识,浏览各种各种对象和象和属性等管理属性等管理维护工作工作n对象象类n知知识对象索引表象索引表医学决策支持系统第45页4646医学决议支持方法（推理机）医学决议支持方法（推理机）推理机是指基于知推理机是指基于知识推理推理计算机算机实现,包含推理与控制包含推理与控制两方面两方面在推理在推理过程中解程中解释和和执行用某种行用某种语言表示一系列推理言表示一系列推理规则 面向面向对象知象知识表示表示诊疗推理推理过程是一个面向知程是一个面向知识库系系统，基于，基于假假设产生生-假假设证实机制，由高机制，由高层到底到底层逐逐步求精步求精递推推过程程医学决策支持系统第46页47471 正向推理与反向推理正向推理与反向推理n n正向推理正向推理正向推理正向推理:是以已知是以已知事事实作作为出出发点推理，又称点推理，又称为数据数据驱动推理。正向推理。正向推理从病人数据推理从病人数据库中提供主中提供主诉及及试验室室检验等事等事实出出发，检验知知识库中是中是否存在可用于否存在可用于对这些数据些数据进行推理行推理规则。假如存在可用。假如存在可用规则，就，就执行行这些些规则，推理，推理结果被添加到数据集中，假如后面果被添加到数据集中，假如后面规则依依赖于于这些新推理数据，些新推理数据，那么后面那么后面规则将被激活将被激活n n反向推理反向推理反向推理反向推理:推理机制是从知推理机制是从知识库中中选择规则开始，随即开始，随即检验病人数据病人数据库中是否有可供推中是否有可供推论数据数据。推理机制。推理机制实际上是从上是从单一一规则（目（目标规则）开始，）开始，然后依据已知病人数据然后依据已知病人数据评定定该目目标规则前提是否前提是否为真。假如没有数据能真。假如没有数据能够证实这一一规则前提前提为真，反向推理器就到知真，反向推理器就到知识库中中寻找其它找其它规则。假如其。假如其中一个中一个规则为真，系真，系统就会得出就会得出结论：此目：此目标规则前提前提为真。真。这种目种目标驱动推理推理过程重复程重复进行，直到行，直到证实目目标规则为假，或者目假，或者目标全部前提都全部前提都为真。真。医学决策支持系统第47页48482 确定性推理与不确定推理确定性推理与不确定推理n在医学中我在医学中我们经常会碰到不常会碰到不严格、不准确、含糊知格、不准确、含糊知识（1）基于概率不确定推理）基于概率不确定推理:用事件用事件发生生概率概率来描述和来描述和计算推理不确定算推理不确定性性测度度（2）基基于于可可信信度度不不确确定定推推理理:用用信信任任度度表表示示证据据出出现时对结论成成立立信信任任程程度度。信信任任度度值比比较轻易易经过领域域教教授授给出出。设定定信信任任度度值标准准是是：若若对应证据据能能增增加加结论为真真可可信信度度，则使使信信任任度度大大于于0，证据据越越是是支支持持为真真，就就使使值越越大大；反反之之小小于于0，证据据越越是是支支持持为假假，就就使使绝对值越大；若越大；若证据与据与结论无关，无关，则使信任度使信任度0。（3）基于含糊理）基于含糊理论不确定推理不确定推理:含糊理含糊理论经过隶属度隶属度来定来定义对象属于象属于含糊集合程度，若隶属度越靠近于含糊集合程度，若隶属度越靠近于1，则属于含糊集合程度越大，反属于含糊集合程度越大，反之就越小。普通用含糊之就越小。普通用含糊规则表示含糊条件和含糊表示含糊条件和含糊结论及它及它们之之间可信可信度因子。度因子。医学决策支持系统第48页49493 机器学习方法机器学习方法n决决议树n贝叶斯网叶斯网络n n人工神人工神人工神人工神经经网网网网络络n n遗传遗传算法算法算法算法医学决策支持系统第49页50504 推理机搜索策略推理机搜索策略盲目搜索方法盲目搜索方法深度深度优先先 广度广度优先先 有限深度有限深度优先先 随机深度随机深度优先先启启发式搜索方法式搜索方法 爬山法爬山法 最近最近邻居搜索居搜索医学决策支持系统第50页5151MYCIN系统系统 nMYCIN系系统是由斯坦福是由斯坦福(Stanford)大学建立大学建立对细菌感染疾病菌感染疾病诊疗和治和治疗提供咨提供咨询计算机咨算机咨询教授系教授系统。医生向系。医生向系统输入病人信息，入病人信息，MYCIN系系统对之之进行行诊疗，并提出，并提出处方。方。n细菌菌传感疾病教授在感疾病教授在对病情病情诊疗和提出和提出处方方时，大致遵照以下，大致遵照以下4个步个步骤：(1)确定病人是否有主要病菌感染需要治确定病人是否有主要病菌感染需要治疗。为此，首先要判断所此，首先要判断所发觉细菌是否引菌是否引发了疾病。了疾病。(2)确定疾病可能是由哪种病菌引确定疾病可能是由哪种病菌引发。(3)判断判断哪些哪些药品品对抑制抑制这种病菌可能有效。种病菌可能有效。(4)依据病人情况，依据病人情况，选择最适合最适合药品。品。n系系统经过和内科医生之和内科医生之间对话搜集关于病人基本情况，比如搜集关于病人基本情况，比如临床情况、床情况、症状、病症状、病历以及以及详细试验室室观察数据等。系察数据等。系统首先首先问询一些基本情况。一些基本情况。内科医生在回答内科医生在回答问询时所所输入信息被用于作出入信息被用于作出诊疗。诊疗过程中如需程中如需要深入信息，系要深入信息，系统就会深入就会深入问询医生。一旦能医生。一旦能够作出合理作出合理诊疗，MYCIN就列出可能就列出可能处方，然后在与医生作深入方，然后在与医生作深入对话基基础上上选择适合于适合于病人病人处方。方。医学决策支持系统第51页5252MYCIN系系统由由3个子系个子系统组成：咨成：咨询子系子系统，解，解释子系子系统和和规则获取子系取子系统 n静静态数据数据库 n动态数据数据库 医学决策支持系统第52页5353n咨咨询开始开始时，先开启，先开启咨咨询系系统，进入人机入人机对话状状态。在。在对话过程程中，系中，系统向用向用户提出必要提出必要问题，进行推理。假如医生行推理。假如医生对咨咨询一些一些部分有疑部分有疑问，比如，想知道，比如，想知道为何要向用何要向用户问询某个特定某个特定问题，他，他可可暂停咨停咨询，向系，向系统提出提出问题。这时系系统将将给予解予解释，并示范系，并示范系统所希望回答例子。然后系所希望回答例子。然后系统又重新返回到咨又重新返回到咨询过程。程。n当当结束咨束咨询时，系，系统自自动地地转入入解解释子系子系统。解。解释子系子系统回答用回答用户问题，并解，并解释推理推理过程。解程。解释时，系，系统显示用英示用英语形式表示形式表示规则，并，并说明明为何需要某种信息，以及怎何需要某种信息，以及怎样得到某个得到某个结论。这么做么做主要目主要目标是是为了使医生了使医生轻易接收系易接收系统结论。n规则获取系取系统只由建立系只由建立系统知知识工程工程师所使用。当所使用。当发觉有有规则被被遗漏或不完善漏或不完善时，知，知识工程工程师能能够利用利用这个系个系统来增加和修改来增加和修改规则。医学决策支持系统第53页5454nMYCIN系系统是用是用INTERLISP语言言编写。初始系写。初始系统包含有包含有200条关于条关于细菌血症菌血症规则，能，能够识别大大约50种种细菌菌。以后。以后该系系统又又经过了了扩展和改展和改进，使其能，使其能够诊疗和治和治疗脑膜炎。同膜炎。同时又有又有些人以些人以MYCIN控制机构和数据控制机构和数据结构构为基基础发展了和展了和应用范用范围无关系无关系统，称之，称之为EMYCIN(Es sential MYCIN)，即教授系，即教授系统开开发工具。工具。n对MYCIN系系统所作正式判定表明在所作正式判定表明在对细菌血症和菌血症和脑膜炎病人膜炎病人诊疗和和选择处方方面，方方面，MYCIN系系统比比传染病方面教授高明。染病方面教授高明。但到当前但到当前为止，系止，系统还不能用于不能用于临床，其主要原因是系床，其主要原因是系统缺乏缺乏传染病方面全方面知染病方面全方面知识。医学决策支持系统第54页55551 咨询子系统咨询子系统 n在咨在咨询过程中，程中，MYCIN逐步建立逐步建立为得出得出结论所必需信息，所必需信息，这些信息相关于病人普通情况、培植培养物、从培养物些信息相关于病人普通情况、培植培养物、从培养物中分离中分离细菌以及已服用菌以及已服用药品等。品等。这些信息分些信息分别归类到到对应项目中去，目中去，这些些项目称目称为上下文上下文。医学决策支持系统第55页5656上下文树上下文树 每种每种上下文上下文类型型都由一都由一组临床参数床参数来描述。比如描述来描述。比如描述PERSON上上下文参数称下文参数称为PROPPT，其中包含，其中包含NAME、AGE和和SEX，分，分别表示表示姓名、年姓名、年纪和性和性别。描述。描述CURCULS参数称参数称为PROPCUL，其中包，其中包含含SITE参数，表示培养物取自部位。描述参数，表示培养物取自部位。描述CURDRGS参数参数为PRODGRG，其中包含，其中包含IDENT参数，表示参数，表示细菌菌类别。医学决策支持系统第56页5757nMYCIN应用用产生式生式规则把教授知把教授知识表示成普通表示成普通IF(条件或前提条件或前提)和和THEN(操作或操作或结论)形式。形式。n对许多多临床参数，床参数，MYCIN通常不止通常不止计算一个必定算一个必定值而是而是计算几个可能算几个可能值。每一个每一个值都都带有一个有一个可信度可信度。这是一个从是一个从-1到到+1之之间数，用来表示数，用来表示这个个临床参数可信程度。可信度等于床参数可信程度。可信度等于1表示表示这个参数必定是个参数必定是这个个值，可信度，可信度为-1表示表示这个参数必定不是个参数必定不是这个个值。可信度或是。可信度或是经过计算得到或是由医算得到或是由医生生输入。入。nMYCIN系系统使用使用逆向推理逆向推理控制策略。在程序任何一点，程序目控制策略。在程序任何一点，程序目标都是都是寻找某一上下文参数。跟踪方法是找某一上下文参数。跟踪方法是调用全部在其操作部分得出用全部在其操作部分得出这个参数个参数规则。开始咨。开始咨询时，首先把上下文，首先把上下文树根根节点点详细化化为病人病人-1。然后。然后试图找找出出这个上下文个上下文类型型REGIMEN参数参数。在。在MYCIN中只有一条中只有一条规则能能够推推论出出REGIMEN值(REGIMEN表示表示对病人提病人提议疗法法)，这条条规则称之称之为目目标规则。为了求得了求得REGIMEN值，系，系统需要跟踪目