医学专家系统设计-医学科技.doc

医学专家系统设计/医学科技 1医学专家系统的发展历程 早在1954年,美国的钱家其已将计算机应用于放射治疗,计算剂量分布和制定治疗计划;1959年,美国的Ledley等首次将数学模型引入临床医学,提出了可将布尔代数和Bayes定理作为计算机诊断的数学模型,并以此诊断了一组肺癌病例,开创了计算机辅助诊断的先例;1966年,Ledley首次提出“计算机辅助诊断”,形成了计量医学;1976年,美国斯坦福大学的Short-liffe等研制成功了著名的用于鉴别细菌感染及治疗的医学专家系统MYCIN,建立了一整套专家系统的开发理论;1982年,美国匹兹堡大学的Miller等发表了著名的Internist-I内科计算机辅助诊断系统,其知识库中包含了572种疾病,约4500种症状;1991年美国哈佛医学院Barnett等开发的“解释”软件,包含有2200种疾病和5000种症状。 2医学专家系统的组成 专家系统是基于知识的系统。一个完整的医学专家系统应由知识库、数据库、推理机、知识获取模块和解释接口组成。知识库中存放系统求解问题所需求的知识,数据库用来存储初始证据和推理过程中得到的各种中间信息,推理机是一组程序,用来控制和协调整个系统,它通过输入的数据,利用知识库的原有知识按一定的推理策略解决所提出的问题。知识获取模块就是学习模块,它为修改和扩充知识库存的原有知识提供相应的手段。解释接口是用户与专家系统交互的环节,负责对推理给出必要的解释,便于用户了解推理过程,为用户向系统学习和所作所为系统提供方便,具有解释功能是专家系统区别于其它计算机程序的标志。目前,已有一些知识表示型的医疗诊断专家系统。 3医学专家系统的设计 建立医学专家系统要求将专家的知识转换为机器处理。在系统分析工作中,要求完全崭新的基于知识的设计方法,使得计算机从数据处理过渡到知识处理,从计算和存储数据转为推理和提供知识。原型系统方法是医学专家系统实现的重要开发方法,其早期阶段的目标是迅速发展最终系统的模型,获得所有任务的初步方案,后继阶段进行测试和扩充,增加更多细节,如此逐步发展和求精,直到逼近最终系统,满足用户要求。原型系统方法的优点是:增进用户与开发人员的沟通;用户在系统开发过程中起主导作用;辨认动态的用户需求;启迪衍生式的用户需求;缩短开发周期,降低开发风险。由于专家系统分析层面难度大,技术层面难度相对较小,因此,原型系统方法是最为适宜的开发方法。原型设计阶段的目标是解决领域知识的形式化问题,定义事实、关系和专家的推理策略,建立原型模型。原型系统的设计分为以下三个阶段。 识别和定义系统的概念模型本阶段的主要任务是知识获取,识别系统的主要任务,识别和获取有关的重要概念及其关系,定义概念模型。这些概念和关系对确定知识库的结构是很有用的。任务领域中的概念必须按照问题求解行为的具体例子抽象。专家的思考模式必须包含所有基本元素,并且能被修改和扩充。本阶段除了采访专家获取知识之外,大量信息可以从已存的书籍、资料等重要文献中获取。 概念设计在建立概念模型之后,就可开始概念设计,选择合适的知识工程工具,正式地表示问题和解法。主要工作包括设计适合于专家智能活动的可执行的知识表示模式、推理机制和用户接口。知识工程师应尽快设计和建立一个原型系统,以便提供开始的侧重点。 知识表示模式设计所谓知识表示模式设计就是根据医学领域中知识类型及特征,选择合适的知识表示方法,描述知识模型。一般来说,系统控制知识和专家的决策知识表示为产生式规则;如果对象各要素间的关系可通过逻辑运算去体现,可采用谓词逻辑表示法;对于较复杂的结构结象可使用框架或语义网方法,如专业概念知识。为了有效地表示各种知识,系统可以综合使用多种知识表示方法。设计的结果是应用知识表示工具描述的知识模型。 推理机设计常用的推理方法有正向推理、逆向推理和双向推理三种,这三种推理方法又可分为精确推理和不精确推理。推理机设计包括根据应用领域选择推理方法,设计自动推理算法结构,以及其它控制结构和各部分之间的通讯机制。它涉及知识的选择和应用问题。例如,专家系统最成功的实例之一,是1976年美国斯坦福大学肖特列夫开发的医学专家系统MYCIN,这个系统后来被知识工程师视为“专家系统的设计规范”。MYCIN主要用于协助医生诊断脑膜炎一类的细菌感染疾病。在MYCIN知识库里,大约存放着450条判别规则和1000条关于细菌感染方面的医学知识。它一边与用户进行对话,一边进行推理诊断。它的推理规则称为“产生式规则”,类似于:“IFOROR,THEN”这种医生诊断疾病的经验总结,最后显示出它“考虑”的可能性最高的病因,并以给出用药的建议而结束。概念设计中提供丰富的概念。各种概念隐含了程序设计