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  论文选编  
医疗诊断专家系统的新思想与新方法(续)
——模型与算法

 

梁嘉骅 曹宣玮 王双惠 刘惠生 刘剑波 刘剑峰

摘要:在文献[9]中,提出“最优启发式逐步搜索‘诊’-‘断’人-机交互 系统”的思想与方法,本文继上文,论述相应的模型与算法.
关键词:诊断; 最优启发式逐步搜索; 诊断代价; 诊断价值; 可信度
分类号: TP393     文献标识码:A    文章编号:1000-5781(1999)04-0375-04

The model and procedure of the new idea and new method of medical diagnosis expert system

LIANG Jia-hua1,CAO Xuan-wei1,WANG Shuang-hui1,LIU Hui-sheng2,LIU Ji an-bo2,LIU Jian-feng2
(1.The Department of Environment Science of Shanxi University,Taiyuan 030006;2.The Institution of Sanbuliubing,Taiyuan 030012)

Abstract:We put forward the idea and method of “Optimum Heuristic Step by Step Search “ Diagnosis”-“Judgment”Human-Machine Interactive System”in the reference document of[9].This paper illustrates the responding model and procedure.
Keywords:diagnosis;optimum heuristic step by step search;diagnosis cost;diagnosis value;certainty factor

0 引言
  文献[9]对过去医疗诊断专家系统开发中所存在的问题进行了分析,提出解决问题的新思想与方法,特别提出“最优启发式逐步搜索‘诊’-‘断’人-机交互系统”的概念和系 统的构建方法.在本文中,继文献[9],介绍相应的模型与具体算法.

1 概念
  逐步搜索“诊”-“断”是医生对患者的“诊断”的实际情况行为过程.在诊断过程中,医 生并不是通过患者主诉,就定出一套完整的“诊”(检查)方案,通过已定方案进行检查,最 后判断,而是经历:患者主述-医生对患者进行初“断”-医生确定初步“诊”方案-医生 对患者初检-医生对患者再“断”-确定再诊方案…最终决断.它是一个逐步搜索深化的“ 诊”-“断”的交互行为过程.诊断治疗支持系统的主要任务是为医生在这过程中提供帮助.
  . 最优指帮助医生找出以最低的“诊断代价”获得最佳“决断”结果的途径.
  . 启发式指系统对医生在这过程的帮助在于启发医生的正确思维,而不是替代医生的作用 .
  . 症状诊断贡献
  指该症状检查对疾病的确断能力,定义为:
  该症状对各种疾病的区别能力和对某种疾病的确定能力的乘积.
  Gj--第j种病症对诊断的贡献
  Pij--第i种疾病第j种病症出现的概率
  Fij--第j种病症对第i种疾病确诊的贡献

其中 表示第j种病症 对各种病的区分能力
   max(Pij.Fij)表示对某种特定疾病的最大确定能 力
  分别称为区分度和确定度
  . 症状检查代价
  分为医生检查代价和患者支付费用,这里只用患者支付费用作为检查代价,记为Kj
  . 症状诊断价值
  定义为Zj=Gj/Kj
  . 疾病判断可信度
  设检查出患者呈现的病症集为A=(a1,…,an),疾病b具有A中某些症状,研究由A判断 疾病 为b的可信度.任何疾病的诊断都以诊断标准为依据,诊断标准中分为两类,一类为必备的标 准,一类为选择标准.选择标准只需满足其中若干条则认为满足.设疾病b的诊断标准中有n1条必备标准,并必需满足n2条选择标准.若病症集A中满足m1条符合疾病b的必备标准和 m3条符合选择标准,则定义由A判断疾病为b的独立可信度为:
α(A;b)=(m1+m2)÷(n1+n2)×100

记A中的病症中有n3条病症不同于b的诊断标准,则定义由A判断为b的总体可信度为:
β(A;b)=(m1+m2)÷(n1+n2+n3)×100

2 方法与模型
2.1 最优启发式逐步搜索程序
  它具有以下图1所示的结构.

注: A1为患者主诉所得症状集
Ai--i>1为所检查出的患者病症
Ci--系统对Ai分析后所提供的最佳继续检查项目权集
Di--患者可能所患疾病权集
Bi--医生确定需要继续检查的排序项目集
Dji--系统根据Bi项目排序为第j次检查结果,重新提出患者可能所患疾病的 双权集.
Di与Dji病类部分相同,仅改变权重部分
Nji--检查项目方案个数
图1 最优启发式逐步搜索程序图

2.2 Ci表示
  Ci=(ai1…ain;zi1…zin)
  ait--系统建议继续检查症状
  zi--为相应诊断价值
2.3 Di表示
  Di={bi1…bik;αi1…αik;βi1…βik}
  bit为病名,αit、βit分别为相应的独立可信度和总体可信度.
  Di中若αip=βip=100,显然,完全可确定bip为唯一疾病.
2.4 最佳继续检查项目集Ci的构建模型
  设E={b1,…,bn}为系统研究的疾病集
  G={a1,…,am}为对应的全体病症
  Ai为上述中患者所检查出的病症
Di={bi1…bik;αi1…αik;βi1…βik}为与A i对应有关的疾病集
  Gi为Di的全体症状集
Wi=Gi/Ci-1为消除独立疑度而需作继续检查的全体项目,为简单起见,记
  Wi={w1,…,wk}
  最优启发式逐步搜索“诊”-“断”中的Ci并不是Wi(即不是作无目的的全面检查),而 是要从Wi中选若干继续检查项目满足:
  . 诊断总价值最大
  . 项目个数最少
  . 消除独立疑度要到达相对规定水平
  实际上,该问题可归结为以下集合间的多目标规划问题:
  max CC(Ci)--Ci的诊断总价值最大
  min NC(Ci)--Ci的项目个数最小
  
Fit(Ci;bit)表示若选择Ci时可能增加的疾病bit的独立可信度
θit表示若选择Wi可能增加的疾病bit的独立可信度
Q为选定的相对规定水平

3 问题求解算法
  问题的本质是以最小的诊断代价最大限度消除诊断的不确定性.为此,首先从判断集Di中 分离出完全可确断集Di.
  定义 Di中关于Wi的完全可确断集D’i是指:如D’i中的病类 追加了Wi的检查项目信息,能使独立可信度增加到100%
  定义 Di中关于Wi的h-水平可确断集D’i是指:如D’i中的病 类追加了Wi的检查项目信息,能使独立可信度增加到h%
  在构造Di的实际过程中,要确定h-水平,使得Di本身是h-水平可确断集,这样可有效 减少系统在诊断过程中的思维错误,使Di中病类部分D’i和Ci处于不断的收缩状态 .
  D0>D1>…>Di>Di+1>…
  C0>C1>…>Ci>Ci+1>…
算法:
  为叙述方便,把Di记为D,Wi记为W,Zi表示Wi的诊断价值.
  αi≥ai+1(即bi按独立可信度排序)
  1° i=1,CC=0,NC(C)=0,C=,W=WW
  2° 在WW中找出与bi相关的子集,Wi={Wi1…Wiq},Zij≥Zij+1
  3° 若αi=100则i=i+1,转2°;否则,v=1,CCi=0,Fi=0,转4°
  4° CCi=CCi+Zi1, NC(C)=NC(C)+1
C=C∪Wiv
  Fi=Fi+Uiv CC=CC+CCi
  WW=WW-Wiv
  5° Fi≥θi.Q则 若i=k转6°,否则i=i+1转2°;
  否则v=v+1转3°
  6° 结束
  注: Uiv为使用Wiv使bi增加的可信度.
i为第几种病,v为第几种症状.

作者简介:梁嘉骅(1938-),男(汉族),广东省广州人,山西大学环境科学系教授.
作者单位:梁嘉骅,曹宣玮,王双惠(山西大学环境科学系,太原 030006)
     刘惠生,刘剑波,刘剑峰(山西三部六病中医研究所,太原 030012)

参考文献

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[7] 张希涛,梁嘉骅.类风湿关节炎病理分析与诊断专家系统[J].山西大学学 报,1993,16(1):40~41
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[9] 梁嘉骅等.医疗诊断专家系统的新思想与新方法[J].系统工程学报,1999 ,14(1):83~90

本文原载于《系统工程学报》1999年第4期.


 

 

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