医学决策支持系统培训ppt课件

医学决策支持系医学决策支持系统统医学决策支持系统12 2上机安排上机安排n时间：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2062医学决策支持系统上机安排时间：11月28号（星期一）下午2:30-5:30223 3复习答疑安排复习答疑安排n复习时间：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节节n地点：二教地点：二教508n答疑时间：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3013医学决策支持系统复习答疑安排复习时间：12月5号（15周星期一）下午7-8节34 4考试安排考试安排n时间：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闭卷闭卷4医学决策支持系统考试安排时间：12月12日16周周一 下午2：30-4：45 5主要内容主要内容人工智能人工智能医学决策支持系统的研究状况及发展趋势医学决策支持系统的研究状况及发展趋势医学决策支持系统概述医学决策支持系统概述医学知识库医学知识库医学决策支持方法医学决策支持方法MYCIN系统简介系统简介5医学决策支持系统主要内容人工智能5医学决策支持系统56 6n医生对疾病的诊断还处于一种传统的经验阶段医生对疾病的诊断还处于一种传统的经验阶段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专家医学专家n浩如烟海的医学数据库浩如烟海的医学数据库n医学数据库医学数据库-知识库？知识库？n人工智能与知识工程的发展为医学诊断和治疗过程注人工智能与知识工程的发展为医学诊断和治疗过程注入了新的活力入了新的活力6医学决策支持系统医生对疾病的诊断还处于一种传统的经验阶段6医学决策支持系统67 7人工智能人工智能n19371937年，图林年，图林论可计算数及其在判定问题中的应用论可计算数及其在判定问题中的应用，阐明现代电脑原理的开山之作阐明现代电脑原理的开山之作n19591959年，美国工程师塞缪尔给电脑编制出年，美国工程师塞缪尔给电脑编制出奕棋程序奕棋程序.该程序该程序击败了塞缪尔本人，击败了塞缪尔本人，19621962年又击败了一个州冠军。年又击败了一个州冠军。n19651965年，年，在斯坦福大学化学专家的配合下，费根鲍姆研制在斯坦福大学化学专家的配合下，费根鲍姆研制的第一个的第一个专家系统专家系统DENDRALDENDRAL。在输入化学分子式和质谱图等。在输入化学分子式和质谱图等信息后，它能通过分析推理决定有机化合物的分子结构信息后，它能通过分析推理决定有机化合物的分子结构 7医学决策支持系统人工智能1937年，图林 论可计算数及其在判定问题中的应用78 8n19761976年年6 6月，美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，月，美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了用了12001200个小时，作了个小时，作了100100亿判断，终于完成了困扰数学界亿判断，终于完成了困扰数学界长达长达100100余年之久的难题余年之久的难题“四色定理四色定理”。n19791979年年1010月，美国底特律市举行国际象棋锦标赛，国际象棋月，美国底特律市举行国际象棋锦标赛，国际象棋大师大卫大师大卫.处维与美国的电脑棋手处维与美国的电脑棋手“象棋象棋4.94.9”进行了进行了5050个回个回合的比赛。合的比赛。n19971997年年5 5月月1111日，日，“深蓝深蓝”在棋盘在棋盘C4C4处落下最后一颗棋子，处落下最后一颗棋子，全世界都听到了震撼世纪的叫杀声全世界都听到了震撼世纪的叫杀声“将军将军”！这场举世！这场举世瞩目的瞩目的“人机大战人机大战”，终于以机器获胜的结局降下了帏幕。，终于以机器获胜的结局降下了帏幕。卡斯帕洛夫卡斯帕洛夫 被逼下了棋王宝座。被逼下了棋王宝座。8医学决策支持系统1976年6月，美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用89 9人工智能的定义人工智能的定义n广义的讲：用计算机来表示和执行人类的智能活动，就是人工广义的讲：用计算机来表示和执行人类的智能活动，就是人工智能。智能。n n定义定义定义定义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的机器称为人工智能。各种拟人任务的机器称为人工智能。n n定义定义定义定义2 2（能力能力能力能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。9医学决策支持系统人工智能的定义广义的讲：用计算机来表示和执行人类的智能活动，91010人工智能的定义人工智能的定义n总之：人工智能也称为机器智能，就是让机器更总之：人工智能也称为机器智能，就是让机器更“聪聪明明”，更具有类似人的智能，同时又与人的智能互为，更具有类似人的智能，同时又与人的智能互为补充、互相促进。补充、互相促进。n n人工智能的任务人工智能的任务人工智能的任务人工智能的任务n凡是使机器能具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能凡是使机器能具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、表达行动功能（如说、写、画）及学习记忆等功能，都属于表达行动功能（如说、写、画）及学习记忆等功能，都属于人工智能研究的范畴。人工智能研究的范畴。10医学决策支持系统人工智能的定义总之：人工智能也称为机器智能，就是让机器更“聪101111人工智能的应用领域人工智能的应用领域n1.1.问题求解问题求解n2.2.逻辑与定理证明逻辑与定理证明n3.3.自然语言理解自然语言理解n4.4.自动程序设计自动程序设计n5.5.专家系统专家系统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 深蓝深蓝深蓝深蓝-国际象棋国际象棋国际象棋国际象棋-卡斯帕若夫卡斯帕若夫卡斯帕若夫卡斯帕若夫四色猜想四色猜想四色猜想四色猜想(1976)(1976)语音录入语音录入语音录入语音录入,翻译系统翻译系统翻译系统翻译系统机器人控制机器人控制机器人控制机器人控制仿脑仿脑仿脑仿脑汉王汉王汉王汉王11医学决策支持系统人工智能的应用领域1.问题求解深蓝-国际象棋-卡斯帕若夫四色111212人工智能的应用领域人工智能的应用领域n9.9.机器视觉机器视觉n10.10.智能控制智能控制n11.11.智能决策支持系统智能决策支持系统n12.12.知识发现和数据挖掘知识发现和数据挖掘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照相机、飞行器跟踪照相机、飞行器跟踪照相机、飞行器跟踪照相机、飞行器跟踪控制论控制论控制论控制论GoogleGoogleGoogleGoogle.交通、军事交通、军事交通、军事交通、军事分布式系统、并行处理系统、多机分布式系统、并行处理系统、多机分布式系统、并行处理系统、多机分布式系统、并行处理系统、多机协作系统协作系统协作系统协作系统,面向对象编程语言面向对象编程语言面向对象编程语言面向对象编程语言12医学决策支持系统人工智能的应用领域9.机器视觉照相机、飞行器跟踪控制论Go121313医学决策支持系统的功能和作用医学决策支持系统的功能和作用n临床医生的知识更新无法与急剧增长的医学知识同步。临床医生的知识更新无法与急剧增长的医学知识同步。n对大批量的常规决策工作，自动化决策效率更高对大批量的常规决策工作，自动化决策效率更高(如大量的常规如大量的常规实验室检测和数据分析等实验室检测和数据分析等)。n人有时会犯错误或失误，当然医生也不例外人有时会犯错误或失误，当然医生也不例外(复杂病例和常见病复杂病例和常见病例都会出错例都会出错),),使用医学决策支持系统，可以提醒专家没在意的或使用医学决策支持系统，可以提醒专家没在意的或没有发现到的病人信息，从而提高诊断准确性没有发现到的病人信息，从而提高诊断准确性 n对医学院学生，成熟专业的医学支持系统可能是他们学习专业知对医学院学生，成熟专业的医学支持系统可能是他们学习专业知识和专家经验的方便可得的廉价的老师，同时也是他们初入医院识和专家经验的方便可得的廉价的老师，同时也是他们初入医院实习工作的非常好的助手。实习工作的非常好的助手。13医学决策支持系统医学决策支持系统的功能和作用临床医生的知识更新无法与急剧增长131414医学决策支持系统的概念医学决策支持系统的概念n医学决策支持系统医学决策支持系统(Medical decision support system,MDSS)是医学知识工程和医学人工智能研究中非常活是医学知识工程和医学人工智能研究中非常活跃的分支，是运用专家系统的设计原理与方法，模拟跃的分支，是运用专家系统的设计原理与方法，模拟医学专家诊断、治疗疾病的思维过程而编制的计算机医学专家诊断、治疗疾病的思维过程而编制的计算机程序。它的设计目的是程序。它的设计目的是帮助帮助医生解决复杂的医学问题，医生解决复杂的医学问题，作为诊断、治疗以及预后的辅助工具。作为诊断、治疗以及预后的辅助工具。知识工程知识工程人工智能人工智能医学医学医学决策支医学决策支持系统持系统14医学决策支持系统医学决策支持系统的概念医学决策支持系统(Medical de141515国外医学决策支持系统的研究状况国外医学决策支持系统的研究状况n19761976年，斯坦福大学的年，斯坦福大学的ShortliffeShortliffe等人成功研制了等人成功研制了MYCINMYCIN系统系统,用于鉴别用于鉴别细菌感染及治疗的医学专家系统细菌感染及治疗的医学专家系统MYCINMYCIN，并且建立了一整套专家系统的开，并且建立了一整套专家系统的开发理论，经专家小组对医学专家、实习医生以及发理论，经专家小组对医学专家、实习医生以及MYCINMYCIN系统的行为进行正系统的行为进行正式测试评价，认为式测试评价，认为MYCINMYCIN的行为超过了临床医生助手的作用，尤其在诊断的行为超过了临床医生助手的作用，尤其在诊断和治疗菌血症和脑膜炎方面有相当高的准确率和治疗菌血症和脑膜炎方面有相当高的准确率,此后，医学专家系统进入此后，医学专家系统进入了快速发展时期。了快速发展时期。n在在MYCINMYCIN系统框架基础上建立的肺功能专家系统系统框架基础上建立的肺功能专家系统PUFFPUFF系统曾在旧金山太平系统曾在旧金山太平洋医疗中心使用过相当长的一段时间，开创了医学专家系统临床应用的洋医疗中心使用过相当长的一段时间，开创了医学专家系统临床应用的先例。先例。n19821982年，匹兹堡大学的年，匹兹堡大学的Miller等人开发了等人开发了Internist-I内科计算机辅助诊断内科计算机辅助诊断系统系统n19911991年，哈佛医学院年，哈佛医学院Barnett等人开发的等人开发的“DXPLAIN”软件包含有软件包含有22002200种种疾病和疾病和50005000种症状种症状15医学决策支持系统国外医学决策支持系统的研究状况1976年，斯坦福大学的Sho151616我国医学决策支持系统的研究状况我国医学决策支持系统的研究状况n19781978年，北京中医院著名教授关幼波等人开发了年，北京中医院著名教授关幼波等人开发了“关幼波肝病诊疗程序关幼波肝病诊疗程序”，开创了我国最早的中医医，开创了我国最早的中医医学专家系统学专家系统n精神疾病诊断系统、肺癌诊断系统、贫血鉴别诊断精神疾病诊断系统、肺癌诊断系统、贫血鉴别诊断专家系统、心功能辅助诊断专家系统、胃病诊断专专家系统、心功能辅助诊断专家系统、胃病诊断专家系统、针灸专家系统以及疾病诊疗用药专家系统家系统、针灸专家系统以及疾病诊疗用药专家系统等多种专家系统等多种专家系统16医学决策支持系统我国医学决策支持系统的研究状况1978年，北京中医院著名教授161717现有医学决策支持系统的特点现有医学决策支持系统的特点规模小规模小 n内容比较简单内容比较简单研究方法单一，没有进行深入研究研究方法单一，没有进行深入研究 n临床实用性差临床实用性差17医学决策支持系统现有医学决策支持系统的特点规模小 17医学决策支持系统171818医学决策支持系统的发展趋势医学决策支持系统的发展趋势n与神经网络、遗传算法等推理与神经网络、遗传算法等推理新方法新技术新方法新技术相结合相结合n与与数据库技术数据库技术相结合：医学专家系统可借鉴数据库相结合：医学专家系统可借鉴数据库关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，对专家系统中的知识库管理、设计以及对大型知识对专家系统中的知识库管理、设计以及对大型知识库、共享知识库和分布式知识库提供帮助，改善专库、共享知识库和分布式知识库提供帮助，改善专家系统的特性，使其规模提高到实用水平家系统的特性，使其规模提高到实用水平n与与多媒体技术多媒体技术相结合：文字、图形、图像、影像及相结合：文字、图形、图像、影像及声音声音n与与网络技术网络技术相结合相结合,特别是在知识库的构建方面特别是在知识库的构建方面18医学决策支持系统医学决策支持系统的发展趋势与神经网络、遗传算法等推理新方法新181919医生看病的自然过程医生看病的自然过程临床医生给病人看病的过程实际上是一个对病人临床医生给病人看病的过程实际上是一个对病人信息信息进行综合分析处进行综合分析处理的过程，这个过程包括三个阶段：理的过程，这个过程包括三个阶段：观察、诊断和治疗观察、诊断和治疗 19医学决策支持系统医生看病的自然过程临床医生给病人看病的过程实际上是一个对病人192020医学决策支持系统对医生看病的模拟过程医学决策支持系统对医生看病的模拟过程n从工程的角度来看医生看病的自然过程，从工程的角度来看医生看病的自然过程，观察观察观察观察阶段的阶段的主要任务是主要任务是获取数据获取数据，更确切地说，是获取能提供相，更确切地说，是获取能提供相关信息的数据，对病人相关信息理解和挖掘得越充分，关信息的数据，对病人相关信息理解和挖掘得越充分，关于病人疾病的不确定性就会越小。医生根据病人描关于病人疾病的不确定性就会越小。医生根据病人描述的信息和他所掌握的知识和经验作述的信息和他所掌握的知识和经验作诊断诊断诊断诊断结论的过程结论的过程实质上是一个实质上是一个推理过程推理过程，而，而治疗治疗治疗治疗则是一个则是一个问题求解及问题求解及处理处理的过程。治疗阶段依赖于诊断和决策分析，而诊的过程。治疗阶段依赖于诊断和决策分析，而诊断决策分析的准确性则取决于观察阶段的信息获取程断决策分析的准确性则取决于观察阶段的信息获取程度。度。20医学决策支持系统医学决策支持系统对医生看病的模拟过程从工程的角度来看医生看病202121医学决策支持系统的一般结构医学决策支持系统的一般结构:医书、医生大医书、医生大脑中的知识、脑中的知识、规则和操作规则和操作医生的大脑，医生的大脑，推理、判断推理、判断初始数据、中间推理数据初始数据、中间推理数据和诊断结果和诊断结果医生向病人作医生向病人作解释解释21医学决策支持系统医学决策支持系统的一般结构:医书、医生大脑中的知识、规则和操212222医学决策支持系统与大多数其它领域专家系医学决策支持系统与大多数其它领域专家系统一样，一般由五部份组成：统一样，一般由五部份组成：n医学知识库。医学知识库。是医学决策支持系统的基础，用于存放各种专家是医学决策支持系统的基础，用于存放各种专家诊断知识，包括医学事实和可行的操作与诊断规则等。诊断知识，包括医学事实和可行的操作与诊断规则等。n全局数据库。全局数据库。用于存放病人的初始数据、中间推理数据和诊断用于存放病人的初始数据、中间推理数据和诊断结果甚至一些对结果的诊断处理等。结果甚至一些对结果的诊断处理等。n推理机。推理机。推理机根据全局数据库的当前内容，从知识库中选择推理机根据全局数据库的当前内容，从知识库中选择可匹配的规则，并通过执行规则来修改数据库中的内容，再通可匹配的规则，并通过执行规则来修改数据库中的内容，再通过不断地推理导出问题的结论。过不断地推理导出问题的结论。n解释器。解释器。负责对推理过程作出解释，包括解释负责对推理过程作出解释，包括解释“系统是怎么样系统是怎么样得出这一诊断结论的得出这一诊断结论的”等用户需要解释的问题。等用户需要解释的问题。n人机接口。人机接口。人机接口是系统与用户进行对话的界面。人机接口是系统与用户进行对话的界面。22医学决策支持系统医学决策支持系统与大多数其它领域专家系统一样，一般由五部份组222323医学决策支持系统和临床医生的关系医学决策支持系统和临床医生的关系n在医学人工智能中，虽然医学决策支持系统能够比较好地在医学人工智能中，虽然医学决策支持系统能够比较好地模拟医生的自然行为，实践证明在某些方面还有可能超过模拟医生的自然行为，实践证明在某些方面还有可能超过专家的能力，但是这仅仅限于医学诊断过程中的专家的能力，但是这仅仅限于医学诊断过程中的可结构化、可结构化、可一般化和可客观化可一般化和可客观化部分。使用计算机作医学决策支持时，部分。使用计算机作医学决策支持时，绝不允许用计算机取代人类（临床医生）对诊断的负责，绝不允许用计算机取代人类（临床医生）对诊断的负责，而且在实际生活中计算机也而且在实际生活中计算机也绝对取代不了绝对取代不了临床医生的作用。临床医生的作用。n多数情况下，临床医生在拥有足够的知识和充分的病人资多数情况下，临床医生在拥有足够的知识和充分的病人资料情况下可以作出正确的判断，不需要计算机协助，但在料情况下可以作出正确的判断，不需要计算机协助，但在下列情况下，医学决策支持系统就会显示其强大功能和作下列情况下，医学决策支持系统就会显示其强大功能和作用。用。23医学决策支持系统医学决策支持系统和临床医生的关系在医学人工智能中，虽然医学决232424MDSS和临床医生的关系和临床医生的关系n人人有有时时会会犯犯错错误误或或失失误误，当当然然医医生生也也不不例例外外（复复杂杂病病例例和和常常见见病病例例都都会会出出错错），使使用用医医学学决决策策支支持持系系统统，可可以以提提醒醒专专家家没没在在意意的的或或没没有有发发现现到到的病人信息，从而提高诊断准确性。的病人信息，从而提高诊断准确性。n临临床床医医生生的的知知识识更更新新无无法法与与急急剧剧增增长长的的医医学学知知识识同同步步。当当医医学学领领域域发发现现新新病病例例、新新成成果果时时，计计算算机机支支持持系系统统可可以以低低成成本本、高高效效率率和和方方便便快快捷捷地地传播给广大医生。传播给广大医生。n对对大大批批量量的的常常规规决决策策工工作作，自自动动化化决决策策效效率率更更高高（如如大大量量的的常常规规实实验验室室检测和数据分析等）。检测和数据分析等）。n现代医院信息系统产生出的大量数据的现代医院信息系统产生出的大量数据的深挖掘深挖掘。n对对医医学学院院学学生生，成成熟熟的的专专业业的的医医学学支支持持系系统统可可能能是是他他们们学学习习专专业业知知识识和和专专家家经经验验的的方方便便可可得得的的廉廉价价的的老老师师，同同时时也也是是他他们们初初入入医医院院实实习习工工作作的的非常好的助手。非常好的助手。24医学决策支持系统MDSS和临床医生的关系人有时会犯错误或失误，当然医生也不例242525医学知识库医学知识库n n医学决策支持系统的两个最关键部分：医学决策支持系统的两个最关键部分：医学决策支持系统的两个最关键部分：医学决策支持系统的两个最关键部分：n医学知识库医学知识库n知识表示知识表示n知识获取知识获取n知识的管理和维护知识的管理和维护n推理机（医学决策支持方法）推理机（医学决策支持方法）25医学决策支持系统医学知识库医学决策支持系统的两个最关键部分：25医学决策支持252626知识的概念与含义知识的概念与含义n人之所以有智能行为是因为他们拥有知识，拥人之所以有智能行为是因为他们拥有知识，拥有有对知识的获取、表达、搜索、分析、解答等对知识的获取、表达、搜索、分析、解答等智能能力智能能力。n医学决策支持系统智能水平的高低在于系统拥医学决策支持系统智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和质量有知识的数量和质量，医学知识的获取是医学，医学知识的获取是医学决策支持系统中最重要也是最困难的一步，决策支持系统中最重要也是最困难的一步，E.A.FeigenbaumE.A.Feigenbaum说：说：“知识获取是人工智能研知识获取是人工智能研究的中心问题中最重要的，是人工智能研究的究的中心问题中最重要的，是人工智能研究的关键性难关。关键性难关。”26医学决策支持系统知识的概念与含义人之所以有智能行为是因为他们拥有知识，拥有对262727智能知识的表现方式智能知识的表现方式n知识的获取能力：知识的获取能力：通过感知器官，在观察、测量、训练、操通过感知器官，在观察、测量、训练、操作等实践中，获取直接经验的积累或感性知识，以及在学习、作等实践中，获取直接经验的积累或感性知识，以及在学习、阅读、交谈等过程中，获取间接经验知识或理性知识。阅读、交谈等过程中，获取间接经验知识或理性知识。n知识的处理能力：知识的处理能力：将感性知识上升为理性知识，进行演绎推将感性知识上升为理性知识，进行演绎推理与归纳推理，通过知识的积累、存储、联想、类比、分析、理与归纳推理，通过知识的积累、存储、联想、类比、分析、计算、论证、比较、探索、择优等信息处理过程，求得问题计算、论证、比较、探索、择优等信息处理过程，求得问题的解答，指定规划与决策。的解答，指定规划与决策。n知识的运用能力：知识的运用能力：运用所获得的知识，通过知识信息处理，运用所获得的知识，通过知识信息处理，根据所求得的问题解答或所制订的规划决策作出反应，采取根据所求得的问题解答或所制订的规划决策作出反应，采取行动，发挥知识的效用，如回答咨询、诊断疾病、操纵机器行动，发挥知识的效用，如回答咨询、诊断疾病、操纵机器等。等。27医学决策支持系统智能知识的表现方式知识的获取能力：通过感知器官，在观察、测量272828知识的特性知识的特性n1 1、知识的相对正确性、知识的相对正确性 任何知识都是在一定环境下相对正确的，而非绝对正确。任何知识都是在一定环境下相对正确的，而非绝对正确。n2 2、知识的不确定性、知识的不确定性 信息可能是精确的，也可能是不精确的。信息可能是精确的，也可能是不精确的。n3 3、知识的可表示性、知识的可表示性 知识是可以用形式化的东西表示的，如语言、文字、图表、公知识是可以用形式化的东西表示的，如语言、文字、图表、公式、数字等。式、数字等。n4 4、知识的可利用性、知识的可利用性 由于我们可以利用知识解决各种问题，因此，我们可以积累知由于我们可以利用知识解决各种问题，因此，我们可以积累知识。识。28医学决策支持系统知识的特性1、知识的相对正确性28医学决策支持系统282929知识的分类知识的分类n1 1、以知识的作用范围来划分：、以知识的作用范围来划分：n 常识性知识常识性知识n 领域性知识领域性知识n2 2、按人类的思维及认识方法来划分：、按人类的思维及认识方法来划分：n 逻辑性知识逻辑性知识n 形象性知识形象性知识n3 3、以知识的确定性来划分：、以知识的确定性来划分：n 确定性知识确定性知识n 不确定性知识不确定性知识n4 4、按知识的作用及表示来划分：、按知识的作用及表示来划分：n 事实性知识事实性知识n 规则性知识规则性知识n 控制性知识控制性知识29医学决策支持系统知识的分类1、以知识的作用范围来划分：29医学决策支持系统293030例：对于从北京到上海，是乘飞机还是火车的问题，例：对于从北京到上海，是乘飞机还是火车的问题，其知识可归纳为：其知识可归纳为：n1 1、叙述型知识：北京、上海、飞机、火车、时间、叙述型知识：北京、上海、飞机、火车、时间、费用等；费用等；n2 2、过程型知识：乘飞机、坐火车等；、过程型知识：乘飞机、坐火车等；n3 3、控制型知识：乘飞机较快、较贵；坐火车较慢、控制型知识：乘飞机较快、较贵；坐火车较慢、较便宜。较便宜。30医学决策支持系统例：对于从北京到上海，是乘飞机还是火车的问题，其知识可归纳为303131常用的知识表示法常用的知识表示法 无论是医学科技文献中的科学知识还是临床医生的经验性知识，它无论是医学科技文献中的科学知识还是临床医生的经验性知识，它们通常是用自然语言、图形、表格等形式表示的，在用人工智能方们通常是用自然语言、图形、表格等形式表示的，在用人工智能方法模拟医学过程时，必须将这些形式的知识法模拟医学过程时，必须将这些形式的知识用合适的形式来表示用合适的形式来表示，这样才能使知识方便地在计算机中储存、检索、使用和修改，并且这样才能使知识方便地在计算机中储存、检索、使用和修改，并且在设计和实现医学决策支持时，知识的表示方法与医学问题的求解在设计和实现医学决策支持时，知识的表示方法与医学问题的求解方法和过程密切相关。方法和过程密切相关。产生式表示法产生式表示法(IF-THEN)(IF-THEN)逻辑表示逻辑表示(谓词逻辑谓词逻辑)语义网络语义网络框架理论框架理论 状态空间状态空间面向对象的知识表示面向对象的知识表示过程表示法过程表示法模糊表示模糊表示神经网络神经网络31医学决策支持系统常用的知识表示法 无论是医学科技文献中的科学知识还是临床313232产生式系统知识表示法产生式系统知识表示法n产生式系统是历史悠久且使用最多的知识产生式系统是历史悠久且使用最多的知识表示系统，早在自动机理论、形式文法和表示系统，早在自动机理论、形式文法和程序语言中得到广泛的应用，产生式系统程序语言中得到广泛的应用，产生式系统是用来描述若干个不同的以一个基本概念是用来描述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统。为基础的系统。32医学决策支持系统产生式系统知识表示法产生式系统是历史悠久且使用最多的知识表示323333产生式的基本形式产生式的基本形式n有两种：有两种：n P PQ Qn 或者：或者：IF P THEN QIF P THEN Qn 其中：其中：P P是产生式的前提，用于指出该产生式是是产生式的前提，用于指出该产生式是否是可用条件；否是可用条件；n Q Q是一组结论或操作，用于指出前提是一组结论或操作，用于指出前提P P所指出的所指出的条件被满足时，应该得到的结论或应该执行的操条件被满足时，应该得到的结论或应该执行的操作。作。33医学决策支持系统产生式的基本形式有两种：33医学决策支持系统333434产生式的基本形式产生式的基本形式n1 1、确定性规则知识确定性规则知识的产生式表示形式为：的产生式表示形式为：P PQ Q 或者：或者：IF P THEN QIF P THEN Q例例:IF IF 收缩压收缩压140 THEN 140 THEN 高血压高血压34医学决策支持系统产生式的基本形式1、确定性规则知识的产生式表示形式为：343535产生式的基本形式产生式的基本形式n2 2、不确定性规则知识不确定性规则知识的产生式表示形式为：的产生式表示形式为：P PQ Q（可信度）（可信度）或者：或者：IF P THEN Q IF P THEN Q（可信度）（可信度）例例:IF IF 流鼻涕流鼻涕 THEN THEN 感冒感冒(0.6)(0.6)35医学决策支持系统产生式的基本形式2、不确定性规则知识的产生式表示形式为：353636产生式的基本形式产生式的基本形式n3 3、确定性事实性知识确定性事实性知识的产生式表示一般使用三元组表示：的产生式表示一般使用三元组表示：（对象，属性，值）（对象，属性，值）或者：或者：（关系，对象（关系，对象1 1，对象，对象2 2）如：事实如：事实“老李年龄是老李年龄是4040岁岁”可表示为：可表示为：（LiLi，AgeAge，4040）LiLi是对象，是对象，AgeAge是属性，是属性，4040是值。是值。如如“老李、老张是朋友老李、老张是朋友”可写成：可写成：（FriendFriend，LiLi，ZhangZhang）FriendFriend是关系，是关系，LiLi和和ZhangZhang是对象是对象36医学决策支持系统产生式的基本形式3、确定性事实性知识的产生式表示一般使用三元363737产生式的基本形式产生式的基本形式n4 4、不确定性事实性知识不确定性事实性知识的产生式表示的产生式表示一般使用四元组表示：一般使用四元组表示：（对象，属性，值，可信度）（对象，属性，值，可信度）或者：或者：（关系，对象（关系，对象1 1，对象，对象2 2，可信度），可信度）如：事实如：事实“老李年龄可能是老李年龄可能是4040岁岁”可表示为：可表示为：（LiLi，AgeAge，4040，0.80.8）LiLi是对象，是对象，AgeAge是属性，是属性，4040是值。是值。如如“老李、老张是朋友的可能性不大老李、老张是朋友的可能性不大”可写成：可写成：（FriendFriend，LiLi，ZhangZhang，0.10.1）FriendFriend是关系，是关系，LiLi和和ZhangZhang是对象是对象37医学决策支持系统产生式的基本形式4、不确定性事实性知识的产生式表示一般使用四373838产生式系统的组成产生式系统的组成n一个典型的产生式系统由：一个典型的产生式系统由：n 1)1)、规则库、规则库n 2)2)、工作存储器（综合数据库）、工作存储器（综合数据库）n 3)3)、控制器（推理机）、控制器（推理机）推理机推理机规则库规则库综合数据库综合数据库38医学决策支持系统产生式系统的组成一个典型的产生式系统由：推理机规则库综合数据383939规则库规则库n目前，产生式系统已经演变成：目前，产生式系统已经演变成：“IFIF条件条件THENTHEN动作或结论动作或结论”n例例1 1：IF IF 天阴天阴 and and 空气中湿度很大空气中湿度很大 THEN THEN 可能要下雨；可能要下雨；n例例2 2：IF IF 一种可燃性气体溢出了一种可燃性气体溢出了 THEN THEN 报告消报告消防队；防队；39医学决策支持系统规则库目前，产生式系统已经演变成：“394040医学知识的获取医学知识的获取获取取过程程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40医学决策支持系统医学知识的获取获取过程40医学决策支持系统404141获取医学知识的方式获取医学知识的方式n知识工程师和医学专家之间密切合作知识工程师和医学专家之间密切合作n医学知识获取的工具（骨架系统医学知识获取的工具（骨架系统）n自动知识获取自动知识获取41医学决策支持系统获取医学知识的方式知识工程师和医学专家之间密切合作41医学决414242知识工程师和医学专家之间密切合作获取知识知识工程师和医学专家之间密切合作获取知识优点：优点：1 直接直接 2 系统性强系统性强缺点缺点：1 劳动量大劳动量大 2 知识的来源有限知识的来源有限 3 知识领域狭窄知识领域狭窄 4 手工形式记录、易出错手工形式记录、易出错 5 效率低效率低42医学决策支持系统知识工程师和医学专家之间密切合作获取知识优点：42医学决策支424343著名的骨架系统著名的骨架系统1 TEIRESIAS系统系统 2 OPAL系统系统 3 PROTG系列系列 4 INTERNIST-I/QMR系统系统5 KAVAS知识提取系统知识提取系统优点优点 应用了知识工程领域和计算机领域及网络技术中比较新应用了知识工程领域和计算机领域及网络技术中比较新的方法和技术，知识用面向对象等方式表示的方法和技术，知识用面向对象等方式表示缺点缺点 知识工程师与医学专家之间的鸿沟、知识表示是否适当知识工程师与医学专家之间的鸿沟、知识表示是否适当？43医学决策支持系统著名的骨架系统1 TEIRESIAS系统 43医学决策支持系434444自动知识获取自动知识获取(自学习自学习)智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和质量智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和质量 传统的、通过知识工程师获取知识的方法不能完全满传统的、通过知识工程师获取知识的方法不能完全满足需求足需求 自动获取知识成为的新的研究目标自动获取知识成为的新的研究目标44医学决策支持系统自动知识获取(自学习)智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和444545知识的管理和维护知识的管理和维护n方便方便添加、删除和修改诊断知识添加、删除和修改诊断知识,浏览各种对象和浏览各种对象和属性等管理维护工作属性等管理维护工作n对象类对象类n知识对象索引表知识对象索引表45医学决策支持系统知识的管理和维护方便添加、删除和修改诊断知识,浏览各种对象和454646医学决策支持方法（推理机）医学决策支持方法（推理机）推理机是指基于知识的推理的计算机实现推理机是指基于知识的推理的计算机实现,包括推理包括推理与控制两方面与控制两方面在推理过程中解释和执行用某种语言表示的一系列推在推理过程中解释和执行用某种语言表示的一系列推理规则理规则 面向对象知识表达的诊断推理过程是一个面向知识库面向对象知识表达的诊断推理过程是一个面向知识库系统的，基于系统的，基于假设产生假设产生-假设证实假设证实机制的，由高层到机制的，由高层到底层逐步求精的递推过程底层逐步求精的递推过程46医学决策支持系统医学决策支持方法（推理机）推理机是指基于知识的推理的计算机实4647471 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实事实作为出发点的推理，又称为数据驱动推理。正作为出发点的推理，又称为数据驱动推理。正向推理从病人数据库中提供的主诉及实验室检查等事实出发，检查知识库向推理从病人数据库中提供的主诉及实验室检查等事实出发，检查知识库中是否存在可用于对这些数据进行推理的中是否存在可用于对这些数据进行推理的规则规则。如果存在可用规则，就执。如果存在可用规则，就执行这些规则，推理的结果被添加到数据集中，如果后面的规则依赖于这些行这些规则，推理的结果被添加到数据集中，如果后面的规则依赖于这些新的推理数据，那么后面的规则将被激活新的推理数据，那么后面的规则将被激活n n反向推理反向推理反向推理反向推理:推理机制是从知识库中选择推理机制是从知识库中选择规则规则开始，随后检查病人数据库开始，随后检查病人数据库中是否有可供推论的中是否有可供推论的数据数据。推理机制实际上是从单一规则（目标规则）开。推理机制实际上是从单一规则（目标规则）开始的，然后依据已知的病人数据评估该目标规则的前提是否为真。如果没始的，然后依据已知的病人数据评估该目标规则的前提是否为真。如果没有数据可以证实这一规则的前提为真，反向推理器就到知识库中寻找其他有数据可以证实这一规则的前提为真，反向推理器就到知识库中寻找其他规则。如果其中一个规则为真，系统就会得出结论：此目标规则的前提为规则。如果其中一个规则为真，系统就会得出结论：此目标规则的前提为真。这种目标驱动的推理过程反复进行，直到证实目标规则为假，或者目真。这种目标驱动的推理过程反复进行，直到证实目标规则为假，或者目标的所有前提都为真。标的所有前提都为真。47医学决策支持系统1 正向推理与反向推理正向推理:是以已知事实作为出发点的推理4748482 确定性推理与不确定推理确定性推理与不确定推理n在医学中我们常常会遇到不严格、不精确的、模糊的知识在医学中我们常常会遇到不严格、不精确的、模糊的知识 （1 1）基于概率的不确定推理）基于概率的不确定推理:用事件发生的用事件发生的概率概率来描述和计算推理的来描述和计算推理的不确定性测度不确定性测度 （2 2）基基于于可可信信度度的的不不确确定定推推理理:用用信信任任度度表表示示证证据据出出现现时时对对结结论论成成立立的的信信任任程程度度。信信任任度度的的值值比比较较容容易易通通过过领领域域专专家家给给出出。设设定定信信任任度度值值的的原原则则是是：若若相相应应证证据据能能增增加加结结论论为为真真的的可可信信度度，则则使使信信任任度度大大于于0 0，证证据据越越是是支支持持为为真真，就就使使值值越越大大；反反之之小小于于0 0，证证据据越越是是支支持持为为假假，就使绝对值越大；若证据与结论无关，则使信任度就使绝对值越大；若证据与结论无关，则使信任度0 0。（3 3）基于模糊理论的不确定推理）基于模糊理论的不确定推理:模糊理论通过模糊理论通过隶属度隶属度来定义对象属来定义对象属于模糊集合的程度，若隶属度越接近于于模糊集合的程度，若隶属度越接近于1 1，则属于模糊集合的程度越，则属于模糊集合的程度越大，反之就越小。一般用模糊规则表示模糊条件和模糊结论及它们之大，反之就越小。一般用模糊规则表示模糊条件和模糊结论及它们之间的可信度因子。间的可信度因子。48医学决策支持系统2 确定性推理与不确定推理在医学中我们常常会遇到不严格、不精4849493 机器学习方法机器学习方法n决策树决策树n贝叶斯网络贝叶斯网络n n人工神经网络人工神经网络人工神经网络人工神经网络n n遗传算法遗传算法遗传算法遗传算法49医学决策支持系统3 机器学习方法决策树49医学决策支持系统4950504 推理机的搜索策略推理机的搜索策略盲目搜索方法盲目搜索方法 深度优先深度优先 广度优先广度优先 有限深度优先有限深度优先 随机深度优先随机深度优先启发式的搜索方法启发式的搜索方法 爬山法爬山法 最近邻居搜索最近邻居搜索50医学决策支持系统4 推理机的搜索策略盲目搜索方法50医学决策支持系统505151MYCIN系统系统 nMYCIN系统是由斯坦福系统是由斯坦福(Stanford)大学建立的对细菌感染疾病的诊断大学建立的对细菌感染疾病的诊断和治疗提供咨询的计算机咨询专家系统。医生向系统输入病人信息，和治疗提供咨询的计算机咨询专家系统。医生向系统输入病人信息，MYCIN系统对之进行诊断，并提出处方。系统对之进行诊断，并提出处方。n细菌传感疾病专家在对病情诊断和提出处方时，大致遵循下列细菌传感疾病专家在对病情诊断和提出处方时，大致遵循下列4个步骤：个步骤：(1)确定病人是否有重要的病菌感染需要治疗。为此，首先要判断所发确定病人是否有重要的病菌感染需要治疗。为此，首先要判断所发现的细菌是否引起了疾病。现的细菌是否引起了疾病。(2)确定疾病可能是由哪种病菌引起的。确定疾病可能是由哪种病菌引起的。(3)判断哪些药物对抑制这种病菌可能有效。判断哪些药物对抑制这种病菌可能有效。(4)根据病人的情况，选根据病人的情况，选择最适合的药物。择最适合的药物。n系统通过和内科医生之间的对话收集关于病人的基本情况，例如临床系统通过和内科医生之间的对话收集关于病人的基本情况，例如临床情况、症状、病历以及详细的实验室观测数据等。系统首先询问一些情况、症状、病历以及详细的实验室观测数据等。系统首先询问一些基本情况。内科医生在回答询问时所输入的信息被用于作出诊断。诊基本情况。内科医生在回答询问时所输入的信息被用于作出诊断。诊断过程中如需要进一步的信息，系统就会进一步询问医生。一旦可以断过程中如需要进一步的信息，系统就会进一步询问医生。一旦可以作出合理的诊断，作出合理的诊断，MYCIN就列出可能的处方，然后在与医生作进一步就列出可能的处方，然后在与医生作进一步对话的基础上选择适合于病人的处方。对话的基础上选择适合于病人的处方。51医学决策支持系统MYCIN系统 MYCIN系统是由斯坦福(Stanford)515252MYCIN系统由系统由3个子系统组成：咨询子系统，解释子系个子系统组成：咨询子系统，解释子系统和规则获取子系统统和规则获取子系统 n静态数据库静态数据库 n动态数据库动态数据库 52医学决策支持系统MYCIN系统由3个子系统组成：咨询子系统，解释子系统和规则525353n咨询开始时，先启动咨询开始时，先启动咨询系统咨询系统，进入人机对话状态。在对话过程，进入人机对话状态。在对话过程中，系统向用户提出必要的问题，进行推理。如果医生对咨询的中，系统向用户提出必要的问题，进行推理。如果医生对咨询的某些部分有疑问，例如，想知道为什么要向用户询问某个特定的某些部分有疑问，例如，想知道为什么要向用户询问某个特定的问题，他可暂停咨询，向系统提出问题。这时系统将给予解释，问题，他可暂停咨询，向系统提出问题。这时系统将给予解释，并示范系统所希望回答的例子。然后系统又重新返回到咨询过程。并示范系统所希望回答的例子。然后系统又重新返回到咨询过程。n当结束咨询时，系统自动地转入当结束咨询时，系统自动地转入解释子系统解释子系统。解释子系统回答用。解释子系统回答用户的问题，并解释推理过程。解释时，系统显示用英语形式表示户的问题，并解释推理过程。解释时，系统显示用英语形式表示的规则，并说明为什么需要某种信息，以及如何得到某个结论。的规则，并说明为什么需要某种信息，以及如何得到某个结论。这样做的主要目的是为了使医生容易接受系统的结论。这样做的主要目的是为了使医生容易接受系统的结论。n规则获取系统规则获取系统只由建立系统的知识工程师所使用。当发现有规则只由建立系统的知识工程师所使用。当发现有规则被遗漏或不完善时，知识工程师可以利用这个系统来增加和修改被遗漏或不完善时，知识工程师可以利用这个系统来增加和修改规则。规则。53医学决策支持系统咨询开始时，先启动咨询系统，进入人机对话状态。在对话过程中，535454nMYCIN系统是用系统是用INTERLISP语言语言编写的。初始的系统包含有编写的。初始的系统包含有200条关于细菌血症的规则，可以识别大概条关于细菌血症的规则，可以识别大概50种细菌种细菌。以后。以后该系统又经过了扩展和改进，使其可以诊断和治疗脑膜炎。同该系统又经过了扩展和改进，使其可以诊断和治疗脑膜炎。同时又有人以时又有人以MYCIN的控制机构和数据结构为基础发展了和应的控制机构和数据结构为基础发展了和应用范围无关的系统，称之为用范围无关的系统，称之为EMYCIN(Es sential MYCIN)，即专家系统开发工具。即专家系统开发工具。n对对MYCIN系统所作的正式鉴定表明在对细菌血症和脑膜炎病系统所作的正式鉴定表明在对细菌血症和脑膜炎病人的诊断和选择处方方面，人的诊断和选择处方方面，MYCIN系统比传染病方面的专家系统比传染病方面的专家高明。但到目前为止，系统还不能用于临床，其主要原因是系高明。但到目前为止，系统还不能用于临床，其主要原因是系统缺乏传染病方面的全面知识。统缺乏传染病方面的全面知识。54医学决策支持系统MYCIN系统是用INTERLISP语言编写的。初始的系统包545555医学决策支持系统培训ppt课件555656上下文树上下文树 每种每种上下文类型上下文类型都由一组都由一组临床参数临床参数来描述。例如描述来描述。例如描述PERSON上上下文的参数称为下文的参数称为PROPPT，其中包括，其中包括NAME、AGE和和SEX，分别表，分别表示姓名、年龄和性别。描述示姓名、年龄和性别。描述CURCULS的参数称为的参数称为PROPCUL，其，其中包括中包括SITE参数，表示培养物取自的部位。描述参数，表示培养物取自的部位。描述CURDRGS的参的参数为数为PRODGRG，其中包括，其中包括IDENT参数，表示细菌的类别。参数，表示细菌的类别。56医学决策支持系统上下文树 每种上下文类型都由一组临床参数来描述。例如描述PE565757nMYCIN应用产生式规则把专家知识表示成一般的应用产生式规则把专家知识表示成一般的IF(条件或前提条件或前提)和和THEN(操作或结论操作或结论)的形式。的形式。n对许多临床参数，对许多临床参数，MYCIN通常不止计算一个肯定的值而是计算几个可能通常不止计算一个肯定的值而是计算几个可能的值。每一个值都带有一个的值。每一个值都带有一个可信度可信度。这是一个从。这是一个从-1到到+1之间的数，用来之间的数，用来表示这个临床参数的可信程度。可信度等于表示这个临床参数的可信程度。可信度等于1表示这个参数肯定是这个表示这个参数肯定是这个值，可信度为值，可信度为-1表示这个参数肯定不是这个值。可信度或是通过计算得表示这个参数肯定不是这个值。可信度或是通过计算得到或是由医生输入。到或是由医生输入。nMYCIN系统使用系统使用逆向推理逆向推理的控制策略。在程序的任何一点，程序的目标的控制策略。在程序的任何一点，程序的目标都是寻找某一上下文的参数。跟踪的方法是调用所有在其操作部分得出都是寻找某一上下文的参数。跟踪的方法是调用所有在其操作部分得出这个参数的规则。开始咨询时，首先把上下文树的根节点具体化为病人这个参数的规则。开始咨询时，首先把上下文树的根节点具体化为病人-1。然后试图找出这个上下文类型的。然后试图找出这个上下文类型的REGIMEN参数参数。在。在MYCIN中只有中只有一条规则可以推论出一条规则可以推论出REGIMEN的值的值(REGIMEN表示对病人建议的疗法表示对病人建议的疗法)，这条规则称之为，这条规则称之为目标规则目标规则。为了求得。为了求得REGIMEN的值，系统需要跟踪的值，系统需要跟踪目标规则的前提部分所涉及的参数。医生很可能也不知道这些值，所以目标规则的前提部分所涉及的参数。医生很可能也不知道这些值，所以需要应用可以推论出这些值的规则。然后，又跟踪这些规则的前提部分需要应用可以推论出这些值的规则。然后，又跟踪这些规则的前提部分中的参数。这样跟踪下去，直到通过医生的回答以及推论可以找到所需中的参数。这样跟踪下去，直到通过医生的回答以及推论可以找到所需的参数为止。的参数为止。57医学决策支持系统MYCIN应用产生式规则把专家知识表示成一般的IF(条件或前5758582 静态数据库静态数据库 nMYCIN有一个静态数据库包括所有的有一个静态数据库包括所有的产生式规则产生式规则以及所有的咨以及所有的咨询程序所需的信息。每一类上下文、规则、参数都有若干特性询程序所需的信息。每一类上下文、规则、参数都有若干特性来充分地描述它们。这些特性都储存在静态数据库中。这样的来充分地描述它们。这些特性都储存在静态数据库中。这样的静态数据库也就是专家系统的知识库。静态数据库也就是专家系统的知识库。n每个规则都有四个存储在静态数据库中的特性：每个规则都有四个存储在静态数据库中的特性：58医学决策支持系统2 静态数据库 MYCIN有一个静态数据库包括所有的产生式规5859593 函数函数 n用于前提部分的简单函数用于前提部分的简单函数 n专门函数专门函数 n用于操作部分的函数用于操作部分的函数 59医学决策支持系统3 函数 用于前提部分的简单函数 59医学决策支持系统596060用于前提部分的简单函数用于前提部分的简单函数 nMYCINMYCIN在它的规则前提部分，应用许多简单函数，这些函数对动态在它的规则前提部分，应用许多简单函数，这些函数对动态数据库中的关于病人的数值求值，并回答一个真值。每当对一个数据库中的关于病人的数值求值，并回答一个真值。每当对一个子句求值时，子句求值时，MYCINMYCIN首先检验在子句中所涉及的参数是否已经被跟首先检验在子句中所涉及的参数是否已经被跟踪过。如果没有，那么，或者向用户提问，或者推论它的值。然踪过。如果没有，那么，或者向用户提问，或者推论它的值。然后，系统把函数用于合适的病人数据后，系统把函数用于合适的病人数据三元组三元组(对象、属性、值对象、属性、值 )。n参数是否已知函数参数是否已知函数:KNOWN:KNOWN、NOTKNOWNNOTKNOWN、DEFINITEDEFINITE和和NOTDEFINITENOTDEFINITEn可信度函数可信度函数:NOTSAME:NOTSAME、