Xây dựng chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị các bệnh lý tim mạch tt

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

HOÀNG TRƯỜNG GIANG

XÂY DỰNG CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN
VÀ ĐIỀU TRỊ CÁC BỆNH LÝ TIM MẠCH
Chuyên ngành
Mã số

: Hệ thống thông tin
: 8.48.01.04

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2019


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Hữu Lập

Phản biện 1: …………………………………………………
Phản biện 2: ………….……………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc:

....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Theo số liệu thống kê của Tổ chức y tế thế giới, hàng
năm có khoảng 17,5 triệu người tử vong do các bệnh có liên
quan đến tim mạch. Tại Việt Nam, theo dự báo của hội Tim
mạch Việt Nam, khoảng 20% dân số nước ta mắc bệnh về
tim mạch và tăng huyết áp.
Ngoài ra, tính chất của bệnh lý tim mạch là tiến triển âm
thầm, ít có triệu chứng đặc trưng trong giai đoạn đầu nên
muốn chẩn đoán được bệnh tim mạch sớm cần phải theo dõi
bệnh sử của bệnh nhân. Hơn thế nữa, khi biết được bệnh sử
thì bác sĩ có thể tiên đoán được hiện trạng của bệnh nhân,
từ đó bác sĩ chỉ cần kiểm tra một vài triệu chứng hay dấu
hiệu bất thường là có thể chẩn đoán được bệnh. Như vậy
tùy vào bệnh sử của mỗi bệnh nhân mà bác sĩ sẽ có cách hỏi
bệnh khác nhau.
Mặt khác, hiện nay phần lớn các bệnh viện ở nước ta
không có khoa tim mạch, chưa có hệ thống đào tạo chuyên
sâu ngành tim mạch, thiếu các bác sĩ chuyên khoa tim mạch


2

ngay cả trong các bệnh viện lớn ở Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh .
Thống kê cho thấy mỗi năm Bệnh viện Bạch Mai phải
khám và điều trị nội trú cho khoảng 270000 người bị mắc
bệnh liên quan đến tim mạch và số lượng bệnh nhân hàng
năm vẫn tăng từ 7 đến 10%. Do vậy, từ khó khăn thực tế tại
đơn vị, học viên xin chọn đề tài luận văn cao học của mình
là “ Nghiên cứu xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán
và điều trị các bệnh lý tim mạch”. Khi hệ thống hoàn chỉnh
không những là công cụ trợ giúp đắc lực cho các y bác sỹ
các bệnh viện nói chung cũng như bệnh viện Bạch Mai nói
riêng (đặc biệt là các bác sỹ mới ra trường) trong việc chuẩn
đoán và điều trị bệnh tim mạch, đồng thời có thể giúp bệnh
nhân tìm hiểu được thực trạng bệnh tình của mình.
Nội dung luận văn
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về hệ chuyên gia hỗ trợ
trong y khoa.
Chương 2: Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị
bệnh lý tim mạch.
Chương này trình bày về dữ liệu y khoa của bệnh bệnh
tim mạch và xây dựng thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn


3

đoán bệnh tim mạch.
Chương 3: Thử nghiệm hệ chuyên gia và đánh giá
kết quả.
Trân trọng cảm ơn !

4

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ
CHUYÊN GIA
1.1.

Giới thiệu chung
Hệ chuyên gia là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo ra

đời từ giữa thập niên 60, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như y khoa, kinh tế, nông nghiệp…
Hệ chuyên gia được định nghĩa chung như sau: Hệ
chuyên gia là một chương trình máy tính mô hình hoá khả
năng giải quyết của chuyên gia

1.2.

Định nghĩa hệ chuyên gia
Có nhiều định nghĩa về hệ chuyên gia (HCG) và định

nghĩa đầu tiên được Edward Feigenbaum phát biểu như sau
(1977): “HCG là một chương trình máy tính thông minh sử
dụng tri thức (knowledge) và các thủ tục suy luận (inference
procedures) để giải quyết các vấn đề khó cần đến kiến thức
chuyên môn của các chuyên gia về lĩnh vực đó.”

1.3.

Cấu trúc hệ chuyên gia.

Hệ chuyên gia có hai thành phần chính: Cơ sở tri thức
mô tơ suy luận.


5

Hình 1.Các thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia
1.3.1. Cơ sở tri thức (Knowledge Base)
Tri thức trong các HCG được thu thập từ sách, tri
thức thuộc về kinh nghiệm, phán đoán của các chuyên gia
hay được rút ra thông qua quá trình học.
Biểu diễn tri thức là phương pháp sử dụng thuật toán
và mã hoá tri thức về đối tượng cần nghiên cứu vào cơ sở
tri thức của hệ thống. Có nhiều phương pháp dùng để biểu
diễn tri thức như: Luật dẫn, mạng ngữ nghĩa, khung (frame),
logic mệnh đề, bộ ba đối tượng – thuộc tính – giá trị (O-AV),…. Phương pháp thể hiện tri thức bằng luật dẫn là phổ
biến nhất thường được áp dụng trong các HCG vì phương
pháp này có các ưu điểm sau:
-

Biểu diễn tri thức một cách tự nhiên, dễ hiểu

-

Cơ sở tri thức có thể tách rời với phần suy diễn


6

-

Tri thức là các luật có tính độc lập cao nên dễ dàng cập
nhật và bổ sung tri thức

-

Dễ dàng thể hiện và suy luận với tri thức không chắc
chắn

-

Có thể thêm tri thức heuristic

-

Dễ dàng giải thích kết quả đạt được
Cấu trúc của một luật gồm một hay nhiều giả thiết

trong phần IF với một hay nhiều kết luận trong phần THEN.
Cấu trúc một luật có dạng:
IF….. THEN…..
Hay
IF….. THEN…..ELSE….
Phần giả thiết của một luật có thể gồm nhiều giả thiết
nhỏ kết hợp với nhau thông qua phép logic AND hay OR
hay cả hai.
Ví dụ: IF họng của bệnh nhân bị đau AND họng của
bệnh nhân bị đỏ AND bệnh nhân bị ho THEN bệnh nhân bị
viêm họng.

7

1.3.2. Mô tơ suy luận.
Mô tơ suy luận là bộ phận xử lý của hệ chuyên gia.
Bộ phận này sử dụng các thông tin thu thập từ người dùng
kết hợp với cơ sở tri thức đã có để rút ra kết luận về vấn
đề.
Hai loại suy luận thường được áp dụng trong hệ chuyên
gia là suy luận tiến và suy luận lùi:
-

Suy luận tiến (Forward chaining)

-

Suy luận lùi (Backward chaining)

Các chuyên gia thường đánh giá suy xét khi giải vấn đề,
một kỹ thuật khác thường được sử dụng là thêm một thừa
số chắc chắn CF để thể hiện thông tin không chắc chắn.

1.4.

Cấu trúc hệ chuyên gia.

1.4.1. Nguyên tắc hoạt động

Hình 2. Hoạt động hệ chuyên gia

8

Cơ sở tri thức gồm: Sự kiện và các phần tử tri thức
thông thường được gọi là luật (Rule), được tổ chức như một
cơ sở dữ liệu.
Động cơ suy diễn: Công cụ (Chương trình, hay bộ xử
lý) tạo ra sự suy luận bằng cách sẽ quyết định xem những
luật nào sẽ làm thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng, chọn
ưu tiên các luật có tính ưu tiên cao nhất.
Lịch công việc: Danh sách các luật ưu tiên do máy suy
diễn tạo ra thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng có mặt trong
bộ nhớ làm việc.
Vùng nhớ làm việc: Cơ sở dữ liệu toàn cục chứa các sự
kiện phục vụ cho các luật.
Khả năng giải thích: Giải nghĩa cách lập luận của hệ
thống cho người sử dụng.
Khả năng tiếp nhận tri thức: Cho phép người sử dụng bổ
sung các tri thức vào hệ thống bằng cách mã hóa tri thức một
cách tường minh.


9

1.4.2. Mô tơ suy luận (Máy suy diễn)

Hình 3: Quá trình xử lý
Môtơ suy luận là bộ phận xử lý của HCG. Bộ phận này
sử dụng các thông tin thu thập từ người dùng kết hợp với cơ

sở tri thức đã có để rút ra kết luận về vấn đề
1.4.2.1 Suy luận tiến (Forward chaining)
1.4.2.2 Suy luận lùi (Backward chaining)
1.4.3. Hệ thống giao tiếp với người sử dụng

Đặc tính hệ chuyên gia.

1.5.
-

Tách biệt giữa tri thức và mô tơ suy diễn.

-

Tri thức chuyên gia.

-

Lập luận may rủi.

-

Lập luận không chính xác


10

Đặc tính hệ chuyên gia.

1.6.

1.6.1. Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi
1.6.2. Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn
đoán bệnh thần kinh – Tâm thần
Kết luận chương 1
Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính mô hình
hóa khả năng giải quyết một phần công việc của hệ chuyên
gia. Cấu trúc của hệ chuyên gia gồm 3 thành phần : Cơ sở
tri thức, mô tơ suy luận và hệ thống giao tiếp với người sử
dụng.
Trên cơ sở lý thuyết chung của hệ chuyên gia, trong
chương 2 luận văn trình bày việc xây hệ chuyên gia trợ giúp
chẩn đoán và điều trị các bệnh các bệnh tim mạch trên cơ
sở dữ liệu y khoa có liên quan tại bệnh viện Bạch Mai.


11

CHƯƠNG 2 - HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ
CHẨN ĐOÁN,ĐIỀU TRỊ BỆNH TIM
MẠCH
2.1. Dữ liệu y khoa về bệnh tim mạch
2.1.1. Sơ lược về bệnh tim mạch
Bệnh tim mạch gây hẹp, xơ cứng và tắc nghẽn mạch
máu, làm gián đoạn hoặc không cung cấp đủ Oxy đến não
và các bộ phận khác trong cơ thể. Từ đó khiến các cơ quan
bị ngừng trệ hoạt động, phá hủy từng bộ phận dẫn đến tử
vong.
2.1.2. Nguyên nhân và triệu chứng
Nguyên nhân



Hút thuốc lá: Chất Nicotine và Carbon monoxide có
trong thuốc lá chính là nguyên nhân gây co thắt các
mạch máu, xơ vữa động mạch.



Chế độ ăn uống nhiều muối, chất béo và cholesterol.



Ít vận động, hoạt động thể dục thể thao.



Thừa cân, béo phì….


12

Triệu chứng nhận biết sớm nhất


Khó thở,: xuất hiện từ từ, tăng lên khi người bệnh
gắng sức, đặc biệt khi nằm xuống.



Cảm giác bị đè nặng trong ngực, đau tức ngực: là

triệu chứng thường gặp của bệnh tim, tuy nhiên cũng
xuất hiện ở các bệnh lý khác như hô hấp, thần kinh.



Cơ thể bị tích nước, mặt, bàn chân căng phù: Triệu
chứng phù do bệnh tim mạch thường là phù tím, phù
mềm, dấu hiệu bắt đầu từ hai bàn chân kèm theo tình
trạng gan to, tĩnh mạch cổ nổi.



Thường xuyên mệt mỏi, kiệt sức: cơ thể mệt mỏi,
kiệt sức khi thực hiện các hoạt động thường ngày.
Đây là dấu hiệu thiếu máu đến tim, não và phổi.



Ho dai dẳng, khò khè: Tim bơm máu không đủ để
cung cấp cho cơ thể khiến máu bị ứ lại. Dịch ứ ở phổi
lâu ngày gây tình trạng ho mạn tính, thở khò khè.

2.1.3. Các bệnh tim mạch thường gặp.
2.1.3.1. Bệnh mạch vành.
2.1.3.2. Bệnh tai biến mạch máu não.
2.1.3.3. Bệnh động mạch ngoại biên.


13

2.1.3.4. Bệnh tim bẩm sinh.
2.1.3.5. Bệnh phình động mạch chủ bóc tách.
2.1.3.6. Bệnh cơ tim.
2.1.3.7. Bệnh van tim hậu thấp.
2.1.3.8. Bệnh tăng huyết áp
a) Phương pháp đo huyết áp.
b) Tiêu chuẩn chẩn đoán tăng huyết áp.
c) Phân loại bệnh diễn biến lâm sàng của bệnh tăng
huyết áp
Bảng 1 Phân độ tăng huyết áp
Phân loại

HATT (mmHg)

HATTr (mmHg)

HA tối ưu

<120

<80

HA bình thường

<130

<85

HA bình thường

130 – 139

85 – 89

cao
THA độ 1

140 – 159

90 – 99

THA độ 2

160 – 179

100 – 109

THA độ 3

>180

>110

THA tâm thu đơn

>140

<90

độc

d) Các xét nghiệm tìm tổn thương cơ quan đích,
nguyên nhân tăng huyết áp.


14

e) Nguyên nhân tăng huyết áp.


Tăng huyết áp do nhu mô thận.



Tăng huyết áp do bệnh mạch máu thận..



U tủy thượng thận



Cường Aldosterone tiên phát.



Hội chứng Cushing.



Hẹp quai động mạch chủ.



Tăng huyết áp gây ra do thuốc.



Phân tích yếu tố di truyền



Ngưng thở khi ngủ do nghẽn tắcĐiện
tim.

f) Điều trị tăng huyết áp.
Các nhóm thuốc điều trị THA.
- Lợi tiểu.
- Chẹn kênh canxi.
- Tác động.
- lên hệ renin angiotensin.
- Chẹn bêta giao cảm.


15

- Chẹn anpha giao cảm.
- Tác động lên hệ giao cảm trung

2.2. Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ bệnh tim mạch

2.2.1. Tổng quan
2.2.2. Cơ sở tri thức về bệnh tim mạch.
Quá trình xây dựng cơ sở tri thức được thực thể hiện
như sau:
B1: Xác định các thông tin dùng để chẩn đoán bệnh
tăng huyết áp từ sách y khoa và một bác sĩ.
B2: Khảo sát các thông tin đó trên bốn bác sĩ khác.
Các bác sĩ đánh giá ý nghĩa chẩn đoán của từng thông tin
trên thang điểm 0,+, ++, +++, ++++, +++++.
B3: Tính giá trị CF trung bình của các thông tin (Cách
tính đã được nêu như trên).
B4: Xây dựng tập luật.
B5: Kiểm tra cơ sở tri thức vừa xây dựng với các bệnh
án mẫu. Nếu kết quả không đúng thì tham khảo ý kiến bác
sĩ để chỉnh sửa cơ sở tri thức.
Ngoài các thông tin không chắc chắn, trong chẩn đoán
bệnh tăng huyết áp còn có loại thông tin không rõ ràng.. Đối


16

với những thông tin này, HCGTM sử dụng một kỹ thuật của
Kusrini. Kusrini đưa ra phương pháp tính CF từ các giá trị do
người sử dụng cung cấp bằng ba hàm tương ứng với ba toán tử
=, , 

Hình 4. Các bước xây dựng tri thức HCGTM


17

2.2.3. Mô tả quá trình chẩn đoán bệnh lý tim mạch.

Hình 5. Sơ đồ quá trình chẩn đoán tổng quát
2.2.3. Cơ sở tri thức.
Để các bác sĩ có thể cập nhật lại cơ sở tri thức trong
quá trình sử dụng, hệ thống đã xây dựng môđun hỗ trợ cập
nhật cơ sở tri thức. Tiện ích này cho phép thêm thao tác trên
các luật có cấu trúc đơn giản như, thiết lập độ ưu tiên, độ
chắc chắn và phần mô tả của luật. Nếu trong luật có cấu trúc
phức tạp như trong luật có kiểm tra điều kiện, thực hiện các
phép tính thì người sử dụng phải tự thực hiện. Ví dụ: (bind
? (* (* (** ?cre -1.154) 186) (** ?tuoi -0.203)))


18

2.2.4. Mô tơ suy luận.
Khi sử dụng Jess làm môtơ suy luận thì các luật trong
cơ sở tri thức của hệ thống phải được viết theo cú pháp của
Jess hoặc theo cú pháp XML. Các luật trong cơ sở tri thức
của ESKF được viết theo định dạng của Jess có dạng như
sau:
(defrule Tên_Luật
( Các điều kiện )
=>
( Các kết luận )
)
2.2.5. Module giải thích
Giải thích là một tiện ích không thể thiếu đối với các

hệ cơ sở tri thức. Nếu không giải thích kết quả của hệ thống
được suy diễn ra như thế nào thì kết quả không có ý nghĩa
vì người sử dụng sẽ nghi ngờ, không tin tưởng vào kết quả
đó. Ví dụ một bệnh nhân thường xuyên chảy máu mũi, biểu
hiện vết máu trong mắt, đau tức ngực thì hệ thống chẩn đoán
sơ bộ bệnh nhân A có khả năng bị bệnh tăng huyết áp (0.9).
Người dùng có thể hỏi “Làm sao có được kết quả này?”.


19

Nếu hệ thống giải thích hợp lý thì kết quả này là đáng tin
cậy. Do đó hệ thống xây dựng tiện ích giải thích để diễn giải
kết quả chẩn đoán.
2.2.6. Module quản lý Profile bệnh nhân.
2.2.6.1. Cấu trúc Profile bệnh nhân.
2.2.6.2. Khởi tạo Profile bệnh nhân
Kết luận chương 2
Từ dữ liệu y khoa của bệnh lý tim mạch và Patient
Profile cho phép xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán
bệnh lý tim mạch (HCGTM), bác sĩ nhanh chóng phát hiện
và điều trị bệnh. Thành phần hệ chuyên gia HCGTM gồm
có: Cơ sở tri thức về bệnh tăng huyết áp, mô tơ suy luận,
mô tơ giải thích… Các Profile sẽ hỗ trợ các bác sĩ chuyên
khoa Nội chẩn đoán, kết luận cũng như đưa ra quy trình
chữa trị bệnh. Trong chương tiếp theo luận văn trình bày :
Thử nghiệm, đánh giá kết quả hệ chuyên gia này.

CHƯƠNG 3 - THỬ NGHIỆM HỆ CHUYÊN
GIA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

20

3.1. Giới thiệu chung
3.2.Thử nghiệm chẩn đoán và điều trị
3.2.1. Quá trình Chẩn đoán
Dữ liệu dùng để thử nghiệm đánh giá HCGTM là các
bệnh án ngoại trú được thu thập tại khoa khám bệnh, Bệnh
viện Bạch Mai tháng 7/2017 và tháng 7/2018. Một bệnh án
có nhiều loại thông tin, trong đó phần lớn thông tin dùng để
điều trị và theo dõi bệnh.

Hình 6. Dữ liệu tri thức tháng 7/2017
3.2.2. Đánh giá ý nghĩa profile
Khi theo dõi tình trạng của bệnh nhân qua các lần chẩn


21

đoán, bác sĩ có thể tiên đoán bệnh nhân có nguy cơ tăng
huyết áp cao hay không cao để khuyên bệnh nhân tái khám
theo định kỳ cho phù hợp. HCGTM thực hiện tương tự, sau
mỗi lần chẩn đoán hệ thống cập nhật lại profile của bệnh
nhân và suy diễn để xác định nguy cơ tăng huyết áp của
những bệnh nhân.. Kết quả chẩn đoán nguy cơ tăng huyết
áp của HCGTM được đánh giá bằng cách so sánh với kết
quả chẩn đoán nguy cơ của bác sĩ trên 80 bệnh án của 40
bệnh nhân được tạo ra ngẫu nhiên. Trong tổng số 40 trường
hợp, HCGTM cho kết quả đúng 28 trường hợp (70%) so với

ý kiến đánh giá của bác sĩ.

3.3. Đánh giá kết quả chẩn đoán
Phần lớn các bệnh án không ghi nguyên nhân tăng
huyết áp nên kết quả chẩn đoán của hệ thống được so sánh
với ý kiến của bác sĩ đạt được 89.47% .
Hình 3.1. Thử nghiệm HCGTM
Kết luận chương 3
Hệ chuyên gia HCGTM được thực nghiệm từ dữ liệu
tri thức Profile tăng huyết áp tại Bệnh viện Bạch Mai. Sau


22

khi thực nghiệm 96 Profile, có thể nhận biết các ưu điểm
sau:
- Hạn chế tình trạng bác sĩ hỏi bệnh, chẩn đoán thiếu
trong khám chữa bệnh.
- Quản lý Profile, giúp bác sĩ có phác đồ điều trị và sử
dụng đơn thuốc, tránh bị lạm dụng sử dụng thuốc quá liều.
- Có dữ liệu tổng quan cho sinh viên y khoa có cái nhìn
tổng quát về bệnh.
Hạ n chế do mứ c đ ộ tham gia đ óng góp củ a các
bác sĩ chuyên ngành còn hạn chế, do vậy hệ chuyên gia
HCGTM bổ sung và nâng cấp các luật đảm bảo kết quả
chính xác hơn.

KẾT LUẬN
Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong Y khoa đã
được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm trong những năm

gần đây. Các hệ chuyên gia nhằm hỗ trợ việc chẩn đoán và
điều trị các loại bệnh khác nhau đã được ứng dụng ở nhiều
cơ sở y tế, với mục đích đưa những tiến bộ công nghệ vào
phục vụ công tác khám chữa bệnh tại Bệnh viện Bạch Mai,
nơi học viện công tác. Học viên đã thực hiện đề tài “Xây


23

dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh lý
tim mạch” . Với việc thực hiện luận văn, học viên có cơ
hội tìm hiểu cũng như phát triển một hệ chuyên gia cụ thể
nhằm hỗ trợ chẩn đoán và điều trị một loại bệnh bất kỳ trong
y khoa, đáp ứng nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin
trong khám chữa bệnh tại đơn vị cũng như tiếp tục hoàn
thiện hệ thống để có thể mở rộng sử dụng cho các đơn vị
trong ngành.
Để thực hiện mục tiêu trên học viên đã đi sâu nghiên
cứu tìm hiểu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ
chuyên gia nói chung và những đặc điểm đối với hệ chuyên
gia trợ giúp chẩn đoán bệnh trong y khoa nói riêng. Trên cơ
sở tận dụng cơ sở dữ liệu y khoa hiện có phát triển hệ
chuyên gia HCGTM phù hợp với yêu cầu chẩn đoán bệnh
bệnh lý tim mạch với các căn nguyên bệnh khác nhau.
Nhìn chung HCGTM bước đầu đã thực hiện được cơ
bản cho việc chẩn đoán bệnh theo dõi được diễn biến bệnh.
Do thời gian có hạn, nên tới đây học viên còn phải tiếp
tục để hoàn thiện hệ thống này trên cơ sở cập nhật đầy đủ