Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đường

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

NGUYỄN VĂN LÝ

XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN
ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2019


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

NGUYỄN VĂN LÝ

XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN
ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG
Chuyên ngành : Hệ thống thông tin
Mã số

: 8.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Lê Hữu Lập

HÀ NỘI - 2019


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Lý


ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám đốc, Học viện công nghệ
bưu chính viễn thông luôn tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Lập, những
người thầy có nhiều kiến thức, kinh nghiệm đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn tôi

trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc TTYT thị xã Từ Sơn, các cán bộ của
khoa Khám bệnh và khoa Nội – Truyền nhiễm cùng các cán bộ viên chức y tế
chuyên khoa đã cho phép tôi được tiến hành nghiên cứu, cung cấp các thông tin đầy
đủ và trung thực cho nghiên cứu này, luôn tạo điều kiện, quan tâm và động viên tôi
hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, tôi xin cảm ơn cha mẹ, vợ, con, anh chị em và những người thân
trong gia đình đã hết lòng ủng hộ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và là
động lực giúp tôi vượt qua những khó khăn để đạt được kết quả khoá học và hoàn
thành luận văn.
Hà Nội, ngày

tháng 01 năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Lý


iii

DANH MỤC CHỮ VIÊT TẮT

Viết tắt
BYT
CF
ESDM

Certainty

Expert Sy
mellitus

HIS

Hopital in

LIS

Laborato

TTYT

User prof

Patient pr


iv

MỤC LỤC
Lời cam đoan............................................................................................................i
Lời cảm ơn............................................................................................................... ii
Danh mục chữ viêt tắt............................................................................................iii
Mục lục.................................................................................................................... iv
Danh mục bảng....................................................................................................... vi
Danh mục hình vẽ..................................................................................................vii
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA..........................................5
1.1. Giới thiệu chung..............................................................................................5

1.2. Cấu trúc chính của một hệ chuyên gia.............................................................5
1.2.1. Cơ sở tri thức............................................................................................6
1.2.2. Mô tơ suy luận.........................................................................................8
1.2.3. Hệ thống giao tiếp với người sử dụng.................................................... 10
1.3. Hoạt động của hệ chuyên gia......................................................................... 11
1.3.1. Nguyên tắc hoạt động............................................................................. 11
1.3.2. Hoạt động của cơ sở tri thức................................................................... 12
1.3.3. Kỹ thuật suy luận trong hệ chuyên gia................................................... 12
1.4. Một số hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh........................................................... 14
1.4.1. Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi.................................................. 14
1.4.2. Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh – Tâm thần
......................................................................................................................................14

Kết luận chương 1................................................................................................. 14
CHƯƠNG 2 - HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN, ĐIỀU TRỊ BỆNH
ĐÁI THÁO ĐƯỜNG............................................................................................. 15
2.1. Dữ liệu y khoa về bệnh đái tháo đường......................................................... 15
2.1.1. Sơ lược về bệnh đái tháo đường............................................................. 15
2.1.2. Phân loại bệnh diễn biến lâm sàng của bệnh.......................................... 15
2.1.3. Phân biêt loại đái tháo đường................................................................. 18
2.1.4. Đặc trưng cần thiết thuộc nhóm cận lâm sàng:....................................... 21


v

2.2. Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán đái tháo đường............................ 22
2.2.1. Tổng quan............................................................................................... 22
2.2.2. Cơ sở tri thức về bệnh đái tháo đường.................................................... 23
2.2.3. Mô tả quá trình chẩn đoán bệnh đái tháo đường..................................... 28
2.2.4. Module quản lý Profile bệnh nhân- ESDM............................................ 31

2.2.5. Mô tơ suy luận........................................................................................ 39
2.2.6. Module giải thích................................................................................... 40
Kết luận chương 2................................................................................................. 40
CHƯƠNG 3 - THỬ NGHIỆM HỆ CHUYÊN GIA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..42

3.1. Giới thiêu chung............................................................................................ 42
3.2.Thử nghiệm chẩn đoán và điều trị.................................................................. 42
3.2.1. Quá trình Chẩn đoán............................................................................... 42
3.2.2. Đánh giá ý nghĩa profile......................................................................... 44
3.3. Đánh giá kết quả chẩn đoán........................................................................... 46
3.4. Điều trị.......................................................................................................... 47
KẾT LUẬN............................................................................................................ 50
HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................................ 51
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................52
PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Phân biệt đái tháo đường type 1, type 2 và đái tháo đường thể đặc biệt .. 18

Bảng 2.2: Bảng mục tiêu điều trị............................................................................. 22
Bảng 2.3: Bảng ánh xạ mức độ đánh giá của bác sĩ sang CF................................... 26
Bảng 3.1: Bảng kết quả đánh giá chức năng hỏi bệnh bổ sung trên nhiều nhóm bệnh án . 45

Bảng 3.2: Bảng kết quả đánh giá chức năng hỏi bệnh bổ sung trên một nhóm
bệnh án.....................................................................................................46
Bảng 3.3: Điều trị bệnh đái tháo đường................................................................... 47

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia..........................................5
Hình 1.2: Hệ giao tiếp giữa người sử dụng với máy................................................ 10
Hình 1.3: Hoạt động hệ chuyên gia......................................................................... 11
Hình 1.4: Quá trình xử lý của máy suy diễn............................................................ 12
Hình 2.1: Kiến trúc của hệ chẩn đoán đái tháo đường– ESDM............................... 23
Hình 2.2: Các bước xây dựng tri thức ESDM.......................................................... 27
Hình 2.3: Sơ đồ quá trình chẩn đoán tổng quát........................................................ 29
Hình 2.4: Sơ đồ quá trình thu thập thông tin............................................................ 29
Hình 2.5: Sơ đồ quá trình chẩn đoán....................................................................... 31
Hình 2.6: Khởi tạo Profile bệnh nhân...................................................................... 34
Hình 2.7: Quản lý Profile bệnh nhân....................................................................... 34
Hình 2.8: Chi tiết Profile quản lý bệnh án............................................................... 35
Hình 2.9: Thông tin Profile bệnh nhân đái tháo đường được điều trị.......................36
Hình 2.10: Lịch sử sử dụng dịch vụ điều trị đái tháo đường.................................... 36
Hình 3.1: Bệnh nhân kết luận bị đái tháo đường tháng 07-2018.............................. 43
Hình 3.2: Bệnh nhân kết luận bị đái tháo đường tháng 08-2018.............................. 43


1

MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài:
Hệ chuyên gia là một chương trình thông minh nhằm dạy cho máy tính biết

các hoạt động của một chuyên gia thực thụ. Hệ chuyên gia đầu tiên là DENDRAL,
xuất hiện vào giữa thập niên 70, sau đó vào năm 1975 hệ chuyên gia MYCIN ra đời
đã thành công trong việc áp dụng khoa học trí tuệ nhân tạo vào lĩnh vực Y học, cụ
thể là lĩnh vực chẩn đoán và điều trị bệnh nhiễm trùng máu. Đây là hệ chuyên gia
tương đối lớn, thực hiện ở mức chuyên gia con người, bên cạnh đó còn cung cấp cơ
chế giải thích các bước suy luận. Vào cuối năm 80, tại Viện Công nghệ Thông tin đã
bước đầu xây dựng hệ trợ giúp khám chữa bệnh nội khoa, châm cứu và chẩn trị
đông y, đã có tiếp cận ra quyết định trong việc chẩn đoán lâm sàng,…
Với mục đích đưa những tiến bộ công nghệ vào phục vụ cho cuộc sống, cũng
như tại đơn vị đang công tác trung tâm y tế thị xã Từ Sơn, địa chỉ : Phố mới Đồng
Nguyên – Thị xã – Từ Sơn- Bắc Ninh. Hiện tại bệnh đái tháo đường theo thống kế
tại bệnh viện mỗi năm 2017 có 2500 người/1 năm người bị mắc và điều trị tại cơ sở,
tăng mỗi năm 10%. Đặc biệt tại tuyến huyện, bệnh viện hạng II có nhiều khó khắn
về số lượng Bác sĩ tham gia điều trị, cơ sở vật chất eo hẹp, áp lực công việc cho bác
sĩ về thời gian khám chữa bệnh. Do vậy, từ khó khăn thực tế tại đơn vị học viên xin
chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chấn đoán và điều trị
bệnh đái tháo đường” tại trung tâm y tế thị xã Từ Sơn
2.

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Trong những năm 1970, một nhóm các nhà nghiên cứu khoa học tại trường

Đại học Tổng hợp Stanford, Hoa Kỳ, làm việc dưới sự chủ trì của giáo sư Ed
Feigenbaum, đã xây dựng giả thuyết rằng sự thông minh (intelligence) được căn cứ
trên sự lưu trữ những khối lượng lớn về tri thức. Họ đã tìm ra kỹ thuật “biểu diễn tri
thức” và tiến hành thực hiện dự án lập trình nghiệm suy (HPP: Heuristic
Programming Project).
Xã hội con người càng phát triển, y học càng phát triển, kiến thức y khoa là
một khối kiến thức khổng lồ mà khó ai có thể hoàn toàn nắm vững, bên cạnh yêu

2

cầu về khám chữa bệnh của con người ngày một tăng cao, tuy nhiên số lượng các y
bác sĩ có kinh nghiệm cao và uyên thâm về kiến thức chuyên môn thật sự còn khiêm
tốn so với con số cần thiết hiện nay. Xuất phát từ yêu cầu đó, việc xây dựng một hệ
chuyên gia có đầy đủ các kiến thức chuyên môn và có khả năng hỗ trợ khám chữa
bệnh dựa trên kiến thức tổng hợp từ nhiều chuyên ngành của y học, từ nhiều nguồn
và từ nhiều kinh nghiệm của các chuyên gia khác nhau là hoàn toàn cần thiết. Hệ
thống có thể hỗ trợ các y bác sĩ trong việc chữa bệnh nhanh chóng và chính xác, đáp
ứng tốt yêu cầu khám chữa bệnh hiện nay.
3.

Mục đích nghiên cứu
Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ bác sĩ và bệnh nhân chẩn đoán và theo dõi

bệnh đái tháo đường để hạn chế tình trạng chấn đoán thiếu chính xác. Giảm tải thời
gian khám chữa bệnh của bác sĩ và hài lòng người bệnh.
Theo dõi diễn biến của bệnh nhân theo từng tháng năm.
Chẩn đoán bệnh thuận tiện hơn vì dựa trên bệnh sử của bệnh nhân. Ví dụ lần
chẩn đoán trước bệnh nhân cho biết là đã bị bệnh tăng huyết áp thì lần sau không
hỏi bệnh nhân có tăng huyết áp nữa. Đặc biệt, trong trường hợp cấp cứu cần phải có
các thông tin của bệnh nhân nhanh, hơn thế nữa bệnh nhân có thể không cung cấp vì
bị hôn mê thì hồ sơ bệnh nhân sẽ rất có ý nghĩa.
Từ các thông tin có trong Patient profile, hệ thống suy diễn ra hiện trạng của
bệnh nhân, từ đó sẽ xác định các thông tin cần hỏi cho lần chẩn đoán hiện tại.
Sử dụng profile của các bệnh nhân từng chẩn đoán trước đây để hỗ trợ quá trình
hỏi bệnh cho bệnh nhân hiện tại nhằm hạn chế tình trạng cung cấp thiếu thông tin.
4.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Để đạt được các mục tiêu trên đề tài nghiên cứu các vấn đề sau:
Bệnh đái tháo đường và các bệnh có liên quan, cách chẩn đoán bệnh đái tháo

đường, biểu hiện của bệnh và bệnh đái tháo đường mạn tính, nguyên nhân dẫn đến
bệnh đái tháo đường .


3

Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến User profile trong các hệ thống thích nghi
cá nhân để từ đó xây dựng profile cho bệnh nhân:
+

Cấu trúc profile.

+

Khởi tạo profile.

+

Cập nhật profile.

Tìm hiểu hệ chuyên gia và các kỹ thuật sử dụng trong các hệ chuyên gia, đặc
biệt là các hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh:
+

Phương pháp biểu diễn tri thức.

+

Phương pháp biểu diễn thông tin.

+

Phương pháp suy diễn ra kết luận dựa vào tập tri thức đã có.

Hiện thực những mục tiêu được đặt ra cho đề tài, luận văn tập trung nghiên
cứu trong phạm vi sau:
Chỉ xây dựng một số lượng nhỏ các tập được rút trích từ các kiến thức y khoa
căn bản.
Hệ thống đáp ứng bước đầu khả năng chẩn đoán và chữa trị ở mức độ cơ bản nhất.
Xây dựng một phần mềm với các tập luật với giao diện thân thiện và phù hợp

với người dùng
5.

Phương pháp nghiên cứu:
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh y khoa.
Phát triển thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo

đường dựa trên một tập dữ liệu hiện có sẵn.
6. Nội dung luận văn được trình bày ở 3 chương chính

Chương 1: Tổng quan về hệ chuyên gia, trình bày cấu trúc chính và nguyên
tắc hoạt động của hệ chuyên gia
Chương 2: Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh đái tháo đường.
Chương này trình bày về dữ liệu y khoa của bệnh đái tháo đường và xây dựng thử
nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh đái tháo đường

4

Chương 3: Thử nghiệm hệ chuyên gia và đánh giá kết quả.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng thời gian và năng lực còn hạn chế nên
luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Kính mong thầy cô và đồng
nghiệp thông cảm, cho ý kiến đóng góp.
Trân trọng cảm ơn !

Học viên

Nguyễn Văn Lý


5

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.
Ngay từ khi ra đời, hệ chuyên gia đã được sự quan tâm và phát triển mạnh mẽ, trở
thành lĩnh vực đầu tiên của trí tuệ nhân tạo có ứng dụng thương mại [15].
Trong đó y khoa là một trong những lĩnh vực đươc áp dụng từ những năm đầu
phát triển, đặc biệt vào những năm 80. Khảo sát của Waterman (1986) cho thấy số
lượng hệ chuyên gia dùng trong y khoa chiếm hơn 30% trong tổng số các hệ chuyên
gia được tạo ra. Một số ví dụ về hệ chuyên gia dùng trong y khoa là: MYCIN
(1973) một hệ chuyên gia nổi tiếng để chẩn đoán nhiễm trùng máu [7], PUFF
(1982) dùng để phân tích kết quả xét nghiệm chức năng phổi [5], PSG-Expert
(2000) chẩn đoán bệnh mất ngũ [8], BI-RADS(2007) chẩn đoán ung thư vú [24],
Naser xây dựng một hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh về da (2008) [23].

Tóm lại, hệ chuyên gia có thể được định nghĩa như sau: Hệ chuyên gia là một
chương trình máy tính mô hình hoá khả năng giải quyết của chuyên gia

1.2. Cấu trúc chính của một hệ chuyên gia
Một hệ chuyên gia cổ điển có hai thành phần chính: Thành phần thứ nhất chứa
tri thức để giải quyết vấn đề được gọi là cơ sở tri thức và thành phần thứ hai sử
dụng tri thức đó để suy luận ra kết quả được gọi là mô tơ suy luận[11].

Cơ sở tri thức
Mô tơ suy luận

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia
Ngoài hai thành phần chính trên thì trong một hệ chuyên gia có thể có thêm
các thành phần phụ khác như: Tiện ích giải thích dùng để giải thích kết quả suy


6

luận, giao diện để tương tác với người sử dụng, bộ nhớ làm việc dùng để chứa thông tin
do người sử dụng cung cấp hay thông tin mới được hệ thống suy luận ra. Đặc biệt trong
các hệ chuyên gia dựa trên luật còn có thêm một thành phần có tên gọi là agenda chứa
các luật được sắp xếp theo độ ưu tiên mà có phần giả thiết khớp (Match) với thông tin
có trong bộ nhớ làm việc. Cơ sở tri thức chứa các tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo ra
câu trả lời cho người sử dụng thông qua hệ thống giao tiếp.

1.2.1. Cơ sở tri thức (Knowledge Base)
Tri thức là sự hiểu biết về lĩnh vực cần biểu diễn nghiên cứu. Để giải quyết
một vấn đề thì con người cần phải có tri thức về vấn đề đó nên tri thức rất quan
trọng và được xem là sức mạnh của một người. Hệ chuyên gia mô hình hóa khả
năng giải quyết vấn đề của con người nên phải có được tri thức về lĩnh vực đang xét

như một người chuyên gia. Do đó tri thức cũng là thành phần quan trọng nhất trong
một hệ chuyên gia. Dù là một người hay một chương trình thì tri thức cũng quyết
định nên giá trị của người đó hay của chương trình đó. Các chuyên gia có được tri
thức nhờ vào quá trình học hỏi, trau dồi kinh nghiệm.
Tri thức trong các hệ chuyên gia 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. Các
tri thức này được lưu vào một bộ phận của hệ chuyên gia thông qua một số kỹ thuật
thể hiện tri thức. Như vậy cơ sở tri thức của một hệ chuyên gia chứa tri thức chuyên
sâu về lĩnh vực mà hệ chuyên gia này đang thực hiện.
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-A-V), Mỗi phương pháp chỉ nhấn mạnh
vào một khía cạnh nào đó của vấn đề nên mỗi phương pháp đều có ưu điểm và
nhược điểm đối với một loại tri thức cụ thể. Phương pháp thể hiện tri bằng luật dẫn
là phổ biến nhất [29] thường được áp dụng trong các hệ chuyên gia vì phương pháp
này có các ưu điểm sau:
- Biểu diễn tri thức một cách tự nhiên, dễ hiểu.


7

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

Bên cạnh các ưu điểm nêu trên thì phương pháp này cũng có khuyết điểm như:
khó bảo trì tri thức đối với các hệ thống lớn có quá nhiều luật.

Luật là một cấu trúc tri thức dùng để liên kết thông tin đã biết với các thông
tin khác, các thông tin có thể được suy luận để người ta hiểu biết thêm [1]
Các chuyên gia thường phát biểu tri thức dưới dạng “Nếu…thì…” nên luật là
tri thức thường được sử dụng nhất để biểu diễn tri thức trong các hệ chuyên gia. 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 Giảm cân nhanh không có lý do AND đi tiểu nhiều AND đau nhức
chân tay THEN bệnh nhân bị bệnh đái tháo đường.
Cấu trúc thứ hai ít được sử dụng hơn vì các lý do: Khó kiểm tra, luôn đưa ra
kết luận nên có thể cho ra kết quả không như mong đợi. Hơn thế nữa, cấu trúc luật
có phần ELSE có thể dễ dàng tách làm 2 luật không có ELSE.
Đối với các hệ thống dựa trên luật, các tri thức về lĩnh vực được thu thập và
thể hiện duới dạng các luật. Các luật này được lưu trong cơ sở tri thức của hệ thống.
Hệ thống dùng các luật này cùng với các thông tin có được trong bộ nhớ để giải bài
toán. Một luật có phần IF khớp (Match) với thông tin có trong bộ nhớ sẽ được kích
hoạt (Fire) và các thủ tục trong phần THEN được thực hiện hay thông tin mới được
sinh ra được bổ sung vào bộ nhớ. Thông tin mới này có thể làm cho các luật khác
được kích hoạt. Các loại tri thức thường gặp trong thực tế


8

Tri thức thủ tục: Diễn tả cách giải quyết vấn đề. Loại tri thức thủ tục phương

hướng thực hiện các hoạt động. Các luật, các chiến lược các lich và các thủ tục là
các dạng đặc trưng của tri thức thủ tục.
Tri thức mô tả: Cho biết vấn đề giải quyết như thế nào. Tri thức mô tả bao gồm
các khẳng định đơn giản, nhận giá trị chân lý đúng hay sai.
Tri thức Meta: Là tri thức của tri thức, dùng mô tả rõ hơn cho tri thức đã có.
Tri thức may rủi: Diễn tả luật may rủi hay cung cách may rủi để dẫn dắt quá trình
lập luận. Tri thức may rủi không đảm bảo tính khoa học, tính chính xác. Tri thức may
rủi xuất phát từ kinh nghiệm, từ tri thức giải quyết các vấn đề trong quá khứ.

Tri thức cấu trúc: Diễn tả các cấu trúc của tri thức. Tri thức cấu trúc trong hệ
chuyên gia là thể hiện cách tổ chức tri thức, mô hình về các tri thức.
Cơ sở tri thức trong hệ chuyên gia là tri thức về một lĩnh vực cụ thể nào đó. Là
tập hợp các cơ sở lập luận, các qui trình thủ tục được tổ chức thành các lược đồ
nhằm cung cấp để giải vấn đề thuộc lĩnh vực đó. Cơ sở tri thức bao gồm tri thức
tổng quát (General Knowledge) cũng như thông tin của một tình huống cụ thể (Case
specific ). Cơ sở tri thức thường được biểu diễn dưới dạng luật IF-THEN.

1.2.2. Mô tơ suy luận (Inference Engine)
Mô tơ suy luận làm việc dựa trên các sự kiện trong bộ nhớ làm việc và tri thức
về lĩnh vực trong cơ sở tri thức để rút ra thông tin mới. Một cách cụ thể hơn, mô tơ
suy diễn áp dụng tri thức cho việc giải quyết các bài toán thực tế. Về căn bản nó là
trình thông dịch cho cơ sở tri thức .
Con người giải quyết bài toán bằng cách kết hợp các sự kiện của bài toán với
tri thức để rút ra kết luận. Quá trình này được gọi là lập luận. Lập luận có thể được
phát biểu lại như sau:
Lập luận là quá trình làm việc với tri thức, sự kiện và các chiến lược giải bài
toán để rút ra kết luận [1].
Có nhiều kỹ thuật lập luận: Lập luận theo cách suy diễn, lập luận quy nạp, lập
luận phỏng đoán, lập luận tương tự…Trong các kỹ thuật lập luận đó thì kỹ thuật lập
luận suy diễn là kỹ thuật được dùng phổ biến nhất. Hệ chuyên gia sử dụng kỹ thuật

9

này để mô hình hóa quá trình lập luận của con người gọi là suy luận. Suy luận là
quá trình rút ra thông tin mới từ thông tin đã có.
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 [1].
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): Là quá trình bắt đầu bằng tập sự kiện đã

biết, rút ra các sự kiện mới nhờ vào các luật có phần giả thiết khớp với cá sự kiện đã
biết. Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi thấy trạng thái đích hay không còn luật nào
có giả thiết khớp với các sự kiện đã biết [1].
Suy luận lùi (Backward chaining ): Suy luận lùi dùng để chứng minh một giả
thiết là đúng hay sai bằng cách thu thập thông tin trong quá trình suy luận [1]
Quá trình suy luận lùi như sau: Đầu tiên bộ nhớ làm việc được kiểm tra để
xem đích cần chứng minh đã có hay chưa.
Nếu chưa có thì mô tơ suy luận tìm xem luật nào có phần THEN chứa đích
Mô tơ suy luận xem phần giả thiết của luật này có trong bộ nhớ làm việc
không. Các giả thiết không có trong bộ nhớ làm việc gọi là các đích mới hay đích
con cần được chứng minh. Các đích con được cung cấp hay được chứng minh nhờ
vào các luật khác
Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi thấy một giả thiết không được luật nào cung
cấp thì hệ thống sẽ yêu cầu người sử dụng cung cấp thông tin. Hệ thống dùng các
thông tin này để giải đích con và đích ban đầu.
Các chuyên gia thường đánh giá suy xét khi giải vấn đề. Thông tin về vấn đề
có thể không đầy đủ và không chính xác. Các chuyên gia cần phải thích nghi với

trình trạng này và tiếp tục suy luận. Lý thuyết xác suất có thể áp dụng trong trường
hợp này. Dù kỹ thuật này chặt chẽ về mặt toán học nhưng đòi hỏi phải có cơ sở
thống kê mà ít bài toán đáp ứng được nên kỹ thuật này được sử dụng rất hạn chế
trong các hệ chuyên gia. Để khắc phục tình trạng này, một kỹ thuật khác thường


10

được sử dụng là thêm một thừa số chắc chắn CF để thể hiện thông tin không chắc
chắn [1] [7].
Ngoài ra, các chuyên gia còn sử dụng lẽ thông thường để giải vấn đề khi họ
gặp các bài toán với thuật ngữ mơ hồ. Ví dụ “ Nhiệt độ cơ thể bệnh nhân cao trên
37◦C thì bật quạt nhanh”. Để xử xý dạng thông tin không rõ ràng như trong trường
hợp này thì lý thuyết logic mờ được áp dụng [1].

1.2.3. Hệ thống giao tiếp với người sử dụng
Người sử dụng cung cấp sự kiện (Fact ) là những gì đã biết, đã có thật hay
những thông tin có ích cho hệ chuyên gia, và nhận được những câu trả lời là những
lời khuyên hay những gợi ý đúng đắn (Expertise ).

Hình 1.2: Hệ giao tiếp giữa người sử dụng với máy
Giao diện người máy (User interface ): Thực hiện giao tiếp giữa hệ chuyên gia
và user, nhận thông tin từ user và đưa ra các câu trả lời, các lời khuyên, các giải
thích về lĩnh vực nào đó.
Giao diện người - Máy bao gồm: Menu, bộ xử lý ngôn ngữ tự nhiên và các hệ
thống tương tác khác.
Bộ giải thích (Explanation system ): Giải thích các hoạt động khi có yêu cầu
của user.
Động cơ suy diễn (Inference engine ): Quá trình hệ chuyên gia cho phép khớp
các sự kiện trong vùng nhớ làm việc với các tri thức về lĩnh vực trong cơ sở tri thức

để rút ra các kết luận về vấn đề đang giải quyết.


11

1.3. Hoạt động của hệ chuyên gia
1.3.1. Nguyên tắc hoạt động

Hình 1.3: Hoạt động hệ chuyên gia
- Cơ sở tri thức (Knowledge base): Gồm các phần tử (hay đơn vị ) tri thức

thông thường được gọi là luật (Rule ), được tổ chức như một cơ sở dữ liệu.
- Máy suy diễn (Inference Egine): 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 (Agenda ): 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.
- Bộ nhớ làm việc (Working memory ): Cơ sở dữ liệu toàn cục chứa các sự

kiện phục vụ cho các luật.
- Khả năng giải thích (Explaination facility ): Giải nghĩa cách lập luận của hệ

thống cho người sử dụng.


12

- Khả năng thu nhận tri thức (Explaination facility): Cho phép người sử dụng

bổ sung các tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ
thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống bằng cách mã hóa tri
thức một cách tường minh. Khả năng thu nhận tri thức là yếu tố mặc nhiên của
nhiều hệ chuyên gia.

1.3.2. Hoạt động của cơ sở tri thức
Cơ sở tri thức còn được gọi là bộ nhớ sản xuất (Production memory ) trong hệ
chuyên gia. Trong một cơ sở tri thức, người ta thường phân biệt hai loại tri thức là
tri thức phán đoán (Assertion knowledge ) và tri thức thực hành (Operating
knowledge ).
Các tri thức phán đoán mô tả các tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được
thiết lập. Các tri thức thực hành thể hiện những hậu quả rút ra hay những thao tác
cần phải hoàn thiện khi một tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập
trong lĩnh vực đang xét. Các tri thức thực hành thường được thể hiện bởi các biểu
thức để dễ hiểu và dễ triển khai thao tác đối với người sử dụng.

Hình 1.4: Quá trình xử lý của máy suy diễn

1.3.3. Kỹ thuật suy luận trong hệ chuyên gia
Cở sở tri thức và mô tơ suy diễn được tách rời. Phân tách cở sở tri thức và mô
tơ suy diễn có giá trị trong hệ chuyên gia. Đảm bảo tính độc lập trong việc mã hóa
tri thức và việc xử lý tri thức đó.


13

Phân tách tri thức ra khỏi động cơ suy diễn để tạo điều kiện biểu diễn tri thức
một cách tự nhiên hơn .
Cơ sở tri thức được tách biệt khỏi cấu trúc điều khiển cấp thấp của chương

trình, những người phát triển hệ chuyên gia có thể tập trung một cách trực tiếp vào
việc nắm bắt và tổ chức giải quyết vấn đề hơn là việc thực hiện các tri tiết trong việc
cài đặt máy tính.
Sự tách biệt cho phép thay đổi một phần cơ sở tri thức mà không ảnh hưởng
lớn đến các phần khác của chương trình.
Sự tách biệt này cho phép một phần mềm điều khiển và giao tiếp có thể sử
dụng cho nhiều hệ thống khác nhau.
Ví dụ: Xây dựng một Shell. Các nhà phát triển xây dựng một chương trình cốt
lõi của hệ thống. Sau đó tạo ra cơ sở tri thức để giải quyết bài toán .
Đây là một đặc điểm nổi bật trong hệ chuyên gia khác so với phần mềm thông thường.

1.3.3.1. Tri thức chuyên gia
Đặc điểm nổi bật hệ chuyên gia là khả năng thu thập tri thức của các chuyên
gia .tri thức bao gồm tri thức về lĩnh vực và tri thức kĩ năng giải quyết vấn đề. Các
tri thức thu được từ chuyên gia không nhất thiết phải là các ý tưởng sáng chói hay
độc đáo mà đặc biệt và sâu về lĩnh vực cụ thể.

1.3.4.2. Lập luận may rủi
Các chuyên gia thường dùng kinh nghiệm để giả đúng và hiệu quả bài toán
đang xét. Qua kinh nghiệm đã dùng, họ hiểu vấn đề một cách thực tế và lưu giữ
dưới dạng may rủi .Chiến lược may rủi được dùng trong hệ chuyên gia để giúp
người ta đi nhanh đến giải pháp. Trong hệ chuyên gia chiến lược lập luận may rủi
không giống như các thủ tục chính xác của chương trình bình thường.

1.3.3.3. Lập luận không chính xác
Hệ chuyên gia được coi là thành công trong ứng dụng cần đến lập luận không
chính xác. Những loại ứng dụng này được đặc trưng bằng thông tin không chắc
chắn, chồng lấn không rõ ràng. Trong thực tế thường xảy ra chẳng hạn như bác sĩ
khám bệnh cho bệnh nhân vào cấp cứu trong hoàn cảnh không có nhiều thông tin về

14

bệnh nhân. Ví dụ như bệnh nhân kêu đau nhức chân tay, bác sĩ chữa thể đưa ra lập
luận chính xác của bệnh do vậy cần phải có nhiều thông tin, tin cậy mới đưa ra một
kết luận chính xác

1.4. Một số hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh.
1.4.1. Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi
Năm 2008, khoa công nghệ thông tin,Trường đại học Sư phạm Hà Nội, đã phát
triển hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi.
Nguyên lý phát triển: Dựa trên biểu diễn tri thức dưới dạng luật IF- THEN.
Các bệnh được trong chuẩn đoán: Bệnh hen phế quản và bệnh viêm phế quản cấp

1.4.2. Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh
– Tâm thần
Năm 2010, nhóm nghiên cứu của trường đại học Đà Nẵng đã phát triển hệ
chuyên gia chẩn đoán bệnh Thần kinh – Tâm thần.
Nguyên lý phát triển sử dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh
thần kinh tâm thần
Đối tượng nghiên cứu: Xây dựng cơ sở tri thức về các biểu hiện bệnh “ Viêm
màng não” và “ Viêm não cấp”.

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 nhìn chung các
hệ chuyên gia có liên quan đến trợ giúp chẩn đoán và điều trị các bệnh y khoa được
phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây tại Việt Nam. Tuy vậy, các hệ này

chưa đạt yêu cầu thương mại hóa sản phẩm.


15

CHƯƠNG 2 - HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN, ĐIỀU
TRỊ BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG
Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán, điều trị bệnh đái tháo đường được thiết kế dựa
trên phác đồ điều trị của các chuyên gia đầu ngành Bộ y tế đề xuất, những dấu hiệu
triệu chứng, kết quả xét nghiệm lâm sàng đưa ra kết luận về mức độ mắc bệnh của bệnh
nhân. Hệ chuyên gia đưa ra kết quả hỗ trợ bác sĩ được đưa ra từ cơ sở dữ liệu tri thức
chuyên gia về bệnh, lập luận logic, được cập nhật thường xuyên từ các chuyên gia đầu
nghành y tế về bệnh đái tháo đường. Mô hình được xây dưng như sau.

2.1. Dữ liệu y khoa về bệnh đái tháo đường
2.1.1. Sơ lược về bệnh đái tháo đường
Đái tháo đường là bệnh rối loạn chuyển hóa không đồng nhất, có đặc điểm
tăng glucose huyết do khiếm khuyết về tiết insulin, về tác động của insulin, hoặc cả
hai. Tăng glucose mạn tính trong thời gian dài gây nên những rối loạn chuyển hóa
carbohydrate, protide, lipide, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở
tim và mạch máu, thận, mắt, thần kinh.

2.1.2. Phân loại bệnh diễn biến lâm sàng của bệnh
Trong y khoa người ta chia làm 3 loại bệnh đái tháo đường, như sau:

2.1.2.1. Bệnh đái tháo đường type 1.
Đái tháo đường type 1 (hay Đái tháo đường vị thành niên ) là bệnh lý mạn
tính, xảy ra khi tuyến tụy không có khả năng sản xuất Hormone insulin – Hormone
có vai trò kiểm soát đường huyết, khiến nồng độ đường trong máu tăng cao. Bệnh
thường gặp ở người trẻ, trước 30 tuổi, thể trạng gầy. Tuy nhiên, bệnh cũng có thể

gặp ở người cao tuổi hoặc người béo phì.
Nguyên nhân: Nhiễm virut hoặc vi khuẩn; Chất độc hoá học trong thực phẩm;
Thành phần không xác định gây phản ứng tự miễn dịch; Sự bố trí di truyền cơ bản
cũng có thể là nguyên nhân của bệnh đái tháo đường type 1
Diễn tiến bệnh hầu hết, các bệnh nhân mắc bệnh sẽ có các biểu hiện điển hình
như ăn nhiều, uống nhiều, đi tiểu nhiều và sụt cân nhiều. Do không có insulin,
lượng glucose sẽ không đến được mô, cơ thể sẽ huy động các nguồn năng lượng dữ


16

trữ (như chất béo) để cung cấp cho hoạt động, cho nên cơ thể sẽ gầy đi trông thấy.
Lượng đường trong máu cao, làm tăng áp lực thẩm thấu trong máu, Các dịch
được kéo từ các mô vào máu, làm cơ thể khát nước, buộc bệnh nhân phải uống nhiều
và đi tiểu nhiều hơn. Những người mắc bệnh đái tháo đường type 1 sẽ sống hầu như
suốt đời với căn bệnh này và phải tiêm insulin thường xuyên để kiểm soát bệnh.

Biến chứng của bệnh Đái tháo đường type 1: Ảnh hưởng đến toàn bộ các cơ
quan trong cơ thể. Biến chứng cấp tính có thể gặp là nhiễm toan Cetone (Biến
chứng cấp tính nguy hiểm thường gặp ở người bệnh đái tháo đường, đặc biệt là Đái
tháo đường type 1), hạ đường huyết, nếu không chữa trị kịp thời có thể gây tử vong.
Biến chứng mạn tính có thể kể đến như tổn thương mắt (Võng mạc), tổn thương
thần kinh, tiêu hóa, chức năng tình dục, loét bàn chân, bệnh thận…

2.1.2.2. Bệnh đái tháo đường type 2
Nếu ở bệnh đái tháo đường type 1, cơ thể không sản xuất insulin thì bệnh đái
tháo đường type 2 các tế bào không được đáp ứng đúng với insulin không vào được
trong tế bào để thực hiện vai trò của mình. Đái tháo đường type 2 là bệnh về rối
loạn chuyển hóa chất đường (Glucose) mạn tính.
Bệnh đái tháo đường type 2 chiếm tới khoảng 90% các trường hợp mắc bệnh

đái tháo đường và liên quan đến tình trạng đề kháng insulin. Nguyên nhân chủ yếu
là do lối sống thiếu lành mạnh: Ăn uống không điều độ, ít vận động, áp lực của
công việc, căng thẳng thường xuyên…
Nguyên nhân: Thừa cân; Béo phì; Không hoạt động thể chất; Gen và lịch sử
gia đình
Diễn tiến bệnh đái tháo đường type 2: Bệnh đái tháo đường type 2 thường âm
thầm, ít rõ rệt hơn so với đái tháo đường type 1. Bệnh thường được ví như “Kẻ giết
người thầm lặng”, diễn ra từ từ và khó phát hiện.
Khát nước nhiều; Cảm thấy đói nhiều; Khô miệng; Cảm giác luôn mệt mỏi;
Nhìn mờ; Tê bì, châm chích hoặc ngứa ran ở tay, chân; Thường xuyên bị nhiễm
trùng ở da, đường tiết niệu hoặc âm đạo; Các vết thương khó lành, lâu khỏi.