专家医疗系统单元的知识形成过程

0AASRI Procedia 4（2013）190-19502212-6716©2013作者。由ElsevierB.V.出版。由美国应用科学研究学院负责选择和/或同行评审。doi：10.1016/j.aasri.2013.10.0290ScienceDirect02013智能系统和控制AASRI会议0为专家医疗制定知识的过程0系统单元0Kenedy Greyson a*，Mathew Mburuma a，Nsatusile Nzowa a，Frank Mbano a，Georgia0Rugumira a，Jumanne Ally a，Athman Mfinanga a，Promota Haule a，Romwald0Lihakanga a，Eunice Abayo a0a智能系统研究单位，达累斯萨拉姆电子与电信工程系，达累斯萨拉姆学院0技术，邮政信箱2958，坦桑尼亚达累斯萨拉姆0摘要0成功适应健康系统的技术将促进更好的生活水平的实现。为了改善发展中国家的卫生保健和支持服务，需要在卫生系统的各个层级中，从村级卫生中心的低水平到转诊医院的高层级，拥有卫生领域的专业知识。由于医生等人力资源短缺，本应用研究旨在实施一种专家医疗单元，以支持低级卫生系统的卫生服务。系统具备知识，根据患者的情况进行结论和行动。与任何其他专家系统一样，学习过程区分了一个系统与另一个系统。更好的性能基于系统内获得的知识。本研究阐述了在专家医疗系统单元中制定知识的方法。©2013.由ElsevierB.V.出版。由美国应用科学研究学院负责选择和/或同行评审。关键词：专家系统，制定，健康，知识。0*通讯作者。电话：+255 686-222-123；传真：+255-222-152-504。0电子邮件地址：kenedyaliila@yahoo.com。0在线获取：www.sciencedirect.com0© 2013作者。由Elsevier B.V.出版。由美国应用科0根据CC BY-NC-ND许可进行开放获取。0根据CC BY-NC-ND许可进行开放获取。0191 Kenedy Greyson等/AASRI Procedia 4（2013）190-19501. 引言0应该注意到，在工程学角度上，“系统”的定义可能与卫生政策制定者或其他领域有所不同。例如，在政策制定者和可能的经济学角度上，卫生系统被定义为一组关系，其中结构组成部分及其相互作用与系统希望实现的目标相关联并连接在一起（Hsiao和Li，2003年）。在柯林斯英语词典中，系统本身被定义为一个有序和全面的事实，原则，教义或类似知识领域或思想领域的组合。工程师将系统定义为组成复杂或统一整体的事物或部分的组合（柯林斯英语词典）。本报告从工程学角度定义了系统。新兴的计算机技术是这个项目动力的关键驱动因素之一。在这项研究中，我们打算设计一个系统，以支持发展中国家（偏远地区）的健康服务，坦桑尼亚作为案例研究。目标是改善和解决社区卫生服务提供的挑战，如国家卫生政策所规定（NHP，URT，2003年）。通过使用生理传感器，收集患者的记录，并在需要时进行分析或转发给更高级别的医疗中心，如国家卫生服务结构所示：转诊医院（最高级别）-区域医院-地区医院-卫生中心服务（约五万人）-诊所（约六到十万人）-村级卫生中心（最低级别）如图1所示。02. 问题陈述0在专家系统中，推理引擎使用知识（规则和事实）来了解环境并相应地行动。系统中装备的知识定义了其正确行动的能力。如果知识不足，可能会对环境产生错误的反应。在专家系统中开发知识库的过程具有挑战性。本研究阐明了知识制定中使用的技术。03. 专家医疗系统单元0在各种文献中，常常可以发现专家系统和智能系统这两个术语是可互换使用的。Negnevitsky通过定义专家系统为以人类专家水平执行的计算机程序来区分二者（Negnevitsky，2005年）。专家系统的引擎或大脑依赖于从规则集中提取的规则，如图2所示。03.1. 系统开发设置0对于许多专家系统而言，专家医疗系统单元由推理引擎、知识和逻辑库（规则和事实）、数据库和通信网络组成，如图2所示。通常，组件可以根据其类别分组为输入单元（s）、控制单元和输出单元，如图3所示。专家系统的基本框架保持不变，尽管其设计策略可能有所不同。输入单元向主单元提供关于领域的信息，本例中是人体和环境情况。这些基本上是与主单元连接的生理传感器。有各种各样的生理传感器。例如，电生理学研究的目标是确定是否存在沿着外周神经系统路径的问题，以及问题所在（Weiss等，2004年，Khandpur，2005年）。 0192 Kenedy Greyson等/AASRI Procedia 4（2013）190-1950图1. 国家卫生服务结构0图2. 专家医疗系统单元的部件排列0心电图（ECG或EKG）传感器是心脏学中用于检查心脏收缩的电波的活动，其被翻译成线迹纸（Khan，2008年）。血量脉动（BVP）传感器也称为光电容积图。原理上，BVP传感器通过手指照射红外光并测量皮肤反射的光量，这在每次心跳时会变化。传感器将反射光转换为相应的电信号，然后进行相应的处理（Combatalade，2010年）。其他传感器包括：用于监测腹部或胸部呼吸的呼吸传感器。实际上，BVP和呼吸传感器用于心率变异性监测。前面提到的另一类传感器是中枢神经系统传感器，包括：用于测量和记录脑电活动的脑电图（EEG）。这将有助于根据波频计数分析脑电波的异常。它可以显示人脑的脑死亡或深度昏迷状态。另一方面，眼球静息电图（EOG）用于测量眼睛（尤其是视网膜）的静息电位，以诊断眼睛的生理和疾病。所有这些都与主单元耦合，使用通信网络或直接链接，处理信息并提供响应。主单元由系统数据库、知识库、系统引擎和用于外部数据传输的通信网络组成。系统数据库集成在系统中，以管理前述输入传感器收集的数据。将构建脑电图表、肌电图表、心电图表、血量脉动图以及根据输入数据的其他表。还包括用于存储负责人的评论的Memo数据类型。同样，系统数据库中必须有存储医生或医疗主管的评论的空间。0通信网络0远程中心0地区医院0区域医院0转诊医院0数据库0规则和事实0推理引擎0远程中心0村卫生中心0诊所 卫生中心 服务0地区医院0区域医院0转诊医院 120193 Kenedy Greyson等/AASRI Procedia 4（2013）190-1950图3. 专家医疗系统的主要组成部分04. 知识储存器：条件-动作规则0推理引擎学习领域环境，以根据规则和事实行动。数据库和知识储存器为推理引擎提供分析和决策所需的信息。为了得出结论并执行动作，推理引擎必须熟悉系统的特定目标或任务。实现预期目标是专家系统的主要功能。专家医疗系统单元家庭医疗系统的描述可以广泛概述为支持提供健康服务：监测患者的生理变化并向负责健康的人员报告。从此描述中可以提取出两个目标：检查生理变化是否与正常情况相符，并向负责健康的人员传达患者的状态。然后，根据“如何实现这个目标”的简单技术，这两个目标被细化为一个或多个具体目标或子目标（Padgham和Winikoff，2004）。通过具备生物医学仪器来检查生理变化，了解正常情况下的预期生理状况，并比较记录的测量数据和正常状态的测量数据，可以实现目标导向的专家医疗单元系统的开发过程如图4所示。这两个主要实体被分解为简单到具体的目标。在系统修改或添加另一个目标的情况下，新实体将与其特定目标一起添加，而不会影响先前实体的性能。04.1. 实体功能0先前提到的实体目标与实体功能密切相关。功能是实体实现其目标或责任的机制。实体的识别、领域和过程定义了系统的功能。这个基本功能基本上是感知领域状态并识别动作的组合实体功能。每个实体功能都实现其目标，如图4所示。智能家庭医疗系统的实体功能概述如下：0k0数据库、推理引擎和知识储存器0音频，视觉或音频和视觉的组合能动器 其他0输入单元（例如传感器）0主单元（处理单元）0输出单元（例如屏幕、扬声器、能动器等） 0194 Kenedy Greyson等/AASRI Procedia 4（2013）190-1950图4. 专家医疗系统的目标0数据收集（功能）：获取患者的生理状况（目标），将数据收集并存储在数据库中（动作）0传达信息（功能）：与医生咨询（目标），向医生传达患者的状态（目标），提供请求和响应给医生（目标），发送和接收生理数据、请求和响应（动作）04.2. 知识规划0智能家庭医疗系统的知识表示可以用以下形式表达：如果<前提>…则<结论>。由于系统具有代表各种症状的多个输入，因此其中一些规则将倾向于具有多个前提，具体取决于要传达的知识。这些规则将采用以下形式：如果<前提1>和<前提2>…，以及<前提n>，则<结论>。组合也可以采用以下形式：如果<前提1>或<前提2>…，或<前提n>，则<结论>。条件-结论-动作表示为：如果（条件），则（结论）；如果（结论），则（动作）。05. 结论0本研究使用的方法是针对基本的专家医疗系统单元。通过定义新的功能实体及其目标，可以轻松地将新功能（例如添加治疗或控制其他疾病）添加到专家系统中。然后，相应地集成一组规则和事实，而不影响其他目标或功能。0激活一个动作0选择生物医学仪器0知识储存器（正常情况）0数据库系统0构建通信网络0管理机器语言0验证用户0信息处理0启动通信0结束通信0与正常情况相比检查生理变化0将患者的状态传达给负责健康的人员 0195 Kenedy Greyson等/AASRI Procedia 4（2013）190-1950图5. 基本专家医疗系统的功能0参考文献0[1] MNH. Muhimbili National Hospital. http://mnh.co.tz. 访问日期：2012年10月12日。 [2] NegnevitskyM. 人工智能：智能系统指南。第二版，Addison Wesley；2005年。 [3] Hsiao WC，LiKT。什么是医疗系统？我们为什么要关心？哈佛公共卫生学院；2003年。 [4] System. Dictionary.com.Collins英语词典-完整无缺的第10版。Harper Collins Publishers.http://dictionary.reference.com/browse/system。访问日期：2013年1月30日。 [5]NHP，URT。国家卫生政策。坦桑尼亚联合共和国。卫生部；2003年。 [6] Weiss L，Silver JK，Weiss J.Easy EMG。Butterworth-Heinemann；2004年。 [7] Khan MG.快速心电图解读。第三版，Humana出版社；2008年。 [8] Combatalade DC.应用于心理生理学的基本心率变异性，Thought Technology Ltd.http://www.emfandhealth.com/HRVThoughtTechnology.pdf。访问日期：2013年1月31日。 [9]Khandpur RS. 生物医学仪器技术与应用，McGraw-Hill；2005年。 [10] NikosVlassis（2007）。多智能体系统和分布式人工智能简介。摩根和克莱普尔出版社系列；2007年。 [11]Padgham L，Winikoff M. 开发智能代理系统：实用指南，John Wiley & Sons Ltd；2004年。 [12]Bellifemine F，Caire G，Greenwood D. 使用JADE开发多智能体系统。John Wiley & Sons Ltd.；2007年。[13] JADE。JADE Agent DevelopmentFramework。http://jade.tilab.com。访问日期：2012年12月21日。 [14] Hindriks KV.在GOAL中编程理性代理。埃因霍芬理工大学EEMCS，Mekelweg 4，Delft；2011年。 [15]2APL（a）。2APL实用代理编程语言：用户指南。http://tenet.dl.sourceforge.net/project/apapl/UserGuide/manual.pdf。访问日期：2011年5月11日。 [16]2APL（b）。下载最新的2apl（Beta）。http://apapl.sourceforge.net/。访问日期：2012年2月13日。 [17]Negnevitsky M. 人工智能：智能系统指南。第二版，Pearson Education Limited；2005年。0数据收集0获取患者的0生理状态0在数据库中收集/存储数据0传递信息0将患者的状态传递给医生0咨询0医生0发送和接收生理数据