Диагностика
Мы делаем медицину комфортной

Концепция компьютерного банка знаний по медицинской диагностике



1 2 3 4 5 6 

К наблюдениям относят наблюдаемые признаки, события и анатомо-физиологической особенности. На основе этой модели строится база наблюдений, куда входит описание названий событий, признаков и особенностей, а также перечисление всех их возможных значений.

Модель онтологии базы пациентов строится на основе модели онтологии базы наблюдений и задаёт структуру описания состояние пациента во времени. События могут происходить с пациентом в различные моменты времени и иметь различные значения. Признаки также в различные моменты времени могут иметь различные значения, а анатомо-физиологические особенности пациента имеют постоянные во времени значения. На основе данной модели пользователи, выполняющие медицинскую диагностику, формируют базу историй болезней пациентов, т.е. создают в информационном наполнении записи о пациентах: наблюдаемых у них в различные моменты времени значениях признаков, происходящих с ними событий и значения анатомо-физиологических особенностей.

В модели знаний о заболеваниях должны быть описаны в терминах модели наблюдений основные термины знаний (включая отношения между ними), в том числе заболевания (включая их причины) и нормальное состояние пациента. На основе схемы, задаваемой этой моделью, экспертами описываются конкретные заболевания (значения признаков при заболеваниях задаются клиническими проявлениями и клиническими проявлениями, изменёнными воздействием событий), их причины (задаются этиологиями) и нормальное состояние пациента (описываются нормальные реакции и реакции на воздействие событий).

На рис. 1 представлена общая схема информационного наполнения банка знаний по медицинской диагностике. Стрелки указывают, как один компонент информационного наполнения используется при формировании другого.

3. Задачи, решаемые с помощью банка знаний пользователями различных типов, и соответствующее им программное наполнение

Как отмечалось в разделе 1, к программному наполнению разрабатываемого банка знаний относятся программные средства трёх типов:

-       редакторы информационного наполнения,

-       решатели задач,

-       административная система.

В соответствии с приведёнными в разделе 2 составляющими информационного наполнения банка знаний по медицинской диагностике необходимо разработать следующие редакторы информационного наполнения:

-       редактор онтологии наблюдений;

-       редактор онтологии базы заболеваний (описания значений признаков при заболеваниях и у здорового пациента);

-       редактор онтологии историй болезней пациентов;

-       редактор базы наблюдений;

-       редактор базы знаний о заболеваниях;

-       редактор базы историй болезней пациентов.

При помощи редакторов онтологий на начальном этапе реализации банка знаний задаются модели соответствующих онтологий. Впоследствии данные средства не предполагается использовать, так как задание баз знаний необходимо вести в рамках жёстко закрепленных моделей онтологий.

В качестве алгоритма для решателя задачи медицинской диагностики используется упомянутый выше алгоритм [17], учитывающий все связи между знаниями и действительностью, заложенные в модели онтологии [14,15].

Программное средство, выполняющее оптимизирующее преобразование базы знаний о заболеваниях, должно работать по алгоритму, описанному в [17]. Оно анализирует информацию из базы заболеваний и определяет, при каких заболеваниях может наблюдаться каждое значение каждого признака. На основе этой информации алгоритм диагностики при формировании гипотез о заболевании формирует некоторое множество гипотез, возможно, меньшее, чем количество всех заболеваний в базе.

Всех пользователей банка знаний в области медицинской диагностики делятся на:

-       обслуживающих пользователей (администратор и инженер-программист),

-       носителей информации (экспертов-врачей),

-       прикладных пользователей (врачей-диагностов и гостей).

Администратор следит за функционированием всего банка знаний при помощи административной подсистемы, выполняющей две функции: работа с пользовательскими записями и контроль над деятельностью пользователей.

Инженер-программист ответственен за функциональность всех компонент банка знаний. Он выполняет подготовку банка к функционированию и устраняет сбои в его работе, при возникновении таковых.

Врачи-эксперты занимаются редактированием баз наблюдений и знаний о заболеваниях, выполняя это в соответствии с моделью соответствующих онтологий. Такой пользователь для индивидуальной работы может создавать свою копию ИН или его части, где он может производить любые изменения, необходимые ему для работы. Если в процессе своей исследовательской или экспериментальной деятельности он получил существенные результаты, пополняющие базу данных, то он посылает запрос на пополнение информационного наполнения администратору, который принимает решение о возможности ее добавления в банк посредством административной системы.

Прикладные пользователи делятся на врачей, работающих с базой историй болезней и проводящих диагностику, и гостей, способных только знакомится с содержанием базы наблюдений и базы знаний о заболеваниях, находящихся в информационном наполнении банка.

4. Реализация Банка знаний по медицинской диагностике

Реализация требуемой системы может быть выполнена с использованием разработанного в ИАПУ ДВО РАН Многоцелевого Банка Знаний (МБкЗ) [19,20], предназначенного для поддержки жизненного цикла совместимых систем обработки информации.

В таком случае, программное наполнение Банка знаний по медицинской диагностике включает в себя:

- редактор ИРУО, являющийся частью МБкЗ, который используется для редактирования на языке ИРУО моделей онтологий и целевой информации, формируемой по этим моделям [21,22];

-       административную систему, также входящую в состав МБкЗ, с помощью которой можно выполнять управление пользователями;

-       решатель задачи медицинской диагностики;

-       преобразователь базы знаний о заболеваниях.

Алгоритм диагностики реализован в виде параллельного приложения на языке С++, которое выполняется на многопроцессорном вычислительном комплексе (кластере) под управлением ОС Linux. Доступ к данному ресурсу предоставляется серверу банка знаний. На сервере банка знаний работает слабо­функциональная серверная часть решателя, реализованная на языке Java, которая ведёт общение с пользователем через интерфейсную часть и выполняет запуск диагностики на МВС с последующей трансляцией её результатов к клиенту-пользователю.

Поскольку алгоритм диагностики для быстрой постановки диагноза должен иметь быстрый доступ к знаниям и данным с как можно меньшим количеством промежуточных трансляционных узлов/прослоек, то до начала диагностики необходимо отправить на кластер наполнение базы знаний о заболеваниях, для чего в подсистему оптимизации этой базы знаний встроен выполняющий это код. При начале диагностики, из информационного наполнения банка на кластер транслируется лишь история болезни пациента.

По окончании диагностики, все полученные результаты (опровергнутые диагнозы, подтверждённые диагнозы с их причинами и объяснениями значений наблюдаемых признаков) транслируются с кластера сервер-частью решателя в интерфейсную клиент-часть и отображаются на экране пользователя.

На рис. 2 представлена общая архитектура банка знаний по медицинской диагностики, выполненная в рамках концепции СБкЗ. Ввиду сложности схемы на ней не отображается административная оболочка и её интерфейс, включая хранилище информации о пользователях банка, а также редакторы онтологий (в данном случае - Редактор ИРУО), так как они используются только на начальном этапе существования банка для задания моделей этих онтологий. Кроме того, следует понимать, что в качестве редактора баз знаний также используется Редактор ИРУО, но для каждой базы может быть разработан и включён в состав программного наполнения банка самостоятельный редактор, более удобный пользователям.

Заключение

В работе предложена концепция банка знаний по медицинской диагностике. Он содержит модель онтологии предметной области, состоящую из трёх частей (модель наблюдений, модель знаний о заболевании, модель истории болезни пациента), знания предметной области (база наблюдений и база знаний о заболеваниях) и данные действительности (база историй болезней пациентов). Кроме того, в банк входит средство редактирования моделей онтологий, баз знаний и данных, решатель задачи медицинской диагностики, программное средство, выполняющее оптимизацию базы знаний о заболеваниях, и административная подсистема. Предложены пути реализации данного банка в рамках проекта Многоцелевого Банка Знаний, разработанного в ИАПУ ДВО РАН.

Список литературы

1.     Генкин А.А. О последовательной стратегии Байеса и механизме принятия решений в интеллектуальной системе ОМИС. 1998. http://intels.spb.ru/english_med_informatiks-2.html

2.     Detmer W.M., Shortliffe E.H

1 2 3 4 5 6 


Консультации по вопросам диагностики +7 (499) 519-32-51