（通信与信息系统专业论文）模糊推理在疾病辅助诊断系统中的应用研究.pdf

模糊扮理祚：疚病辅助诊f 行系统中应用研究 摘要 随着人工智能、医疗辅助诊断技术的应用发展，带智能诊断功能的电子病历 ( e l e c t r o n i cm e d i c a lr e c o r d ，e m r ) 系统的研究已成为当今医疗信息科学的重要课 题之一。电子病历作为重要医疗信息源，将提供超越时空、实现无纸医务服务， 满足现代医疗管理需求。 本文首先对电子病历案例进行了研究，模拟领域专家解决实际诊断问题，建 立了一个基于模糊案例的电子病历诊断模型。对电子病历案例的检索方法进行深 入的对比分析，提出了一种基于最近邻索引、归纳法和模板检索的三级混合检索 模型。建立了一个案例的相似度模型，分析比较了数值型和文字型的两种案例检 索方法。重点研究了直觉模糊集的三类模糊测度，对关联测度、距离测度和相似 性测度作了详细的推理并在实例中进行应用分析。 从医学临床实际出发，结合模糊数学理论、辅助诊断技术、模糊专家系统知 识以及常见风湿病的发病机制及诊断方法，构造了一个风湿病模糊诊断模型。对 知识的表示，隶属函数的确定，模糊规则的建立进行了详细的说明，通过建立模 糊综合评价模型，利用最大隶属度原则得到了最终的诊断结果。 最后，在对模糊专家系统研究的基础上，开发设计了风湿病专科电子病历辅 助诊断系统。结合风湿病电子病历模版的特点，详细介绍了系统的总体结构和设 计思想，包括模糊知识库，模糊数据库与模糊推理机的设计，并对系统的各主要 模块进行了功能演示。经实验结果分析，系统能够满足实际要求，达到了辅助医 生诊断的效果。 关键词：医疗辅助诊断；相似度模型；模糊推理；直觉模糊集测度 i i 硕l j 学f 囊论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n dm e d i c a ld i a g n o s i s t e c h n o l o g y , t h ee l e c t r o n i cm e d i c a lr e c o r d s ( e l e c t r o n i cm e d i c a l r e c o r d ，e m r ) s y s t e mw i t h i n t e l l i g e n td i a g n o s t i cf u n c t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h ei m p o r t a n ti s s u e so fs c i e n c ef o r m e d i c a li n f o r m a t i o n e m ra sa ni m p o r t a n ts o u r c eo fm e d i c a li n f o r m a t i o n w h i c h p r o v i d ep a p e r l e s sm e d i c a ls e r v i c e sb e y o n dt h et i m ea n ds p a c e ，w i l lm e e tt h en e e d so f m o d e mm e d i c a lm a n a g e m e n t i nt h i sp a p e lt h ec a s eo fe m ra r ef i r s ts t u d i e dt os i m u l a t et h ef i e l do f e x p e r t st o s o l v er e a lp r o b l e m so fe m r ，t h e nae m r d i a g n o s i sm o d eb a s e do nf u z z yc a s ei sb u i l t w i t ht h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i so fc a s eb a s e de m r r e t r i e v a lm e t h o d s ，at h r e e h y b r i d r e t r i e v a lm o d e lb a s e d0 nn e a r e s tn e i g h b o r ，i n d u c t i v em e t h o da n dt e m p l a t er e t r i e v a li s p r e s e n t e d ac a s eo ft h es i m i l a r i t ym o d e li sb u i l t ，w h i c ha n a l y s i st h en u m e r i c a la n d t e x t - b a s e dc a s er e t r i e v a lm e t h o d s t h r e et y p e so f f u z z ym e a s u r eb a s e do ni n t u i t i o n i s t i c f u z z ys e t sa r es t u d i e d ，t h er e a s o n i n go fc o r r e l a t i o nm e a s u r e ，d i s t a n c em e a s u r ea n d s i m i l a r i t ym e a s u r ea n d i t sa p p l i c a t i o n sa n a l y s i s t h et h e s i sd i s c u s s e st h e p a t h o g e n e s i s a n dd i a g n o s t i cm e t h o d so fc o m m o n r h e u m a t i s mb a s e do nt h er e a l i t yo fc l i n i c a lm e d i c i n e ，c o m b i n e dw i t ht h e k n o w l e d g eo f f u z z yt h e o r y , f u z z ye x p e r ts y s t e ma n dd i a g n o s i st e c h n o l o g y , af u z z yr h e u m a t i s m d i a g n o s i sm o d e li sb u i l t r e p r e s e n t a t i o no fk n o w l e d g e ，t h ed e t e r m i n a t i o no fm e m b e r s h i p f u n c t i o na n dt h eb u i l do ff u z z yr u l e sa r ed e t a i l e dd e s c r i p t a f t e rt h eb u i l do fa f u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l ，u s i n gt h em a x i m u mm e m b e r s h i pd e g r e ep r i n c i p l et o o b t a i nt h ef i n a ld i a g n o s i sr e s u l t f i n a l l y , ar h e u m a t i s me m rd i a g n o s i ss y s t e mi sd e s i g n e di nt h es t u d yo ff u z z y e x p e r ts y s t e m c o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fr h e u m a t i s me m rt e m p l a t e ， d e t a i l i n gt h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n dd e s i g ni d e a so ft h es y s t e m ，i n c l u d i n gt h ef u z z y k n o w l e d g eb a s e ，f u z z yd a t a b a s e sa n dt h ed e s i g no ff u z z yi n f e r e n c ee n g i n e ，t h e ng i v e s ad e m om a j o rf u n c t i o n a lm o d u l e a f t e ra n a l y s i so f e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h es y s t e m c a nm e e t st h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t sa n dt h ee f f e c to fd o c t o r a s s i s t e d k e yw o r d s ：m e d i c a ld i a g n o s i s ；s i m i l a r i t ym o d e l ；f u z z yi n f e r e n c e ；m e a s u r eo f i n t u i t i o n i s t i ef u z z ys e t s l i i 模糊推理亿疾病辅助诊断系统中应用研究 插图索引 图1 1 基于电子病历案例的模糊推理框图4 图1 2 基于电子病历案例的诊断模型5 图4 1 风湿病辅助诊断流程图3 4 图4 2 软件总体设计流程框图3 5 图4 3 住院病历录入模版3 7 图4 4 病历保存模块3 8 图4 5 风湿病住院病历模板式样3 8 图4 6 数据库概念结构e r 图4 l 图4 7 基于正反向推理的模糊推理流程图4 2 图4 8 系统登录界面4 3 图4 9 专科查体模块4 4 图4 1 0 模糊检索模块4 4 图4 1 1 知识库维护模块一4 5 图4 1 2 统计分析模块4 5 图4 1 3 风湿病患者年龄分布图一4 6 图4 1 4 数据接口处理基本原理示意图4 6 图4 1 5 专家诊断分析4 8 图4 16 诊断结果4 8 v l 硕l ：学化论文 附表索引 表2 1 检索方法的对比分析9 表2 2 病情数据1 8 表2 3 病人症状1 8 表2 4 症状关联系数( 一) 1 9 表2 5 症状关联系数( 二) 1 9 表2 6 症状关联系数( 三) 1 9 v l i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：7 ) 鑫 日期：叩年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 日期：仃c 7 年衫月h 日期：。7 年6 月f 日 硕f j 学位论文 参考文献 【1 】 朱嵘中国医院信息化建设基本教程北京：二十一世纪中医药网络教育中 心，2 0 0 3 ，8 2 8 2 】王日新基于案例推理的智能诊断技术研究及应用： 哈尔滨工业大学博士学 位论文 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2 0 0 2 ，2 7 3 2 3 】z a d e hla f u z z ys e t s i n f o r m a t i o na n dc o n t r o l ，1 9 6 5 ，8 ( 3 ) ：3 3 8 3 5 3 【4 a t a n a s s o vk i n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s f u z z ys e t sa n ds y s t e m ，1 9 8 6 ，2 0 ( 1 ) ： 9 7 9 6 【5 】a t a n a s s o vk ，g a r g o vg i n t e r v a l v a l u e di n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s f u z z ys e t sa n d s y s t e m ，l9 8 9 ，3l ( 3 ) ：3 4 3 - 3 4 9 6 】g e r s t e n k o r nt ，m a n k oj c o r r e l a t i o no fi n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s f u z z ys e t sa n d s y s t e m ，1 9 9 l ，4 4 ( 11 ) ：3 9 4 3 7 】b u s t i n c eh ，b u r i l l op c o r r e l a t i o no fi n t e r v a l v a l u e di n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s f u z z ys e t sa n ds y s t e m ，19 9 5 ，7 4 ( 2 2 ) ：2 3 7 2 4 4 8 x uz s o nc o r r e l a t i o nm e a s u r e so fi n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s h e i d e l b e r g ：l e c t u r e n o t e si nc o m p u t e rs c i e n c e ，2 0 0 6 ，16 - 2 4 9 】m i t c h e l lhb o nt h ed e n g f e n g c h u n t i a ns i m i l a r i t ym e a s u r ea n di t sa p p l i c a t i o n t op a t t e r nr e c o g n i t i o n p a t t e r nr e c o g n i t i o nl e t t e r s ，2 0 0 3 ，2 4 ( 1 3 ) ：3 1 0 1 3 1 0 4 10 】x uzs s o m es i m i l a r i t ym e a s u r e so fi n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s a n dt h e i r a p p l i c a t i o n st om u l t i p l e a t t r i b u t ed e c i s i o nm a k i n g f u z z yo p t i m i z a t i o na n d d e c i s i o nm a k i n g ，2 0 0 7 ，6 ( 2 ) ：l0 9 一l21 【1 1 l idf ，c h e n gct n e ws i m i l a r i t ym e a s u r e so fi n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t sa n d a p p l i c a t i o nt op a t t e r nr e c o g n i t i o n s p a t t e r nr e c o g n i t i o nl e t t e r s ，2 0 0 2 ，2 3 ( 1 ) ： 2 2 1 2 2 5 12 s z m i d te ，k a c p r z y kj d i s t a n c e sb e t w e e ni n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s f u z z ys e t s a n ds y s t e m ，2 0 0 0 ，l1 4 ( 3 3 ) ：5 0 5 - 518 【13 】s z m i d te ，k a c p r z y kj as i m i l a r i t ym e a s u r e so fi n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t sa n di t s a p p l i c a t i o ni ns u p p o r t i n gm e d i c a ld i a g n o s t i cr e a s o n i n g h e i d e l b e r g ：l e c t u r e n o t e si na r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，2 0 0 4 ，3 8 8 3 9 3 14 】w a n gwq ，x i nx l d i s t a n c em e a s u r eb e t w e e ni n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s p a t t e r n r e c o g n i t i o nl e t t e r s ，2 0 0 5 ，2 6 ( 13 ) ：2 0 6 3 - 2 0 6 9 模糊手f ：理n ：疾炳辅助诊断系统巾j 矗用研究 1 5 】徐泽水直觉模糊信息集理论及应用北京：科学出版社，2 0 0 8 ，6 8 9 0 1 6 王振刚风湿病概论中国医刊，2 0 0 5 ，4 0 ( 5 ) ：1 0 1 3 1 7 】查青林，何羿婷等基于神经网络分析方法探索类j x l 湿关节炎证病信息对疗 效的预测作用中西医结合学报，2 0 0 7 ，5 ( 1 ) ：3 2 3 8 18 】l u i g ip ，b e h a v i o r a lp n am o d e lf o rd i a g n o s t i ck n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o na n d r e a s o n i n g m a na n dc y b e r n e t i c s ，l9 9 7 ，2 7 ( 2 ) ：18 4 - 1 9 5 1 9 刘晓慧基于模糊理论的电机故障诊断专家系统的研究与实现模糊： 东北大 学硕士学位论文】沈阳：东北大学，2 0 0 7 ，2 7 3 0 【2 0 汪德宁模糊推理在心电诊断模糊专家系统中的研究与实现： 国防科学技术 大学硕士学位论文】长沙：国防科学技术大学，2 0 0 4 ，3 3 3 6 2 1 张亚非，宋自林模糊关联规则的研究与应用北京：科学出版社，2 0 0 8 ， 1 4 - 3 1 ，9 9 - 1 0 1 2 2 e t i e n n ee ，黄崇福，阮达模糊集理论与近似推理武汉：武汉大学出版社， 2 0 0 4 ，1 2 5 - 1 3 9 【2 3 】李群不确定性数学研究及其在社会学科中的应用北京：中国社会科学出 版社，2 0 0 5 ，2 1 2 9 【2 4 】李旗号，赵卫东，杜雪寒一种基于案例的医疗诊断支持系统计算机工程 与应用，2 0 0 0 ，3 6 ( 6 ) ：1 7 3 1 7 6 2 5 】l ihx 。p r o b a b i f i t yr e p r e s e n t a t i o n so ff u z z ys y s t e m s s c i e n c ei nc h i n a ，2 0 0 6 ， 3 ( 7 ) ：6 9 9 3 【2 6 】r o b e r tl ，y iyc c o n s t r a i n t b a s e df u z z ym o d e l sf o re n v i r o n m e n t w i t h h e t e r o g e n e o u s i n f o r m a t i o n - g r a n u l e s j o u r n a lo f c o m p u t e r s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，3 0 ( 15 ) ：9 9 - l0 9 2 7 】刘静，沈蓓，黄学宁等电子病历中结构化描述内容与专科病历模板现代 医学，2 0 0 5 ，3 3 ( 6 ) ：4 17 4 19 2 8 】李力东电子病历智能模板系统的研究： 长春工业大学硕士学位论文】长春： 长春工业大学，2 0 0 4 ，1 6 2 0 2 9 l e ekm ，e ta 1 af u z z yd e c i s i o nt r e ei n d u c t i o nm e t h o df o rf u z z yd a t a i e e e i n t e r n a t i o n a lf u z z ys y s t e m sc o n f e r e n c ep r o c e e d i n g s s e o u l ，19 9 9 ：2 2 2 5 【3 0 】王合山基于遗传算法的模糊神经网络及其在中医类风湿性关节炎诊断中的 应用研究： 昆明理工大学硕士学位论文】昆明：昆明理工大学，2 0 0 4 ，2 9 3 4 【3 1 】沈亚诚，舒忠梅基于框架和产生式表示法的病历知识库研究南方医科大 学学报，2 0 0 6 ，2 6 ( 1 0 ) ：1 4 6 7 1 4 7 0 【3 2 b u s t i n c eh ，b u r i l l op n a g u es e t sa r ei n t u i t i o n i s t i cf u z z ys e t s f u z z ys e t sa n d s y s t e m ，2 0 0 6 ，7 9 ( 3 ) ：4 0 3 4 0 5 5 2 硕l j 学位论文 【3 3 】c h e nsm m e a s u r e so fs i m i l a r i t yb e t w e e nv a g u es e t s f u z z ys e t sa n ds y s t e m s ， 2 0 0 5 ，7 4 ( 2 ) ：2l7 - 2 2 3 【3 4 】l i a n gx ，l iy f u z z yn e u r a ln e t w o r kc o n t r o lo f u n d e r w a t e rv e h i c l e sb a s e do n d e s i r e ds t a t ep r o g r a m m i n j o u r n a lo fm a r i n es c i e n c ea n da p p l i c a t i o n ，2 0 0 6 ，5 ( 3 ) ：5 - 8 3 5 】刘道华，原思聪等基于带区间值的产生式规则及其模糊推理机制研究计 算机应用与软件，2 0 0 6 ，2 3 ( 3 ) ：8 6 8 8 36 】w a n gcs ，g o n gx k af u z z ya p p r o x i m a t er e a s o n i n gm o d e lf o rar u l e b a s e d s y s t e mi n l a s e rt h r e a tr e c o g n i t i o n f u z z ys e t sa n ds y s t e m s ，2 0 0 4 ，9 6 ( 2 ) ： 1 3 9 1 4 6 3 7 】向艳，王洪元基于模糊推理模型的专家系统的研究与应用计算机工程， 2 0 0 5 ，3 1 ( 1 0 ) ：1 8 0 1 8 1 ，1 8 7 3 8 】魏圆圆，王儒敬，方静多种诊断推理方法的设计与比较计算机工程与应 用，2 0 0 5 ，4 1 ( 2 ) ：5 7 - 5 8 ，11 9 3 9 侯秀萍，袁秀丽等不确定性推理技术在医学诊断中的应用研究计算机工 程与应用，2 0 0 5 ，4 1 ( 1 4 ) ：2 0 5 2 0 7 4 0 】杜元虎，黄文虎基于案例推理的故障诊断专家系统中案例检索策略的研究 东北林业大学学报，1 9 9 9 ，2 7 ( 1 ) ：4 5 4 8 4 1 李金，吕汉兴医疗诊断专家系统推理机的设计与实现微机发展，2 0 0 4 ，1 4 ( 9 ) ：4 2 - 4 4 【4 2 】丁卫平，顾卫江等模糊逻辑推理在电子病历智能辅助诊断系统中的应用研 究南通大学学报，2 0 0 6 ，5 ( 4 ) ：7 7