（生物医学工程专业论文）结合EHR的糖尿病中医分型专家系统研究.pdf

上海大学硕士学位论文医疗理念和个性化的卫生服务。本文在以下几个方面进行了较有特色和创新性的工作：1 ) 根据八纲辨证、脏腑辨证和气血辨证标准，归纳了糖尿病的中医学诊断规则，总结了症状和证候间的关系并建立了诊断规则矩阵。2 ) 在分析症状描述文本的特点后，提出了针对此类文本的语义理解算法，并结合云模型进行阈值软化处理，实现了对症状描述文本的量化和标准化。3 ) 提出了模糊数学与基于节约覆盖集相结合的符号推理算法，设计了推理机，实现了标准症状到证候名称的诊断推理应用。关键词：糖尿病，专家系统，中医，电子健康档案( e h r ) ，个人数字助理( p d a )上海大学硕士学位论文a bs t r a c td i a b e t e sm e l l i t u s ( d m ) i sac 1 1 r o n i ca n dl i f e l o n ge n d o c r i n ed i s e a s ew i t hah i g h e ri n c i d e n c e ，w h i c hh a sb e c o m eo n eo fas e r i o u sh a z a r df o rp u b l i ch e a l t h s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt op r e v e n ta n dc u r ed mf o ri m p r o v i n gt h ep e o p l e sh e a l t hc o n d i t i o n t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e ( t c m ) h a sd e v e l o p e dt h o u s a n d so fy e a r sw i t ha b u n d a n to fd a t aa n dd i a g n o s i n ge x p e r i e n c e m a n yr e s e a r c h e sh a v ef o c m e do nh o wt oa n a l y z et h e s ed a t aa n de x p e r i e n c e 、i t l lt h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yt oa p p l yt oc l i n i c a ld i a g n o s i s w h a t sm o r e ，a sac h a r a c t e r i s t i cm e d i c a lc o n c e p ti nc h i n a , t h et h e r a p e u t i c st o g e t h e rw i t hw e s t e r nm e d i c i n ea n dt c ma l s oa t t r a c tp e o p l e sa t t e n t i o n t h o u g ht h ew e s t e r nm e d i c i n ef o rd me m p h a s i z e sg r o u pt r e a t m e n t 谢ma d v a n c e dd e t e c t i n gm e t h o d sa n de q u i p m e n t s ，t h es i d e - e f f e c t si sas e r i o u sp r o b l e m ，w h i l ei ti sr e l a t i v e l ye f f e c t i v et os o l v et h ep r o b l e mb yc o m b i n i n gt h et c ms y n d r o m ed i f f e r e n t i a t i o nt h e o r ya n dt r a d i t i o n a lc h i n e s eh e r b a lm e d i c i n e h o w e v f e wr e s e a r c h e sa r ec a r r i e do u to na n a l y z i n gl a r g ea m o u n t so fm e d i c a ld a t aa n dd o c u m e n t sw i t ht h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y , s ot h a tt h ea d v a n t a g e so fc o m p u t e ra i d e dd i a g n o s i n g ( c a d ) ，w h i c hi sn o ts od e p e n d e n to nt h ed o c t o r st e c h n i q u e sa n dp e r s o n a lj u d g m e n t ，c a l ln o tb ef u l l yu t i l i z e d t h e r e f o r e ，i nt h i ss t u d yw ed i s c u s s e dh o wt oa n a l y z es y n d r o m ed i f f e r e n t i a t i o nt h e o r yt od e s i g na n dd e v e l o pt h ed me x p e r ts y s t e mb a s e do nt c mb yi n t e g r a t i n gt h et e c h n i q u e ss u c ha st c m ，c o m p u t e rs c i e n c e ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n de l e c t r o n i ch e a l t hr e c o r d ( e h r ) t h i sp a p e rd i s c u s s e dh o wt os t r u c t u r et h ed i a g n o s t i cp r i n c i p l e sf i r s t l y , a n dt h e ns u m m a r i z e dt h ed ms y m p t o ma r r a y , s y n d r o m ea r r a ya n dt h er e l a t i o nm a t r i xt oe s t a b l i s ht h ek n o w l e d g eb a s ea c c o r d i n gt ot h er e f e r e n c e s ，w h i c hw o u l db ei n p u t t e dt ot h en e x tm o d u l e 一t h eu n d e r s t a n d i n ga l g o r i t h mm o d u l ef o rs y m p t o m sd e s c r i p t i o n t h eu n d e r s t a n d i n ga l g o r i t h mm o d u l ew a sr e a l i z e da sf o l l o w s ：t h es y m p t o mg r a m m a rw a si n f e r r e db ya n a l y z i n gs y m p t o md e s c r i p t i o nt e x tc h a r a c t e r i s t i c ，a n dt h e nt h ed e f i n i t i o nf i n i t ea u t o m a t i o nw a sd e s i g n e db a s e do nt h eg r a m m a rf o rs y n t a xv i i上海大学硕士学位论文u n d e r s t a n d i n g i na d d i t i o n , t h eg r a n u l a r i t yo fk n o w l e d g ew a ss u b d i v i d e d ，s ot h a tm o r er u l e sw e r ea c q u i r e df o rn e x tc l o u dt h e o r y , w h i c hw a su s e dt os o f t e nt h et h r e s h o l d t h es t a n d a r ds y m p t o ma r r a yo b t a i n e db yc l o u dt h e r yw a st h e nu s e d 觞t h ei n p u t so ft h er e a s o n i n gm a c h i n em o d u l e i nt h i sr e a s o n i n gm a c h i n em o d u l e ，an e wa l g o r i t h mw a sp r o p o s e db yc o m b i n i n gb o t ht h ef u z z yi n f e r e n c em o d e lh dp a r s i m o n i o u sc o v e r i n gt h e o r yt od e s i g na n de s t a b l i s ht h ed md i f f e r e n t i a t i o nm o d e l f u r t h e r m o r e ，t h ee v a l u a t i o nm e t h o do fs y n d r o m es o l u t i o na r r a yw a sd i s c u s s e d b a s e do nt h i sd i a g n o s i n ge x p e r ts y s t e m ，t h ep e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ( p d a ) w a su s e dt oe x t e n dt h em o b i l i t ya n dp o r t a b i l i t yo fe h rb yu s i n gt h en e t w o r kt e c h n i q u e ，w h i c hi n c a r n a t e dt h ec o n c e p to f s i xi no n e a n dp e r s o n a l i t yh e a l t hs e r v i c ei nc o m m u n i t yh e a l t h c a r e t h ea u t h o rh a sm a i n l yc o n d u c t e df o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i ca n di n n o v a t i v ew o r k s ：1 ) a c c o r d i n gt ot h es y n d r o m ed i f f e r e n t i a t i o no fe i g h tp r i n c i p l e s ，z a n g f ua n dq ia n db l o o d ，t h ed i a g n o s i sr u l e so fd mi nt c mw e r es u m m a r i z e d ，a n dt h e nt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns y m p t o m sa n ds y n d r o m e sw e r ec o n c l u d e dt oe s t a b l i s ht h em a t r i xo fd i a g n o s i sr u l e s 2 ) a f t e ra n a l y z i n gt h ef e a t u r e so fs y m p t o m sd e s c r i p t i o nt e x t ，t h ea l g o r i t h mo fs e m a n t i cu n d e r s t a n d i n gf o rt h ed e s c r i p t i o nt e x tw a sp r o p o s e d w h a t sm o r e ，t h ec l o u dm o d e lw a su s e dt os o f t e nt h et h r e s h o l d s ot h a tt h eq u a n t i f i c a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o no fs y m p t o m sd e s c r i p t i o nt e x tw a si m p l e m e n t e d 3 ) ar e a s o n i n ga l g o r i t h mw a sp r o p o s e db a s e do nt h ef u z z yi n f e r e n c em o d e la n dp a r s i m o n i o u sc o v e r i n gt h e o r yt od e s i g nt h er e a s o n i n gm a c h i n e ，w h i c hr e a l i z e dt h ed i a g n o s i sr e a s o n i n gf r o ms t a n d a r ds y m p t o m st ot h es y n d r o m e k e y w o r d s ：d i a b e t e sm e l l i t u s ，e x p e r ts y s t e m ，t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e( t c m ) ，e l e c t r o n i ch e a l t hr e p o r t ( e h r ) ，p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ( p d a )v i i i上海大学硕士学位论文原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：之堕丝日期：乏翌星：呈：! ?本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：趁导师签名罐堡1 1日期：碰! ；丛上海大学硕士学位论文第一章绪论糖尿病( d i a b e t e sm e l l i t u s 。d m ) 是一种发病率极高的常见内分泌代谢疾病，目前已经成为严重威胁人类健康的疾病之一。糖尿病一旦罹患，终身难治，其并发症可波及到全身各个脏腑器官，严重者可导致伤残甚至死亡。在2 0 世纪5 0 6 0 年代，我国曾是糖尿病发病率较低的国家之一。随着人民生活水平的显著提高，饮食结构发生了很大变化，我国糖尿病的发病率也以惊人的速度上升。2 0 世纪8 0 年代初至9 0 年代我国糖尿病患病率上升了5 倍，患病人数已经超过了4 0 0 0 万。预计在2 0 1 0 年，我国糖尿病患病率将达到1 4 t 1 1 ，因此防治糖尿病，对提高我国国民健康水平有着重大的意义。西方国家对于糖尿病的认识始于罗马帝国时期( 公元前3 0 公元5 0 年) ，西方第一个对于糖尿病症状进行描述记载的人是a u l u sc o r n e l i u s ，随后a r e t a e u s( 公元3 0 9 0 年) 最先把此病用希腊文命名为“d i a b e t e s ( 多尿病) 。而w i l l i a mc u l l e n ( 1 7 0 9 1 7 9 0 年) 在“d i a b e t e s 一词后加用了一个形容词“m e l l i t u s ”( 甜) ，从而将其命名成为“d i a b e t e sm e l l i t u s ( 糖尿病) 并一直沿用至今【2 1 。由于糖尿病及其并发症已经成为严重危害社会和家庭的一种慢性非传染性疾病，积极开展糖尿病及其并发症的防治已经成为目前国内外医学界研究的热点问题，并已经取得了较为显著的成就。虽然现代西医在胰岛素应用和改善胰岛素抵抗方面有了很大的进展，新的降糖药不断的出现并广泛应用于临床，但是对于保护胰腺功能和防止糖尿病并发症方面，仍然缺乏有效措施【3 1 。而且西医治疗糖尿病的方法在针对不同类型的糖尿病时差别并不大，都是以控制饮食和使用降糖药为主。而目前临床和实验研究均已证实：中医药治疗糖尿病在改善临床症状、稳定血糖、提高患者生存质量等方面效果比较明显，特别是对于糖尿病的并发症的疗效非常显著 4 1 。1 1 中医学对糖尿病的认识中医学是我国劳动人民长期同疾病做斗争的极为丰富的经验总结，是我国优秀传统文化的重要组成部分。它不仅融合了古代朴素的唯物主义理论、辨证上海大学硕士学位论文思维方式，还蕴含着丰富的中国传统哲学思想，是通过长期的医疗实践而逐步发展成为具有中国特色的医学理论体系。历朝历代的医学名家们也为我们后人留下了大量的医学文献记载，数千年的丰富经验的积累，使得中医学成为一门具有悠久历史和丰富哲学内涵的医学学科。在世界医学史上，据文献记载，中医学对糖尿病的认识最早且论述甚详【2 】【5 1 。糖尿病在中医学中称为“消渴症 ( 为统一起见，下文一律使用糖尿病描述本病症) 。早在公元前5 4 世纪的黄帝内经中，对糖尿病的病因、症状、病机等就有了较为详细的记载，提出糖尿病有着口渴多饮、多尿、多食等临床特征，五脏虚弱，过食肥甘，情志失调是其致病原因，阴虚内热是其主要病机。而后汉张仲景的金匮要略、隋朝元方诸病源候论消渴候、元张子和儒门事亲三消论、明戴思恭证治要诀等均有消渴的记载，并且在证治要诀中明确提出了上、中、下三消的分型方法。证治准绳消瘅在前人论述的基础上进一步对三消进行了规范。我国中医对消渴的研究在各个时期均有发展，日渐成熟并逐渐形成一套完整的体系，在治疗方面总结出了中药、针灸、推拿、饮食、运动以及民间单方验方等防治糖尿病的经验，为糖尿病的理论和临床研究奠定了坚实的基础。1 2 使用计算机辅助诊断的优势随着现代化技术的不断发展，结合最新的科学手段，利用多学科交叉技术来发展中医，促进中医的国际化、现代化已成为近年来中医发展的最新趋势【6 】。将现代化的科学技术应用于中医的研究，是发展和发扬祖国传统医学不可或缺的途径。而其中一个比较重要并且热门的研究方向就是计算机辅助诊断( c o m p u t e r - a i d e dd i a g n o s i s ，c a d ) 。在辅助诊断中，专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 的开发应用研究也越来越广泛。所谓专家系统，是指在某领域内具有专家水平，模拟专家的思维活动、推理判断、求解专门问题的计算机程序系统。它是人工智能领域中最广泛、最实用、最有成就一个的分支 7 】【8 】。使用计算机来进行辅助诊断，可以在一定程度上减轻诊断结果对医生诊疗水平和主观因素的依赖，使得诊断结果更加客观，同时可以充分利用各类中医学古籍中所记载的2上海大学硕士学位论文宝贵而丰富的医学经验，为循证医学提供了数据资源。另外，医学中所需要记录和处理的信息量十分庞大。因此，利用计算机的存储、运算和逻辑分析能力来处理这些海量的数据将是非常有效的手段。自从1 9 6 5 年第一个专家系统d e n r a l 在美国斯坦福大学问世以来，经过多年的科学研究，专家系统已经在医疗诊断领域内开始应用【9 1 。：1 3 医学专家系统简介一个完整的专家系统应该由以下5 个部分组成【1 0 1 1 1 1 1 ：知识库、数据库、推理机、知识获取模块和解释接口。其一般结构如图1 1 所示：图1 1 ：专家系统结构框图其中各个模块功能如下：1 ) 知识库：知识库中存放系统求解问题所需要的知识；2 ) 数据库：数据库用来存储求解问题时所需要的各种数据和证据，以及推理过程中得到的各种中间信息；3 ) 推理机：推理机是一组程序，用来控制和协调整个系统，它通过输入的数据，利用知识库的原有知识按一定的推理策略解决所提出的问题；4 ) 知识获取模块：即学习模块，知识获取就是将专家头脑中或书本上的专业知识转换为专家系统知识库中知识的过程。它为修改和扩充知识库存的原有知识提供相应的手段；3上海大学硕士学位论文5 ) 解释接口：解释接口是用户与专家系统交互的环节，负责对推理给出必要的解释，便于用户了解推理过程，为用户向系统学习和升级系统提供方便。医学专家系统就是运用专家系统的设计原理和方法，模拟医学专家的诊断、治疗的思维过程和决策方式所编制的计算机应用程序。它可以作为医生的诊断、治疗的辅助工具【1 2 】【1 3 】。目前设计的医学专家系统主要有两种推理模型：一是诊断分型推理，二是诊断处方推理【1 4 1 ，两种推理模型的应用范围不同：前者是针对病症的分型，偏重病症名称的推断；而后者则是侧重形成处方。对于医学专家诊断系统的研究大多集中在西医领域，美国斯坦福大学最先于1 9 7 6 年开发出了性能较高、功能较全的m y c i n 系鲥1 5 】，之后又陆续出现了用于青光眼诊断和治疗的c a s n e t 专家系统、i n t e r n i s t i 内科辅助诊断系统、计算机辅助骨科技术( c a o s ) 等大型专家系统以及专项诊断系统 1 6 】。而中医方向专家诊断系统的研究大多数在中国、日本和韩国进行，主要以舌象诊断和脉象诊断居多。例如日本的舌象的诊断系统已经在互联网上应用。国内的现有研究包括：使用不确定推理模型的诊断算法的中医诊断专家系统 1 7 】( 主要使用可信度来作为不确定性的测度) ：基于数据库的中医诊断专家系统的设计 1 8 】，( 主要是利用推理规则与症状疾病进行匹配关联，达到诊断的目的) ；舌脉客观化互动式辨证诊疗系统 1 9 】( 主要基于数据库的互动式辨证) ；亚健康中医诊断系统【2 0 】( 主要采用规则的知识表示和逆向演绎推理) 等。虽然国内研制出来的专家系统也有一定的数量，但是真正为医生接受并投入临床实际应用的为数极少。这是因为目前的专家系统有以下三个不足：1 ) 传统的知识表述和症状标准的不确定往往会导致推理算法的效率降低和知识库的冗余度增加；2 ) 开发工具往往使用l i s p 或者p r o l o g 等专家系统语言，推理效率较低，并且设计用户界面非常不方便；3 ) 现有的专家系统缺乏移动性，不便于医生的携带；与其他系统信息共享功能较差，存在着“信息孤岛 的问题。中医诊断专家系统的设计难点在于知识的表示、获取和推理都具有不确定4上海大学硕士学位论文性。同时，中医知识的复杂性和模糊性是客观存在、不可避免的，因此要想研究出一个适合临床应用的专家系统，就必须综合各门学科的相关知识，交叉应用。1 4 糖尿病的社区医疗由于糖尿病是一种慢性的全身性疾病和终身性疾病，因此病人需要长期性的治疗与管理( 包括非药物治疗和护理) 。鉴于慢性病在病因学以及病理过程方面的特点，与之对应的医疗、护理服务也就应当改变。在目前国家要求慢性病下沉社区的方针指导下，糖尿病病人对社区卫生服务的需求日益增加。这是由于对糖尿病病人的卫生服务有如下特点：在服务时间上，要求长而连续；在服务地点上，要求以家庭和社区为主；在服务层面上，要求生物心理社会全方位；在服务内容上，护理、教育、咨询重于医疗；在服务方式上，要求护患双方共同参与，特别强调病人主动自觉地控制，而不是机械地遵从医嘱服用药物【l 】。电子健康档案( e l e c t r o n i ch e a l t hr e c o r d 。e h r ) 作为一种以人为本的数字化健康档案，记录了人从出生到死亡，以个人健康、保健和治疗为中心的全程简况信息【2 l 】。电子健康档案是发展社区卫生服务的重要环节。建立社区电子健康档案，即为居民建立了一个相对完整的健康数据库，为医生诊断提供全面的健康信息，预防和减少医疗错误、控制医疗费用、提高医疗工作效率，并可为医疗管理和控制疾病提供信息源。因此，结合社区卫生服务中心的电子健康档案来研制医学专家系统，可以直接获得并处理社区内居民的健全的健康信息，既能全面完整的了解居民健康数据并得出初步的诊断结果，又能部分的减轻社区医护人员的工作量，从而达到诊断客观化、自动化、系统化的目的。对于糖尿病人的管理一直是世界各国研究的热点课题，在与之相关的e h r领域内，研究比较成熟的发达国家有欧美和北欧的一些国家，主要是为管理和预防慢性疾病提供策略【2 2 1 。目前，美国世界健康基金会已经开展起了社区糖尿病管理项目，并在中国开展了近7 年的中国糖尿病教育项目；而在一些北欧国家中，由于本地的男性1 型糖尿病发病率非常高，因此这些国家也非常重视为糖尿病患者建立e h r ，并针对各类糖尿病患者进行医疗决策支持。上海大学硕士学位论文目前我国对社区e h r 的研究正在全面展开，日臻成熟。在北京、上海等大城市中，社区中的e h r 系统建设已经全面铺开，为居民提供个性化的健康服务。目前在上海市中心城区大部分社区都已经建立或正在建立标准化社区卫生服务中心，社区卫生网络已覆盖全市。2 0 0 6 年6 月1 4 日，中国首个“糖尿病小屋也在北京社区卫生服务中心正式启用，其涵盖了诊断、治疗、监测、教育等各环节的全方位糖尿病解决方案，并分别面向社区卫生服务中心和社区居民开展工作，全面提高了社区卫生服务中心的糖尿病防治水平。然而，现有e h r 系统的缺点之一就是移动化程度较低，目前在社区中应用的e h r 还需要医护人员上门采集或定点采集居民的各类健康参数，然后将各个信息通过e h r 系统录入至数据库中，耗时耗力。由于我国的医疗信息化建设逐步地向移动性方向发展，因此，扩展现有e h r 的移动性，如何体现社区医疗中“六位一体 的理念，是目前研究的热点之一。而解决这类问题的方法，大部分是通过使用笔记本电脑、智能手机或者个人数字助理( p e r s o n a ld i 西t a la s s i s t a n t ，p d a ) 来实现。p d a 具有体积小，携带方便等优点，并具备p c 的部分功能【2 3 】，特别是无线上网功能。在医疗行业中，使用p d a 对现存的社区e h r 系统进行扩展，开发基于p d a 的医学专家系统，有利于增加社区e h r 系统的移动性，灵活性和实时性，可以将社区慢性病的社区预防和临床治疗以“六位一体 的方式有机结合起来，从而实现“档案随着主人走，内容随着时间变 的动态管理目标，为诊断专家系统提供了动态的数据支持。目前，在国内基于p d a 的专家系统在医疗领域内的应用很少，在p d a 上一般用来扩展电子病历或者电子健康档案，主要用来给医生提供一些医学参数和诊断所需的数据阱】。同时，如何解决p d a与现有的医疗信息系统之间的数据同步问题仍需要关注。1 5 主要内容与创新虽然专家系统已经在医疗诊断领域有了一定的成就，但是由于中医学是具有多侧面、多因素、多理论、多方法、多层次、多学派等特点的复杂的知识系统 2 5 1 ，我们很难构造一个全科的中医诊断专家系统。6上海大学硕士学位论文西医对于糖尿病本身的诊断，在国际上已有成熟的标准【2 6 】，但是对于各类糖尿病的医治并没有太大的区别。而传统中医学对于糖尿病认识的非常深刻，并在几千年的研究中已经将糖尿病按照辨证理论科学的分出了各种证候类型。而中医学上的分型辨证，考虑了糖尿病发病的病机病因，可以据此进行中医学意义上的病因治疗，便于辨证施治，对症下药。同时也符合了中医提倡的“天人合一”的思想。另外，在几千年流传下来的中医诊断中，各个医书记载的症状描述不尽相同，因此，开发高效的症状匹配算法，使其符合标准的症状描述，是很有必要的。而利用先进的计算机技术，可以很好的对这类问题进行处理。另一方面，由于中医学自身的特点和没有很好的知识管理系统，使得中医领域的诊断专家系统的开发相对于西医的诊断专家系统过于缓慢。而且现有的诊断专家系统移动性较为缺乏，不具备很好的信息交互能力，没有与社区的e h r 系统相连接，e h r 的信息利用率仍然比较低。因此，研究如何使用诊断专家系统辨识糖尿病的证候，利用更好的推理算法使诊断结果更加的客观，同时增加系统的信息交互能力，使之能够与现有的e h r 系统数据库同步数据，对于社区糖尿病的防治和管理病忠有着积极的意义。本文的研究目的是基于现有的e h r 系统，利用已存储在e h r 系统中糖尿病患者的健康档案数据，设计一个中医糖尿病专家系统，应用在糖尿病的中医证候分型中。从而作为医师辨证分型时的一个辅助参考，减少医生的工作量，提高医生的诊断效率。在系统的设计中，本文综合运用了现今比较流行的几项技术：云模型、有穷自动机、模糊数学和节约覆盖集的并发诊断算法来进行诊断专家系统的设计。同时加上了网络和短消息模块，使得系统可以与现有的社区e h r 系统同步数据，让诊断专家系统能够及时的获取数据和分析诊断结果。同时短消息收发功能主要用于医患间的沟通，包括预约护理治疗服务、通知居民诊断结果、对居民进行定期糖尿病健康教育等。实现个性化的服务，突出社区医疗中的“六位一体”的理念。本文在以下方面进行了有特色和创新性的工作：1 ) 总结了糖尿病的各类证候，根据八纲辨证、脏腑辨证和气血辨证标准，归纳了糖尿病的中医学诊断规则，总结了症状和证候间的关系并建立了诊断7上海大学硕士学位论文规则矩阵；2 ) 在分析症状描述文本的特点后，提出了针对此类文本的语义理解的算法，并结合云模型进行阈值软化处理，从而实现了对症状描述文本的量化和标准化；3 ) 提出了模糊数学与基于节约覆盖集相结合的符号推理算法，设计了推理机，实现了标准症状到证候名称的推理应用。1 6 内容安排本文以糖尿病的中医诊断专家系统的设计开发为主线，着重叙述了专家系统中推理机模块、知识库模块和知识获取模块的开发过程，并结合中医糖尿病的诊断手段以及e h r 的特点展开讨论。重点介绍了两大算法( 症状量化算法和诊断推理算法) 的设计与实现，这两个算法也是诊断专家系统的核心所在。本文的组织结构如下：第一章绪论：本章介绍了本文的研究背景、各类技术的发展现状，以及本文的主要研究内容及创新点；第二章中西医结合辨识糖尿病：本章论述了如何设计糖尿病中医辨证专家系统的知识库和知识获取模块。主要介绍了中西医中诊断糖尿病的标准和鉴别方法，并且对证候、症状以及诊断规则进行了归纳并分类：第三章症状描述文本量化算法的设计：主要论述了专家系统的解释接口的设计，介绍了针对有中医特点的症状描述文本的理解、量化和关联规则的获取算法；第四章诊断推理算法的设计：主要论述了专家系统中的推理机模块的设计。详细地介绍了模糊数学结合符号推理算法的设计与实现；第五章系统扩展：主要论述如何与e h r 数据库进行结合及其个性化的体现，以及利用p d a 增加专家系统的便携性和共享特性：第六章总结与展望：对全文进行总结，并提出了展望。8上海大学硕士学位论文第二章中西医结合辨别糖尿病我国自建国以来，一直未曾停止中西医结合的研究。西医诊断糖尿病有着指标清晰规范、便于操作、客观性强的特点；而中国传统医学对糖尿病进行辨：证诊治研究的历史也十分悠久。因此，中西医结合诊断糖尿病仍旧是我国诊治糖尿病的大趋势。吸取西医和中医的优点，各取所长，进行辨别，是更好的进行糖尿病诊治的方案。在2 0 0 4 年，中国中西医结合学会糖尿病专业委员会制定了中西医结合糖尿病诊疗标准( 草案) 。而本章题目中的“辨别”是指对于确诊为糖尿病的患者，进行进一步的辨识，以确定所患糖尿病的证候和证名，然后利用中医理论来进行糖尿病分型，以达到对症下药的目的。2 1 糖尿病的主要临床表现糖尿病的最常见的临床表现就是“三多一少综合征，即多饮、多食、多尿和体重减轻。各种类型的糖尿病可能出现这四种表现的时间和顺序不同，但是在各类糖尿病的自然病程中均可同时或部分出现【2 7 】。2 1 1 多饮症状与多尿症状在患糖尿病的情况下，无论是哪种类型的糖尿病，由于胰岛素分泌相对或者绝对不足，致使细胞膜上的葡萄糖运转蛋白不能正常发挥其运转葡萄糖的作用，血糖不能有效地被利用而形成高血糖。当血糖升高超过肾糖阈，肾脏形成的原尿含糖量增高，渗透压增大形成渗透性利尿，肾小管回吸收水分减少而多尿，体内失水。当体内失水增多，导致细胞内脱水时，即可造成烦渴多饮。而多尿表现为尿频数，且每次尿量增多，每2 4 小时排尿可达2 0 余次，尿总量在2 3 l 以上，个别可达i o l 以上。在无并发泌尿系统感染下，一般无尿路刺激症状。少数轻症病人的尿量增加不一定明显。除尿量增加外，尿道性状亦有变化，如尿的泡沫多，尿渍呈白色、发粘，鞋裤上的尿渍干后发硬，均为尿中含糖量高所致。多尿的同时，病人饮水量增加。轻症病人往往会因自认为9上海大学硕士学位论文有饮茶、饮水和起夜的习惯而忽视多饮症状和多尿症状。2 1 2 多食症状多食症状往往表现为多食易饥、进食后没有满足感，而饥饿时则有恐惧感。病人每日进食可达5 6 次，且每餐食量较大，日进主食多者可达5 0 0 9 以上，副食是正常人的2 倍以上。轻症病人往往认为是“食欲好 的表现而忽视，直至血糖进一步升高才有所察觉。多食症是因为血糖的利用率降低，从而刺激饥饿中枢，抑制饱食中枢，使大脑皮质产生饥饿感，致使病人多食。另外，部分糖尿病人血液中的胰岛素水平升高，促使葡萄糖利用加快，亦可造成多食症状，并伴有体重增加。2 1 3 消瘦与体重减轻消瘦是指人体因疾病、禁食等因素所致的体重下降至理想体重的1 0 以上。糖尿病患者的食欲虽然亢进，表现为多食，但是由于胰岛素的绝对或相对不足，严重影响糖、脂肪和蛋白质代谢：a ) 葡萄糖利用减少，糖原合成降低；b ) 脂肪合成减少，脂肪大量动员分解；c ) 肌肉及肝脏的蛋白质合成不足而分解增多。再加上尿糖增多，渗透性利尿，使大量水分从尿中排出，以及失水等诸多因素导致消瘦。早期轻型糖尿病患者由于高胰岛素血症的存在，体内合成代谢增加，病人亦可表现为肥胖。但是直到病人胰岛素相对不足而病情逐渐加重、“三多”症状出现、病人能量消耗过多时才出现体重减轻。一般糖尿病患者的消瘦程度取决于糖尿病的“三多 症状开始直至接受治疗的时间长短。“三多”症状持续时间越长，则消瘦越明显。轻症患者体重下降较隐匿，不易引起注意。2 1 4 其他症状由于胰岛素不足、能量代谢障碍，导致负氮平衡、失水和电解质紊乱，以及酮体的生成等因素，病人常感疲乏无力、性欲减退、月经失调。中老年病人在生理性骨量丢失的基础上，骨蛋白合成减少，进一步导致或加重骨质疏松，表现为腰腿酸痛。神经系统并发症的病人亦可表现为腰腿酸痛、麻木、针刺样、1 0上海大学硕士学位论文烧灼样和闪电样疼痛，皮肤蚁走感、瘙痒等。而自主神经受累时，可表现为阳痿、便秘、顽固性腹泻、静息时心悸、体位性低血压、出汗等。部分病人以皮肤瘙痒为首发症状，多发生于女性外阴部，由于尿糖的局部刺激，以及糖量高，易于孳生微生物。少部分病人失水后皮肤干燥，亦可发生全身瘙痒。部分中老年病人以视物模糊、黑朦等眼部病症起病。部分病人免疫力降低，易并发感染，常常表现为多发且难治性疖肿。久病儿童生长发育受抑制，身材矮小、毛发不荣、面色萎黄、体弱，且多并发其他疾病。2 2 西医中糖尿病的诊断标准利用西医方法诊断糖尿病，有着标准统一、指标清晰、易于计算机实现等优点，因此考虑使用西医作为确诊病人患有糖尿病这个大前提，以保证后续中医分型逻辑上的有效性。西医的诊断依据是血糖和临床症状的表现。具有糖尿病症状者( “三多一少 综合征，即多尿、烦渴和难以解释的体重下降) ，并应符合表2 1 所示标准 2 6 】【2 8 】：表2 1 ：糖尿病和其它类高血糖的血糖浓度诊断标准( 1 9 9 9 年，w h o )血糖浓度全血血浆 m m o l l ( m g d 1 ) 静脉毛细血管静脉空腹7 0 ( 1 2 6 )6 1 ( 1 1 0 )7 0 ( 1 2 6 )餐后2 h1 0 0 ( 1 8 0 )1 1 0 ( 1 9 8 )1 1 1 ( 2 0 0 )i g t空腹 6 1 ( 1 1 0 ) 6 1 ( 1 1 0 ) 7 0 ( 1 2 6 )餐后2 h6 7 9 97 8 1 1 17 8 1 1 1( 1 2 0 6 1 7 8 2 )( 1 4 0 2 0 0 )( 1 4 0 。2 0 0 )i f g空腹5 6 6 o5 6 6 o6 1 6 9( 1 0 0 。1 0 8 )( 1 0 0 。1 0 8 )( 1 1 0 1 2 5 )餐后2 h 6 7 ( 1 2 0 ) 7 8 ( 1 4 0 ) 7 8 ( 1 4 0 )这样，本文所讨论的计算机辅助诊断的前提，就是认为具备症状的病人个体已经由血糖测量以及“三多一少 综合征确诊为患有糖尿病。上海大学硕士学位论文2 3 与相似疾病鉴别诊断由于人体是一个极其复杂的有机生命体，病症的表现也是复杂多变的，有时仅靠血糖的测定和“三多一少”综合征并不能确诊糖尿病，下列疾病的病症与糖尿病表现出来的病症有部分近似或雷同，因此要注意仔细辨别，察看是否有以下病症所表现出来的特殊症状，以防止误诊。与糖尿病相似病症如表2 2所示【2 7 】：表2 - 2 ：相似病症汇总内分泌疾病尿崩症、甲状腺功能亢进症、垂体瘤、库欣综合征、胰岛口细胞瘤、胰岛d 细胞瘤其他疾病与因肝脏病变、胰腺疾病、慢性肾病、肥胖症、急性应激状态、素药物因素2 4 糖尿病中医辨证分型糖尿病，中医称“消渴，历代医学家根据消渴病的特点，将其分为上、中、下三消。而随着时代的变迁，气候环境的变化，生活水平的提高，在临床上，并非所有的糖尿病都会表现出典型的“三多一少 的症状，因此按照传统的三消辨证变得愈加困难。而现代中医学者们遵循并发展了祖国的传统医学理论，利用阴阳、八纲、脏腑、气血理论对糖尿病进行了辨证论治，发现糖尿病虽然症状复杂多变，但是辨证时可分为几大类证候：热盛证、阴虚证、气虚证、阳虚证和夹瘀证【2 8 】。而在此基础上，本文结合文献 2 7 2 8 2 9 】，提出了将八纲辨证、气血辨证和脏腑辨证相结合，将症状与证候相对应，进行多层次的评判。其中所有的症状与证候均参考国家技术监督局发布的中医临床诊疗术语证候部分 g b t 1 6 7 51 2 1 9 9 7 ，中医病证诊断疗效标准( z y t 0 0 1 9 4 ) 】。最后将症状与证候对应进行评判。2 4 1 证候知识的表示证候，是中医学上独有的概念，是在疾病过程中，各具内在联系的一组症1 2上海大学硕士学位论文状和体征，是对机体在疾病发展过程中的某一阶段的病理概括，反映了阶段性的疾病本质，是中医进行临床治疗的依据。通过辨证确定其本质，并综合归纳后，可得其证名。确定证候知识时，根据糖尿病属于慢性消耗性疾病的特点，本文需要将其证候空间按层次分级映射：；第一级：八纲辨证、气血辨证、脏腑辨证。第二级：八纲辨证：阴、阳、寒、热：脏腑辨证：心、肝、脾、肺、肾；气血辨证：气虚、血瘀。具体分型如表2 3 所示：表2 3 ：证候向量的辨证映射空间脏腑心肺脾胃肝胆肾实阳心火亢盛肺伤燥火胃火炽盛肝阳亢盛八纲阴心阴虚肺阴虚肝阴虚肾阴虚虚阳心阳虚脾阳虚肾阳虚气心气虚肺气虚脾气虚肾气虚气血血血瘀由此可得到1 6 维度的证候向量。2 4 2 症状知识的表示症状，一般是指病人主观的感觉和不舒适、不正常或某些病态的改变，如头痛、耳鸣、恶心、腹胀等。是进行辨证的主要依据。症状空间的确定比较复杂，首先需要根据各个证候表现出来的症状进行归纳，总结。由于症状的描述复杂多样，且言简意赅，往往四个字描述的症状有两种或多种，例如腰膝酸冷、潮热盗汗等；或者几种症状描述的意思相同或相近，例如口干舌燥、口燥咽干、咽干舌燥等。这就为确定症状向量带来了很大的困难。在这里本文结合文献 2 9 3 0 3 1 】，对某些多个症状的描述进行了分解，并与所对应的证候结合起来考虑。例如几种相似的症状仅对应一种证候，那么1 3上海大学硕士学位论文可以合并在一起以减少维度。通过这样的处理，最终得到了8 0 个标准症状，并进一步按四诊法分为望、闻、问、切四类，从而组成8 0 维度的症状向量。症状向量的分类如表2 4 所示：表2 4 ：症状向量分类表类别症状t神疲，形体消瘦，面色白，颧红，面色黄，口燥咽干，口舌生疮，少望诊津，唇舌紫暗或有瘀斑，舌下静脉怒张，双目干涩，舌红，舌淡白，舌胖大，舌晦暗，苔腻，苔薄，苔少，苔黄，苔白闻诊干咳，声音嘶哑，少气懒言，气短，咳嗽喘息或咳喘无力，口秽潮热，畏寒肢冷，腰膝冷，盗汗，自汗，胁肋痛，胸痛，腹冷痛喜温喜按，腰膝酸软或痛，牙龈肿痛，头晕目眩，健忘，五心烦热，心烦，心悸，腹胀纳少，胸闷憋气，全身浮肿，腰以下肿，肢体浮肿，眼花，问诊耳鸣耳聋，失眠，口渴多饮，渴喜冷饮，口淡不渴，纳饮不香，多食易饥，小便黄赤，小便短少，小便频数，小便清长，小便混浊如脂膏，大便稀溏，大便秘结，经少经闭，急躁易怒，遗精滑精或阳痿早泄，乏力，活动后诸症加重脉浮，脉沉，脉数，脉迟，脉洪，脉细，脉有力，脉无力，脉虚，脉切诊滑，脉涩，脉弦，脉濡，脉结或代由于中医上用于描述人体症状的词语非常多，且未有一个统一的标准，导致中医医师在症状的描述过程中还存在一些非标准的症状，分析这些非标准症状的时候，我们需要尽可能多的收集各种描述的症状，并与标准的症状相对应。主要用于从数据库中做语义提取。表2 5 中列出的是常用的一些非标准的症状与标准症状的对应关系：表2 5 ：标准症状与非标准症状四诊类别标准症状非标准症状神色神疲神疲乏力，神疲倦怠，精神萎全身望诊靡，倦怠乏力形体消瘦形体消瘦，体重下降局部望诊头面面色白面色苍白，面色淡白颧红面红1 4上海大学硕士学位论文面色黄面色萎黄口干舌燥，口燥咽干，口咽干咽干舌燥燥，舌燥咽干五官口舌生疮少津舌红少津双目干涩舌红舌红少津舌色舌淡白舌淡苔白，舌淡，舌淡胖舌胖大舌淡胖舌质舌晦暗晦暗舌，舌质晦暗舌诊腻苔黄腻，苔白腻苔质薄苔薄白