医疗诊断专家系统的新思想与新方法(续)
——模型与算法
http://www.100md.com
三部六病医学网
梁嘉骅 曹宣玮 王双惠 刘惠生 刘剑波 刘剑峰
摘要：在文献［9］中，提出“最优启发式逐步搜索‘诊’-‘断’人-机交互 系统”的思想与方法，本文继上文，论述相应的模型与算法.
关键词：诊断； 最优启发式逐步搜索； 诊断代价； 诊断价值； 可信度
分类号： TP393文献标识码：A 文章编号：1000-5781(1999)04-0375-04
The model and procedure of the new idea and new method of medical diagnosis expert system
LIANG Jia-hua1，CAO Xuan-wei1,WANG Shuang-hui1,LIU Hui-sheng2,LIU Ji an-bo2,LIU Jian-feng2
, 百拇医药
(1.The Department of Environment Science of Shanxi University,Taiyuan 030006；2.The Institution of Sanbuliubing,Taiyuan 030012)
Abstract：We put forward the idea and method of “Optimum Heuristic Step by Step Search “ Diagnosis”-“Judgment”Human-Machine Interactive System”in the reference document of［9］.This paper illustrates the responding model and procedure.
Keywords：diagnosis；optimum heuristic step by step search；diagnosis cost；diagnosis value；certainty factor
, 百拇医药
0引言
文献［9］对过去医疗诊断专家系统开发中所存在的问题进行了分析，提出解决问题的新思想与方法，特别提出“最优启发式逐步搜索‘诊’-‘断’人-机交互系统”的概念和系 统的构建方法.在本文中，继文献［9］，介绍相应的模型与具体算法.
1概念
逐步搜索“诊”-“断”是医生对患者的“诊断”的实际情况行为过程.在诊断过程中，医 生并不是通过患者主诉，就定出一套完整的“诊”(检查)方案，通过已定方案进行检查，最 后判断，而是经历：患者主述-医生对患者进行初“断”-医生确定初步“诊”方案-医生 对患者初检-医生对患者再“断”-确定再诊方案…最终决断.它是一个逐步搜索深化的“ 诊”-“断”的交互行为过程.诊断治疗支持系统的主要任务是为医生在这过程中提供帮助.
.最优指帮助医生找出以最低的“诊断代价”获得最佳“决断”结果的途径.
, 百拇医药
.启发式指系统对医生在这过程的帮助在于启发医生的正确思维，而不是替代医生的作用 .
.症状诊断贡献
指该症状检查对疾病的确断能力，定义为：
该症状对各种疾病的区别能力和对某种疾病的确定能力的乘积.
Gj--第j种病症对诊断的贡献
Pij--第i种疾病第j种病症出现的概率
Fij--第j种病症对第i种疾病确诊的贡献
其中表示第j种病症 对各种病的区分能力
max(Pij.Fij)表示对某种特定疾病的最大确定能 力
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分别称为区分度和确定度
.症状检查代价
分为医生检查代价和患者支付费用，这里只用患者支付费用作为检查代价，记为Kj
.症状诊断价值
定义为Zj=Gj/Kj
.疾病判断可信度
设检查出患者呈现的病症集为A=(a1，…，an)，疾病b具有A中某些症状，研究由A判断 疾病 为b的可信度.任何疾病的诊断都以诊断标准为依据，诊断标准中分为两类，一类为必备的标 准，一类为选择标准.选择标准只需满足其中若干条则认为满足.设疾病b的诊断标准中有n1条必备标准，并必需满足n2条选择标准.若病症集A中满足m1条符合疾病b的必备标准和 m3条符合选择标准，则定义由A判断疾病为b的独立可信度为：
, 百拇医药
α(A;b)=(m1+m2)÷(n1+n2)×100
记A中的病症中有n3条病症不同于b的诊断标准，则定义由A判断为b的总体可信度为：
β(A;b)=(m1+m2)÷(n1+n2+n3)×100
2方法与模型
2.1最优启发式逐步搜索程序
它具有以下图1所示的结构.
注：A1为患者主诉所得症状集
Ai--i>1为所检查出的患者病症
Ci--系统对Ai分析后所提供的最佳继续检查项目权集
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Di--患者可能所患疾病权集
Bi--医生确定需要继续检查的排序项目集
Dji--系统根据Bi项目排序为第j次检查结果，重新提出患者可能所患疾病的 双权集.
Di与Dji病类部分相同，仅改变权重部分
Nji--检查项目方案个数
图1最优启发式逐步搜索程序图
2.2Ci表示
Ci=(ai1…ain;zi1…zin)
ait--系统建议继续检查症状
zi--为相应诊断价值
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2.3Di表示
Di={bi1…bik;αi1…αik;βi1…βik}
bit为病名，αit、βit分别为相应的独立可信度和总体可信度.
Di中若αip=βip=100，显然，完全可确定bip为唯一疾病.
2.4最佳继续检查项目集Ci的构建模型
设E={b1，…，bn}为系统研究的疾病集
G={a1，…，am}为对应的全体病症
Ai为上述中患者所检查出的病症
Di={bi1…bik;αi1…αik;βi1…βik}为与A i对应有关的疾病集
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Gi为Di的全体症状集
Wi=Gi/Ci-1为消除独立疑度而需作继续检查的全体项目，为简单起见，记
Wi={w1，…，wk}
最优启发式逐步搜索“诊”-“断”中的Ci并不是Wi(即不是作无目的的全面检查)，而 是要从Wi中选若干继续检查项目满足：
.诊断总价值最大
.项目个数最少
.消除独立疑度要到达相对规定水平
实际上，该问题可归结为以下集合间的多目标规划问题：
max CC(Ci)--Ci的诊断总价值最大
, 百拇医药
min NC(Ci)--Ci的项目个数最小
Fit(Ci;bit)表示若选择Ci时可能增加的疾病bit的独立可信度
θit表示若选择Wi可能增加的疾病bit的独立可信度
Q为选定的相对规定水平
3问题求解算法
问题的本质是以最小的诊断代价最大限度消除诊断的不确定性.为此，首先从判断集Di中 分离出完全可确断集Di.
定义Di中关于Wi的完全可确断集D’i是指：如D’i中的病类 追加了Wi的检查项目信息，能使独立可信度增加到100%
定义Di中关于Wi的h-水平可确断集D’i是指：如D’i中的病 类追加了Wi的检查项目信息，能使独立可信度增加到h%
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在构造Di的实际过程中，要确定h-水平，使得Di本身是h-水平可确断集，这样可有效 减少系统在诊断过程中的思维错误，使Di中病类部分D’i和Ci处于不断的收缩状态 .
D0>D1>…>Di>Di+1>…
C0>C1>…>Ci>Ci+1>…
算法：
为叙述方便，把Di记为D，Wi记为W，Zi表示Wi的诊断价值.
αi≥ai+1(即bi按独立可信度排序)
1°i=1,CC=0,NC(C)=0,C=,W=WW
2°在WW中找出与bi相关的子集，Wi={Wi1…Wiq},Zij≥Zij+1
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3°若αi=100则i=i+1，转2°；否则，v=1,CCi=0,Fi=0，转4°
4°CCi=CCi+Zi1，NC(C)=NC(C)+1
C=C∪Wiv
Fi=Fi+UivCC=CC+CCi
WW=WW-Wiv
5°Fi≥θi.Q则若i=k转6°，否则i=i+1转2°；
否则v=v+1转3°
6°结束
注：Uiv为使用Wiv使bi增加的可信度.
i为第几种病，v为第几种症状.
, 百拇医药
作者简介：梁嘉骅(1938－)，男(汉族)，广东省广州人，山西大学环境科学系教授.
作者单位：梁嘉骅，曹宣玮，王双惠(山西大学环境科学系，太原 030006)
刘惠生，刘剑波，刘剑峰(山西三部六病中医研究所，太原 030012)
参考文献
［1］戴汝为.从现代科学体系看今后智能系统的工作［J］.系统研究，杭州：浙 江教育出版社，1996，11(1)：143～156
［2］汪成为.以系统思维初探信息工程中的面向对象技术［J］.系统研究，杭州 ：浙江教育出版社，1996，11(1)：157～165
［3］柳克俊.系统观念与信息系统工程［J］.系统研究，杭州：浙江教育出版社. 1996，11(1)：166～169
, 百拇医药
［4］陈信.创建人体科学［J］.系统研究,杭州：浙江教育出版社，1996，11(1 )：351～363
［5］梁嘉骅，张志耀.决策支持系统发展反思与若干新思想方法［J］.系统工程 理论与实践，1990，10(5)：10～16
［6］梁嘉骅等.系统论、计算机科学与中医学结合对类风湿关节炎病机的探讨［ J］.系统工程理论与实践，1988，8(1)：63～67
［7］张希涛，梁嘉骅.类风湿关节炎病理分析与诊断专家系统［J］.山西大学学 报，1993，16(1)：40～41
［8］李葆文著.故障诊断逻辑与数学原理［M］.广州：广东高等教育出版社，199 4
［9］梁嘉骅等.医疗诊断专家系统的新思想与新方法［J］.系统工程学报，1999 ，14(1)：83～90
本文原载于《系统工程学报》1999年第4期.
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摘要：在文献［9］中，提出“最优启发式逐步搜索‘诊’-‘断’人-机交互 系统”的思想与方法，本文继上文，论述相应的模型与算法.
关键词：诊断； 最优启发式逐步搜索； 诊断代价； 诊断价值； 可信度
分类号： TP393文献标识码：A 文章编号：1000-5781(1999)04-0375-04
The model and procedure of the new idea and new method of medical diagnosis expert system
LIANG Jia-hua1，CAO Xuan-wei1,WANG Shuang-hui1,LIU Hui-sheng2,LIU Ji an-bo2,LIU Jian-feng2
, 百拇医药
(1.The Department of Environment Science of Shanxi University,Taiyuan 030006；2.The Institution of Sanbuliubing,Taiyuan 030012)
Abstract：We put forward the idea and method of “Optimum Heuristic Step by Step Search “ Diagnosis”-“Judgment”Human-Machine Interactive System”in the reference document of［9］.This paper illustrates the responding model and procedure.
Keywords：diagnosis；optimum heuristic step by step search；diagnosis cost；diagnosis value；certainty factor
, 百拇医药
0引言
文献［9］对过去医疗诊断专家系统开发中所存在的问题进行了分析，提出解决问题的新思想与方法，特别提出“最优启发式逐步搜索‘诊’-‘断’人-机交互系统”的概念和系 统的构建方法.在本文中，继文献［9］，介绍相应的模型与具体算法.
1概念
逐步搜索“诊”-“断”是医生对患者的“诊断”的实际情况行为过程.在诊断过程中，医 生并不是通过患者主诉，就定出一套完整的“诊”(检查)方案，通过已定方案进行检查，最 后判断，而是经历：患者主述-医生对患者进行初“断”-医生确定初步“诊”方案-医生 对患者初检-医生对患者再“断”-确定再诊方案…最终决断.它是一个逐步搜索深化的“ 诊”-“断”的交互行为过程.诊断治疗支持系统的主要任务是为医生在这过程中提供帮助.
.最优指帮助医生找出以最低的“诊断代价”获得最佳“决断”结果的途径.
, 百拇医药
.启发式指系统对医生在这过程的帮助在于启发医生的正确思维，而不是替代医生的作用 .
.症状诊断贡献
指该症状检查对疾病的确断能力，定义为：
该症状对各种疾病的区别能力和对某种疾病的确定能力的乘积.
Gj--第j种病症对诊断的贡献
Pij--第i种疾病第j种病症出现的概率
Fij--第j种病症对第i种疾病确诊的贡献
其中表示第j种病症 对各种病的区分能力
max(Pij.Fij)表示对某种特定疾病的最大确定能 力
, http://www.100md.com
分别称为区分度和确定度
.症状检查代价
分为医生检查代价和患者支付费用，这里只用患者支付费用作为检查代价，记为Kj
.症状诊断价值
定义为Zj=Gj/Kj
.疾病判断可信度
设检查出患者呈现的病症集为A=(a1，…，an)，疾病b具有A中某些症状，研究由A判断 疾病 为b的可信度.任何疾病的诊断都以诊断标准为依据，诊断标准中分为两类，一类为必备的标 准，一类为选择标准.选择标准只需满足其中若干条则认为满足.设疾病b的诊断标准中有n1条必备标准，并必需满足n2条选择标准.若病症集A中满足m1条符合疾病b的必备标准和 m3条符合选择标准，则定义由A判断疾病为b的独立可信度为：
, 百拇医药
α(A;b)=(m1+m2)÷(n1+n2)×100
记A中的病症中有n3条病症不同于b的诊断标准，则定义由A判断为b的总体可信度为：
β(A;b)=(m1+m2)÷(n1+n2+n3)×100
2方法与模型
2.1最优启发式逐步搜索程序
它具有以下图1所示的结构.
注：A1为患者主诉所得症状集
Ai--i>1为所检查出的患者病症
Ci--系统对Ai分析后所提供的最佳继续检查项目权集
, http://www.100md.com
Di--患者可能所患疾病权集
Bi--医生确定需要继续检查的排序项目集
Dji--系统根据Bi项目排序为第j次检查结果，重新提出患者可能所患疾病的 双权集.
Di与Dji病类部分相同，仅改变权重部分
Nji--检查项目方案个数
图1最优启发式逐步搜索程序图
2.2Ci表示
Ci=(ai1…ain;zi1…zin)
ait--系统建议继续检查症状
zi--为相应诊断价值
, http://www.100md.com
2.3Di表示
Di={bi1…bik;αi1…αik;βi1…βik}
bit为病名，αit、βit分别为相应的独立可信度和总体可信度.
Di中若αip=βip=100，显然，完全可确定bip为唯一疾病.
2.4最佳继续检查项目集Ci的构建模型
设E={b1，…，bn}为系统研究的疾病集
G={a1，…，am}为对应的全体病症
Ai为上述中患者所检查出的病症
Di={bi1…bik;αi1…αik;βi1…βik}为与A i对应有关的疾病集
, http://www.100md.com
Gi为Di的全体症状集
Wi=Gi/Ci-1为消除独立疑度而需作继续检查的全体项目，为简单起见，记
Wi={w1，…，wk}
最优启发式逐步搜索“诊”-“断”中的Ci并不是Wi(即不是作无目的的全面检查)，而 是要从Wi中选若干继续检查项目满足：
.诊断总价值最大
.项目个数最少
.消除独立疑度要到达相对规定水平
实际上，该问题可归结为以下集合间的多目标规划问题：
max CC(Ci)--Ci的诊断总价值最大
, 百拇医药
min NC(Ci)--Ci的项目个数最小
Fit(Ci;bit)表示若选择Ci时可能增加的疾病bit的独立可信度
θit表示若选择Wi可能增加的疾病bit的独立可信度
Q为选定的相对规定水平
3问题求解算法
问题的本质是以最小的诊断代价最大限度消除诊断的不确定性.为此，首先从判断集Di中 分离出完全可确断集Di.
定义Di中关于Wi的完全可确断集D’i是指：如D’i中的病类 追加了Wi的检查项目信息，能使独立可信度增加到100%
定义Di中关于Wi的h-水平可确断集D’i是指：如D’i中的病 类追加了Wi的检查项目信息，能使独立可信度增加到h%
, http://www.100md.com
在构造Di的实际过程中，要确定h-水平，使得Di本身是h-水平可确断集，这样可有效 减少系统在诊断过程中的思维错误，使Di中病类部分D’i和Ci处于不断的收缩状态 .
D0>D1>…>Di>Di+1>…
C0>C1>…>Ci>Ci+1>…
算法：
为叙述方便，把Di记为D，Wi记为W，Zi表示Wi的诊断价值.
αi≥ai+1(即bi按独立可信度排序)
1°i=1,CC=0,NC(C)=0,C=,W=WW
2°在WW中找出与bi相关的子集，Wi={Wi1…Wiq},Zij≥Zij+1
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3°若αi=100则i=i+1，转2°；否则，v=1,CCi=0,Fi=0，转4°
4°CCi=CCi+Zi1，NC(C)=NC(C)+1
C=C∪Wiv
Fi=Fi+UivCC=CC+CCi
WW=WW-Wiv
5°Fi≥θi.Q则若i=k转6°，否则i=i+1转2°；
否则v=v+1转3°
6°结束
注：Uiv为使用Wiv使bi增加的可信度.
i为第几种病，v为第几种症状.
, 百拇医药
作者简介：梁嘉骅(1938－)，男(汉族)，广东省广州人，山西大学环境科学系教授.
作者单位：梁嘉骅，曹宣玮，王双惠(山西大学环境科学系，太原 030006)
刘惠生，刘剑波，刘剑峰(山西三部六病中医研究所，太原 030012)
参考文献
［1］戴汝为.从现代科学体系看今后智能系统的工作［J］.系统研究，杭州：浙 江教育出版社，1996，11(1)：143～156
［2］汪成为.以系统思维初探信息工程中的面向对象技术［J］.系统研究，杭州 ：浙江教育出版社，1996，11(1)：157～165
［3］柳克俊.系统观念与信息系统工程［J］.系统研究，杭州：浙江教育出版社. 1996，11(1)：166～169
, 百拇医药
［4］陈信.创建人体科学［J］.系统研究,杭州：浙江教育出版社，1996，11(1 )：351～363
［5］梁嘉骅，张志耀.决策支持系统发展反思与若干新思想方法［J］.系统工程 理论与实践，1990，10(5)：10～16
［6］梁嘉骅等.系统论、计算机科学与中医学结合对类风湿关节炎病机的探讨［ J］.系统工程理论与实践，1988，8(1)：63～67
［7］张希涛，梁嘉骅.类风湿关节炎病理分析与诊断专家系统［J］.山西大学学 报，1993，16(1)：40～41
［8］李葆文著.故障诊断逻辑与数学原理［M］.广州：广东高等教育出版社，199 4
［9］梁嘉骅等.医疗诊断专家系统的新思想与新方法［J］.系统工程学报，1999 ，14(1)：83～90
本文原载于《系统工程学报》1999年第4期.
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