Источник: http://www.ipedr.com/vol35/008-ICMAI2012-E00026.pdf
Аннотация: Экспертная система была разработана для того, чтобы определить, что делает эксперт и как сделать эту работу с помощью компьютера. Экспертные системы представляют собой компьютерные программы моделирования манеры мышления специалиста в уникальном контексте. На самом деле, программное обеспечение определяет реалистичную модель, а эксперт принимает решение на его основе, затем они принимают решение на основе шаблонов, как и люди. До сих пор различные экспертные системы были введены в область медицины и это и есть пионер науки. Скорость работы всегда очень эффективна в диагностике и лечении рака пищевода и улучшении условий жизни пациента, но иногда для пациентов нет доступа к врачам-специалистам. Таким образом, проектирование системы, имеющей знания врача специалиста дает диагноз и подходящий метод лечения пациентов, что может обеспечить условия для лечения пациентов на некоторое время. В этой статье представлена экспертная система для диагностики рака пищевода, которая использует оболочку VP-Expert, в котором используются знания, необходимые для диагностики и лечения, которые были сохранены в базе данных на регулярной основе.
Ключевые слова: рак пищевода, экспертная система, диагностика заболеваний, методы лечения.
Введение
Прогрессирование использования информационных технологий, решение систем или в целом решение через компьютер стало очень важным. В этой области экспертные системы имеют основную роль в качестве одной из частей, которая называется искусственным интеллектом. Экспертные системы относятся к специальным наборам программного обеспечения компьютера, которые пытаются помочь человеку специалисту, эксперту или их замена в профессиональных областях [2]. Эти системы обычно сохраняют информацию как "факты" и "правила" в базе данных именно базы знаний, а затем систематически требуют результаты, полученные из этих данных, используя специфические методы умозаключений. Концепция экспертных систем основывается на предположении, что знания экспертов записаны на компьютере и доступны для тех, кто нуждается в использовании этих знаний. Экспертные системы обеспечивают практику в работе или облегчает практику в различных областях, таких как медицина, бухгалтерский учет, управление технологическими процессами, человеческие ресурсы, финансовые услуги и т.д. [1]. Одна из первых экспертных систем в области медицины является "Dendral", она построена Эдуардом Ледербергом - исследователь искусственного интеллекта - в Стэнфордском университете в 1965 году. Функцией этой компьютерной программы был анализ химических веществ. Тестовый элемент может быть с сложным составом из углерода, водорода и азота. У Dendral была возможность моделировать молекулярную структуру элемента при изучении механизмов и информации этого элемента [3]. MYCIN другая известная экспертная система, разработанная в Стэнфорде в 1972 году. Это была программа с емкостью для диагностики инфекций крови путем изучения информации о физических свойствах пациента, а также результатов испытаний. MYCIN иногда может угадать результаты теста раньше прочих [4]. Другая экспертная система в этой области называлась "Centaur", функция которого заключалась в изучении и тестировании дыхания для диагностики заболеваний легких [1]. Целью данной статьи является представление экспертной системы для диагностики и предложение методов лечения рака пищевода. В дальнейшем этот вопрос будет объяснен и после представления вопросов о раке пищевода, процесс создания этой системы и ее компонентов будет указано. Медицинские экспертные системы представляют собой компьютерные программы для решения задач в области медицины с использованием правил, применяемых к врачам-специалистам [16]. Начальная разность между экспертными системами и прикладными программами прошлого в том, что экспертные системы рассуждений используются на основе выводов и дедукции. В распространенных прикладных программах, у нас есть постоянный алгоритм и метод решения проблемы, но в интуитивных методах сложные проблемы могут быть решены путем испытаний и ошибок и желаемый ответ получить не удается. Голова человека была разделена на части так, чтобы каждая часть выполняла свою определенную функцию отдельно. Расстройства или нарушения функций одной части не имеют никакого влияния на другие части [21]. В экспертных системах в таком случае это также наблюдается. Экспертная система заставляет компьютер думать и имитировать метод обучения человека. Поэтому, она пытается привлечь новую информацию и обращается к ней на следующих этапах. Медицинские экспертные системы отличаются функциями от другого медицинского программного обеспечения. Один из аспектов этой разницы, в том что эти системы имитируют рассуждения опытного врача. Во многих случаях, специалист с использованием этого программного обеспечения знает об этих последовательностях рассуждений. Очевидно, что экспертные системы нуждаются в большом количестве медицинских правил и фактов о болезни и условий болезни для того, чтобы представить точный результат [11]. Пищевод транспортирует пищу и жидкость от горла к желудку. Когда человек глотает пищу, мышечные стенки пищевода сокращается и пища попадает в желудок. Железы в пищеводе выделяют слизистую, увлажненяя и шлифуя пищу, которая облегчает прохождение и в частности прием пищи. Пищевод находится именно в задней части трахеи и ёё средняя длина составляет 25 см у взрослых. Рак пищевода является одной из самых смертельных раковых заболеваний [22,17]. Поскольку вряд ли рак может быть диагностирован на начальной стадии, на момент постановки диагноза через время, нет почти никакой надежды на жизнь. Рак пищевода почти без каких-либо признаков на начальных стадиях и редко определяется случайным образом. Проявление симптомов появляется на прогрессивном этапе, которые не могут быть полностью вылечены. Поэтому, должна быть разработана экспертная система, чтобы диагностировать заболевание рака пищевода по наблюдениям за симптомами и система должна предложить типичные методы лечения. Применение экспертных систем имеет следующие преимущества: экспертные системы являются постоянными и стабильными. Другими словами, люди не умирают и не умирают скоропостижно. Экспертная система может состоять из общего опыта и знаний нескольких лиц экспертов. Экспертная система может уточнить направления и этапы рассуждений, которые приводят к выводу. Эксперты не могут часто делать эту функцию во время по разным причинам (усталость, отсутствие желания и т.д.). Эта способность увеличит вашу уверенность в правильности решения. Экспертная система может также использоваться в средах, где существуют трудности и угрозы для человека. Экспертные системы являются быстрыми и ответственными, как можно скорее решают задачи. В чрезвычайной ситуации и необходимости, если человек не может быть в состоянии принять правильное решение, от нервно-психического напряжения или других факторов, то экспертные системы свободны от этих недостатков [9]. Одним из наиболее важных преимуществ экспертных систем является простота и легкое использование в различных географических местах. Другие преимущества, экспертных систем являются следующими:
Доступность, удобная передача знаний, скорость, расходы, понятность, гибкость [13]. Целью выполнения этого проекта привела к применению программного обеспечения системы для достижения всех преимуществ экспертной системы для диагностики заболеваний и предложению метода лечения рака пищевода.
Рак
Заболевание раком влияет на клетки в основных узлах жизненно важных органов. Чтобы лучше определить любой вид рака, необходимо получить информацию о нормальном состоянии клеток, реакциях, что происходят в них, некоторые могут вызывать рак [14]. Организм человека состоит из множества клеток. В естественном состоянии, клетки растут и делятся. Клетки производят больше, когда организм нуждается в них, так что этот процесс поддерживает их нормальными и здоровыми. Тем не менее, клетки продолжают делиться даже тогда, когда нет необходимости в них. Дополнительные клетки могут формировать опухоли, которые являются доброкачественными и злокачественными. Доброкачественные опухоли: не являются раком для нас, часто удаляемые и не рецидивируют после удаления во многих случаях. Доброкачественные клетки не распространяется на другие части тела, и не рассматривается как угроза для жизни. Злокачественные опухоли: являются раковыми и клетки злокачественной опухоли являются ненормальным без контроля и правил. Эти раковые клетки атакуют окружающие ткани и разрушают их. Раковые клетки могут быть отделены от злокачественной опухоли и выведены из циркуляции крови или лимфатической системы. Эта фаза называется метастазированием, что вызывает распространение рака от начальной опухоли к вторичной опухоли по сравнению с другими частями тел [18].
Рак пищевода
В самом деле, пищевод это соединительная трубка между глоткой и желудком, что может вызывать рак этих органов. Рак имеет злокачественную природу. Рак пищевода главным образом зависит от экологических и генетических факторов и стиля питания людей. Рак пищевода является заболеванием, которое происходит в части системы пищеварения соединения глотки и желудка. Эта часть называется пищеводом, которая выглядит как труба. Рак пищевода состоит из двух важных типов на основе злокачественной клетки: плоскоклеточный рак (SCC) и адено карциномы (ACC) [18] SCC которые происходят путем плоскоклеточной клетки, присутствующей в пищеводе и образующихся на верхней и средней части пищевода. Адено карциномы часто встречаются в тканях железы нижней части пищевода. Лечение рака почти одинаково. Если рак распространяется из пищевода, первоначально он почти в лимфатической железе, а затем он может распространиться на печень, легкие и костный мозг. Рак пищевода редко происходит у лиц в возрасте до 40 лет, и процент болезней будет больше в течение следующего десятилетия жизни. Причиной болезни клетки плоскоклеточной карциомы неизвестно, но экологические, пищевые и актуальные факторы были также введены. Алкоголизм и курение являются факторами начальной опасности. В Иране, на юге зоны Каспийского моря это заболевание встречается более чаще, чем в других зонах, что, вероятно, связано с горячим чаем. Другие факторы опасности могут быть: радиация, синдром Палмера Винсона и целиакия. Адено карцинома клетки пищевода может быть у белых мужчин. Доля уязвимостей белых к черным составляет 4:1 и мужчины к женщине 7:1. В кишечнике слизь заменяется нормальной слизью пищевода, что вызывает в результате хронические кислоты и заболевание желчного пузыря [17]. Наиболее важные симптомы рака пищевода являются следующие: общие признаки у большинства пациентов развивается дисфагия (проблема приема), как снижение веса в течение короткого промежутка времени. Дисфагия первоначально связана с твердой пищей а затем она прогрессирует постепенно и включает в себя половину твердой пищи, даже жидкой. Ощущение объема и выступа в горле, боль рассеивается в груди или спине, отрыжка, непереваренной пищи с запахом и икота может быть связана с рвотой и воспалением легких, кровавая слизистая, боль в горле, спины, задней части груди и ниже двух плечей - признаки этого заболевания. Это прогрессирующая болезнь, пищевод постепенно становится более узким. Одним из первых признаков болезни является боль в грудной клетке. Вполне возможно, что человек глотая горячие жидкости страдает от боли в животе. В конце симптомы болезни включают слезотечение (в результате не глотается слюна) и также широко распространены респираторные симптомы. Хрип и грубый кашель вызываются, когда рак проникает в окружающие части. [13,15]
Стадии заболевания
После диагностики заболевания раком пищевода врач должен определить стадию заболевания, чтобы принять решение о методе лечения.
Этап 1: Рак обнаружен только в поверхностных клетках.
Этап 2: Рак существует в глубоких слоях пищевода или прогрессирует в лимфатических железах вокруг пищевода, но не на других участках тела.
Этап 3: Рак проник глубже в слои пищевода или рассеивается в лимфатических узлах вблизи области пищевода.
Этап 4: Рак находится на разных других частях тела, таких как печень, легкие, головной мозг и костный мозг [14,15].
Процесс изготовления экспертной системы
Одним из наиболее обычных методов проектирования использованых производителями экспертных систем является "прототип" метод. В этом методе, системы которые не готовы доставить формально, они даны для пользователей, чтобы получить необходимые изменения обратной связи и необходимые изменения в системе. Этот метод включает в себя три этапа: анализ, проектирование и реализацию, так что они вновь вместе и одновременно [19]. Метод, используемый в данной статье, также "прототип". Для этого, во-первых, цель и задачи экспертной системы определяются, а затем рассматриваются соответствующие исследования и программное обеспечение, аппаратные средства и рассматривается соответствующий опыт. После среды экспертной системы определяется концептуальный анализ и рассматривается проектирование системы. Другими словами, измерение типа вероятности заверщается. На следующем этапе компонентов экспертной системы определяется программное обеспечение, которое может поддерживать элементы системы, что изучены и определены. Наконец, система построена, компоненты и элементы собраны [2,17].
Основные элементы экспертной системы
Экспертная система для диагностики и предположения о заболеваемости пищевода раком, как любая экспертная система, состоит из основных элементов [9,12]:
-База знаний подсистемы управления системой.
-Пользовательский интерфейс подсистемы управления системой.
-Логический вывод подсистемы.
В дальнейшем эти элементы разъяснены в разработанной системе.
Для разработки экспертной системы упоминалась, и была применена экспертная оболочка VP-Expert. Это программное обеспечение было распространено в 1993 году в Америке как инструмент для разработки экспертных систем, основанных на правилах. Некоторые из особенностей этой программы [20]:
• Возможность создания файла базы знаний с помощью обычного рабочего стола.
• Возможность связать цепочку базы знаний друг с другом.
• Автоматическая генерация некоторых вопросов, так что, не зная их ответ, мы не можем получить результат.
• Наличие относительно различных математических функций.
• Наличие реальных или правдивых пороговых уровней.
База знаний подсистемы управления
База знаний или накопитель знаний является местом, где знания экспертной системы сохраняются как закодированные и понятные для системы. В доступе к базе знаний указанной системы, были использованы блоки и диаграммы. Блок-схемы диаграмм, в которых основные функции системы найдены и очень подходят для указания взаимосвязи между факторами и целями [22]. Блок-схема, связанная с диагностикой заболеваемости раком пищевода состоит из трех разделов: теста пищевода, болезни и симптомов, состояние пищевода на первом уровне. На следующей части диаграммы, участок теста пищевода был разделен на пять подразделов: потребление бария, эндоскопия, компьютерная томография, сканирование костей и бронхоскопии [15]. Раздел симптомов болезни был разделен на следующие подразделы: дисфагия, потеря веса, икота, рвота, кровавая слизистая, боль в горле, боль в спине, тыльной стороны груди и боли ниже двух плечей, боли в области грудной клетки, слезотечение, грубый кашель и астма. Блок-схемы не помогают нам в письменном виде как правило [14], потому что у них нет необходимых деталей для этой работы. В этой связи, схему необходимо указать, как отношение между факторами влияющими на цели, указав вопросы, правила и предложения. Зависимая диаграмма является типом схемы, которая подходит для этой цели. Диаграмма является одним из полезных методов для описания и выражения отношений между факторами и целью так, чтобы она четко определяла цели через входящие вопросы и показывала правила и описания, полученные из первого образца [12]. Переменные на диаграмме расположены на линии, а соответствующие решения в треугольниках. Эти решения будут продолжаться с нижних уровней на более высокие уровни, чтобы принять окончательное решение, чтобы эту болезнь диагностировать. Схема была подготовлена с использованием блок-схем при условии [3]. После разработки диаграмм, вопросов и вариантов, пользователь должен самостоятельно определить, отвечая на любой вопрос, которые были указаны, результаты и различные условия, которые пользователь может применять, когда любые вопросы уже определены [8]. После указания типа заболевания раком пищевода значения ГТК и АКК систем, можно предположить, виды терапии для лечения соответствующих заболеваний. Некоторые из доступных правил экспертной системы упомянуто ниже.
Rule assessment_1
If Esophageal_ test=healthy and
Bart_ Esophageal = positive
Sick_sign=acc
Then assessment=more_ scrutiny
Rule assessment_2
If Esophageal_ test=sick and
Bart_ Esophageal = positive
Sick _sign= acc
Then assessment= acc
Rule assessment_3
If Esophageal_ test= healthy and
Bart_ Esophageal = negative
Sick _sign= acc
Then assessment= more_ scrutiny
Rule assessment_4
If Esophageal_ test= sick and
Bart_ Esophageal = negative
Sick _sign= acc
Then assessment= more_ scrutiny
Подсистема умозаключений
Вывод является процессором с соответствующей имеющейся информацией (фактами) в рабочей памяти базы знаний и новых результатов, выводов, которые добавляют его в рабочую память [11]. На самом деле, вывод машины является сердцем экспертной системы. Вывод машины может действовать двумя способами, чтобы вынести приговор: метод рассуждения начинается с данных и делает вывод, что означает, что он начинается с «если» и достигает пригодных «тогда» с учетом соответствующих данных. Другими словами, мы получаем от основ до результатов в настоящей последовательности. Второй способ вывода является то, что он начинается с результатами и ищет подходящие начальные условия для таких конкретных результатов. Иными словами, начальная точка находится в «тогда» и получает «если» от них. Первый способ вывода называется методом на основе данных, а второй называется методом, основанным на цель [5,6]. В разработанной системе экспертов была использована оболочка VP-Expert. Одной из соответствующей функцией этой оболочки является отсутствие необходимости проектировать, так что результат проектирования и разработка экспертной системы будет легче[4].
Управление пользовательским интерфейсом подсистемы
Пользовательский интерфейс определяет набор оборудования и программного обеспечения действующего как пользователь коммуникативного канала и экспертной системы. Другими словами, это дает возможность представления информации в нужных проблемах и создании системы вывода, доступной для системы [10]. VP-Expert оболочка имеет пользовательский интерфейс, где он задает вопросы пользователю, основанные на базе данных системы и на основе этого отвечает, на то, что пользователь дает системе, берутся необходимые выводы и, наконец, дает подходящий ответ пользователю [13].
Заключение
Экспертная система представляет собой компьютерную программу, предназначенную для моделирования возможностей решения задачи на человеке. В этой статье была введена экспертная система, чтобы диагностировать и предложить метод терапии заболеваний раком пищевода. Таким образом, первая цель и задача экспертной системы были определены, а затем соответствующие исследования рассмотрены и определены программное и аппаратное обеспечение, а также описана окружающая среда. После этого анализа SND conceptive дизайн системы были сформированы виды вероятности. Далее, были определены элементы экспертной системы и VP-Expert оболочка определена как программное обеспечение в состоянии поддерживать его элементы. Представили системы, которые могут имитировать поведение эксперта. Одним из недостатков проектируемой системы является то, что нет никакой возможности для клинического исследования и система действует только на основе реакций на пользователя и не может исследовать действительность восприятия ответов от пользователя.