基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计

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硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计作者姓名闫恩亮学科专业生物医学工程指导教师洪文学教授2014年5月 中图分类号：TP182学校代码：10216UDC：510密级：公开工学硕士学位论文基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计硕士研究生：闫恩亮导师：洪文学教授申请学位：工学硕士学科专业：生物医学工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2014年5月授予学位单位：燕山大学 ADissertationinBiomedicalEngineeringDESIGNOFCHINESEANDWESTERNMEDICALEXPERTSYSTEMFORDIABETESBASEDONFUSIONOFMEDICALRECORDSANDMACHINEINFORMATIONLEARNINGbyYanEnliangSupervisor:ProfessorHongWenxueYanshanUniversityMay,2014 燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日 摘要当今社会，糖尿病对人类生命健康造成了严重威胁；中西医结合在防治糖尿病上有明显优势，但是却缺乏规范化的标准，其治疗效果取决于专家经验，而中医专家的学术经验传承和利用，则明显缺乏科学性和完整性；这使得中医学术知识难以更广泛地服务于人民群众。针对这一问题，本文提出了基于医案和机器学习的糖尿病专家系统设计，希望能够将名中医李赛美教授团队的学术经验转化成可传承和利用的科学知识，并集成到专家系统模型中，以实现中医专家诊治知识的实体化，为进一步研究专家系统奠定基础，同时也是探索中西医结合诊治糖尿病专家系统的新途径。在基础理论章节，本文首先研究了中医基础理论，在对阴阳思想、五行学说和五运六气分析的基础上，总结出中医思维的核心：取象比类，而中医诊疗的实质，则是模式识别与推理的结合；然后详细描述了形式概念分析和属性偏序结构图中的各种定义和理论，分析了偏序关系与形式概念分析以及属性偏序结构图的关系，对比了属性偏序结构图相对于概念格的优势所在，并对其在各研究领域的应用，尤其是在数据挖掘方面的应用，进行了总结和预测。接下来，在系统分析与构建部分，本文首先分析了专家系统的整体架构，然后详细描述了将李教授的医案整理、转换成可传承和利用的科学知识的过程，同时以属性偏序结构图算法为基础，建立了医案规则库，并在规则库基础上，建立了相应的系统诊断推理模型。最后，在系统实现部分，本文完成了基于.Net平台的专家系统实现，并展示了该系统的功能和工作流程。关键词：属性偏序结构图；形式概念分析；中医专家系统；数据挖掘；知识表示-I- AbstractInmodernsociety,diabetesmellitus(DM)hasbeenaseverethreattothehealthofpeople;theadvantagesoftreatingandpreventingdiabetesmellituswithcombinationoftraditionalChinesemedicine(TCM)andwesternmedicineareobvious,butatpresent,thereisnostandardizedcriteriaforintegrativetreatmentofDM,andthetreatmenteffectdependsontheexperienceofTCMexperts,whiletheheritageandutilizationacademicexperienceofTCMarelackingofscientificityandintegrity,whichcausingtheacademicknowledgeofTCMisdifficulttoservepeoplewidelyandextensively;andthen,inthispaper,aexpertsystembasedonthefusionofmedicalrecordsandmachineinformationlearninghasbeendesignedtosolvethisproblem.AcademicexperienceofTCMdoctorandprofessorLiSai-meiandherteamhasbeenconvertedintoaheritageandavailablescientificknowledgeinthispaper,andbeenintegratedintotheexpertsystemmodeltoachievethematerializedofdiagnosisandtreatmentknowledgeofTCMdoctor,forfurtherresearchofexpertsystemestablishingthescientificbasisandalsoexploringexpertsysteminthenewwaysforintegrativetreatmentofDM.Inthechaptersofbasictheories,firstly,thispaperhasanalyzedthebasictheoriesofTCM:yin-yang,fivephaseandtheoryoffivecircuitsandsixqi,andbasedontheanalysis,thispaperhassummarizedthekeythoughtofTCM:allkindsofthingsshareseveralspecificattributes,theTCMdiagnosisandtreatmentisjustaprocessofcombinationofpatternrecognitionandreasoning.Andthen,thedefinitionsandtheoremsrelatedwithformalconceptanalysis(FCA)andstructuralpartial-orderedattributediagram(SPOAD)havebeenlistedout,whilethecorrelationbetweenpartial-orderedrelation,FCAandSPOADhasbeenanalyzed.TheadvantagesofSPOADoverconceptlatticehasalsobeenprovidedwiththeirapplicationsinallkindsofscientificresearchfields,andtheapplicationinthefieldofdatamininghasbeenemphasized.Inthechapterofanalyzingandconstructingexpertsystem(ES),theoverallarchitectureofexpertsystemhasbeengivenoutfirstly,andthentheprocessofknowledgeacquisitionfromthemedicalrecordshasbeenintroducedindetail;atthe-II- sametime,theruledatabasehasbeenconstructedbasedonthealgorithmofSPOAD,whilethecorrespondinginferencepatternhasalsobeenputforward.Intheendchapterofrealizingexpertsystem,theexpertsystemhasbeencreatedonthedotnetplatform,withthefunctionandworkflowoftheexpertsystemdisplayedsuccessfully.Keywords:partial-orderedattributediagram;formalconceptanalysis;Chinesemedicalexpertsystem;datamining;knowledgerepresentation-III- 目录摘要...................................................................................................................................IAbstract................................................................................................................................II第1章绪论....................................................................................................................11.1研究背景及选题意义............................................................................................11.2研究现状及存在问题............................................................................................21.3论文研究内容及结构安排....................................................................................3第2章基础理论................................................................................................................52.1中医理论................................................................................................................52.1.1阴阳思想..........................................................................................................52.1.2五行学说..........................................................................................................62.1.3五运六气..........................................................................................................72.2形式概念分析........................................................................................................82.2.1序与格..............................................................................................................92.2.2形式背景与概念格........................................................................................112.2.3概念格构建算法............................................................................................142.2.4概念格应用....................................................................................................152.3本章小结..............................................................................................................17第3章属性偏序结构图理论..........................................................................................183.1偏序与概念..........................................................................................................183.2属性偏序的概念..................................................................................................193.3属性偏序的性质..................................................................................................213.4包含度..................................................................................................................233.5属性偏序结构图..................................................................................................243.6本章小结..............................................................................................................26第4章系统分析与构建..................................................................................................274.1整体分析..............................................................................................................274.2知识整理..............................................................................................................284.3规则库构建..........................................................................................................314.4推理模型..............................................................................................................364.5本章小结..............................................................................................................37第5章系统实现..............................................................................................................385.1系统概述..............................................................................................................38-V- 5.2系统数据库表......................................................................................................405.3系统功能模块......................................................................................................415.4系统工作流程......................................................................................................435.5系统运行展示......................................................................................................445.6本章小结..............................................................................................................49结论................................................................................................................................50参考文献............................................................................................................................52攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果............................................................56致谢................................................................................................................................57作者简介............................................................................................................................58-VI- 第1章绪论1.1研究背景及选题意义糖尿病(DiabetesMellitus，DM)是一种以血浆葡萄糖升高为特征的代谢性疾病，它是由胰岛素分泌异常及其作用失常引起的。据WHO估计，目前我国糖尿病患者[1]可达1.5亿，糖尿病已成为当前我国继心血管疾病、肿瘤、慢性阻塞性肺部疾患之后，第4位对人类生命健康造成严重威胁的非传染性慢性疾病。此外，研究表明，糖尿病患者极易发生冠心病、缺血性或出血性脑血管病、失明、肢端坏疽等严重并发症，其病发频率明显高于非糖尿病人群。2006年5月9日，由卫生部和世界卫生组织联合发布的报告《预防慢性病—一项至关重要的投资》中指出：未来10年如果没有强有力的干预措施，其他慢性病死亡率增加19%，而糖尿病死亡率将增加[2]50%。糖尿病及其并发症已成为严重危害社会和家庭的一种流行性非传染病。而在糖尿病的医疗防治方面，其人力与物力均远远不能满足患者的需求，同时，对糖尿病防治知识的普及，其局面也不容乐观。由于糖尿病中医专家数量相对较少，而不少中、小型及偏远地区医院的医生又缺乏实践诊疗经验，导致糖尿病的诊断失误率居高不下，因此积极开展对糖尿病及其并发症的防治研究及宣传，已成为目前医[3]学界研究的热点。[4]目前的研究认为，中西医结合在防治糖尿病上有明显优势，一方面能够有效改善患者症状，提高患者的生活质量，减少医学开支，另一方面能有效防治糖尿病并发症。但由于中西医在理论及对疾病的治疗手段上存在重大差异，中医辨证论治的传统方法因医生的认知水平及实践经验不同而呈现多样化，导致中医药治疗糖尿病临床研究的质量问题及疗效评价方法和标准没有统一，辨证论治治疗糖尿病也缺乏规范化标准，产生了糖尿病诊疗处方用药随意性大、可重复性较差等严重问题，使得[5]中医药治疗糖尿病的优势和疗效难以得到普遍认同。随着计算机技术的发展及人工智能的进步，很多中医研究者与计算机专家相结合，开始了中医专家系统的研究，把专家系统引入到中医领域；如何将数学理论与工程学方法结合，创立出一种与中医取象比类的思维相符合的算法，并在各种中医症候以及方剂间建立类似于人脑联想思维的关系映射网，同时将其整合成知识导入-1- 专家系统知识库，从而以专家系统来模拟中医专家临床辨证诊断和治疗的过程，成[6]为各领域研究人员的关注热点。基于以上的状况和背景，本文提出设计基于医案与机器学习的中西医结合糖尿病专家系统，简单来说，就是把基于经验的现代名中医医案学习，与基于数据的机器学习原理有机地结合起来，目的在于发现与获取中医专家临床诊疗经验知识，提高广大中医药工作者在中西医临床防治糖尿病及其并发症方面的诊疗水平，同时在系统中也集成了中医的临床电子病历，方便了中医临床数据的保存与查询，对祖国医学的传承与发展有重要现实意义。1.2研究现状及存在问题近三十年来，国内很多专家在构建中医专家系统方面，作了大量的研究工作。1979年我国出现第一个中医专家系统，它就是关幼波诊疗肝病专家系统，这对中医诊疗计算机系统的发展起到了举足轻重的作用。近三十年来，全国先后共有220多个中医专家系统问世。早期的中医专家系统，主要着眼于通过开掘名中医专家的丰富临床经验，快速并且高效地解决问题；在算法和推理方面，主要依赖于一些固[7]化的规则知识，这在某种程度上，背离了中医辨证论治的实质；从模式识别的角[8]度来分析，早期的中医专家系统可分为三种类型：一是基于概率统计算法的专家系统，这种类型的系统采用基于概率识别的算法来构建规则知识，并在此基础上，进行基于概率的规则匹配，主要算法有贝叶斯法则以及复合贝叶斯决策理论等，基于统计的方法容易忽略概率虽小但在中医诊疗中却不容忽视的一些症候信息；二是基于模糊算法的专家系统，这种类型的系统采用基于模糊关系和模糊矩阵的算法来进行规则构建和模式匹配，能够处理不确定的关系，在某种程度上，这与中医辨证思维有相似之处；三是基于智能算法的专家系统，这种类型的系统采用基于知识表示和产生式规则的算法来进行诊断决策，以模拟中医辨证过程。这些算法、思维以及实践模型，为中医专家系统的发展积累了大量的经验，逐步推动着中医专家系统由原始基于固化规则推理的模拟诊断，向高级的基于症候关系映射网的高级智能诊断方向发展。随着人工智能的发展，在20世纪90年代以来，推理机和知识库相分离的第二代专家系统开始获得研究人员的广泛关注；第二代专家系统的知识库内存储的规则不再是静态的，而是可以实现动态更新，同时推理机与知识库相分离，也使得推理-2- 模型的建立更加自由，不再受制于固化的规则；第二代的专家系统，更多采用的是[9]突破传统“专家系统”概念的先进人工智能技术。其中，在知识库构建上，主要采用了人工神经网络、粗糙集理论等较为先进的模糊规则提取方法，而推理机则利用与之相对应的基于近似推理、不确定性推理及分级推理等推理方式的模糊推理模[7][10][11]型。如王学伟运用贝叶斯网络方法血瘀证定量诊断，秦中广运用粗糙集进行[12][13]中医类风湿证候的诊断；田禾、黄振侃采用神经网络算法建立中医辩证模型，[14][15][16]李海鲲利用关系数据库，杨建基于案例推理，薛静锋采用分布式协同方法，[17][18]余江维用不确定性推理方法，建立中医专家诊断系统。王燕针对中医专家系统中知识表示、获取和推理的不确定性和模糊性，提出融合案例与模糊规则的推理机制。国外的有关研究也类似，主要针对中医诊疗系统的构建，或利用语义网络描述中医知识信息，或基于假设-测试的方法作为推理策略，以及基于决策支持系统和模[19]糊推理方法等。如美国RockyMountainHerbal研究所的UrtisJ.Kruse则有中医[9]信息专家系统问世，并采用面向对象的方法来开发有关中医专家系统。综上所述，迄今为止，国内外有关中医诊疗信息系统的研究，总体上依然是从人工智能方法的角度来简单进行应用，没有从根本上解决中医内在辨证论治原理的[9]描述问题。不仅整体研究水平仍然较低，缺乏系统性，而且离临床实用要求还有[20]很大距离。有鉴于前人的理论模型和实践经验，燕山大学洪文学教授在形式概念分析的基础上，对概念格以及Hasse图进行简化，建立了以人类认知为核心的、基于非统计方法的属性偏序结构图理论。该理论在某种程度上，实现了频数分析、因子分析、关联分析、聚类分析的统一；同时，它既通过共有属性凸显了事物的共性，也借由独立属性体现了个性的重要性，克服了基于统计的贝叶斯网络舍弃小概率属性的缺点；另外，由于属性偏结构图的可视化知识组织形式近似于人的认知方式，所以它也解决了人工神经网络知识不易理解、难于学习的问题。基于以上优势与特性，属性偏序结构图理论，有可能为中医专家系统的发展，带来新的契机。1.3论文研究内容及结构安排中医专家系统构建的核心，即在于找到一种能够与中医思维相符合的数学方法，来对现有中医知识进行整理，并建立相应的推理模型。本文在对中医理论进行-3- 系统分析的基础上，介绍了形式概念分析的基础概念及其广泛应用，在此基础上，提出了改进的与中医理论及人类认知模型相符合的属性偏序结构图理论；并以属性偏序结构图理论为基础，建立了相应的专家系统规则库和推理模型，同时也完成了专家系统与用户交互的界面构建工作。本文具体结构安排如下：第一章为绪论部分，介绍了本文的研究背景、选题意义及当今研究现状，并对论文结构作了基本介绍。第二章为基础理论部分，系统阐述了中医基础理论，并介绍了形式概念分析、概念格的基本理论及其在各科研领域的广泛应用。第三章为系统核心算法部分，在分析概念格理论优势、劣势的基础上，提出了本系统的核心理论：属性偏序结构图算法，详细分析了属性偏序的概念及其性质，同时在将包含度理论引入的基础上，提出属性偏序结构图构造算法及其已有的成功应用和广阔的发展前景。第四章为系统分析与构建部分，主要对系统的整体模型、知识获取、知识表示和规则库构建进行设计，并在此基础上，建立了与规则库相适应的推理模型及其匹配算法。第五章是系统实现部分，介绍了系统的整体架构及其开发、运行平台和使用的关键技术，详述了系统现有的功能模块以及数据库表结构，并展示了系统的主要工作流程及其运行效果。最后在结论部分，对本文的设计工作做了总结，指出了其优势所在及目前的不足之处，并对未来的研究发展方向作了规划。-4- 第2章基础理论2.1中医理论中医理论是中国传统文化的精髓，也是古代哲学思维的集中体现。中医学将阴阳五行、天文历法、音律星象、地理物候、运筹演算、人文地理等运用于对生命与人体的认知与调控之中，体现着天人相应、形神统一、阴阳自和、司外揣内、取类比象、辨证论治、未病先防等核心概念、思维方式与临床法则，系统的阐述了人与[21]天地自然之间的关系，维系着中国医学的传承命脉，彰显了中医学的特色与优势。2.1.1阴阳思想阴阳，源于中国古代的天文历法，古人观测物候的循环变化，日月星辰的往复盈亏，认识了世界中对立却又相关的自然规律，再通过进一步的抽象、总结，而产[22-25]生了阴阳的概念。所谓阴阳，是对自然界和社会关系中相互关联的某些事物和现象对立双方的概括，体现了事物对立统一法则。阴阳，既可以标示两个相互对立的事物，也可以标示同一事物内部所存在的相互对立的两个方面。阴阳思想，即是从阴阳对立统一的[24]认识论出发，去探索宇宙间一切事物和生命的继承与变化。在阴阳划分中，阳，代表着积极、进取、刚强等特性和具有这些特性的事物和[26]现象，而阴，则代表着消极、退守、柔弱的特性和具有这些特性的事物和现象。[27]而阴阳的关系，则如图2-1所示。图2-1太极阴阳图-5- 阴阳本为一体，即图中所示太极；太极动而生阳，即图中白色所示区域，呈现轻清、上升的特性；静而生阴，即图中黑色所示区域，呈现沉浊、下降的特性；阳性动，阴性静，静则沉，动则浮，由动而静则升，由静而动则降；太极升降浮沉一[25]周，即体现了阴阳对立统一的关系，也即宇宙万物生长消灭的规律。阴阳学说，作为中医学术理论的基本框架，渗透于中医学的各个方面，用来说明人体的组织结构、生理功能、病理变化，其应用贯串于历代医学家的理论思维和[28]诊疗实践之中。2.1.2五行学说五行学说是我国传统哲学的重要内容，是中国古代用以认识、解释宇宙万物在发生发展过程中相互联系规律的一种学说，同时也是构成中医理论的基本框架。五行的概念，源自中国古代对构成世界五种基本物质的认识，最早记载五行的文献是春秋时期的《尚书·洪范》，其曰：“五行，一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰水。水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。润下作咸，炎上作苦，曲直作酸，从革作辛，稼穑作甘。”早期五行概念产生后，很快便被作为一种分类体系，用以认识与规范自然界和人类社会中的事物，例如；东、南、西、北、中五方，以及春、夏、秋、冬、长夏[25]五季等，它们与五行的对应关系如图2-2所示。南夏浮降火东春木土金秋西水升沉冬北图2-2五行图中医中的五行，并非指木火土金水五种具体物质本身，而是对五行物质不同属性的抽象概括。五行物质，各有属性：木行有温暖、疏泄的属性，火行有炎热、煊-6- 通的属性，金行有凉润、收敛的属性，水行有寒冷、封藏的属性，土行有湿热、运化的属性，属性，即五行物质的功能。五行学说中的相生相克，即是五种属性的生[24]克制化关系。五行相生，可由季节变化来推演：春（木）温→夏（火）热→长夏（土）湿→秋（金）凉→冬（水）寒→春（木）温，此即五行相生的顺序。五行相克，则是五行属性的相互制约。收敛属性制约疏泄属性，所以金克木；煊通属性制约收敛属性，所以火克金；封藏属性制约煊通属性，所以水克火；运化[25]属性制约封藏属性，所以土克水；疏泄属性制约运化属性，所以木克土。中医学中，应用五行学说的属性归类方法与生克制化规律，可从整体角度具体[28]解释人体的生理病理现象，并指导临床诊断和治疗。2.1.3五运六气五运六气，简称“运气”。“运”，指角、徵、宫、商、羽五个阶段的相互推移；“气”，指风、火、暑、湿、燥、寒六种气候的转变。图2-3所示，即是根据《黄帝内经》中关于运气学说的描述，而绘制的五运图。南地户已丙午丁巳分未巽翼张星柳轸鬼坤辰井角天申亢参玄乙觜氐天庚素东卯房毕心黅昴酉西天苍甲尾天胃丹箕娄辛寅天斗奎艮牛壁戌女虚危室丑乾癸亥分子壬戊门北天图2-3五运图五运六气的基本内容，是在中医整体观念指导下，以阴阳五行理论为基础，运用天干地支等符号作为演绎工具，来推论气候变化规律及其对人体健康和疾病的影响。现存中医古籍中最先论述运气学说的是《黄帝内经》中“天元纪大论”、“五运-7- 行大论”、“六微旨大论”、“气交变大论”、“五常政大论”、“六元正纪大论”、“至真[29]要大论”等七篇。其中《五运行大论》中所述：“丹天之气，经于牛女戊分，黅天之气，经于心尾己分，苍天之气，经于危室柳鬼，素天之气，经于亢氐昴毕，玄天之气，经于张翼娄胃”，即如图2-3所示。图中最内层即为五运之气运行走向，次内层为二十八宿，次外层为天干地支以及八卦方位排布，最外层则为天地方位。其中运气、五行与天干之间的对应关系为：苍天之气：木行，角运，丁（少角），壬（太角）丹天之气：火行，徵运，戊（太徵），癸（少徵）黅天之气：土行，宫运，甲（太宫），己（少宫）素天之气：金行，商运，乙（少商），庚（太商）玄天之气：水行，羽运，丙（太羽），辛（少羽）运气学说，即是以上述对应方式，建立起天干地支与阴阳五行之间的映射关系，再结合阴阳五行生克制化之道，从而揭示了天象运转、气象变化与人体生理活动、病理病变之间的关系，体现了“天人相应”这个中医理论与实践的灵魂，以及因时、因地、因人制宜的辨证论治思想。综观以上中医基础理论，我们不难发现，中医理论的核心，在于“取象比类”，同时，这也是整个中国传统文化的精髓所在。取象，即从整体观察出发，着眼于复杂事物的总体外现与发展趋势，运用形象思维，选取典型性事物作为类推基准，其关键，在于发现和利用典型信息；比类，则是从事物大象，即整体性出发，着眼于[30]不同事物的相关性，并建立起基于共同特性的事物关系网。2.2形式概念分析[31]形式概念分析（FormalConceptAnalysis，FCA）是一种从形式背景进行数据挖掘和规则提取的强有力工具，它强调以人的认知为中心，并基于数学序、概念格的定义和性质，从概念外延覆盖和概念内涵覆盖的角度，去认识、解释事物规律以及人类的认知过程，是一种与传统的、基于统计的数据分析和知识表示完全不同的[32]方法。下面所述，即为形式概念分析中的基础定义和数学描述。-8- 2.2.1序与格序结构，是数学领域三大母结构之一，是研究捕获数学排序的直觉概念的各种二元关系的数学分支，也是形式概念分析理论的重要基础。定义2.1关系：设M与N为两个非空集合，若R为有序二元组(m,n)的关系集合，其中mM,nN，即RMN，其中表示笛卡尔积，则我们称R为M与N之间的关系，当MN时，则称之为M上的二元关系。其中(m,n)R可记作mRn。定义2.2偏序关系：给定集合M上的关系R，若所有x,,yzM满足(1)自反性：xRx；(2)反对称性：若xRy且yRx，则xy；(3)传递性：若xRy且yRz，则xRz；则我们称关系R为偏序关系，简称偏序。偏序关系R常用来表示，当xy且xy时，我们还记作x7.0蔡雪英女64少阳证姓名性别年龄证型方剂姚红女70少阳证小柴胡汤,柴胡加龙骨牡蛎汤,柴胡桂枝邹木兰女65少阳证小柴胡汤,柴胡加龙骨牡蛎汤,柴胡桂枝蔡雪英女64少阳证小柴胡汤,桂枝汤,柴胡桂枝汤图4-4临床医案整理格式-30- 电子扫描整理，适用于对以往的纸质印刷体医案进行整理，这种方式需要一台电子扫描仪，并且在电脑上安装“中医印刷体医案识别与归档系统”，该系统由燕山大学生物医学工程研究室郑存芳老师开发，其工作原理如图4-5所示。在开启扫描设备，并启动医案识别系统后，首先把纸质印刷体医案放入扫描仪，在医案识别系统向扫描仪发送扫描指令后，扫描仪会把纸质印刷体医案扫描成电子图片格式，传送到医案识别系统；医案识别系统在收到医案图片后，利用微软MODI文字识别OCR引擎，对图片中特定区域的文字进行识别；识别出的文字信息，经特定算法处理，形成电子医案后，导入医案识别系统数据库。图4-5医案识别系统工作原理该医案识别系统采用了微软MODI文字识别OCR引擎，并在识别过程中利用中药OCR自动纠错机制，对中医中药的合法性进行了校验，其医案存储组织形式也与本系统相似，极大地方便了对未入库的纸质医案的整理。但该方法只能识别纸质医案中的打印体文字，尚不能识别手工书写的注释内容；如果纸质医案中有手工书写的注释内容，需要在医案扫描入库后，由人工将手工内容补充到医案中。系统采集，即是使用本文设计的专家系统，在患者就诊时直接把患者基本信息、症状体征、实验检查项、医技检查项，以及医生给出的中西医诊断和所开具的处方，即时存入系统医案库中。4.3规则库构建当用上述医案整理方法在系统医案库中存储了足够的临床医案后，我们即可开-31- 始着手系统规则库的构建。规则库为专家系统知识库的核心，规则库的构建方式是否符合专家临床诊疗思维，决定了整个系统的诊疗水平。虽然本文所设计的系统为中西医结合专家系统，但鉴于在临床诊疗中，西医知识只作为辅助手段，主体辨证仍为中医方法和思维，所以系统规则库会以与中医思想相一致的方法进行构建。通过第2章中对中医几大基础理论的分析，我们不难发现，中医思维的核心，即在于“取象比类”；而中医辩证，从本质上来说，就是一个基于“取象比类”思维的分类问题。中医专家的临床诊疗经验，即是一种基于“取象比类”思维的直觉性分类知识，其特点是，按事物整体特征相似度分类。中医专家在多年临床诊疗的经验中，大脑中储存了很多经典诊疗医案实例，同时，对这些经典医案实例，又具有一种模糊的直觉映射能力。当遇到一个新病例时，他是由整体特征的相似而映射到脑海中某一过去的病例，并与之比较，这种整体特征相似性，具有很大的模糊和不确定性，不[12]能用严格的逻辑形式描述清楚。传统基于规则推理（rule-basedreasoning，RBR）的专家系统，其规则库中存储的是从专家医案或中医古籍中提取出的以逻辑形式描述的固化的规则，这与中医辨[51]证思维的实质不相符，所以本文所设计的系统规则库中，不存储特定的诊断、推[52]理规则，而是存储经过算法重新处理过的临床经典医案；经过处理过的医案不同于原始医案，而是在其中，隐含了类似于专家大脑思维中直觉映射能力的症候关系映射网。这种症候关系映射网与人类的联想思维类似，不能用严格的逻辑形式描述，却可以可视化的形式展现，供中医研究者学习；临床诊断推理时，系统也可将输入的患者症状信息以类似人类联想思维的方式，与规则库中的经典医案进行匹配，从而实现中医机器诊断效果。为原始医案建立上述所述症候关系网的算法，即是本文第3章中所介绍的属性偏序结构图。图4-6（见于下一页）所示，即是原始医案症候映射关系网的提取过程：流程第一步，数据离散化，即把临床医案数据分解为对象和属性的关系，这一流程在医案整理中已完成，本文所设计的系统诊断，以证型辨证为核心，所以在数据离散化过程中，证型被视为各医案中的对象，而医案中的症状体征、实验检查项、医技检查项，西医诊断、中医方剂、中药、中成药、西药等信息，则被视为属性。-32- 流程第二步，构建形式背景，根据第一步数据离散化的结果，可构建出证型-症状体征、证型-实验检查、证型-医技检查、证型-西医诊断、证型-中医方剂、证型-中药、证型-中成药、证型-西药八个形式背景。这八个形式背景，可用专家系统内集成的形式背景生成工具，自动生成。图4-6规则库构建流程如表4-1所示是利用程序生成的映射湿热证与中医方剂关系的形式背景：表4-1湿热证-中医方剂形式背景四柴胡桂四君四物温胆小柴柴胡加龙麻杏石葛根芩新降糖二陈真武逆枝干姜子汤汤汤胡汤骨牡蛎汤甘汤连汤方汤汤散汤张燕东★★李一伟★★★★★张平珍★★★张寿千★★李越仁★★钟富金★★林成通★张自娟★★★-33- 在表4-1所示的形式背景中，左侧为症状体征、实验检查、医技检查等项不同组合模式下所形成的湿热证，其为形式背景对象；上侧为湿热证中用到的所有方剂，其为形式背景属性，对象与属性的交叉单元格内的“★”表示该对象具有相应的属性，在本形式背景中，则表示该证型模式下，用到了相应方剂；交叉单元格为空，则表示该对象不具有相应的属性，即该证型模式下，没有用到相应的方剂。流程第三步，基于生成的形式背景，生成并显示属性偏序结构图，同时以文本形式导出经过属性偏序算法处理过的对象属性映射关系。图4-6中虚线框中的部分，即是属性偏序结构图的生成过程，包括属性排序、对象聚类的形式背景优化以及创建图元数组和生成文本形式的属性偏序等过程，最终调用图片编辑器显示属性偏序结构图，同时将文本属性序以txt文件形式导出。这一流程以前是人工操作，过程繁琐、费时且易出错，现在已由程序自动实现，该程序由燕山大学生物医学工程研究室李少雄师兄编写，程序是一个基于.Net平台的Excel功能插件，可以系统Excel程序为依托，快捷、方便地完成属性偏序结构图的构建，其运行效果如图4-7所示。在偏序结构图所添加的工具菜单下，可以生成属性正序结构图、属性反序结构图、对象正序结构图、对象反序结构图、最简模式正序结构图，还可以使用多尺度查看正序图功能，对结构图进行分解查看。图4-7偏序结构图生成工具而图4-8所示，则为湿热证-方剂属性偏序结构图。图4-8中，每一条从上到下的支路即为一个对象，其中的节点则为该对象所含有的属性，其释义则如图右侧文-34- 字所示；在每个对象支路中，位于上层的属性一定比其下层的属性具有更高包含度或对象覆盖度，在模式匹配过程中，也就具有更高的匹配权值。而图4-8所示的偏序结构图的文本属性序则导出成如下形式：o1：张寿千|葛根芩连汤,温胆汤o2：李越仁|葛根芩连汤,温胆汤o3：张平珍|葛根芩连汤,小柴胡汤,柴胡加龙骨牡蛎汤o4：钟富金|葛根芩连汤,新降糖方o5：张自娟|葛根芩连汤,二陈汤,真武汤o6：李一伟|温胆汤,小柴胡汤,柴胡加龙骨牡蛎汤,四逆散,麻杏石甘汤o7：张燕东|四君子汤,四物汤o8：林成通|柴胡桂枝干姜汤图4-8湿热证-方剂属性偏序结构图通过观察，我们不难发现，经过属性偏序算法处理的对象和属性，其属性次序发生了变化，而本文所设计系统，诊断的关键即在于基于这种属性次序的模式匹配。将各形式背景生成属性偏序结构图并导出如上格式的文本属性序，再以程序重新合成医案，导入系统规则库，即可在医案中形成类似人类大脑联想思维的症候关系映射网，供系统诊断进行推理、模式匹配。在中医临床诊断中，专家的经验是随时间累积而不断变化的，所以专家系统知识库中医案症候关系映射网也不能固化，要能够随系统医案的不断扩充而动态更新，才更接近中医辨证的本质。-35- 4.4推理模型专家系统的推理机是和知识库相匹配的，想要建立适合于系统知识库的推理模型，首先要分析规则库中医案知识的存储规律。在知识库构建过程中，本文已经提到，中医辨证诊疗的过程，是基于人脑直觉映射能力的模式识别，同时存在着某种程度上的推理，所以在规则中，我们存储的是专家临床经典医案，并在其中隐含了类似于专家大脑思维中直觉映射能力的症候关系映射网。在规则库中，医案中隐含的症候关系映射网，是以证型为对象，症状体征、实验检查、医技检查等为属性的属性偏序关系，所以本文所采用的系统推理过程，也是以证型为核心，利用属性偏序进行模式匹配、推理，并依据8421法则，赋予不同层次属性特定的权值，计算出匹配度，其模型如图4-9所示。模型第一步，即是诊断数据的属性提取。本文所设计系统为中西医结合专家诊断系统，所以除中医症状体征外，还有西医的实验检查、医技检查信息，均需要进行属性提取。诊断数据属性匹配诊断结果待b1b2b3bk证型症状匹配体征属性属性…匹配匹配度提取结果实验规则…检查属性a1a2…a3an中医病名权值q1q2q3qn西医诊断医技匹配度:MD=(qi*pij)*m/k,检查若bj匹配ai,则pij=1;若bj不匹配ai,则pij=0i(1,2,…,n);j(1,2,…,k);m—匹配个数处方医案症候映射关系提取规则库医案(证型-症状体征、证型-实验检查、证型-医技检查等映射关系网)图4-9系统推理模型属性提取完成，即可进入属性匹配环节，其匹配过程和匹配度计算方法如图4-9所示。其中，待匹配属性链，是从诊断数据中提取的属性集合，包括症状体征、实验检查、医技检查三个属性链；规则属性链，是从规则库医案中提取出，包括症状-36- 体征、实验检查、医技检查、西医诊断、方剂、中药、中成药、西药八条属性链；整个匹配流程，即是诊断数据三条属性链分别与规则中相应的属性链进行匹配，获取相应的证型、匹配度，再以证型获取相应的中西医诊断和处方，匹配完成后，将匹配结果输出到诊断结果。诊断结果的匹配度，是由症状体征、实验检查、医技检查三项各自的匹配度，经过加权平均来计算的，其计算方法如公式(4-1)所示：MDMDQMDQMDQ(4-1)SYNSYNINSINSMTIMTI式(4-1)中，MD为诊断结果总匹配度，MDSYN为症状体征匹配度，MDINS为实验检查匹配度，MDMTI为医技检查匹配度；QSYN为症状体征诊断权值，QINS为实验检查诊断权值，QMTI为医技检查诊断权值，三项诊断权值取自系统参数配置，可由专家根据临床诊断效果实时配置修改。4.5本章小结本章首先对专家系统进行了整体分析，介绍了专家系统的基本构成以及各部分的功用；然后在知识整理部分，分析了知识整理的基本原理，并详述了本文设计的系统的医案整理方法以及流程；医案整理介绍过后，在对中医辨证思维分析的基础上，完成了系统规则库的分析及构建；在推理模型部分，提出了与规则库相适应的系统推理模型，并给出了诊断结果匹配度的计算方法。-37- 第5章系统实现5.1系统概述中西医结合糖尿病专家系统（ChineseandWesternMedicalExpertSystemforDiabetes），其主要功能有三个：采集门诊临床医案，机器诊断辅助医生诊疗和实现临床医案的存储、检索等管理工作。本系统以李赛美教授临床诊疗医案为原始数据，利用属性偏序结构图算法，构建了存储经典医案的规则库，并在其中隐含了类似于人脑联想思维的证候关系映射网；同时结合数据库技术、面向对象编程思想以及软件工程的相关知识，实现了基于.Net平台的中西医结合糖尿病专家系统。为方便系统的后续维护及二次开发，本系统采用经典的软件三层架构，将系统分为数据访问层（DataAccessLayer，DAL）、业务逻辑层（BusinessLogicLayer，BLL）和用户界面层（UserInterface，UI），成功实现了系统推理机、知识库以及界面呈现功能的分离。在上述三层之外，还定义了一个实体层（Model层），用于封装数据，方便三层之间数据的传递，为DAL、BLL和UI层所共享。其整体架构如图5-1所示。图5-1系统三层架构(1)实体层严格来讲，实体层并不算独立的一层，它主要负责定义各种对象实体来封装数据，实现数据在UI层、BLL层和DAL层的整体传递，所以本文并没有将它视为三层架构之一。本系统在实体层主要定义了症状体征（SynData）、实验检查（InsData）、医技检查（MTIData）、方剂（Formula）、中药（Drug）、西药（Medicine）、用户（User）、患者（Patient）、就诊记录（Record）、诊断规则（Rule）等实体对象-38- 来封装系统的业务数据，供DAL层、BLL层和UI层传递调用。(2)数据访问层数据访问层负责与数据库进行交互，最终以动态函数库（ExpertSystemDAL.dll文件）的形式呈现。本系统数据访问层采用ADO.NET技术来实现对数据库的增删改查。ADO.NET起源于ADO（ActiveXDataObjects），是以前微软公司进行数据访问的类组，后来在.NET环境下进行了扩展，它使开发人员能够以相似的方方法来访问MicrosoftSQLServer（MSSQL）、Oracle、MySQL、Access、OLEDB以及ODBC等各种数据源，极大地简化了系统开发过程中的数据访问编程，同时也能够方便、快捷地实现不同数据库服务器之间的系统迁移。本系统数据访问层的主要功能是将数据库的数据转化为相应实体，并传送给业务逻辑层；同时接收从业务逻辑层传送的实体数据和指令，并转化为对数据库的增删改查等基本操作。本系统在数据访问层中，定义了症状体征（SynDataDAL）、实验检查（InsDataDAL）、医技检查（MTIDataDAL）、方剂（FormulaDAL）、中药（DrugDAL）、西药（MedicineDAL）、用户（UserDAL）、患者（PatientDAL）、就诊记录（RecordDAL）、诊断规则（RuleDAL）等函数对象来分别对数据库中的相应表数据进行操作。(3)业务逻辑层业务逻辑层的主要功能是对具体问题进行处理，它负责接收UI层传送过来的数据实体或相关指令，经过相应业务处理后，再将数据实体传送给数据访问层，通过调用数据访问层实现对数据库增删改查等操作，业务逻辑层最终也以动态函数库（ExpertSystemBLL.dll）的形式呈现。本系统在业务逻辑层定义了症状体征（SynDataBLL）、实验检查（InsDataBLL）、医技检查（MTIDataBLL）、方剂（FormulaBLL）、中药（DrugBLL）、西药（MedicineBLL）、用户（UserBLL）、患者（PatientBLL）、就诊记录（RecordBLL）、机器诊断（RuleBLL）以及打印（PrintBLL）等函数对象来实现系统相应的业务操作。(4)用户界面层用户界面层的主要功能是系统与用户的交互，它负责采集用户输入的数据，将其封装为实体，然后和相应的操作指令信息一同传送给业务逻辑层，并接收业务逻辑层处理完成后传送过来的数据，然后将结果以可视化的方式呈献给用户，用户界面层最终被编译成可执行的程序（ExpertSystem.EXE）。本系统的用户界面层采用WPF（WindowsPresentationFoundation）技术构建，-39- 它是微软推出的基于.NET平台的用户界面框架。WPF是微软新一代图形界面系统，必须运行在.NETFramework3.0以上的版本下，它以XAML（eXtensibleApplicationMarkupLanguage）文件的形式来组织界面构建，实现了美工与软件开发人员工作的分离；同时以数据驱动UI的方式代替传统GUI界面的windows消息机制，改变了数据与UI的从属地位，使得数据处理机制更加灵活、方便。本系统在UI层创建了登录窗体（LoginWindow）、主窗体（MainWindow）、诊断窗体（DiagnosisWindow）以及其他多个数据维护窗体（RuleWindow、SynDataWindow、InsDataWindow、MTIDataWindow、FormulaWindow、DrugWindow、MedicineWindow、UserWindow、PatientWindow、RecordWindow等）来实现系统所有业务的呈现工作。5.2系统数据库表图5-2所示，即为整个专家系统数据库表的整体结构：图5-2系统数据库在上图所示数据表，其各自功能表述如下：系统参数表，主要存储性别、症状体征分类、实验检查分类、医技检查分类、西医诊断分类、中药分类、实验检查数值单位、中药剂量单位、成药剂量单位、症状程度、诊断效果、实验检查评价等系统运行基本数据；症状体征表、实验检查表、医技检查表，主要存储常用的症状体征、实验检查-40- 项以及医技检查项信息，方便就诊时的数据录入；西医诊断表，存储了常见西医病名项信息，便于在患者就诊时，医生快速给出西医诊断信息；常用方剂表，存储了常用的中医方剂信息，包括方剂名以及方剂组成，医生在为患者开具处方时，可直接通过方剂名，从方剂表调出该方剂所包含的所有中药及其剂量；常用中成药表、常用中药表、常用西药表，存储了临床常用的中药、中成药、西药的药名、常用剂量以及服用方式等信息，医生为患者开具处方时，可根据药名直接调取这些信息，方便了就诊时处方的开具；系统用户表，存储了当前系统中所注册的所有用户信息；操作日志表，记录了所有用户在系统的登陆记录以及关键的操作信息；患者信息表，存储了所有就诊患者的姓名、出生日期、既往病史、病程、联系方式等基本信息；就诊记录表，记录了患者每次就诊时的症状体征、实验检查、医技检查等诊断数据，以及专家给出的中西医诊断和开具的处方信息；诊断规则表，为整个系统知识库的核心所在，存储了经过属性偏序结构图算法处理过的患者医案信息，其中包含着症状体征-证型、实验检查-证型、医技检查-证型、证型-方剂、证型-中药、证型-中成药、证型-西药之间的映射信息，供机器诊断推理调用。本系统的数据库目前配置在本地计算机上，如有必要，可将数据库迁移到远程服务器上，通过修改系统数据库配置文件即可快速实现专家系统从本地架构向C/S架构转化。数据库服务器采用MicrosoftSQLServer2008，它是运行于Windows操作系统和数据平台上的一个高性能数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS），能够存储各种非结构化、半结构化以及结构化的数据，并实现对这些数据的检索、查询、分析、报告等操作；与基于多进程客户/服务器结构的DBMS不同，它采用多线程的客户/服务器架构，服务运行时，只启动一个进程，并以线程方式响应用户数据请求，这种结构比多进程架构系统更能节省资源。5.3系统功能模块本系统功能主要包括五个基本模块：系统管理、用户管理、记录管理、知识管-41- 理以及诊断管理，其整体关系如图5-3所示：图5-3系统功能模块图每个基本功能模块下又各自有相应的子功能，现分述如下：(1)系统管理系统管理只面向管理员用户开放，主要有两项功能：系统参数管理以及操作日志管理。系统参数管理用于维护系统运行、病历书写以及进行诊断所需的基本数据，包括性别、症状体征分类、实验检查分类、医技检查分类、西医诊断分类、中药分类、实验检查数值单位、中药剂量单位、成药剂量单位、症状程度、诊断效果、实验检查评价等基础数据的增删改查。操作日志中记录了所有用户的登录、退出时间以及其他对系统、患者、医案和诊断信息的相关操作，拥有管理员身份的用户可根据条件查看所有用户的操作信息，并可将其导出到Excel中，也可定期对过期日志进行删除或清空。(2)用户管理用户管理模块主要负责对系统用户进行增删改查，系统用户分为两类：管理员和普通用户。普通用户可操作知识管理模块下的所有功能，以及记录管理和诊断管理两模块下的部分功能，但不能操作系统管理和用户管理功能；管理员可访问系统的所有功能，并具有把普通用户升级为管理员的权限。(3)记录管理记录管理模块主要包括两项功能：患者信息管理和诊断记录管理。患者信息管理实现对患者信息的查询、修改以及删除操作，同时也可以将患者-42- 信息导出到Excel。诊断记录管理包括对所有患者就诊记录的查询、修改、删除、导出操作，用户可根据多种条件对诊断记录进行复合检索，并可将检索的结果导出到Excel；诊断记录导出功能除了可以导出为普通医案数据外，还可直接导出为形式背景，方便了统计、科研以及规则库的生成。(4)知识管理知识管理模块主要有两项功能：基础数据管理和规则知识管理。基础数据管理实现对诊断基础数据的维护，包括症状体征库、实验检查库、医技检查库、西医诊断库、方剂库、中药库、中成药库以及西药库等诊疗数据的增删改查；规则知识管理用于管理系统经典医案内部的症候关系映射知识。(5)诊断管理诊断管理为系统核心功能，包括数据录入以及诊断输出两项功能。数据录入包括患者基本信息录入以及症状体征、实验检查、医技检查等诊断数据的录入。诊断输出包括根据诊断数据给出中西医诊断，依据诊断开具处方，以及病历数据的打印、存储等操作。5.4系统工作流程本系统的工作流程如图5-4所示，主要分为三大部分：用户输入、系统推理以及诊断输出。图5-4系统工作流程图-43- 用户输入部分，主要负责采集患者的症状体征、实验检查、医技检查等信息。患者就诊时，首先由医生或者助手录入患者基本信息；同时对患者进行问诊，根据患者主诉，获取患者症状体征信息，症状体征信息的录入包括症状体征的名称及其程度；如果患者做了医学检查，还可选择录入患者实验检查和医技检查信息；输入层录入的症状体征、实验检查、医技检查项，为系统推理的基础，所以输入格式务求标准、规范。系统推理部分，为整个系统工作的核心所在，系统根据输入层录入的患者症状体征、实验检查、医技检查等信息，在系统规则库中进行检索、推理、匹配，获取可能的证型，并由患者证型判断、推理出患者的中医病名以及西医诊断，同时给出参考处方信息，处方包括中医方剂、中药、中成药以及西药。诊断输出部分，负责显示系统诊断推理的参考结果，并显示每个参考结果的量化匹配度；医生可直接采用系统参考结果，也可在参考结果基础上进行修改，同时也可以不采用参考结果而重新给出自己的诊断结果和处方；医生最终的选择结果和处方会被存入系统医案记录，从而成为系统规则库新的数据源。5.5系统运行展示(1)登录界面(图5-5)使用本系统需要一定的身份验证，图5-5所示即为系统登录界面。图5-5系统登录界面已有用户可输入用户名和密码，直接登录进入系统主界面；新用户需先点击注册按钮，注册完信息后，再以新注册的用户名和密码进行登录。(2)主界面(图5-6)登录成功后，即进入如图5-6所示系统主界面。-44- 主界面上部为系统工具栏，用于系统维护，其中用户管理、操作日志、患者查询以及医案（诊断记录）管理功能需要以管理员身份登录，才可访问，普通用户登录时，以上功能按钮不可见。图5-6系统主界面系统工具栏下部是患者信息录入区，同时也是诊断页面入口，图5-7所示，即为进入诊断界面流程。图5-7进入诊断界面流程图对于初诊患者，需手工输入患者姓名、性别、出生日期、就诊日期、既往病史等信息，然后点击“进入诊断”按钮，即进入诊断页面，在此过程中，患者信息会自动保存入患者基本信息库；如果系统内已存在同名患者，进入诊断页面前，系统会询问，是否确定为初诊，若是，则保存一份新的同名患者信息，若不是，则按照-45- 复诊流程进行；而复诊患者，只需录入患者姓名，点击复诊单选按钮，即可自动调取该患者信息，并显示到界面，然后点击“进入诊断”按钮，进入诊断页面。(3)诊断界面(图5-8)如图5-8所示即为系统诊断界面，也是系统核心功能所在，该界面集成了医案采集和机器诊断两项功能，即可为丰富规则库增添新医案，又可通过机器诊断与专家意见对比，对系统推理模型参数进行修正。图5-8系统诊断界面诊断界面上部为工具栏，下部左侧为数据输入区，通过鼠标点选或键盘输入等方式，可将患者症状体征、实验检查、医技检查等数据录入系统，并显示在右侧诊断数据显示区。图5-9所示为症状体征数据的批量点选录入与录入数据的显示效果。图5-9症状体征录入-46- 双击症状体征树中的症状分类，即可弹出图5-9左侧所示的选择症状对话框，选择症状复选框和相应的程度单选按钮之后，点击添加按钮，即可把症状体征数据录入系统，并显示在如图右侧所示的诊断数据区。如果录入错误，还可在右侧数据显示区进行修改或删除、清空操作。诊断数据录入完成后，用户点击工具栏机器诊断按钮，即可获取图5-10所示的系统诊断结果：图5-10机器诊断结果如图5-10所示，系统会将参考结果整体信息以树形形式显示在左侧区域，包括中医诊断、匹配度等信息，双击树形参考结果，可在右侧查看参考结果的中西医诊断、处方等详细信息。专家可在系统所给参考结果基础上进行修改，也可清除系统参考结果，重新给出诊断，诊断完成后，可打印出纸质病历，同时将电子病历存入系统医案库。图5-11所示，为系统的打印页面截图。以上所示，即为本专家系统的机器诊断和临床医案采集功能，至于其他的知识和规则维护功能，在系统主界面工具栏，点击相应的按钮，即可进入系统的参数设置、症状体征、实验检查、医技检查、患者和用户信息、就诊记录等数据维护界面。由于论文篇幅所限，其他功能就不再一一展示。总结来说，本文已经在.NET平台上，初步实现了基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统的规则库、推理模型以及用户接口设计，至于后续维护，尚-47- 需进一步研究和提高。图5-11专家系统打印报告单-48- 5.6本章小结本章首先在系统概述部分，讲述了中西医结合糖尿病专家系统运行平台和三层架构，并对三层的功能以及所采用的关键技术进行了详细介绍；然后，在系统数据库部分，详细列出了专家系统的数据库表结构以及每张数据表的相关功能；接下来给出了专家系统的功能模块图，并对每个功能模块的功用作了介绍和分析；最后展示了系统核心的工作流程，并以界面形式，显示了系统运行效果。-49- 结论中医学是中华民族的优秀文化遗产，是中国传统文化和知识体系的重要组成部分，其传承和发展已经成为展现中华文明的重要载体。中医经典知识以及名中医学术、诊断经验，是中华民族特有的高级智能资源，有着其鲜明的学科特点和无可替代的学术地位。对中医经典知识以及名中医学术、诊断经验的传承，是当今中国，乃至整个世界，亟需解决的重要研究课题。本文结合糖尿病中西医临床诊断的需求，对基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统做了深入研究。在已有属性偏序结构图算法及其生成工具，以及广州中医药大学李赛美教授团队所提供的临床医案基础上，本文完成了以下创新性工作：(1)将属性偏序结构图算法引入到专家系统，以该算法构建系统的诊断规则库，该算法的构建原理与人的思维方式近似，并能够以可视化的形式将规则展现给使用者；(2)专家系统规则库内存储的不是固化的规则，而是经过属性偏序结构图算法处理过的临床经典医案，医案内隐含着类似于人脑联想思维的症候关系网，这种方式既能够保证机器诊断过程与中医辨证思维的一致，也能够实现规则库的动态更新；(3)初步完成了与李赛美教授医案相适应的中医知识库模型构建，实现了以结构化方式存储中医临床医案，并能够快速转换为需要的形式背景，供科研以及规则库构建使用；(4)初步实现了利用属性偏序结构图算法将临床医案转换为可供机器诊断使用的规则，并完成了相应的规则库结构模型和推理模型的构建。在此基础上，本文还完成了以下工作：(1)对过去的未入库的临床电子医案进行了整理，完成了医案数据的离散化以及对象构建和属性提取，使其能够以规范化的格式导入系统医案库，并能够借助于自己编写的形式背景生成工具，自动生成形式背景，以供规则构建或人工科研使用；(2)利用C#编程语言，实现了基于.Net平台的形式背景生成工具，可以将规范格式下的医案数据或其他数据，快捷、方便地生成形式背景，省去了人工构建形式-50- 背景的繁琐工作，节约了医案整理时间；(3)以VisualStudio2010为编译工具，利用C#编程语言，初步实现了基于.Net平台的中西医结合糖尿病专家系统，该系统可用于采集临床门诊病例，也初步实现了机器诊断功能，并能对一些中西医基本知识进行维护；同时系统内嵌入了自己编写的形式背景生成工具，能够将系统存储的医案直接导出为形式背景。由于时间和水平所限，本文所设计的系统，尚有许多不足之处，可望在未来进一步研究中，对其进行改善，其未来研究发展方向应该为：(1)完全自动化的从临床医案到规则医案的转化，不需人工干预；(2)由本机程序向基于C/S架构的程序转变，以实现远程临床医案数据共享；(3)扩展与医院HIS、LIS、PACS等的数据接口，方便获取患者基本信息以及实验检查、医技检查项等信息；(4)开发基于B/S架构的网页系统版本，降低对使用对象的计算机配置要求；(5)开发基于移动通讯设备的专家系统版本，实现基于互联网的移动远程医疗。-51- 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致谢光阴似箭，时光荏苒，不知不觉间，三年研究生生涯已临近终点；随着时间推移，曾经的年少轻狂，也在成长的不经意间，渐渐消失不见。感谢三年来共居一室的舍友们，怀念我们一起经历的无数次海边畅饮和月夜卧谈；同时也感谢在实验室一起学习和交流的同伴们，有你们一路相伴，生活充满了欢笑与温馨，心情亦少了些许烦乱。感谢李少雄、栾景民师兄在本课题中以及生活中的耐心指教，你们的经验指导，让我获益匪浅；也感谢郑存芳老师在软件设计过程中所给予的帮助，您在界面方面的设计天赋，让我望尘莫及、望洋兴叹。感谢宋老师，谢谢您在学习和生活中的关心和帮助；同时也感谢洪老师，谢谢您的悉心栽培，我钦佩于您的充沛精力、敏捷思维以及严谨学风，同时也感激您所提供的理论框架以及实践平台，使我能够在自己喜欢的领域有所发展。更感谢一直以来默默付出的父亲、母亲和姐姐们，谢谢你们对我从小到大的关心、支持、包容和无私奉献，是你们给我信心和勇气，在生活中去克服困难、勇往直前！-57- 作者简介姓名：闫恩亮性别：男出生日期：1989年03月民族：汉族籍贯：河北邯郸学历简介：2007年09月考入燕山大学电气工程学院生物医学工程专业，2011年07月本科毕业并获得工学学士学位。2011年09月至2014年06月，就读于燕山大学电气工程学院生物医学工程专业，攻读工学硕士学位。研究方向：中医专家系统、形式概念分析、属性偏序结构图-58-