人工智能在醫(yī)療中的應用

1、人工智能 醫(yī)療中的應用,,在,,,www.themegallery.com,,,www.themegallery.com,目錄,概述,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng),達芬奇機器人,展望,4,1,2,3,人工智能與醫(yī)療,www.themegallery.com,概述 ——AI,,,,AI的三個主要分支研究領域,智能機器人,就人類對外界某一特定環(huán)境中的客體、過程和現(xiàn)象的識別功能進行自動模擬的科學技術。,在某領域內具有專

2、家水平，模擬專家的思維活動，推理判斷，求解專門問題的計算機程序系統(tǒng)。,,ES,,PR,,IR,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——概念,運用專家系統(tǒng)的設計原理與方法，模擬醫(yī)學專家診斷、治療疾病的思維過程編制的計算機程序，它可以幫助醫(yī)生解決復雜的醫(yī)學問題，作為醫(yī)生診斷、治療的輔助工具。,,50年代,,60/70年代,,80/90年代,,現(xiàn)在,,,,History,Ledley CAD1976

3、Shortliffe MYCIN,1982 Miller Internist- Ⅰ1991 Barnett 解釋軟件,………………,1954 美國錢家其 放射治療1959 美國Ledley 數(shù)學模型,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——歷史回顧,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin,,咨詢子系統(tǒng),靜態(tài)數(shù)

4、據(jù)庫,非精確推理,,,,,簡介,組成,工作原理,Mycin,,,控制 策略,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin簡介,由Stanford大學1972年開始研制，74年基本完成并投入實際運用的對細菌感染疾病的診斷和治療提供咨詢的計算機咨詢專家系統(tǒng)。,典型的產(chǎn)生式系統(tǒng)，由規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫和控制系統(tǒng)三個部分組成；基于規(guī)則的推理采用逆向方式。,MYCIN系統(tǒng)試圖用產(chǎn)生式規(guī)則的形式體現(xiàn)專家的判

5、斷知識，以模仿專家的推理過程。,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin組成,01 02 03 04 05 06 07 08,Year,咨詢開始,咨詢結束,信息流及信息流控制流程圖,咨詢子系統(tǒng),解釋子系統(tǒng),,,,,INTERLISP語言包含200條關于細菌血癥的規(guī)則識別大概50種細菌擴展、改進后

6、可以診療腦膜炎,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin咨詢子系統(tǒng),Mycin系統(tǒng)上下文,CURCULS 正在從中分離細菌的培養(yǎng)物CURDRGS 目前從培養(yǎng)物中分離出的細菌OPDRGS 在最近治療過程中病人已服用的抗生素藥物OPERS 病人正在接受的治療PERSON

7、 病人狀況POSSTHER 正在考慮的處方PRIORCULS 以前取得的培養(yǎng)物PRIORDRGS 病人以前服過的抗生素PRIORORGS 以前分離的細菌,PROPPTNAME AGE SEXREGIMEN,PROPCULSITE,PRODGRG IDENT,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

8、 ——Mycin咨詢子系統(tǒng),上下文樹,臨床參數(shù) ：值與可信度﹝-1,1﹞ 規(guī)則形式：內部與外部逆向推理：跟蹤參數(shù),醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin咨詢子系統(tǒng),REGIMEN,目標規(guī)則,前提參數(shù),規(guī)則,前提參數(shù),……,已知參數(shù),,,,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫,1,2,3,規(guī)則特性,參數(shù)

9、屬性,函數(shù),上下文特性及其他,4,規(guī)則特性,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫1,PREMISE 規(guī)則的前提部分； ACTION 規(guī)則的操作部分；CATEGORY 規(guī)則按上下文類進行分類，每條規(guī)則只能用于某幾個上下文類， 這樣可以便于調用；SELFRE

10、F 規(guī)則是否是自我引用，如是自我引用則為1，反之則為0。,參數(shù)特性,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫2,Mycin系統(tǒng)上下文,CURCULS 正在從中分離細菌的培養(yǎng)物CURDRGS 目前從培養(yǎng)物中分離出的細菌OPDRGS 在最近治療過程中病人已服用的抗生素藥物OPER

11、S 病人正在接受的治療PERSON 病人狀況POSSTHER 正在考慮的處方PRIORCULS 以前取得的培養(yǎng)物PRIORDRGS 病人以前服過的抗生素PRIORORGS 以前分離的細菌,PROPPTNAME AGE SEXREGIMEN,PROPCUL

12、SITE,PRODGRG IDENT,參數(shù)特性,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫2,對每個參數(shù)的一組屬性,MEMBEROF--相應的參數(shù)組的名稱(例如PROP-CUL)VALUTYPE--參數(shù)的類型(單值、是非值、多值) EXPECT--所期望的參數(shù)取值范圍當MYCIN需要一個單值或“是非”值參數(shù)時詢問用戶的問句，例如 (Enter the identity

13、 (genus)of *∶),,,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫3,,,,,,,用于前提部分的簡單函數(shù),用于操作部分的函數(shù),專門函數(shù),最常用的是CONCLUDECONCLUDE把病人數(shù)據(jù)三元組連同可信度存入動態(tài)數(shù)據(jù)庫,對動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的關于病人的數(shù)值求值，并回答一個真值KNOWN b) SAME c ) DEFIS d) LESSEQ,查找靜

14、態(tài)數(shù)據(jù)庫中的知識表，建立可被規(guī)則的前提利用的臨時數(shù)據(jù)結構。,函數(shù),醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫4,,,,,,,,,每種上下文有10種特性儲存在靜態(tài)數(shù)據(jù)庫。每當一個上下文被例示時，就要用到這些特性。這些特性也用于檢驗一個規(guī)則是否可用于合適的上下文,表和圖表，它們可被規(guī)則所引用。細菌類別表、無菌部位表、非無菌部位表……,,上下文特性,,其他靜態(tài)數(shù)據(jù),ASSOCWITH,醫(yī)療

15、診斷專家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,CF[h，e]=MB[h,e]-MD[h,e],=x, 表示由于觀察到證據(jù)e，對假設h的相信程度增加了x,=y, 表示由于觀察到證據(jù)e，對假設h的相信程度減少了y,由于MB、MD ∈ 〔0,1〕，所以CF ∈ 〔-1,1〕 CF>0，表示系統(tǒng)相信的假設成立；CF<0，表示反對這個假設的證據(jù)更多一些，系統(tǒng)相信假設不成立。,證據(jù)組合

16、—case1,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,同時給定兩個觀察s1和s2對一個假設的相信和不相信程度的量度計算公式： 0 ， 若MD[h,s1&s2]=1MB[h,s1&s2]=

17、 MB[h,s1]+MB[h,s2]*(1-MB[h,s1] ， 其它,,第二個觀察所能增加的相信程度的最大值,,按只有第二個觀察時對h的相信程度進行調節(jié),證據(jù)組合—case2,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,假設的合取和析取的可信度也可以從MB和MD的組合來計算：MB[h1&h2,e]=min(MB[h1,e],MB[h2,

18、e]) MB[h1orh2,e]=max(MB[h1,e],MB[h2,e]),證據(jù)組合—case3,MB[h,s]=MB′[h，s]* max(0，CF[s,e]),,證據(jù)s完全可信時對h的相信程度,,使我們相信證據(jù)s的觀察,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,問題：如何把人類所用的術語轉換成可信度的數(shù)值。例如“這是很可能的” 這樣的語句所相應的可信度應

19、是多大? (2) 如何對不同的人所使用的尺度進行標準化。 (3) 如何反饋到數(shù)據(jù)庫以改變規(guī)則的可信度的精確性。,以規(guī)則為基礎的系統(tǒng),非精確推理系統(tǒng),+,醫(yī)療診斷專家系統(tǒng) ——Mycin控制策略,目標引導的逆向推理,PATIENTREGIMEN,規(guī)則092,前提參數(shù)TREATFOR,前提參數(shù),……,已知參數(shù),前提參數(shù)COVERPOR,規(guī)則,規(guī)則,規(guī)則,規(guī)則,…,…,前提參數(shù),前提

20、參數(shù),…,…,……,……,……,……,,“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作?！痹卺t(yī)學領域，它的出現(xiàn)使得某些連資深專家都難以勝任的手術變得精準而簡單，這是計算機科技與生命科學碰撞出的火花，任何人都不曾想象機器人進入醫(yī)學領域后是如此神氣。,,,,達芬奇機器人,直供大型商超,它身高1．8m，擁有“三頭四臂”，身價超過2000萬。所謂三頭四臂，是指它擁有3個操作平臺及4只機器手臂。具體來講，它主要由3個平臺組成：外

21、科醫(yī)生控制臺；患者平車；攝像系統(tǒng)平車。,系統(tǒng)結構及特點：,外科醫(yī)生控制臺,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,控制臺,1.主控制器,3.配置面板,2. 立體觀察器,4.腳踏開關,為外科醫(yī)生提供了在患者體內控制器械和內窺鏡的手段。通過食指和拇指的并攏或分開，操作員就能啟動并控制器械做一樣的動作。,通過配置面板調節(jié)，能為操作員提供符合要求的更加細致的圖像。,為操作員提供了一個圖形接口，能集成左/右視頻

22、信道給出連續(xù)的三維圖像。,能夠調整焦距、轉換機械臂以及提供電刀開關,患者車平,,,,這一部分是達芬奇機器人的操作部位，為機械臂和內窺鏡臂提供支撐，和病人直接接觸，需要無菌。與之配套的雙極平鉗，雙關節(jié)，能夠在360°+180°范圍內自由活動。,,60%,直供大型商超,是一個高大的視頻車，它負責將手術視野放大、成像，在手術室內的多個屏幕上做“現(xiàn)場直播叫”。 這一部分內裝有圖像處理系統(tǒng)，在手術過程中由一名無需在無菌區(qū)

23、的人員操作。,攝像系統(tǒng)車平：,批發(fā),,達芬奇機器人,通過精密的設計，達芬奇機器人能夠替代人手在人體狹小空間內完成各種動作，而且沒有顫抖，操作更安全。,3個看似獨立的平臺在為病人實施手術時雖然各有分工，各司其職，卻相輔相成、緊密關聯(lián)。簡單地說，達芬奇機器人就是通過現(xiàn)代化的各種技術手段，包括計算機技術、視頻顯微技術、遠程通訊技術及現(xiàn)代醫(yī)學技術等，將看似復雜的手術在精準的操作F順利的完成。雖然它的4條機械手臂很龐大，卻可將患者體內綠豆大小的膽

24、結石精確地取出。,優(yōu)勢,,達芬奇機器人作為先進科技的代表，具有許多明顯的優(yōu)勢。,,清晰精確借助高清攝像頭和三維影像成像系統(tǒng)，在多個攝像機的視野中，操縱者可以更清新的看到手術部位的具體情況，以此做出明確的判斷，提高了手術的成功率和精細程度。,安全穩(wěn)定理性的達芬奇機器人會根據(jù)操縱者的命令分毫不差的執(zhí)行工作，機器人借助計算機系統(tǒng)能將生理震顫減小到最低，使得在進行血管復雜、空間狹小的手術時，機器人的機械手會精準的到達操縱者所要去的地方，并且角度

25、靈活，優(yōu)勢明顯。,微創(chuàng)手術它的最小創(chuàng)口只需要1cm，目前所使用的第二代機器人系統(tǒng)已經(jīng)配備了5mm的操作器械，患者術后疼痛減輕、恢復快、住院時間短，輸血概率降低。也使得術后感染的風險幾乎降到零，這也受到很多患者的青睞。,,,一類是手術復雜、難度高、危險性大，不能使用常規(guī)手術方法，或是年紀偏大不能耐受常規(guī)手術創(chuàng)傷的病人。,另一類是對手術有特殊要求的病人,目前我國機器人手術更多應用于兩類人群：,,達芬奇機器人在臨床中的應用,,達芬奇機器人在心

26、臟外科中的應用：機器人心臟醫(yī)生最擅長的是各種先天性心臟病、瓣膜病、房顫、冠心病、心包疾病、縱膈腫瘤等疾病的外科治療。至今為止，已有上百位心臟病人接受過高科技機器人的治療，幾乎所有人都順利恢復，沒有并發(fā)癥的發(fā)生。,在腎切除手術中的應用：腎部分切除術的關鍵是切除時對腎實質出血的控制及鏡下縫合，對術者的分離及縫合技術要求較高。借助達芬奇機器人，可以更精確穩(wěn)定的實施手術。在切除的過程中，達芬奇機器人可以很快的更換適合的止血器械，使得出血量減少，

27、縫合牢固，術后出血的情況明顯降低。,,達芬奇機器人在臨床的應用越來越廣泛，很多科事都陸續(xù)借助到機器人幫助，為廣大患者帶來了福音，可被廣泛應用于臨床多個科室(如肝膽、泌尿、婦科，心胸、胃腸外科等)的多種外科手術。,缺陷,,,,,,,,,,,,,,,,無觸覺,安裝操作復雜,費用昂貴,醫(yī)學專家系統(tǒng)存在的問題,,,,,,,,,計算機工程技術人員和臨床專家之間知識脫節(jié)，增加了專家系統(tǒng)的開發(fā)難度,在開發(fā)過程中，有將復雜當前應用較多的是

28、單個專家系統(tǒng)，其問題求解方法單一， 系統(tǒng)簡單化、機械化的傾向。,軟件的發(fā)展落后于硬件，缺乏一種令人滿意的通用專家系統(tǒng)開發(fā)平臺或計算機語言,開發(fā)出的專家系統(tǒng)實用性較差，存在一些低層次重復開發(fā)和缺乏客觀的、科學的、重復性好的驗證系統(tǒng),存在的問題,注意以下幾個方面的發(fā)展：,1,2,3,知識表示和推理機制知識的復雜性和模糊性，將不斷對知識表示和推理機制提出新的要求，如何避免出現(xiàn)知識庫的繁雜和推理的低效將會顯的越來越突出。,采用多媒體技術

29、將圖形、圖像、聲音等信息的特征提取和高級臨床知識相結合，改變專家系統(tǒng)單一文字形式的知識表示，并借助于醫(yī)學輔助手段來拓寬知識推理的范圍。,用戶界面是專家系統(tǒng)與外界的接口，主要用于系統(tǒng)和外界之間的通訊與信息交換。醫(yī)生在使用專家系統(tǒng)過程中，需要大量的人機對話來輸入病人的癥狀，因此必須精心設計用戶界面。,,,特點：,未來的醫(yī)學專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢,醫(yī)學專家系統(tǒng)應以解決一些特殊的問題為目的。這些特殊的問題在計算機視覺和人工智能方面沒有被研究過。人類對

30、可視圖案的認識不同于常規(guī)的推理。并且代表明確的領域知識常常在視覺認識過程中下意識地忽略了被用到的那些因素。,醫(yī)學專家系統(tǒng)的模型可能會是以多種智能技術為基礎，以并行處理方式、自學能力、記憶功能、預測事件發(fā)展能力為目的。隨著計算機技術、人工智能技術、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術等一些非線性技術的發(fā)展和成熟，使我們開發(fā)出新的醫(yī)學專家系統(tǒng)成為現(xiàn)實。,Thank You !,Your Business Company slogan in here,