人工智能在醫(yī)療中的應(yīng)用

1、人工智能 醫(yī)療中的應(yīng)用,,在,,,www.themegallery.com,,,www.themegallery.com,目錄,概述,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng),達(dá)芬奇機(jī)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(gè)主要分支研究領(lǐng)域,智能機(jī)器人,就人類(lèi)對(duì)外界某一特定環(huán)境中的客體、過(guò)程和現(xiàn)象的識(shí)別功能進(jìn)行自動(dòng)模擬的科學(xué)技術(shù)。,在某領(lǐng)域內(nèi)具有專(zhuān)

2、家水平，模擬專(zhuān)家的思維活動(dòng)，推理判斷，求解專(zhuān)門(mén)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。,,ES,,PR,,IR,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——概念,運(yùn)用專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與方法，模擬醫(yī)學(xué)專(zhuān)家診斷、治療疾病的思維過(guò)程編制的計(jì)算機(jī)程序，它可以幫助醫(yī)生解決復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問(wèn)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(guó)錢(qián)家其 放射治療1959 美國(guó)Ledley 數(shù)學(xué)模型,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——?dú)v史回顧,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin,,咨詢(xún)子系統(tǒng),靜態(tài)數(shù)

4、據(jù)庫(kù),非精確推理,,,,,簡(jiǎn)介,組成,工作原理,Mycin,,,控制 策略,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin簡(jiǎn)介,由Stanford大學(xué)1972年開(kāi)始研制，74年基本完成并投入實(shí)際運(yùn)用的對(duì)細(xì)菌感染疾病的診斷和治療提供咨詢(xún)的計(jì)算機(jī)咨詢(xún)專(zhuān)家系統(tǒng)。,典型的產(chǎn)生式系統(tǒng)，由規(guī)則庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和控制系統(tǒng)三個(gè)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(zhuān)家的判

5、斷知識(shí)，以模仿專(zhuān)家的推理過(guò)程。,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin組成,01 02 03 04 05 06 07 08,Year,咨詢(xún)開(kāi)始,咨詢(xún)結(jié)束,信息流及信息流控制流程圖,咨詢(xún)子系統(tǒng),解釋子系統(tǒng),,,,,INTERLISP語(yǔ)言包含200條關(guān)于細(xì)菌血癥的規(guī)則識(shí)別大概50種細(xì)菌擴(kuò)展、改進(jìn)后

6、可以診療腦膜炎,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin咨詢(xún)子系統(tǒng),Mycin系統(tǒng)上下文,CURCULS 正在從中分離細(xì)菌的培養(yǎng)物CURDRGS 目前從培養(yǎng)物中分離出的細(xì)菌OPDRGS 在最近治療過(guò)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(guò)的抗生素PRIORORGS 以前分離的細(xì)菌,PROPPTNAME AGE SEXREGIMEN,PROPCULSITE,PRODGRG IDENT,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng)

8、 ——Mycin咨詢(xún)子系統(tǒng),上下文樹(shù),臨床參數(shù) ：值與可信度﹝-1,1﹞ 規(guī)則形式：內(nèi)部與外部逆向推理：跟蹤參數(shù),醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin咨詢(xún)子系統(tǒng),REGIMEN,目標(biāo)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(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),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(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)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(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，每條規(guī)則只能用于某幾個(gè)上下文類(lèi)， 這樣可以便于調(diào)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(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)2,Mycin系統(tǒng)上下文,CURCULS 正在從中分離細(xì)菌的培養(yǎng)物CURDRGS 目前從培養(yǎng)物中分離出的細(xì)菌OPDRGS 在最近治療過(guò)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(guò)的抗生素PRIORORGS 以前分離的細(xì)菌,PROPPTNAME AGE SEXREGIMEN,PROPCUL

12、SITE,PRODGRG IDENT,參數(shù)特性,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)2,對(duì)每個(gè)參數(shù)的一組屬性,MEMBEROF--相應(yīng)的參數(shù)組的名稱(chēng)(例如PROP-CUL)VALUTYPE--參數(shù)的類(lèi)型(單值、是非值、多值) EXPECT--所期望的參數(shù)取值范圍當(dāng)MYCIN需要一個(gè)單值或“是非”值參數(shù)時(shí)詢(xún)問(wèn)用戶(hù)的問(wèn)句，例如 (Enter the identity

13、 (genus)of *∶),,,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)3,,,,,,,用于前提部分的簡(jiǎn)單函數(shù),用于操作部分的函數(shù),專(zhuān)門(mén)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的關(guān)于病人的數(shù)值求值，并回答一個(gè)真值KNOWN b) SAME c ) DEFIS d) LESSEQ,查找靜

14、態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)表，建立可被規(guī)則的前提利用的臨時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,函數(shù),醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)4,,,,,,,,,每種上下文有10種特性?xún)?chǔ)存在靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。每當(dāng)一個(gè)上下文被例示時(shí)，就要用到這些特性。這些特性也用于檢驗(yàn)一個(gè)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(xì)菌類(lèi)別表、無(wú)菌部位表、非無(wú)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(zhuān)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(duì)假設(shè)h的相信程度增加了x,=y, 表示由于觀察到證據(jù)e，對(duì)假設(shè)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(shè)成立；CF<0，表示反對(duì)這個(gè)假設(shè)的證據(jù)更多一些，系統(tǒng)相信假設(shè)不成立。,證據(jù)組合

16、—case1,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,同時(shí)給定兩個(gè)觀察s1和s2對(duì)一個(gè)假設(shè)的相信和不相信程度的量度計(jì)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(gè)觀察所能增加的相信程度的最大值,,按只有第二個(gè)觀察時(shí)對(duì)h的相信程度進(jìn)行調(diào)節(jié),證據(jù)組合—case2,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,假設(shè)的合取和析取的可信度也可以從MB和MD的組合來(lái)計(jì)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(shí)對(duì)h的相信程度,,使我們相信證據(jù)s的觀察,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin非精確推理,問(wèn)題：如何把人類(lèi)所用的術(shù)語(yǔ)轉(zhuǎn)換成可信度的數(shù)值。例如“這是很可能的” 這樣的語(yǔ)句所相應(yīng)的可信度應(yīng)

19、是多大? (2) 如何對(duì)不同的人所使用的尺度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。 (3) 如何反饋到數(shù)據(jù)庫(kù)以改變規(guī)則的可信度的精確性。,以規(guī)則為基礎(chǔ)的系統(tǒng),非精確推理系統(tǒng),+,醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng) ——Mycin控制策略,目標(biāo)引導(dǎo)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(jì)算機(jī)去做過(guò)去只有人才能做的智能工作?！痹卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域，它的出現(xiàn)使得某些連資深專(zhuān)家都難以勝任的手術(shù)變得精準(zhǔn)而簡(jiǎn)單，這是計(jì)算機(jī)科技與生命科學(xué)碰撞出的火花，任何人都不曾想象機(jī)器人進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域后是如此神氣。,,,,達(dá)芬奇機(jī)器人,直供大型商超,它身高1．8m，擁有“三頭四臂”，身價(jià)超過(guò)2000萬(wàn)。所謂三頭四臂，是指它擁有3個(gè)操作平臺(tái)及4只機(jī)器手臂。具體來(lái)講，它主要由3個(gè)平臺(tái)組成：外

21、科醫(yī)生控制臺(tái)；患者平車(chē)；攝像系統(tǒng)平車(chē)。,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)：,外科醫(yī)生控制臺(tái),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,控制臺(tái),1.主控制器,3.配置面板,2. 立體觀察器,4.腳踏開(kāi)關(guān),為外科醫(yī)生提供了在患者體內(nèi)控制器械和內(nèi)窺鏡的手段。通過(guò)食指和拇指的并攏或分開(kāi)，操作員就能啟動(dòng)并控制器械做一樣的動(dòng)作。,通過(guò)配置面板調(diào)節(jié)，能為操作員提供符合要求的更加細(xì)致的圖像。,為操作員提供了一個(gè)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(diào)整焦距、轉(zhuǎn)換機(jī)械臂以及提供電刀開(kāi)關(guān),患者車(chē)平,,,,這一部分是達(dá)芬奇機(jī)器人的操作部位，為機(jī)械臂和內(nèi)窺鏡臂提供支撐，和病人直接接觸，需要無(wú)菌。與之配套的雙極平鉗，雙關(guān)節(jié)，能夠在360°+180°范圍內(nèi)自由活動(dòng)。,,60%,直供大型商超,是一個(gè)高大的視頻車(chē)，它負(fù)責(zé)將手術(shù)視野放大、成像，在手術(shù)室內(nèi)的多個(gè)屏幕上做“現(xiàn)場(chǎng)直播叫”。 這一部分內(nèi)裝有圖像處理系統(tǒng)，在手術(shù)過(guò)程中由一名無(wú)需在無(wú)菌區(qū)

23、的人員操作。,攝像系統(tǒng)車(chē)平：,批發(fā),,達(dá)芬奇機(jī)器人,通過(guò)精密的設(shè)計(jì)，達(dá)芬奇機(jī)器人能夠替代人手在人體狹小空間內(nèi)完成各種動(dòng)作，而且沒(méi)有顫抖，操作更安全。,3個(gè)看似獨(dú)立的平臺(tái)在為病人實(shí)施手術(shù)時(shí)雖然各有分工，各司其職，卻相輔相成、緊密關(guān)聯(lián)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，達(dá)芬奇機(jī)器人就是通過(guò)現(xiàn)代化的各種技術(shù)手段，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻顯微技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)等，將看似復(fù)雜的手術(shù)在精準(zhǔn)的操作F順利的完成。雖然它的4條機(jī)械手臂很龐大，卻可將患者體內(nèi)綠豆大小的膽

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

25、靈活，優(yōu)勢(shì)明顯。,微創(chuàng)手術(shù)它的最小創(chuàng)口只需要1cm，目前所使用的第二代機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)配備了5mm的操作器械，患者術(shù)后疼痛減輕、恢復(fù)快、住院時(shí)間短，輸血概率降低。也使得術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)幾乎降到零，這也受到很多患者的青睞。,,,一類(lèi)是手術(shù)復(fù)雜、難度高、危險(xiǎn)性大，不能使用常規(guī)手術(shù)方法，或是年紀(jì)偏大不能耐受常規(guī)手術(shù)創(chuàng)傷的病人。,另一類(lèi)是對(duì)手術(shù)有特殊要求的病人,目前我國(guó)機(jī)器人手術(shù)更多應(yīng)用于兩類(lèi)人群：,,達(dá)芬奇機(jī)器人在臨床中的應(yīng)用,,達(dá)芬奇機(jī)器人在心

26、臟外科中的應(yīng)用：機(jī)器人心臟醫(yī)生最擅長(zhǎng)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(guò)高科技機(jī)器人的治療，幾乎所有人都順利恢復(fù)，沒(méi)有并發(fā)癥的發(fā)生。,在腎切除手術(shù)中的應(yīng)用：腎部分切除術(shù)的關(guān)鍵是切除時(shí)對(duì)腎實(shí)質(zhì)出血的控制及鏡下縫合，對(duì)術(shù)者的分離及縫合技術(shù)要求較高。借助達(dá)芬奇機(jī)器人，可以更精確穩(wěn)定的實(shí)施手術(shù)。在切除的過(guò)程中，達(dá)芬奇機(jī)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(shù)后出血的情況明顯降低。,,達(dá)芬奇機(jī)器人在臨床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，很多科事都陸續(xù)借助到機(jī)器人幫助，為廣大患者帶來(lái)了福音，可被廣泛應(yīng)用于臨床多個(gè)科室(如肝膽、泌尿、婦科，心胸、胃腸外科等)的多種外科手術(shù)。,缺陷,,,,,,,,,,,,,,,,無(wú)觸覺(jué),安裝操作復(fù)雜,費(fèi)用昂貴,醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)存在的問(wèn)題,,,,,,,,,計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人員和臨床專(zhuān)家之間知識(shí)脫節(jié)，增加了專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度,在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有將復(fù)雜當(dāng)前應(yīng)用較多的是

28、單個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)，其問(wèn)題求解方法單一， 系統(tǒng)簡(jiǎn)單化、機(jī)械化的傾向。,軟件的發(fā)展落后于硬件，缺乏一種令人滿(mǎn)意的通用專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)或計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,開(kāi)發(fā)出的專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)用性較差，存在一些低層次重復(fù)開(kāi)發(fā)和缺乏客觀的、科學(xué)的、重復(fù)性好的驗(yàn)證系統(tǒng),存在的問(wèn)題,注意以下幾個(gè)方面的發(fā)展：,1,2,3,知識(shí)表示和推理機(jī)制知識(shí)的復(fù)雜性和模糊性，將不斷對(duì)知識(shí)表示和推理機(jī)制提出新的要求，如何避免出現(xiàn)知識(shí)庫(kù)的繁雜和推理的低效將會(huì)顯的越來(lái)越突出。,采用多媒體技術(shù)

29、將圖形、圖像、聲音等信息的特征提取和高級(jí)臨床知識(shí)相結(jié)合，改變專(zhuān)家系統(tǒng)單一文字形式的知識(shí)表示，并借助于醫(yī)學(xué)輔助手段來(lái)拓寬知識(shí)推理的范圍。,用戶(hù)界面是專(zhuān)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(zhuān)家系統(tǒng)過(guò)程中，需要大量的人機(jī)對(duì)話(huà)來(lái)輸入病人的癥狀，因此必須精心設(shè)計(jì)用戶(hù)界面。,,,特點(diǎn)：,未來(lái)的醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì),醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)以解決一些特殊的問(wèn)題為目的。這些特殊的問(wèn)題在計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人工智能方面沒(méi)有被研究過(guò)。人類(lèi)對(duì)

30、可視圖案的認(rèn)識(shí)不同于常規(guī)的推理。并且代表明確的領(lǐng)域知識(shí)常常在視覺(jué)認(rèn)識(shí)過(guò)程中下意識(shí)地忽略了被用到的那些因素。,醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)的模型可能會(huì)是以多種智能技術(shù)為基礎(chǔ)，以并行處理方式、自學(xué)能力、記憶功能、預(yù)測(cè)事件發(fā)展能力為目的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等一些非線(xiàn)性技術(shù)的發(fā)展和成熟，使我們開(kāi)發(fā)出新的醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。,Thank You !,Your Business Company slogan in here,