Експертні системи

Експертні системи — діагностичні програми високого рів­ня, які належать до інтелектуальних інформаційних систем, що базуються на знаннях. Розділ інформатики, що вивчає ін­телектуальні системи, називається штучним інтелектом. До складу експертної системи окрім бази даних входить база знань і розвинена система програм її обробки. Що розуміють під ба­зою знань? База знань (від англ. knowledgebase) — це особливо­го роду база даних, розроблена для управління знаннями (мета-даними), тобто збиранням, зберіганням, пошуком і видачею знань. Найважливіший параметр бази знань — якість знань, що містяться в ній. Кращі бази знань включають останні нау­кові знання, досконалі системи пошуку інформації, мають ре­тельно продумані структуру і формат знань. Під медичними знаннями розуміють інформацію, потенційно необхідну ліка­реві. Зокрема це може бути інформація про стан здоров'я пацієнта, певну предметну медичну галузь, ситуацію, проблеми, правила їхнього вирішення, а також про конкретні умови, що визначають вибір цих правил. Медичні знання відрізняються від медичних даних більшою складністю, абс­трактністю, повнотою й багатобічністю опису деякої предмет­ної галузі медицини. Нагадаємо, що медицина з погляду ін­форматики — це неконкретна наука, тому ство­рення баз знань у медицині — процес досить трудомісткий. У реальному житті кількість ситуацій і "діагностичних правил" іноді виходить за межі вкладених у систему знань.

Експертні системи, як правило, здатні робити дедуктивний висновок (від загального до частини) на підставі неповних, роз­митих і суперечливих знань, отриманих від професіоналів-експертів. Якщо програми, які працюють із базами даних, мо­жуть дати відповідь на поставлене запитання тільки за умови наявності такого у базі, то експертна система реагує на запи­тання, здійснюючи логічний висновок в умовах невизначенос­ті або неповноти знань. Іншими словами, вона дає змогу бути точною відносно неточностей. Окрім цього, обов'язковою умо­вою функціонування експертної системи є її здатність поясню­вати причини того або іншого висновку: вона аналізує ситуа­цію і дає рекомендації з вирішення проблеми.

Будь-яка експертна система містить обов'язкові програмні блоки, зображені на схемі 8. Серед функцій кожного блоку виділяють:

• відтворення знань про предметну галузь, способи аналі­зу фактів, що надходять, сукупність фактів, правил, законів, закономірностей (база знань);

• розпізнання знань, проведення обміркувань, здійснен­ня логічних висновків, виявлення взаємозв'язку, прийняття рішень, реалізацію пошукових операцій, розпізнавання ситуа­ції, що склалася, її аналіз (для цього розроблено математичні методики, серед яких — нечітка логіка, коефіцієнти впевне­ності, баєсовська логіка, міри довіри тощо; блок логічних вис­новків);

• пояснення, як система прийшла до того або іншого вис­новку, обґрунтування рішення (блок пояснень);

• поповнення бази знань, модифікацію й ліквідацію за­старілих експертних знань із бази знань (блок здобування знань);

• формування діагнозу, прогнозу, рекомендації лікуван­ня; кожному рівню діагнозу відповідає свій рецепт (блок виве­дення — інтерфейс експерта).

Медичні експертні системи використовують для діагносту­вання, моніторингу, прогнозування, підтримки прийняття рі­шень, тобто тих самих завдань, які становлять природу меди­цини. Якість діагностики оцінюють на рівні кваліфікованого лікаря, а це дуже високий показник. Експертні системи високовартісні. Поки вони забезпечують вирішення ізольованих завдань медичної діагностики. Використовуються в медичних приладо-комп'ютерних системах. Найважливіші галузі засто­сування експертної системи — невідкладні та загрозливі ста­ни, що характеризуються дефіцитом часу, обмеженими мож­ливостями обстеження та консультацій і нерідко бідною клініч­ною симптоматикою. Серед інформаційних технологій МІС медичні експертні системи — найперспективніший напрямок. Безсумнівно, майбутнє за медичними експертними система­ми.

Стисло про головне

• Медичні процеси (профілактика, діагностика, прогнозу­вання та ін.) з точки зору інформатики — алгоритмічні проце­си, які підлягають програмуванню. Автоматизовані системи діагностики захворювань і прогнозування результатів ліку­вання є консультативними, тому що вирішальне слово зали­шається за лікарем. Серед консультативно-діагностичних сис­тем різних рівнів і призначень виділяють імовірнісні консуль­тативні й експертні системи.

• Імовірнісні консультативні системи — програми-тести, у яких обробка даних відбувається за різними алгоритмічними методиками діагностики.

• Скринінги — приклад діагностичних систем, застосову­ваних для масового обстеження населення. Скринінгові систе­ми — найсучасніші комп'ютерні технології профогляду. Автоінтерв'ювання — метод дослідження із застосуванням формалізованих анкет, на запитання яких дають стандартні відповіді, що вводяться в ЕОМ для наступного аналізу.

• В Україні працюють АСПО. Основним завданням АСПО є виявлення пацієнтів, які потребують направлення до лікарів-фахівців. Відділення профілактики служать однією з найваж­ливіших ланок диспансеризації населення. За допомогою створених банків даних про стан здоров'я населення здійс­нюється керування диспансеризацією. Скринінги — автомати­зовані системи, проте вони не можуть повністю замінити про­цес профогляду.

• Експертні системи — діагностичні програми високого рівня. їх призначення — надання компетентних порад у меди­цині, обробка великих обсягів інформації як у базі даних, так і в базі знань. База знань відрізняється від бази даних наявністю системи знань та закономірностей, що потребує використання пошукових та логічних операцій, міркувань для того, щоб за початковими реальними вимогами прийняти точні рішення. Що більше логічних процедур вона може виконати, тим біль­ше в неї підстав називатися експертною системою.

• Основні призначення блоків експертної системи:

• база знань — сукупність фактів, правил, даних, законів, закономірностей;

• блок логічних висновків — розпізнає знання, здійснює обміркування, логічні висновки, виявляє взаємозв'язок, прий­має рішення;

• блок пояснень — пояснює, як система прийшла до того або іншого висновку, обґрунтовує рішення;

• блок здобування знань — здійснює поповнення бази знань, модифікацію й ліквідацію застарілих експертних знань;

• блок виведення (інтерфейс експерта) — виводить на пристрій виведення діагноз, прогноз лікування, рекомендації лікування, графічну модель процесу;

• найважливіші сфери застосування експертної системи — невідкладні і загрозливі стани. Використовуються в медич­них приладо-комп'ютерних системах.

Контрольні питання

1. Які медичні процеси підлягають програмуванню?

2. Чому автоматизовані системи діагностики захворювань і прогнозування результатів лікування є консультативними?

3. Які програми-тести належать до імовірнісних консуль­тативних?

4. Який метод дослідження використовується в скринінгах?

5. Наведіть приклади комп'ютерних систем профогляду та диспансеризації.

6. Яка основна вихідна інформація в скринінгових систе­мах профогляду?

7. Назвіть АСПО в Україні.

Тестові запитання

1. До якої сфери інформаційних технологій можна віднести медичні експертні системи:

1. системи штучного інтелекту;

2. ОС;

3. системи обробки текстів;

4. МІС?

2. Експертні системи певною мірою моделюють процеси мислення лікаря під час:

1) встановлення діагнозу;

2. вибору методу лікування;

2. проведення обстеження за допомогою візуальних апа­ратів.

3. Правильно переставте ті функції, які відповідають еле­ментам структури експертних систем:

4. У сфері створення бази знань для експертних систем медицину називають неконкретною наукою. Порівняно з якими науками це визначення правомірне:

1) точними (математикою, фізикою, астрономією тощо);

2) гуманітарними (лінгвістикою, мовознавством тощо);

3) філософськими (філософією, соціологією, політологією тощо)?

5. Чи властиві експертним системам такі здібності мислення, притаманні людині, зокрема медичному фахівцю, як:

1) інтуїція;

2) досвід;

3. уява;

4. етична пам'ять;

5) естетична пам'ять;

6) асоціативна пам'ять?

Відповіді на тестові запитання