人工智能在醫(yī)療中應(yīng)用

目錄概述醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)達(dá)芬奇機(jī)器人展望4123人工智能與醫(yī)療第一頁(yè)，共36頁(yè)。概述

——AIAI的三個(gè)主要分支研究領(lǐng)域智能機(jī)器人就人類對(duì)外界某一特定環(huán)境中的客體、過程和現(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)具有專家水平，模擬專家的思維活動(dòng)，推理判斷，求解專門問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。ESPRIR第二頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——概念

運(yùn)用專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與方法，模擬醫(yī)學(xué)專家診斷、治療疾病的思維過程編制的計(jì)算機(jī)程序，它可以幫助醫(yī)生解決復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題，作為醫(yī)生診斷、治療的輔助工具。

第三頁(yè)，共36頁(yè)。50年代60/70年代80/90年代現(xiàn)在HistoryLedleyCAD1976ShortliffeMYCIN1982MillerInternist-

Ⅰ1991Barnett解釋軟件………………1954美國(guó)錢家其

放射治療1959美國(guó)Ledley數(shù)學(xué)模型

醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——?dú)v史回顧第四頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin

咨詢子系統(tǒng)

靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)

非精確推理

簡(jiǎn)介

組成

工作原理Mycin

控制策略第五頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin簡(jiǎn)介由Stanford大學(xué)1972年開始研制，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的計(jì)算機(jī)咨詢專家系統(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)專家的判斷知識(shí)，以模仿專家的推理過程。

第六頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin組成0102030405060708Year咨詢開始咨詢結(jié)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(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)后可以診療腦膜炎第七頁(yè)，共36頁(yè)。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(xì)菌的培養(yǎng)物CURDRGS目前從培養(yǎng)物中分離出的細(xì)菌OPDRGS在最近治療過程中病人已服用的抗生素藥物OPERS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(xì)菌PROPPTNAMEAGESEXREGIMENPROPCULSITEPRODGRGIDENT第八頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——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(nèi)部與外部逆向推理：跟蹤參數(shù)第九頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin咨詢子系統(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)第十頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)123規(guī)則特性參數(shù)屬性函數(shù)上下文特性及其他4第十一頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)1PREMISE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(jìn)行分類，每條規(guī)則只能用于某幾個(gè)上下文類，

這樣可以便于調(diào)用；SELFREF規(guī)則是否是自我引用，如是自我引用則為1，反之則為0。第十二頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)2Mycin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在最近治療過程中病人已服用的抗生素藥物OPERS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(xì)菌PROPPTNAMEAGESEXREGIMENPROPCULSITEPRODGRGIDENT第十三頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(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(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(dāng)MYCIN需要一個(gè)單值或“是非”值參數(shù)時(shí)詢問用戶的問句，例如

(Entertheidentity(genus)of*∶)

第十四頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(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(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KNOWNb)SAMEc)DEFISd)LESSEQ查找靜態(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)第十五頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)

——Mycin靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)4每種上下文有10種特性儲(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第十六頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(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(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。第十七頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(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]=

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)第十八頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(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,e])MB[h1orh2,e]=max(MB[h1,e],MB[h2,e])證據(jù)組合—case3MB[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的觀察第十九頁(yè)，共36頁(yè)。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(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)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)+第二十頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)療診斷專家系統(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)前提參數(shù)…………………………第二十一頁(yè)，共36頁(yè)?！叭斯ぶ悄芫褪茄芯咳绾问褂?jì)算機(jī)去做過去只有人才能做的智能工作。”在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它的出現(xiàn)使得某些連資深專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)器人第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。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：外科醫(yī)生控制臺(tái)；患者平車；攝像系統(tǒng)平車。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)：第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。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。通過食指和拇指的并攏或分開，操作員就能啟動(dòng)并控制器械做一樣的動(dòng)作。通過配置面板調(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關(guān)第二十四頁(yè)，共36頁(yè)?；颊哕嚻竭@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)。第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。60%直供大型商超是一個(gè)高大的視頻車，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)過程中由一名無(wú)需在無(wú)菌區(qū)的人員操作。攝像系統(tǒng)車平：批發(fā)

第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。達(dá)芬奇機(jī)器人通過精密的設(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，達(dá)芬奇機(jī)器人就是通過現(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)綠豆大小的膽結(jié)石精確地取出。第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。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。第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。一類是手術(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)用于兩類人群：第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。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高科技機(jī)器人的治療，幾乎所有人都順利恢復(fù)，沒有并發(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，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)。第三十頁(yè)，共36頁(yè)。缺陷無(wú)觸覺安裝操作復(fù)雜費(fèi)用昂貴第三十一頁(yè)，共36頁(yè)。今后的趨勢(shì)．進(jìn)一步加強(qiáng)人機(jī)交互，提供矢量力的反饋功能，近期正在研發(fā)中的新一代機(jī)器人系統(tǒng)將通過特定的軟件和設(shè)備配合，使醫(yī)生在操作時(shí)具有綜合、實(shí)時(shí)和持續(xù)的感覺反饋。此外借助更加真實(shí)的超清晰三維影像系統(tǒng)及人機(jī)交互平臺(tái)，手術(shù)視野將更加真實(shí)。建立虛擬手術(shù)系統(tǒng)，下一代的達(dá)芬奇系統(tǒng)將把x線三維成像技術(shù)整合到該系統(tǒng)中，為在手術(shù)臺(tái)邊進(jìn)行輔助操作的助手提供一套三維成像的控制臺(tái)，有利于手術(shù)醫(yī)師間的溝通配合。

新一代機(jī)械臂的直徑<5mm的內(nèi)窺鏡，手術(shù)器械將具有模塊化的末端操作器，且具有900的末端運(yùn)動(dòng)范圍，進(jìn)一步提高靈活性和適應(yīng)性。另外，下一代的內(nèi)窺鏡手術(shù)器械將提供定向治療功能，包括激光、射頻、冷凍、高能量匯聚的超聲和熱消融等先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步微創(chuàng)治療。借助通信網(wǎng)絡(luò)工程的遠(yuǎn)程手術(shù)一方面便于醫(yī)療資源的合理應(yīng)用，使手術(shù)醫(yī)師足不出戶便可完成千里之外的手術(shù)，提高醫(yī)療資源利用率；同時(shí)便于上級(jí)醫(yī)師對(duì)不同地區(qū)下級(jí)醫(yī)師的工作指導(dǎo)與學(xué)習(xí)。1完善感覺反饋2加強(qiáng)圖形圖像處理3進(jìn)一步微創(chuàng)化．4遠(yuǎn)程手術(shù)第三十二頁(yè)，共36頁(yè)。醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)存在的問題計(jì)算機(jī)工程技