Luận án Tiến sĩ Toán học: Nghiên cứu phát triển hệ chuyên gia mờ trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm

Chia sẻ: Hương Hoa Cỏ Mới | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:171

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chung của luận án là nghiên cứu, phát triển hệ chuyên gia mờ và ứng dụng trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm. Qua đó, trợ giúp bác sĩ chuyên khoa tuyến dưới và các bác sĩ mới ra trường, góp phần chẩn đoán chính xác hơn, giảm thời gian chờ đợi, giảm quá tải cho bệnh viện chuyên khoa, khoa tâm thần tuyến trên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Toán học: Nghiên cứu phát triển hệ chuyên gia mờ trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ __________________________________________________________ MAI THỊ NỮ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ CHUYÊN GIA MỜ TRONG CHẨN ĐOÁN RỐI LOẠN TRẦM CẢM LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC Hà Nội, 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ MAI THỊ NỮ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ CHUYÊN GIA MỜ TRONG CHẨN ĐOÁN RỐI LOẠN TRẦM CẢM Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho tin học Mã số: 9.46.01.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Nguyễn Hoàng Phương 2. TS. Dương Tử Cường Hà Nội, 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu và các số liệu sử dụng trong luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố ở bất cứ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Mai Thị Nữ
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới các Thầy giáo hướng dẫn, PGS.TS Nguyễn Hoàng Phương và TS. Dương Tử Cường. Sự hướng dẫn chỉ bảo trách nhiệm, nhiệt tình của các Thầy giáo hướng dẫn cùng với nỗ lực của bản thân đã giúp nghiên cứu sinh hoàn thành đề tài của mình. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Thủ trưởng Phòng Đào tạo/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Công nghệ thông tin/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, các giảng viên, các nhà khoa học, cùng bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Cục Công nghệ thông tin/Bộ Y tế, các đồng nghiệp, tạo điều kiện, động viên, chia sẻ về mọi mặt giúp nghiên cứu sinh tập trung vào công việc nghiên cứu. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Lãnh đạo, cán bộ khoa học Bệnh viện Tâm thần Trung ương 1, đã tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh về tài liệu, về tri thức, về hồ sơ bệnh án liên quan để nghiên cứu sinh có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu. Cuối cùng luận án sẽ không thể hoàn thành nếu như không có sự động viên và hỗ trợ về mọi mặt của gia đình. Nghiên cứu sinh xin gửi tới cha mẹ, anh chị em, chồng, các con, những người thân yêu lời cảm ơn chân thành với lòng biết ơn sâu sắc. Xin chân thành cảm ơn. Nghiên cứu sinh Mai Thị Nữ
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................... xiv MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ RỐI LOẠN TRẦM CẢM VÀ HỆ CHUYÊN GIA MỜ ......................................................................................... 8 1.1. Tổng quan về rối loạn trầm cảm............................................................. 8 1.1.1. Mạng lưới chăm sóc sức khỏe tâm thần Việt Nam ......................... 9 1.1.2. Định nghĩa rối loạn trầm cảm ......................................................... 9 1.1.3. Các phương pháp chẩn đoán rối loạn trầm cảm.............................. 9 1.1.4. Các loại chẩn đoán rối loạn trầm cảm ........................................... 15 1.1.5. Quy trình lập bệnh án trầm cảm .................................................... 16 1.2. Lý thuyết tập mờ và lôgic mờ .............................................................. 17 1.2.1. Khái niệm tập mờ .......................................................................... 18 1.2.2. Các phép toán trên tập mờ ............................................................ 19 1.2.3. Lôgic mờ và lôgic mờ trong y học ................................................ 21 1.3. Hệ chuyên gia ....................................................................................... 24 1.3.1. Giới thiệu về hệ chuyên gia .......................................................... 25 1.3.2. Biểu diễn tri thức nhờ các luật sản xuất trong hệ chuyên gia ....... 30 1.3.3. Hệ chuyên gia dựa trên luật .......................................................... 31 1.3.4. Hệ chuyên gia MYCIN ................................................................. 33 1.3.5. Biểu diễn tri thức bằng các sự kiện mờ, luật mờ .......................... 34 1.3.6. Hệ chuyên gia y học mờ................................................................ 36
iv 1.3.7. Hệ chuyên gia mờ cho chẩn đoán y học CADIAG-2 ................... 37 1.4. Tình hình nghiên cứu về hệ chuyên gia chẩn đoán rối loạn trầm cảm trên thế giới và tại Việt Nam ....................................................... 42 1.4.1. Tình hình nghiên cứu hệ chuyên gia chẩn đoán rối loạn trầm cảm trên thế giới ............................................................................. 42 1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam .............................................. 48 1.4.3. Một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu của hệ chuyên gia chẩn đoán rối loạn trầm cảm ................................................................... 49 1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................ 50 CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HỆ CHUYÊN GIA MỜ ..................................... 52 DỰA TRÊN LUẬT SỬ DỤNG TRI THỨC KHẲNG ĐỊNH TRONG CHẨN ĐOÁN RỐI LOẠN TRẦM CẢM ................................... 52 2.1. Cơ sở lý thuyết cho kết quả nghiên cứu ............................................... 52 2.1.1. Các khái niệm, tham số ................................................................. 52 2.1.2. Các công thức ................................................................................ 52 2.2. Phát triển mô hình hệ chuyên gia mờ dựa trên luật sử dụng tri thức khẳng định trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm .............................. 53 2.2.1. Xây dựng cơ sở tri thức của PORUL.DEP ................................... 56 2.2.2. Xây dựng cơ chế suy luận của PORUL.DEP................................ 65 2.2.3. Bộ giải thích .................................................................................. 72 2.2.4. Thuật toán của PORUL.DEP ........................................................ 72 2.2.5. Ví dụ tính toán minh họa của PORUL.DEP ................................. 74 2.3. Thực nghiệm PORUL.DEP .................................................................. 76 2.3.1. Thu thập kết quả chẩn đoán trong hồ sơ bệnh án người bệnh rối loạn trầm cảm .................................................................................... 77 2.3.2. Thu thập dữ liệu triệu chứng người bệnh rối loạn trầm cảm ........ 79 2.3.3. Cập nhật cơ sở triệu chứng cho PORUL.DEP .............................. 81 2.3.4. Cập nhật cơ sở bệnh cho PORUL.DEP ........................................ 81
v 2.3.5. Cập nhật cơ sở luật khẳng định cho PORUL.DEP ....................... 81 2.3.6. Kết quả thực nghiệm của PORUL.DEP ........................................ 81 2.4. Đánh giá PORUL.DEP ......................................................................... 82 2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................ 85 CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH HỆ CHUYÊN GIA MỜ DỰA TRÊN LUẬT KẾT HỢP TRI THỨC KHẲNG ĐỊNH VÀ TRI THỨC PHỦ ĐỊNH TRONG CHẨN ĐOÁN RỐI LOẠN TRẦM CẢM .............. 87 3.1. Cơ sở lý thuyết cho kết quả nghiên cứu ............................................... 87 3.1.1. Các khái niệm, tham số ................................................................. 87 3.1.2. Các công thức ................................................................................ 87 3.2. Một số hệ suy luận phổ biến................................................................. 88 3.2.1. Mô hình mờ Mamdani .................................................................. 90 3.2.2. Mô hình mờ Sugeno ...................................................................... 93 3.2.3. Mô hình mờ Tsukamoto ................................................................ 94 3.3. Phát triển mô hình hệ chuyên gia mờ dựa trên luật kết hợp tri thức khẳng định và tri thức phủ định trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm ........................................................................................ 95 3.3.1. Xây dựng cơ sở tri thức của STRESSDIAG ................................. 97 3.3.2. Xây dựng cơ chế suy luận của STRESSDIAG ........................... 100 3.3.3. Bộ giải thích ................................................................................ 104 3.3.4. Thuật toán của STRESSDIAG .................................................... 104 3.3.5. Ví dụ tính toán minh họa của STRESSDIAG ............................. 107 3.4. Thực nghiệm STRESSDIAG ............................................................. 110 3.4.1. Cập nhật cơ sở triệu chứng cho STRESSDIAG ......................... 111 3.4.2. Cập nhật cơ sở bệnh cho STRESSDIAG .................................... 111 3.4.3. Cập nhật cơ sở luật cho STRESSDIAG ...................................... 111 3.4.4. Kết quả thực nghiệm STRESSDIAG .......................................... 112 3.5. Đánh giá STRESSDIAG .................................................................... 112
vi 3.6. Kết luận chương 3 .............................................................................. 116 KẾT LUẬN .................................................................................................. 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ......... 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 120 PHỤ LỤC ......................................................................................................P-1
vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT µeR SD (Si,Dj) Mức độ phủ định về khả năng mắc bệnh Dj khi xuất hiện một triệu chứng Si μeR PD (Pq , Dj ) Mức độ phủ định người bệnh Pq mắc bệnh Dj μtR PD (Pq,Dj) Mức độ mắc bệnh Dj của người bệnh Pq µeR (Pq, Dj) Mức độ phủ định bệnh Dj của người bệnh Pq tính theo PDluậte t luật thứ t luật1e Luật phủ định thứ nhất luật ek Luật phủ định thứ k luật et Luật phủ định thứ t R PD Quan hệ khẳng định giữa người bệnh và bệnh. R PD (Pq , Dj ) Quan hệ khẳng định giữa người bệnh Pq và bệnh Dj RePD Quan hệ phủ định giữa người bệnh và bệnh RtPD Quan hệ giữa người bệnh và bệnh R PS Quan hệ khẳng định giữa người bệnh và triệu chứng R PS (Pq , 𝑆i ) Quan hệ khẳng định giữa người bệnh Pq và triệu chứng Si RePS Quan hệ phủ định người bệnh và triệu chứng RePS (Pq , Si ) Quan hệ phủ định người bệnh Pq và triệu chứng Si R SCD Quan hệ khẳng định giữa tổ hợp triệu chứng và bệnh. ReSCD Quan hệ phủ định giữa tổ hợp triệu chứng và bệnh ReSCD (SC, Dj) Quan hệ phủ định giữa tổ hợp triệu chứng SC và bệnh Dj R SD Quan hệ khẳng định khẳng định giữa triệu chứng và bệnh R SD (Si , Dj ) Quan hệ khẳng định giữa triệu chứng Si và bệnh Dj ReSD Quan hệ phủ định giữa triệu chứng và bệnh ReSD (Si , Dj ) Quan hệ phủ định giữa triệu chứng Si và bệnh Dj
viii μRPDluật1 (Pq, Dj) Giá trị (trọng số) khẳng định bệnh Dj của người bệnh Pq tính theo luật thứ nhất μeR (Pq, Dj) Giá trị (trọng số) phủ định bệnh Dj của người bệnh Pq PDluậte 1 tính theo luật thứ nhất μRPDluật (Pq, Dj) Giá trị khẳng định bệnh Dj của người bệnh Pq tính theo h luật thứ h μeR (Pq, Dj) Giá trị phủ định bệnh Dj của người bệnh Pq tính theo PDluậte k luật thứ k μRPDluậtp (Pq, Dj) Giá trị khẳng định bệnh Dj của người bệnh Pq tính theo luật thứ p μeR (Pq, Dj) Giá trị phủ định bệnh Dj của người bệnh Pq tính theo PDluậte t luật thứ t μRPD (Pq , Dj ) Giá trị khẳng định bệnh Dj của người bệnh Pq μR (Pq , SC) Giá trị của tổ hợp các triệu chứng bệnh rối loạn trầm PS cảm SC của bệnh nhân Pq μRPS (Pq , Si ) Giá trị khẳng định người bệnh Pq mắc triệu chứng Si μeRPS (Pq, Si) Giá trị phủ định người bệnh Pq mắc triệu chứng Si μRSCD (SC,Dj) Giá trị khẳng định bệnh Dj khi xuất hiện một tổ hợp triệu chứng SC μRSD (Si,Dj) Giá trị khẳng định về khả năng mắc bệnh Dj khi xuất hiện một triệu chứng Si μeRSD (Si , Dj) Giá trị phủ định bệnh Dj khi xuất hiện triệu chứng Si Dj Bệnh thứ j luật1 Luật khẳng định thứ nhất luật2 Luật khẳng định thứ hai luậth Luật khẳng định thứ h luậtp Luật khẳng định thứ p
ix Pq Người bệnh thứ q RSD Quan hệ giữa triệu chứng và bệnh. SC Tổ hợp của các triệu chứng khẳng định SCe Tổ hợp của các triệu chứng phủ định Si Triệu chứng thứ i A(x) Mức thuộc của x trong tập mờ A AND Và And ANN Mạng nơ ron nhân tạo Artificial Neural Network BECK Thang đánh giá trầm cảm Aaron Temkin Beck BECK, theo tên của tác giả BV Bệnh viện CADIAG-2 Hệ chẩn đoán y học với trợ Computer-assisted giúp của máy tính, tên hệ medical diagnosis chuyên gia CADIAG v2 CI Trí tuệ tính toán Computational Intelligence CK Tri thức điều khiển Control Knowledge CSTT Cơ sở tri thức Knowledge Base DE Chuyên gia lĩnh vực Domain Expert DK Tri thức mô tả Declaration Knowledge DSM-5 Chẩn đoán và Thống kê rối Diagnostic and loạn tâm thần, phiên bản thứ 5 Statistical Manual of mental Disorders v.5 ES Hệ chuyên gia. Expert Systems EU Bộ giải thích Explain Unit FD Trọng số của luật Fuzzy Degree
x FIS Hệ suy luận mờ Fuzzy Inference System FLn Logic mờ nghĩa hẹp Fuzzy Logic narrow FLw Logic mờ nghĩ rộng Fuzzy Logic wide FST Lý thuyết tập mờ Fuzzy Sets Theory GA Thuật giải di truyền Genetic Algorithm GK Tri thức tổng quát General Knowledge GKB Cơ sở tri thức tổng quát General Knowledge Base HAMILTON Thang đánh giá trầm cảm Hamilton Depression HAMILTON Rating Scale Heuristics Kinh nghiệm, may rủi Heuristics HOW Bằng cách nào How ICD-10 Bảng phân loại bệnh quốc tế International phiên bản thứ 10 Classification Diseases and Related Health problems 10 IE Mô tơ suy luận /cơ chế suy Inference Engine luận IF.. THEN… Nếu… thì… If… then… KB Cơ sở tri thức Knowledge Base KE Kỹ sư tri thức Knowledge Engineer LTM Bộ nhớ dài hạn Long term memory MYCIN Tên hệ chuyên gia MYCIN, System for consultation hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh of infections diseases nhiễm trùng máu NOT Không Not PCBXH Phòng chống bệnh xã hội
xi PHQ-9 Bộ câu hỏi sức khỏe người Patient Health bệnh 9 Questionnaire-9 PORUL.DEP Tên hệ chuyên gia Positive Rule dựa trên luật khẳng Depression định trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm SINTA Hệ chuyên gia SINTA Sistemas INTeligentes Aplicados or Applied Intelligent Systems SKTT Sức khỏe tâm thần STM Bộ nhớ ngắn hạn Short Term Memory STRESSDIAG Tên hệ chuyên gia dựa trên Stress DIAG luật kết hợp luật khẳng định và luật phủ định trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm UI Giao diện người dùng User Interface WHAT Cái gì What WAMIS Hệ thống thông tin y tế đa Wiener Allgemeines khoa Viên - Áo Medizinisches Information System WHO Tổ chức y tế thế giới World Health Organization WHY Tại sao Why ZUNG Thang đánh giá rối loạn lo âu ZUNG Self-rated ZUNG, do W.W. Zung đề Anxiety Scale xuất
xii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Chẩn đoán khẳng định bệnh ........................................................... 15 Bảng 1.2. Chẩn đoán phủ định bệnh ............................................................... 16 Bảng 2.1. Ví dụ về luật khẳng định rối loạn trầm cảm nhẹ ............................ 61 Bảng 2.2. Ví dụ về luật khẳng định rối loạn trầm cảm vừa ............................ 62 Bảng 2.3. Ví dụ về luật khẳng định rối loạn trầm cảm nặng .......................... 63 Bảng 2.4. Ví dụ về luật khẳng định rối loạn trầm cảm nặng có triệu chứng loạn thần ....................................................................................... 64 Bảng 2.5. Ví dụ về danh sách 48 trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm nhẹ chẩn đoán theo hồ sơ bệnh án .................................................. 77 Bảng 2.6. Ví dụ về danh sách 60 trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm vừa chẩn đoán theo hồ sơ bệnh án .................................................. 78 Bảng 2.7. Ví dụ về danh sách 50 trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm nặng chẩn đoán theo hồ sơ bệnh án ................................................ 78 Bảng 2.8. Ví dụ về danh sách 86 trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm nặng có triệu chứng loạn thần theo hồ sơ bệnh án .......................... 78 Bảng 2.9. Ví dụ về danh sách 20 trường hợp người bệnh không mắc rối loạn trầm cảm............................................................................................. 78 Bảng 2.10. Ví dụ về dữ liệu triệu chứng người bệnh rối loạn trầm cảm nhẹ ................................................................................................... 79 Bảng 2.11. Ví dụ về dữ liệu triệu chứng người bệnh rối loạn trầm cảm vừa ................................................................................................... 79 Bảng 2.12. Ví dụ về dữ liệu triệu chứng người bệnh rối loạn trầm cảm nặng ................................................................................................. 80 Bảng 2.13. Ví dụ về dữ liệu triệu chứng người bệnh rối loạn trầm cảm nặng có triệu chứng loạn thần ......................................................................... 80
xiii Bảng 2.14. Ví dụ về dữ liệu triệu chứng người bệnh không mắc rối loạn trầm cảm .......................................................................................................... 80 Bảng 2.15. Kết quả chẩn đoán đúng rối loạn trầm cảm của PORUL.DEP .... 81 Bảng 2.16. So sánh kết quả chẩn đoán rối loạn trầm cảm của PORUL.DEP và chẩn đoán trong hồ sơ bệnh án .......................................... 83 Bảng 3.1. Ví dụ về luật phủ định rối loạn trầm cảm nhẹ ................................ 99 Bảng 3.2. Ví dụ về luật phủ định rối loạn trầm cảm vừa ................................ 99 Bảng 3.3. Ví dụ về luật phủ định rối loạn trầm cảm nặng ............................ 100 Bảng 3.4. Kết quả chẩn đoán đúng rối loạn trầm cảm của STRESSDIAG ............................................................................................... 112 Bảng 3.5. So sánh kết quả chẩn đoán rối loạn trầm cảm của STRESSDIAG và chẩn đoán hồ sơ bệnh án ................................................. 112 Bảng P.1. Danh sách trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm nhẹ ............ P-1 Bảng P.2. Danh sách trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm vừa ............ P-2 Bảng P.3. Danh sách trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm nặng .......... P-3 Bảng P.4. Danh sách trường hợp người bệnh rối loạn trầm cảm nặng có triệu chứng loạn thần ................................................................................. P-4 Bảng P.5. Danh sách trường hợp người bệnh không mắc rối loạn trầm cảm ......................................................................................................... P-6 Bảng P.6. Dữ liệu triệu chứng khám người bệnh rối loạn trầm cảm nhẹ ...... P-7 Bảng P.7. Dữ liệu triệu chứng khám người bệnh rối loạn trầm cảm vừa ...... P-9 Bảng P.8. Dữ liệu triệu chứng khám người bệnh rối loạn trầm cảm nặng .............................................................................................. P-11 Bảng P.9. Dữ liệu triệu chứng khám người bệnh rối loạn trầm cảm nặng có triệu chứng loạn thần ...................................................... P-13 Bảng P.10. Dữ liệu triệu chứng người bệnh không mắc rối loạn trầm cảm ....................................................................................................... P-17
xiv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Mạng lưới chăm sóc sức khỏe tâm thần Việt Nam ......................... 10 Hình 1.2. Tập rõ và tập mờ của khái niệm “chiều cao là thấp” ...................... 19 Hình 1.3. Đồ thị hàm thuộc chiều cao............................................................. 19 Hình 1.4. Thành phần chính của hệ chuyên gia .............................................. 25 Hình 1.5. Cách thức giải quyết vấn đề của chuyên gia con người.................. 27 Hình 1.6. Cách thức giải quyết vấn đề của hệ chuyên gia .............................. 27 Hình 1.7. Kiến trúc một hệ chuyên gia tiêu biểu ............................................ 28 Hình 1.8. Kiến trúc hệ chuyên gia dựa trên luật ............................................. 32 Hình 2.1. Biểu diễn hàm thuộc cho khái niệm y tế "sốt cao" ......................... 55 Hình 2.2. Cấu trúc bộ thu nhận tri thức của PORUL.DEP ............................. 57 Hình 2.3. Sơ đồ thuật toán của PORUL.DEP ................................................. 73 Hình 2.4. Biểu đồ so sánh kết quả chẩn đoán giữa PORUL.DEP và hồ sơ bệnh án .............................................................................................. 83 Hình 2.5. Biểu đồ so sánh tỷ lệ % kết quả chẩn đoán đúng giữa các loại rối loạn trầm cảm của PORUL.DEP .................................................. 84 Hình 3.1. Sơ đồ khối của một hệ suy luận mờ ................................................ 89 Hình 3.2. Hệ suy luận mờ Mamdani sử dụng phép min và max cho toán tử T-norm và T-conorm .................................................................... 90 Hình 3.3. Hệ suy luận mờ Mamdani sử dụng phép product và max cho toán tử T-norm và T-conorm .................................................................... 91 Hình 3.4. Một số phương pháp giải mờ .......................................................... 91 Hình 3.5. Mô hình suy luận Sugeno ............................................................... 94 Hình 3.6. Mô hình mờ Tsukamoto .................................................................. 95 Hình 3.7. Sơ đồ thuật toán của STRESSDIAG............................................. 105
xv Hình 3.8. Mô tả kết quả minh họa của STRESSDIAG ................................. 110 Hình 3.9. Biểu đồ so sánh kết quả chẩn đoán giữa STRESSDIAG và ......... 113 Hình 3.10. Biểu đồ so sánh tỷ lệ % kết quả chẩn đoán đúng giữa các loại rối loạn trầm cảm của STRESSDIAG ..................................... 114
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Theo Tổ chức Y tế thế giới, “Trầm cảm” là một rối loạn tâm thần phổ biến, đặc trưng bởi buồn bã, mất hứng thú, cảm giác tội lỗi hoặc giá trị bản thân thấp, giấc ngủ bị rối loạn, chán ăn hoặc thèm ăn, cảm giác mệt mỏi và kém tập trung. Nó ảnh hưởng đến khoảng 264 triệu người trên toàn thế giới. Trầm cảm khác với những biến động tâm trạng thông thường và những phản ứng cảm xúc ngắn ngủi trước những thách thức trong cuộc sống hàng ngày. Đặc biệt khi kéo dài và với cường độ vừa hoặc nặng, trầm cảm có thể trở thành một tình trạng sức khỏe nghiêm trọng. Nó có thể khiến người bệnh bị tổn thương nhiều và hoạt động kém hiệu quả trong công việc, học tập và quan hệ gia đình. Lo ngại nhất là, trầm cảm có thể dẫn đến tự tử. Trầm cảm hiện nay là căn bệnh gây tử vong thứ tư trên thế giới, là nguyên nhân thứ hai gây tử vong ở lứa tuổi thanh niên từ 15 tuổi đến 29 tuổi. Theo dự báo, trầm cảm sẽ là nguyên nhân thứ hai gây tử vong vào năm 2030 [2-4], [12], [50], [65], [155-157]. Theo thống kê của Bộ Y tế vào năm 2017, tại Việt Nam, có khoảng 15% dân số mắc các rối loạn tâm thần phổ biến liên quan tới tâm thần, trong đó có khoảng 5% - 7% dân số mắc các loại rối loạn trầm cảm, 50% trong số đó mắc rối loạn trầm cảm nặng. Mặc dù đã biết đến những phương pháp điều trị rối loạn trầm cảm hiệu quả, nhưng tỷ lệ người dân ở các nước thu nhập thấp và trung bình không được điều trị chứng rối loạn trầm cảm còn cao. Có nhiều rào cản đối với việc chăm sóc sức khỏe hiệu quả như: thiếu nguồn lực, thiếu chuyên gia y tế và sự kỳ thị của xã hội. Một rào cản khác để chăm sóc sức khỏe hiệu quả là chẩn đoán không chính xác do các triệu chứng về rối loạn trầm cảm khó đánh giá và mang tính chất chủ quan, dẫn đến kê đơn thuốc không chính xác. Vì thế, hiệu quả điều trị không cao [157].
2 Tại Việt Nam, cả nước có 87 cơ sở y tế khám, chữa bệnh rối loạn tâm thần, trong đó, tuyến Trung ương có 2 bệnh viện chuyên khoa, có 1 Viện nghiên cứu thuộc Bệnh viện Bạch Mai, tham gia khám, chữa bệnh rối loạn tâm thần, một số bệnh viện chuyên khoa tuyến tỉnh, còn lại là các khoa tâm thần thuộc các bệnh viện đa khoa các tuyến [155]. Đội ngũ bác sĩ chuyên khoa có kinh nghiệm và trang thiết bị là hai vấn đề nan giải trong cuộc chiến với bệnh tật. Theo thống kê của Bộ Y tế, tỷ lệ bình quân khoảng 8 - 9 bác sĩ/10.000 dân. Tỷ lệ bác sĩ chuyên ngành tâm thần còn ít hơn rất nhiều, bác sĩ tâm thần luôn trong tình trạng thiếu trầm trọng, trong khi các bác sĩ giỏi đa số tập trung ở tuyến Trung ương [158]. Như vậy, cần phải khai thác, sử dụng tri thức của các chuyên gia giỏi để đào tạo, chia sẻ kinh nghiệm khám, chữa bệnh rối loạn trầm cảm cho các bác sĩ chưa có nhiều kinh nghiệm, đặc biệt là các bác sĩ mới ra trường và các bác sĩ chuyên khoa tuyến dưới. Có nhiều phương pháp để khai thác, sử dụng tri thức, trong đó việc nghiên cứu, xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán mang lại độ chính xác cao và sự tin tưởng cao cho người sử dụng. Để xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh, phương pháp hệ chuyên gia là phù hợp hơn cả, bởi vì: phương pháp hệ chuyên gia có cách biểu diễn tri thức bằng các luật sản xuất (IF … THEN…). Phương pháp này có nhiều ưu điểm như gần gũi về cú pháp với các mô tả ngôn ngữ tự nhiên của các bác sĩ, cách biểu diễn khá đơn giản và trực quan, có thể suy luận theo các chiến lược khác nhau: suy luận tiến, suy luận lùi, suy luận hỗn hợp (tiến - lùi), có thể kiểm tra tính mâu thuẫn giữa các luật, tính mô đun cao, nghĩa là việc thêm, bớt, loại bỏ các luật hoàn toàn không ảnh hưởng tới các luật khác cũng như cơ chế suy luận [35], [39], [45-46], [61], [70], [82], [94], [96], [114], [151]. Có một số nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam đề xuất hệ hỗ trợ chẩn đoán rối loạn trầm cảm. Các công trình nghiên cứu theo các tiêu chí đánh giá rối loạn trầm cảm kèm theo một số rối loạn tâm thần khác. Một số nghiên
3 cứu bổ sung thêm các tiêu chí đánh giá về cơ thể, ví dụ như nhịp tim, chỉ số BMI,... Các nghiên cứu này nhằm mục đích sàng lọc, hỗ trợ theo dõi trong quá trình điều trị rối loạn trầm cảm của người bệnh, chưa có nghiên cứu nào về hệ chuyên gia chẩn đoán rối loạn trầm cảm theo tiêu chuẩn chẩn đoán ICD-10. Tại Việt Nam, Bộ Y tế đã ban hành hướng dẫn chẩn đoán theo ICD-10 của Tổ chức y tế thế giới [40], [84], [98], [111], [125], [127-128], [154]. Thông thường các tiêu chí chẩn đoán theo tiêu chuẩn chẩn đoán ICD-10 gồm các triệu chứng lâm sàng như “giảm khí sắc”, “mất mọi quan tâm thích thú” ... Để chẩn đoán rối loạn trầm cảm, các giá trị triệu chứng trên thường nhận giá trị là “có” hoặc “không”. Trên thực tế, các triệu chứng trên là các dữ liệu mờ, có thể biểu diễn bằng tập mờ và nhận giá trị trong đoạn [0,1] [30-31], [103], [138-139], [144]. Như vậy, để giảm khả năng mất thông tin và biểu diễn đúng bản chất của các triệu chứng bệnh, cần biểu diễn dữ liệu người bệnh bằng tập mờ. Vì vậy, việc nghiên cứu, đề xuất hệ chuyên gia mờ dựa trên luật cho chẩn đoán rối loạn trầm cảm là cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung của luận án là nghiên cứu, phát triển hệ chuyên gia mờ và ứng dụng trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm. Qua đó, trợ giúp bác sĩ chuyên khoa tuyến dưới và các bác sĩ mới ra trường, góp phần chẩn đoán chính xác hơn, giảm thời gian chờ đợi, giảm quá tải cho bệnh viện chuyên khoa, khoa tâm thần tuyến trên. Mục tiêu cụ thể của luận án bao gồm: (i) Nghiên cứu ứng dụng và phát triển hệ chuyên gia mờ dựa trên luật khẳng định trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm dựa trên nền tảng hệ chuyên gia CADIAG-2; (ii) Nghiên cứu, xây dựng bộ luật khẳng định; bộ luật phủ định cho hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán rối loạn trầm cảm; (iii) Nghiên cứu, xây dựng hệ chuyên gia mờ dựa trên luật kết hợp luật khẳng định và luật phủ định trong chẩn đoán rối loạn trầm cảm.