馬消化系統(tǒng)疾病輔助診療專家系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

翟志南，王洪斌，秦宏宇，王 超，欒宏梁，肖建華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

在動物飼養(yǎng)生產(chǎn)過程中，消化系統(tǒng)疾病診斷一直都是一個相對比較復(fù)雜的過程。消化系統(tǒng)包括口腔及其相關(guān)器官、食管、反芻動物的前胃、各種動物的胃、肝臟、胰臟、小腸、大腸、直腸和肛門。沿消化道分布的淋巴組織和腹膜都與許多胃腸疾病有著密切的關(guān)系[1]。由于我國改革開放以來，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，科技水平的提高，動力機械的發(fā)明和廣泛應(yīng)用，馬在現(xiàn)實生活中所起的作用越來越少，因此馬獸醫(yī)也在逐年的減少，當遇到馬發(fā)生流涎、腹痛、腹瀉等消化系統(tǒng)疾病時，無法及時地、確切地診斷疾病和提出疾病的治療方案，這就會影響我國養(yǎng)馬業(yè)的發(fā)展。針對這種情況，我們設(shè)計了馬消化系統(tǒng)疾病輔助診斷專家系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計 系統(tǒng)為利用專家知識對馬消化系統(tǒng)疾病進行診斷的專家系統(tǒng)，系統(tǒng)包括知識庫、推理機、疾病診斷模塊、多媒體信息模塊和疾病治療模塊，系統(tǒng)功能包括疾病診斷和疾病治療等（圖1）。

1.2 系統(tǒng)知識獲取及表示方法

1.2.1 知識獲取 本系統(tǒng)從專業(yè)書籍[1-5]和文獻資料（主要來自中獸醫(yī)雜志、獸醫(yī)大學(xué)學(xué)報、養(yǎng)殖技術(shù)顧問、黑龍江畜牧獸醫(yī)等期刊）中獲取領(lǐng)域知識，主要包括馬消化系統(tǒng)的疾病、癥狀、治療方案等，并通過咨詢專家意見，經(jīng)過知識的提取（識別、理解、篩選、歸納、總結(jié)）過程，對這些知識集中加以整理和分析，然后將其轉(zhuǎn)換成規(guī)范的、系統(tǒng)化的完整數(shù)據(jù)[6]，最后本著知識的完整性、全面性、典型性確定原則，并抽象化為知識庫和推理依據(jù)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能示意

1.2.2 規(guī)則的表示 獲得知識以后就需要對知識進行表示。知識表示就是將知識轉(zhuǎn)化成計算機可以接受的，用于描述知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)采用的是使用最多的表示方法模型-產(chǎn)生式規(guī)則（又稱為基于規(guī)則的表示方法[7]），這種規(guī)則以IF ＜前提＞THEN ＜結(jié)論＞CF 形式表示，其含義是：如果前提被滿足，則可推出結(jié)論或執(zhí)行結(jié)論所規(guī)定的操作。在馬消化系統(tǒng)疾病診療專家系統(tǒng)中，前提主要指癥狀，結(jié)論主要是疾病，CF是癥狀對疾病發(fā)生的可信程度。

用產(chǎn)生式規(guī)則方法，將馬消化系統(tǒng)疾病知識分別整理成一條條規(guī)則，然后放在知識庫中進行推理尋找答案。例如，本系統(tǒng)中疾病診斷的一條規(guī)則如下：

1.3 推理策略 通過選擇馬表現(xiàn)的癥狀為診斷推理提供必要條件，系統(tǒng)以此為前提進行推理，并計算所選癥狀的可信度之和做為診斷數(shù)值，當診斷數(shù)值大于85 時可以認為診斷結(jié)果準確[8]，診斷結(jié)果疾病按可信度值的大小降序排列，若診斷數(shù)值小于60，診斷失敗，需要重新診斷。系統(tǒng)推理策略見圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)推理策略

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)以Visual Studio 2008 為設(shè)計開發(fā)平臺，采用Microsoft Office Access 2003 數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合Visual Basic 計算機編程語言，最終實現(xiàn)系統(tǒng)疾病診斷、疾病治療和多媒體等功能。

2.1 疾病診斷 本系統(tǒng)主要提供兩種診斷方式：混合診斷和反向診斷。混合診斷是模擬專家診斷疾病思維，首先通過用戶選擇疾病診斷的一般信息和動物患病后所表現(xiàn)出的主要癥狀，系統(tǒng)形成一個假設(shè)結(jié)論，然后通過用戶進一步的信息獲取選擇，來驗證系統(tǒng)已經(jīng)形成的假設(shè)結(jié)論，混合診斷是本系統(tǒng)的主要診斷方式；反向診斷主要是針對具有一定疾病診斷能力的用戶所提供的診斷方式，首先通過用戶自己觀察到的癥狀，形成一個假設(shè)結(jié)論（疾病），用戶通過選擇這個假設(shè)疾病，可以看到這個疾病的所有詳細信息，從而驗證假設(shè)結(jié)論正確與否。

用戶進入界面可以選擇診斷方式，下面以混合診斷為例。當用戶觀察到馬患病后表現(xiàn)的癥狀，我們可以在癥狀樹中按疾病檢查部位分類找到對應(yīng)的癥狀，雙擊選擇，如圖3 所示，在右側(cè)的對話框中顯示出選擇的癥狀，在選擇癥狀時，若有此癥狀的相關(guān)圖片或視頻資料，單擊癥狀即可觀看，最后用戶可以單擊疾病診斷按鈕進行疾病診斷。

圖3 癥狀選擇

2.2 疾病治療 本系統(tǒng)為用戶提供最科學(xué)、最先進的治療方法，包括中醫(yī)治療和西醫(yī)治療兩個方面。當用戶單擊疾病診斷按鈕，會在圖4 所示左側(cè)的對話框中出現(xiàn)馬可能患有的疾病，用戶通過選擇疾病名稱，單擊治療方案按鈕，即可查閱該疾病的治療方案，如圖5 所示。

圖4 疾病診斷

2.3 多媒體展示 本系統(tǒng)為用戶提供了有關(guān)疾病癥狀的相關(guān)圖片及視頻資料，能夠給用戶在診斷和學(xué)習(xí)過程中提供最直接的印象。用戶可以通過選擇癥狀，單擊癥狀查看圖片及視頻，也可以如圖4 中所示，雙擊疾病名稱查看疾病詳細信息，在疾病詳細信息中，有圖片和視頻的癥狀會在對應(yīng)欄中顯示，用戶單擊即可查看，如圖6 所示。

3 系統(tǒng)測試結(jié)果 本課題組建立消化系統(tǒng)疾病規(guī)范病例共1 295 份（未收集到馬唾液腺炎和馬肝硬變疾病的病例），并隨機抽取每個疾病病例的60%作為訓(xùn)練樣本，用于建立疾病信息判別矩陣；余下的40%疾病病例作為考核樣本，用于系統(tǒng)診斷效果的考核驗證。

圖5 治療方案

圖6 疾病詳細信息

圖7 系統(tǒng)測試結(jié)果

我們運用本系統(tǒng)對建立消化系統(tǒng)疾病規(guī)范病例中520 例考核樣本進行驗證性診斷，診斷結(jié)果準確率平均達到95%以上。系統(tǒng)測試結(jié)果詳見圖7。

4 討論

本系統(tǒng)是為馬消化系統(tǒng)疾病的診斷與治療所建立的計算機程序，系統(tǒng)收錄的疾病主要包括口炎、唾液腺炎、腸痙攣、腸阻塞、腸臌氣、腸變位等15 種疾病，詳細疾病見圖7。我們按這些疾病表現(xiàn)出主要癥狀不同進行歸類：當患馬發(fā)生流涎時，可能患有口炎、唾液腺炎、咽炎、食管阻塞等疾病；當患馬表現(xiàn)出腹痛時，則可能是胃擴張、腸痙攣、腸阻塞、腸臌氣、腸變位、腹膜炎、急性結(jié)腸炎、胃腸炎等疾病；當患馬可視黏膜出現(xiàn)黃染癥狀時，則可能是急性實質(zhì)性肝炎或肝硬變等疾病。

通過圖7 系統(tǒng)測試結(jié)果可以看出，除了腸變位疾病準確率為67%以外，其他疾病準確率都達到了90%以上，這主要是因為腸變位這一疾病具有發(fā)病迅速、且在短時間內(nèi)易繼發(fā)其他胃腸疾病的特點所決定的。當養(yǎng)殖人員發(fā)現(xiàn)馬表現(xiàn)出腹痛時，再進行疾病診斷，由于此時患馬表現(xiàn)的主要癥狀已經(jīng)是繼發(fā)性疾病所表現(xiàn)的癥狀，所以診斷的結(jié)果往往是由腸變位疾病所繼發(fā)的腸阻塞、腸臌氣等疾病，導(dǎo)致診斷的錯誤，往往延誤了原發(fā)病的治療。為了提高馬腸變位疾病診斷的準確率，飼養(yǎng)人員應(yīng)在平日里密切關(guān)注馬的飼養(yǎng)管理情況：如在飽食后是否立即使役、馬匹之間是否踢打、是否飼喂馬匹冰冷的飲水等，只有飼養(yǎng)人員觀察到這些情況，為系統(tǒng)提供更多的信息，才能夠提高系統(tǒng)的使用率，提高患馬的治愈率，降低馬場的損失。

5 結(jié)論

開發(fā)了馬消化系統(tǒng)疾病輔助診療專家系統(tǒng)，可以利用該系統(tǒng)對發(fā)病的馬匹進行智能化診斷。用戶可以在系統(tǒng)的幫助下，通過鼠標選取馬所表現(xiàn)的癥狀，再通過系統(tǒng)對這些癥狀的匹配及數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過一系列規(guī)則的運算，最終得出疾病診斷結(jié)果。通過試驗結(jié)果表明，本專家系統(tǒng)具有科學(xué)性強、可信度大、準確率高等優(yōu)點，可以更好的為基層養(yǎng)馬人員和規(guī)模化馬場提供疾病診療服務(wù)，為養(yǎng)馬業(yè)提供有利的醫(yī)療技術(shù)保障。

[1]王建華.家畜內(nèi)科學(xué)[M].3 版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[2]王洪斌.家畜外科學(xué)[M].4 版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2010.

[3]侯振中.獸醫(yī)產(chǎn)科學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[4]汪明.獸醫(yī)寄生蟲學(xué)[M].3 版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2006.

[5]陳溥言.獸醫(yī)傳染病學(xué)[M].5 版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2006.

[6]蔡自興,許光祐.人工智能及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002:206-207.

[7]鄭麗敏.人工智能與專家系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2004:57-66.

[8]徐云，梅紅，林莉，等.茶樹病害診斷與防治專家系統(tǒng)研制[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2003，19（2）:93-96，100.