可拓疾病治療方案生成系統的設計與實現

葉廣仔，陳俞強

（東莞職業技術學院人工智能學院，東莞 523808）

0 引言

對于患者來說，某種疾病治療方案往往由主治醫生來確定，醫生的專業知識及經驗決定了患者疾病的治療效果。這種診斷方式缺乏客觀化和定量化的度量，容易受人為因素（如專業知識、臨床經驗等）的干擾。因此，為了減少因醫生對某種疾病的專業知識及經驗不足而影響患者的治療，研究一種針對特定疾病生成治療方案的方法是十分必要的。

可拓創新方法［1］是一種用形式化的模型研究事物拓展的可能性與開拓創新的方法，通過對研究對象進行拓展分析、可拓變換、優度評價等，來生成解決各種矛盾問題的形式化、定量化創新方法［2］。現階段可拓學在醫學領域主要用于病因分析及疾病識別，如文獻［3］研究利用可拓理論分析外感燥證的相關病因因素。文獻［4］研究運用可拓理論和方法實現精神疲勞的識別，但還沒涉及疾病治療方案生成及評優等方面的研究。為此，本文提出根據可拓創新方法的相關理論，構建基于可拓創新方法疾病治療方案生產框架模型，并以強直性脊柱炎［5］疾病為例證明可拓疾病治療方案生成系統的可行性。

本文研究的主要貢獻：①提出運用可拓創新方法及優度評價方法為生成疾病治療方案以及評價疾病治療方案的優劣提供一種形式化、定量化的有效方法；②使用MVC 開發模式實現可拓疾病治療方案生成系統，并以強直性脊柱炎［5］為例驗證系統的可行性，為計算機模擬人類思維智能生成疾病治療方案進行算法研究奠定了基礎。

1 可拓創新方法的相關概念

1.1 關聯函數及關聯度

在可拓學中，關聯函數［1］用來刻畫論域中的對象具有某種性質的程度，它能定量地、客觀地表述對象具有某種性質的程度及其量變與質變的過程。對某一待評價對象Z，關于某衡量指標MI建立關聯函數k(z)，用于表示對象Z符合要求的程度，稱k(z)的取值為MI關于MI的關聯度［1］。

正域為有限區間b

（1）當M=a時，建立簡單關聯函數［6］：

（2）當M=b時，建立簡單關聯函數：

1.2 關聯函數及關聯度

優度評價法［1］是可拓學中通過關聯函數定量化地評價一個事物、策略、方法等對象優劣程度的方法。

1.2.1 衡量指標

評價一個對象的優劣必須反映出利弊的程度以及它們可能的變化情況。這就要去根據實際問題的需要，指定符合技術要求、經濟要求和社會要求的評價標準，確定出衡量指標［1］MI={MI1,MI2,…,MIn}，其中MIi=(ci,Vi)是特征元，ci是評價特征，Vi是數量化的閾值，其中i=1,2,…,n。

1.2.2 規范關聯度

設Z關于MI的關聯度為K(Z)，則

稱為Z關于MI的規范關聯度［1］。

1.2.3 優度

對某一被評價對象Z，若衡量指標集為MI={MI1,MI2,…,MIn}，Z關于MI的規范關聯度為ki(i=1,2,…,n)，MIi的權系數為αi（αi表示衡量指標MIi的相對重要程度），且0≤α≤1。若實際問題中，要求所有衡量指標的綜合關聯度大于0 才認為對象符合要求Z，則優度［1］定義為

2 可拓疾病治療方案生成系統的總體設計

2.1 系統框架流程

可拓疾病治療方案生成系統以患者的體檢相關數據作為輸入，根據疾病治療問題物元表構建疾病問題可拓模型。如圖1所示，首先通過關聯函數式計算疾病問題相容度，如果相容，則不存在疾病治療問題；如果不相容，則存在疾病治療問題。然后通過可拓創新方法，根據疾病問題可拓分析表對疾病不相容問題進行可拓分析，并根據可拓變換治療方案表對疾病問題進行可拓變換，再根據可拓變換后的疾病問題是否可以轉換為相容問題來判定可行治療方案。最后根據治療方案優度評價表對疾病治療方案進行優度評價，并獲得最優疾病治療方案。

圖1 可拓疾病治療方案生成系統框架流程圖

2.2 系統數據庫設計

可拓疾病治療方案生成系統主要包含五個數據庫表：疾病治療問題物元表、疾病可拓分析表、可拓變換治療方案表、疾病問題治療方案表以及治療方案優度評價表。

表1為疾病治療物元表，主要存儲疾病及藥物的相關信息，如疾病名稱及疾病活動期等信息，以及藥物名稱及用量等信息。系統可根據疾病治療物元表實施可拓變換，形成疾病治療方案。

表1 疾病治療物元表

表2為疾病可拓分析表，主要存儲與疾病相關的治療藥物，在疾病可拓分析階段，可通過該表分析疾病的相關病癥，及對應病癥的有效治療藥物，有利于后續通過可拓變換生成疾病治療方案。

表2 疾病可拓分析表

表3為可拓變換治療方案表，主要存儲藥物用量、疾病病癥以及疾病活動期的傳導變換及變換后情況。根據疾病可拓分析得到藥物、病癥、疾病活動期的相關性，通過變換藥物的物元用量特征值，獲得物元特征值變換對疾病病癥及活動期的影響程度。

表3 可拓變換治療方案表

表4疾病問題治療方案表，主要用于存儲通過可拓變生成的可行治療方案，利用傳導變換的原理，根據傳導變換后疾病活動期的變換情況，計算疾病問題的相容度，如果疾病問題從不相容問題變換為相容問題，則治療方案可行。

表4 疾病問題治療方案表

表5治療方案優度評價表，主要存儲各可行治療方案的評價指標值，系統可根據該表中各治療方案的評價指標值，結合患者自身對評價指標的權重設置，計算出各個治療方案的優度，從而提供最適合患者的個性化治療方案。

表5 治療方案優度評價表

3 可拓疾病治療方案生成系統的案例實現

在已有條件下目標不能實現的問題，稱為不相容問題，可拓創新方法是一種通過形式化、定量化的方式解決不相容問題的方法。強直性脊柱炎是以骶髂關節炎及中軸關節病變為特征的慢性炎癥性疾病，是脊柱關節病的最常見類型［5］。下面以強直性脊柱炎疾病為例，介紹可拓疾病治療方案生成系統的疾病治療方案生成過程。

該系統使用Web 前端開發技術［7］，使用MVC 開發模式［8］實現疾病治療方案的生成。主要運用HTML5 實現交互界面的布局，通過jQuery 技術及相關插件完成前端數據的獲取及傳遞，并利用PHP 技術實現治療方案生成的相關業務功能及數據庫表的操作。

3.1 疾病問題模型構建

打開瀏覽器，訪問可拓疾病治療方案生成系統的服務器主頁（如圖2所示）。

圖2 疾病問題模型構建界面

首先，在“疾病名稱”列表選取病人的疾病，在“疾病狀態”列表選取病人疾病的現狀，在“治療目標”中選擇期望治療效果。然后，點擊“疾病問題相容度計算”按鈕，計算病人疾病現狀與治療目標的相容度。譬如疾病現狀為“疾病中度活動期”，疾病治療目標為“疾病非活動期”，則疾病治療問題為不相容問題，需要點擊“疾病問題拓展分析”按鈕，對疾病治療方案相關因素進行分析。

3.2 疾病問題可拓分析

進入疾病問題可拓分析頁面，分析病人疾病的相關病癥以及對應治療藥物。該頁面可輔助醫務人員分析病人疾病的病因，以及疾病的可用藥物。詳情如圖3所示。

圖3 疾病問題可拓分析界面

如強直性脊柱炎在西醫領域歸類為“強直性脊柱炎”，在中醫領域被歸類為“腎痹癥”［9］。西醫治療該疾病的藥物主要有非甾體抗炎藥［10］、抗風濕藥物［11］以及生物制劑藥物［12］。中醫治療該疾病的方法主要有內服中藥［13］、外治針石［14］。

3.3 疾病問題可拓變換

進入疾病問題可拓變換頁面，醫務人員可在該頁面制定病人的疾病治療方案。

（1）確定治療方案效果：對于強直性脊柱炎，醫務人員如果僅僅采取口服塞來昔布400毫克/天的治療方案，則不可以解決病人的疾病問題，不能達到在疾病問題模型構建頁面中預設的治療目標，詳情如圖4所示。

圖4 衡量治療方案效果界面

（2）儲備可行疾病治療方案：對于強直性脊柱炎，醫務人員如果采取口服柳氮磺吡啶2000 毫克/天，結合內服陽和湯1 劑/天的治療方案，則可以解決病人的疾病問題，達到在疾病問題模型構建頁面中預設的治療目標。此時，醫務人員可以點擊“疾病治療方案儲備”按鈕，把服柳氮磺吡啶2000 毫克/天，內服陽和湯1劑/天的治療方案儲備為備選方案。同理，醫務人員可以選取多個可行治療方案作為備選方案。當確定好所有可行的疾病治療備選方案后，點擊“疾病治療方案優度評價”。詳情如圖5所示。

圖5 儲備可行疾病治療方案界面

3.4 治療方案優度評價

進入治療方案優度評價頁面，醫務人員可在該頁面確定備選治療方案中哪個方案為最優方案。首先，醫務人員通過與病人交流，確定治療方案中“治療費用”“治療風險”“見效周期”以及“就醫頻率”等各項評價指標的權重。如果設置上述權重分別為0.3、0.3、0.2、0.2，則系統會根據評價指標確定五個備選治療方案的優度。其中“口服柳氮磺吡啶2000 毫克/天，內服陽和湯1 劑/天”為最優治療方案，其優度為0.958（最大值為1）；其次是治療方案“注射阿達木單抗40毫克/次”，其優度為0.929。詳情如圖6所示。

圖6 治療方案優度評價界面

4 結語

本文介紹了可拓疾病治療方案生成系統的框架流程設計及數據庫設計，并通過強直性脊柱炎疾病治療方案生成的具體案例說明該系統能有效地輔助臨床醫生獲得適合患者個性化的最佳治療方案。可拓疾病治療方案生成系統引入可拓創新方法，從定量和定性兩方面對疾病問題進行不相容度分析，構建疾病問題模型，利用可拓分析及可拓變換方法結合疾病可拓分析表及疾病問題治療方案表獲取疾病可行治療方案，并引入治療方案的可拓評價方法，定量計算出適合患者的最佳治療方案，為計算機模擬人類思維智能生成疾病治療方案研究奠定了基礎。