基于模糊推理中医诊断专家系统

郭晓军，高磊磊

(天津职业技术师范大学机械工程学院，天津 300222)

基于模糊推理中医诊断专家系统

郭晓军，高磊磊

(天津职业技术师范大学机械工程学院，天津 300222)

简要分析了目前中医诊断所面临的问题，提出了解决现有问题的专家系统。详细介绍了模糊推理技术在中医专家诊断系统中的应用，阐述了系统的组成和结构，同时构建了系统的关键模块和结构流程图，并分析了系统的特点及其优势。

模糊推理;专家系统;推理机制

中医专家系统是人工智能领域的重要组成部分，它是某个领域具有专家水平解决问题能力的计算机程序。近年来中医专家系统发展势头强劲，有许多科研单位专门研究专家系统，希望借此能促进我国的中医事业实现跨越式的发展，但学术界对中医诊断专家系统并没有给出统一的定义，其诊断的过程也并不是特别的明确，所以专家系统的最终目的是为了服务大众，并对临床诊疗给予详细的补充。

1 中医诊断系统发展现状

所谓中医专家系统(Traditional Medicine Expert System，TMES)［1］，它是把名老中医的临床经验加以总结和归纳，输入电子计算机，制成软件，从而使计算机能模拟名老中医来给病人治病。我国中医专家系统的研究始于1978年北京中医学院和有关电子计算机单位合作研制的老中医关幼波治疗肝病的诊疗系统。

20世纪90年代以后，专家学者对中医诊断专家系统开发技术进行了更加深入的研究，更多采用先进人工智能技术，如应用模糊判别模式、协同分布式、神经网络、基于数据挖掘技术和决策树以及基于信息嫡的决策树算法进行中医诊断专家系统开发研究。

到目前为止，国内外学者对中医诊断专家系统的研究虽然有了巨大的进步，但是总的研究还不够深入和全面，离实际应用还有一定的差距。

中医药学近百年发展缓慢，关键的原因在于对海量数据信息的采集、存储、使用的技术落后。借助于计算机的专家系统能够轻松实现一次输入多次调用，同时对于疾病名称、药品名称、计量单位等确定不变的内容，可以设置成选择的方式，从而避免了人为输入的错误。信息技术是中医药发展的技术支撑，建立数字化中医诊断系统，不仅可以从根本上解决制约中医药发展的方法与技术手段问题，同时也可以解决长期困扰中医药的＇继承与创新＇问题。数字化的中医诊断系统是中医药实现跨越式发展的必由之路。

2 专家系统

从本质上讲，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序［2］，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验(即数据)，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。一个专家系统的性能水平的高低取决于它所包含的知识库的大小和解决问题的能力的大小，其技术还处于不断发展的时期，因此专家系统还没有一个固定不变的模式。依据当前人们普遍的认识以及现有的发展状况，通常，以规则为基础，以问题求解为中心的专家系统主要包括以下5个部分:知识库(Knowledge Base)、推理机(Inference Engine)、数据库(Data Base)、人机交互界面(Man－Machine Interface)、知识获取(Knowledge Acquisition)［3］。

专家系统各个部分之间的逻辑关系如图1所示。

图1 专家系统结构图

2.1 知识库(Knowledge Base)

知识库是专家系统极其重要的组成部分，其质量的好坏直接影响专家系统质量的好坏，知识库的主要功能是存储和管理专家系统中的知识。该系统知识库中知识的获取一方面是根据专家们的临床经验的总结，汇总到知识库中。另一方面是该领域内收录的相关学术著作。

2.2 推理机(Inference Engine)或推理控制机制

基本的推理规则有假言推理、拒取式推理、假言三段论推理等。在该专家系统中主要用的是模糊假言推理 FMP(Fuzzy Modus Ponens)［4－5］。

模糊假言推理:设模糊集 A∈ F(U)，B∈F(V)，且它们具有如下关系:

若有模糊集A'∈F(U)，并且A与A'可以进行模糊匹配，则可推出y is B'，B'∈F(V)。这样的推理称为模糊假言推理。可表示为

规则/知识:IF x is A THEN y is B证据/事实:x is A'推理结论:y is B'

2.3 数据库(Data Base)

数据库是专家系统中用于存放数据的场所，其中包括用户的个人信息、诊断信息、治疗信息等所有的信息。数据库海量信息处理能力和专家系统的推理能力，二者取长补短，才使得专家诊断系统作用的充分发挥。

2.4 人机交互界面(Man－Machine Interface)

人机交互界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口。人机交互界面负责把用户输入的信息转换成系统内部规范化的表示形式，然后把这些数据交给相应的模块去处理。系统输出的内部信息通过系统界面转换成用户易于理解的外部表现形式显示给用户。

2.5 知识获取(Knowledge Acquisition)

知识获取模块是专家系统将专业领域内的实时性知识和专家们的临床经验知识转换为计算机可以利用的形式并输入到知识库中。同时也负责对知识库的增加、修改和删除。随着知识的更新，用户通过知识获取模块可以随时更新、修改知识库里的内容，实现了系统的灵活性和适应性。

3 中医诊断专家系统

3.1 系统功能模块

本系统的开发方案背景是根据某医院慢性肾病诊断具体功能需求开发的，整个系统由4大功能模块组成:系统设置模块、基础设置模块、患者管理模块和医生管理模块。中医诊断系统设计结构组成如图2所示。

图2 中医诊断系统设计结构组成

3.2 系统关键模块

a.动态处方模块。

该系统的主要功能是通过知识库中肾病主要的症状表现，列出肾病表现的主要症状，然后分别给出每个症状的具体表现，参照国家标准和临床经验给出每项症状的分值;列出可能患该症状的所有具体的主症和次症，再根据病人的具体情况进行选择。把所选择的数据提交给专家系统，专家系统通过一系列的逻辑运算得出符合这些临床表现的中医病名，并同时给出一些符合要求的推荐处方。如果医生觉得其中的药材不是很完善，医生可根据患者的临床表现和自己的临床经验增添或修改某些药材及数量，给出应用处方。动态处方流程如图3所示。

图3 动态处方流程图

b.诊断标准添加模块。

当某一种处方经过大量临床实践能作为标准使用的时候，管理员通过权限配置赋予某人有添加标准的权限［6］，通过系统设置的标准化的添加新标准流程进行操作。首先把新的标准添加到专家系统中，提请上级主管审核。上级主管未能通过，则不能添加。上级主管审核通过后，由上级主管再提请最高级主管审核。审核全部通过以后，该临床经验就能作为标准添加到系统知识库，从而实现经验的共享。标准添加流程如图4所示。

图4 标准添加流程图

c.模糊推理模块。

专家系统中的模糊推理工作机理［7］是把专家解决问题的过程编写成计算机程序，把专家们的知识和思维赋予计算机，利用计算机擅长的运算速度快、精度高，辅助医疗工作者进行诊断治疗。其主要工作原理是根据知识库构造对象对于集合的隶属关系，根据隶属关系建立模糊诊断矩阵［8］，医生把患者具体的症兆输入到电脑中，专家系统根据这些信息得出具体的结论，模糊诊断流程如图5所示。

图5 模糊诊断流程

3.3 系统的特点

安全可靠。系统对所有的数据输入都进行完整性和一致性检查，不但保证了数据库级的安全性，还保证了程序级的安全性。系统管理员通过用户权限设置，对各操作员进行统一授权管理，确保了系统的安全性和保密性。本系统使用SQL Server数据库，便于海量数据的存储。

适应性强。该系统的基础设置模块具有增删查改的功能，能根据不同地域病人的特点更改、添加、修改诊断标准和处方标准，能够方便快捷地更新专家库里面的知识，使系统能够灵活地适应不同的环境。在兼容性方面，系统采用JavaEE架构，利用Java虚拟机能够在几种主流的操作系统和主流浏览器上使用。

界面友好，功能强大，操作简单。整个系统操作流程设计完全按照医院目前实际的工作流程设计的，使用者很容易上手。系统使用SQL Server数据库，能实现海量数据存储，实现一次输入可重复调用，减轻医护人员的工作强度，降低出错的概率，同时提供精确查询、模糊查询等功能，方便实际应用。

4 结束语

本文基于模糊推理的中医诊断系统，实现了从手工抄写到无纸化办公一次跨越。使用标准化的管理流程，使管理更加规范化。本系统充分利用数据库的特点，把专家系统与数据库有机地结合起来，它的知识来源于中医专家们丰富的临床经验和完整的中医理论知识体系，同时借助计算机安全准确的特点，因而其诊断的正确率很高，有应用推广的价值。系统的不足之处，在于知识库的更新很难跟上疾病的变化，同时无法分辨每个人身体状况的细微差异，目前只能用作诊断治疗时的参考。

［1］赵刚，李刚荣.基于B/S构架的中医科医生工作站软件的设计［J］.重庆医学，2007(2):112－113.

［2］JosephGiarratano，GaryRiley.专家系统原理与编程［M］.印鉴，刘星成，汤庸，等译.北京:机械工业出版社，2006.

［3］曾照芳，安琳.新型中医专家系统的构建及应用研究［J］.辽宁中医药大学学报，2009(10):9－11.

［4］刘普寅，吴孟达.模糊理论及其应用［M］.长沙:国防科技大学出版社，1998.

［5］杨纶标，高英仪.模糊数学原理及应用［M］.广州:华南理工大学出版社，2004.

［6］姜志红，须德.基于Web的信息系统的用户权限设置策略［J］.北方交通大学学报，2001(2):33 －36.

［7］雷军程.基于模糊推理的网络故障诊断研究［J］.计算机时代，2011(12):17 －18.

［8］刘晓慧，佟伟光，林树宽.基于模糊推理的专家系统的研究与实现［J］.沈阳工程学院学报:自然科学版，2007(2):162－165.

The Expert System of Traditional Chinese Medicine Diagnosis Based on Fuzzy Reasoning

GUO Xiaojun，GAO Leilei
(Tianjin University of Technology and Education，Tianjin，300222，China)

Based on analysis of the current traditional Chinese medicine diagnosis problems，it presents the expert system.It introduces the fuzzy reasoning technology in the application of traditional Chinese medicine diagnosis expert system，builds the structure and composition of system，shows the structures key modules and the system flow diagram，and analyzes the characteristics and advantages of the system.

Fuzzy Reasoning;Expert System;Reasoning Mechanism

TP319

A

2095－509X(2013)05－0063－04

10.3969/j.issn.2095 －509X.2013.05.016

2013－01－24

郭晓军(1969—)，男，山西长治人，天津职业技术师范大学教授，主要研究方向为制造业信息化。