马消化系统疾病辅助诊疗专家系统的设计与实现

翟志南，王洪斌，秦宏宇，王 超，栾宏梁，肖建华

（东北农业大学动物医学学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

在动物饲养生产过程中，消化系统疾病诊断一直都是一个相对比较复杂的过程。消化系统包括口腔及其相关器官、食管、反刍动物的前胃、各种动物的胃、肝脏、胰脏、小肠、大肠、直肠和肛门。沿消化道分布的淋巴组织和腹膜都与许多胃肠疾病有着密切的关系[1]。由于我国改革开放以来，随着生产力的发展，科技水平的提高，动力机械的发明和广泛应用，马在现实生活中所起的作用越来越少，因此马兽医也在逐年的减少，当遇到马发生流涎、腹痛、腹泻等消化系统疾病时，无法及时地、确切地诊断疾病和提出疾病的治疗方案，这就会影响我国养马业的发展。针对这种情况，我们设计了马消化系统疾病辅助诊断专家系统。

1 系统设计

1.1 系统结构与功能设计 系统为利用专家知识对马消化系统疾病进行诊断的专家系统，系统包括知识库、推理机、疾病诊断模块、多媒体信息模块和疾病治疗模块，系统功能包括疾病诊断和疾病治疗等（图1）。

1.2 系统知识获取及表示方法

1.2.1 知识获取 本系统从专业书籍[1-5]和文献资料（主要来自中兽医杂志、兽医大学学报、养殖技术顾问、黑龙江畜牧兽医等期刊）中获取领域知识，主要包括马消化系统的疾病、症状、治疗方案等，并通过咨询专家意见，经过知识的提取（识别、理解、筛选、归纳、总结）过程，对这些知识集中加以整理和分析，然后将其转换成规范的、系统化的完整数据[6]，最后本着知识的完整性、全面性、典型性确定原则，并抽象化为知识库和推理依据。

图1 系统结构与功能示意

1.2.2 规则的表示 获得知识以后就需要对知识进行表示。知识表示就是将知识转化成计算机可以接受的，用于描述知识的数据结构。本系统采用的是使用最多的表示方法模型-产生式规则（又称为基于规则的表示方法[7]），这种规则以IF ＜前提＞THEN ＜结论＞CF 形式表示，其含义是：如果前提被满足，则可推出结论或执行结论所规定的操作。在马消化系统疾病诊疗专家系统中，前提主要指症状，结论主要是疾病，CF是症状对疾病发生的可信程度。

用产生式规则方法，将马消化系统疾病知识分别整理成一条条规则，然后放在知识库中进行推理寻找答案。例如，本系统中疾病诊断的一条规则如下：

1.3 推理策略 通过选择马表现的症状为诊断推理提供必要条件，系统以此为前提进行推理，并计算所选症状的可信度之和做为诊断数值，当诊断数值大于85 时可以认为诊断结果准确[8]，诊断结果疾病按可信度值的大小降序排列，若诊断数值小于60，诊断失败，需要重新诊断。系统推理策略见图2 所示。

图2 系统推理策略

2 系统功能实现

本系统以Visual Studio 2008 为设计开发平台，采用Microsoft Office Access 2003 数据库，并结合Visual Basic 计算机编程语言，最终实现系统疾病诊断、疾病治疗和多媒体等功能。

2.1 疾病诊断 本系统主要提供两种诊断方式：混合诊断和反向诊断。混合诊断是模拟专家诊断疾病思维，首先通过用户选择疾病诊断的一般信息和动物患病后所表现出的主要症状，系统形成一个假设结论，然后通过用户进一步的信息获取选择，来验证系统已经形成的假设结论，混合诊断是本系统的主要诊断方式；反向诊断主要是针对具有一定疾病诊断能力的用户所提供的诊断方式，首先通过用户自己观察到的症状，形成一个假设结论（疾病），用户通过选择这个假设疾病，可以看到这个疾病的所有详细信息，从而验证假设结论正确与否。

用户进入界面可以选择诊断方式，下面以混合诊断为例。当用户观察到马患病后表现的症状，我们可以在症状树中按疾病检查部位分类找到对应的症状，双击选择，如图3 所示，在右侧的对话框中显示出选择的症状，在选择症状时，若有此症状的相关图片或视频资料，单击症状即可观看，最后用户可以单击疾病诊断按钮进行疾病诊断。

图3 症状选择

2.2 疾病治疗 本系统为用户提供最科学、最先进的治疗方法，包括中医治疗和西医治疗两个方面。当用户单击疾病诊断按钮，会在图4 所示左侧的对话框中出现马可能患有的疾病，用户通过选择疾病名称，单击治疗方案按钮，即可查阅该疾病的治疗方案，如图5 所示。

图4 疾病诊断

2.3 多媒体展示 本系统为用户提供了有关疾病症状的相关图片及视频资料，能够给用户在诊断和学习过程中提供最直接的印象。用户可以通过选择症状，单击症状查看图片及视频，也可以如图4 中所示，双击疾病名称查看疾病详细信息，在疾病详细信息中，有图片和视频的症状会在对应栏中显示，用户单击即可查看，如图6 所示。

3 系统测试结果 本课题组建立消化系统疾病规范病例共1 295 份（未收集到马唾液腺炎和马肝硬变疾病的病例），并随机抽取每个疾病病例的60%作为训练样本，用于建立疾病信息判别矩阵；余下的40%疾病病例作为考核样本，用于系统诊断效果的考核验证。

图5 治疗方案

图6 疾病详细信息

图7 系统测试结果

我们运用本系统对建立消化系统疾病规范病例中520 例考核样本进行验证性诊断，诊断结果准确率平均达到95%以上。系统测试结果详见图7。

4 讨论

本系统是为马消化系统疾病的诊断与治疗所建立的计算机程序，系统收录的疾病主要包括口炎、唾液腺炎、肠痉挛、肠阻塞、肠臌气、肠变位等15 种疾病，详细疾病见图7。我们按这些疾病表现出主要症状不同进行归类：当患马发生流涎时，可能患有口炎、唾液腺炎、咽炎、食管阻塞等疾病；当患马表现出腹痛时，则可能是胃扩张、肠痉挛、肠阻塞、肠臌气、肠变位、腹膜炎、急性结肠炎、胃肠炎等疾病；当患马可视黏膜出现黄染症状时，则可能是急性实质性肝炎或肝硬变等疾病。

通过图7 系统测试结果可以看出，除了肠变位疾病准确率为67%以外，其他疾病准确率都达到了90%以上，这主要是因为肠变位这一疾病具有发病迅速、且在短时间内易继发其他胃肠疾病的特点所决定的。当养殖人员发现马表现出腹痛时，再进行疾病诊断，由于此时患马表现的主要症状已经是继发性疾病所表现的症状，所以诊断的结果往往是由肠变位疾病所继发的肠阻塞、肠臌气等疾病，导致诊断的错误，往往延误了原发病的治疗。为了提高马肠变位疾病诊断的准确率，饲养人员应在平日里密切关注马的饲养管理情况：如在饱食后是否立即使役、马匹之间是否踢打、是否饲喂马匹冰冷的饮水等，只有饲养人员观察到这些情况，为系统提供更多的信息，才能够提高系统的使用率，提高患马的治愈率，降低马场的损失。

5 结论

开发了马消化系统疾病辅助诊疗专家系统，可以利用该系统对发病的马匹进行智能化诊断。用户可以在系统的帮助下，通过鼠标选取马所表现的症状，再通过系统对这些症状的匹配及数据的处理，经过一系列规则的运算，最终得出疾病诊断结果。通过试验结果表明，本专家系统具有科学性强、可信度大、准确率高等优点，可以更好的为基层养马人员和规模化马场提供疾病诊疗服务，为养马业提供有利的医疗技术保障。

[1]王建华.家畜内科学[M].3 版.北京：中国农业出版社，2008.

[2]王洪斌.家畜外科学[M].4 版.北京:中国农业出版社，2010.

[3]侯振中.兽医产科学[M].北京：科学出版社，2011.

[4]汪明.兽医寄生虫学[M].3 版.北京:中国农业出版社，2006.

[5]陈溥言.兽医传染病学[M].5 版.北京:中国农业出版社，2006.

[6]蔡自兴,许光祐.人工智能及其应用[M].北京：清华大学出版社，2002:206-207.

[7]郑丽敏.人工智能与专家系统原理及其应用[M].北京：中国农业大学出版社，2004:57-66.

[8]徐云，梅红，林莉，等.茶树病害诊断与防治专家系统研制[J].农业系统科学与综合研究，2003，19（2）:93-96，100.