馬消化系統疾病輔助診療專家系統的設計與實現

翟志南，王洪斌，秦宏宇，王 超，欒宏梁，肖建華

（東北農業大學動物醫學學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

在動物飼養生產過程中，消化系統疾病診斷一直都是一個相對比較復雜的過程。消化系統包括口腔及其相關器官、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系[1]。由于我國改革開放以來，隨著生產力的發展，科技水平的提高，動力機械的發明和廣泛應用，馬在現實生活中所起的作用越來越少，因此馬獸醫也在逐年的減少，當遇到馬發生流涎、腹痛、腹瀉等消化系統疾病時，無法及時地、確切地診斷疾病和提出疾病的治療方案，這就會影響我國養馬業的發展。針對這種情況，我們設計了馬消化系統疾病輔助診斷專家系統。

1 系統設計

1.1 系統結構與功能設計 系統為利用專家知識對馬消化系統疾病進行診斷的專家系統，系統包括知識庫、推理機、疾病診斷模塊、多媒體信息模塊和疾病治療模塊，系統功能包括疾病診斷和疾病治療等（圖1）。

1.2 系統知識獲取及表示方法

1.2.1 知識獲取 本系統從專業書籍[1-5]和文獻資料（主要來自中獸醫雜志、獸醫大學學報、養殖技術顧問、黑龍江畜牧獸醫等期刊）中獲取領域知識，主要包括馬消化系統的疾病、癥狀、治療方案等，并通過咨詢專家意見，經過知識的提取（識別、理解、篩選、歸納、總結）過程，對這些知識集中加以整理和分析，然后將其轉換成規范的、系統化的完整數據[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。

圖1 系統結構與功能示意

1.2.2 規則的表示 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化成計算機可以接受的，用于描述知識的數據結構。本系統采用的是使用最多的表示方法模型-產生式規則（又稱為基于規則的表示方法[7]），這種規則以IF ＜前提＞THEN ＜結論＞CF 形式表示，其含義是：如果前提被滿足，則可推出結論或執行結論所規定的操作。在馬消化系統疾病診療專家系統中，前提主要指癥狀，結論主要是疾病，CF是癥狀對疾病發生的可信程度。

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

1.3 推理策略 通過選擇馬表現的癥狀為診斷推理提供必要條件，系統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值，當診斷數值大于85 時可以認為診斷結果準確[8]，診斷結果疾病按可信度值的大小降序排列，若診斷數值小于60，診斷失敗，需要重新診斷。系統推理策略見圖2 所示。

圖2 系統推理策略

2 系統功能實現

本系統以Visual Studio 2008 為設計開發平臺，采用Microsoft Office Access 2003 數據庫，并結合Visual Basic 計算機編程語言，最終實現系統疾病診斷、疾病治療和多媒體等功能。

2.1 疾病診斷 本系統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出的主要癥狀，系統形成一個假設結論，然后通過用戶進一步的信息獲取選擇，來驗證系統已經形成的假設結論，混合診斷是本系統的主要診斷方式；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，形成一個假設結論（疾病），用戶通過選擇這個假設疾病，可以看到這個疾病的所有詳細信息，從而驗證假設結論正確與否。

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的癥狀，雙擊選擇，如圖3 所示，在右側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 本系統為用戶提供最科學、最先進的治療方法，包括中醫治療和西醫治療兩個方面。當用戶單擊疾病診斷按鈕，會在圖4 所示左側的對話框中出現馬可能患有的疾病，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 本系統為用戶提供了有關疾病癥狀的相關圖片及視頻資料，能夠給用戶在診斷和學習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欄中顯示，用戶單擊即可查看，如圖6 所示。

3 系統測試結果 本課題組建立消化系統疾病規范病例共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 系統測試結果

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

4 討論

本系統是為馬消化系統疾病的診斷與治療所建立的計算機程序，系統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出主要癥狀不同進行歸類：當患馬發生流涎時，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、急性結腸炎、胃腸炎等疾病；當患馬可視黏膜出現黃染癥狀時，則可能是急性實質性肝炎或肝硬變等疾病。

通過圖7 系統測試結果可以看出，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病迅速、且在短時間內易繼發其他胃腸疾病的特點所決定的。當養殖人員發現馬表現出腹痛時，再進行疾病診斷，由于此時患馬表現的主要癥狀已經是繼發性疾病所表現的癥狀，所以診斷的結果往往是由腸變位疾病所繼發的腸阻塞、腸臌氣等疾病，導致診斷的錯誤，往往延誤了原發病的治療。為了提高馬腸變位疾病診斷的準確率，飼養人員應在平日里密切關注馬的飼養管理情況：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，只有飼養人員觀察到這些情況，為系統提供更多的信息，才能夠提高系統的使用率，提高患馬的治愈率，降低馬場的損失。

5 結論

開發了馬消化系統疾病輔助診療專家系統，可以利用該系統對發病的馬匹進行智能化診斷。用戶可以在系統的幫助下，通過鼠標選取馬所表現的癥狀，再通過系統對這些癥狀的匹配及數據的處理，經過一系列規則的運算，最終得出疾病診斷結果。通過試驗結果表明，本專家系統具有科學性強、可信度大、準確率高等優點，可以更好的為基層養馬人員和規模化馬場提供疾病診療服務，為養馬業提供有利的醫療技術保障。

[1]王建華.家畜內科學[M].3 版.北京：中國農業出版社，2008.

[2]王洪斌.家畜外科學[M].4 版.北京:中國農業出版社，2010.

[3]侯振中.獸醫產科學[M].北京：科學出版社，2011.

[4]汪明.獸醫寄生蟲學[M].3 版.北京:中國農業出版社，2006.

[5]陳溥言.獸醫傳染病學[M].5 版.北京:中國農業出版社，2006.

[6]蔡自興,許光祐.人工智能及其應用[M].北京：清華大學出版社，2002:206-207.

[7]鄭麗敏.人工智能與專家系統原理及其應用[M].北京：中國農業大學出版社，2004:57-66.

[8]徐云，梅紅，林莉，等.茶樹病害診斷與防治專家系統研制[J].農業系統科學與綜合研究，2003，19（2）:93-96，100.