Экспертные системы

Экспертные системы – диагностические программы высокого уровня, которые принадлежат к интеллектуальным информационным системам, основанным на знаниях. Раздел информатики, изучающий интеллектуальные системы, называется искусственным интеллектом. В состав экспертной системы, кроме базы данных входит база знаний и развитая система программ ее обработки. Что собой представляет база знаний? Ба́за знаний, БЗ (англ. Knowledgebase, KB) — это особого рода база данных, разработанная для управления знаниями (метаданными), т.е. сбором, хранением, поиском и выдачей знаний. Наиболее важный параметр БЗ — качество знаний, содержащихся в ней. Лучшие БЗ включают самые научные и свежие знания, имеют совершенные системы поиска информации и тщательно продуманную структуру и формат знаний. Под медицинскими знаниями понимают информацию, потенциально необходимую врачу (См.гл.1). В частности, это может быть информация о состоянии здоровья пациента, некоторой предметной медицинской области, ситуации, проблемах, правилах их решения, а также о конкретных условиях, которые определяют выбор этих правил. Медицинские знания отличаются от медицинских данных большей сложностью, абстрактностью, полнотой и многосторонностью описания некоторой предметной области медицины. Напомним, что медицина с точки зрения информатики, не конкретная наука (См.гл.1), поэтому создание Баз знаний в медицине - довольно трудоемкий процесс. В реальной жизни число всяких ситуаций и «диагностических правил» оказывается иногда за пределами вложенных в систему знаний.

Экспертные системы, как правило, способны осуществлять дедуктивный вывод (умозаключение от общего к частному) на основании неполных, размытых и противоречивых знаний, полученных от профессионалов-экспертов. Если программы, работающие с базами данных, могут дать ответ на поставленный вопрос только в том случае, если такой заложен в базе, то экспертная система реагирует на вопрос, осуществляя логический вывод в условиях неопределенности или неполноты знаний. Другими словами, она позволяет быть точной относительно неточностей. Кроме этого, обязательным условием функционирования ЭС является ее способность пояснять причины того или иного вывода. ЭС анализирует ситуацию и дает рекомендации по решению проблемы.

Любая ЭС имеет обязательные программные блоки, которые изображены на схеме 4.1. Функции каждого блока такие:

- база знаний отображает знания эксперта о предметной области, способах анализа поступающих фактов, совокупности фактов, правил, законов, закономерностей;

- блок логических выводов распознает знания, проводит «обдумывание», делает логические выводы, обнаруживает взаимосвязь, принимает решения, проводит поисковые операции, проводит распознавание сложившейся ситуации, ее анализ. Для этого разработаны математические методики (нечеткая логика, коэффициенты уверенности, байесовская логика, меры доверия и т.д.);

- блок объяснений поясняет, как система пришла к тому или другому выводу, обосновывается решение;

- блок приобретения знаний осуществляет пополнение базы знаний, модификацию и ликвидацию устаревших экспертных знаний из базы знаний;

- блок вывода (интерфейс эксперта) осуществляет формирование диагноза, прогноза, рекомендации лечения. Каждому уровню диагноза отвечает свой рецепт.

Схема 4.1 Экспертная система

Медицинские экспертные системы используются с целью диагностики, мониторинга, прогнозирования, поддержки принятия решений, т.е. тех самых задач, которые представляют природу медицины. Качество диагностики оценивается на уровне квалифицированного врача, а это очень высокий показатель. Экспертные системы дорогие. Пока они обеспечивают решение изолированных задач медицинской диагностики. Используются в медицинских приборно-компьютерных системах. Наиболее важные области применения ЭС - неотложные и угрожающие состояния, характеризующиеся дефицитом времени, ограниченными возможностями обследования и консультаций и нередко бедной клинической симптоматикой. Среди ИТ МИС медицинские экспертные системы - самое перспективное направление. Прогресс неумолим и, несомненно, будущее за медицинскими экспертными системами.