[論文レビュー] Human Disease Diagnosis Using a Fuzzy Expert System

Mir Hasan, Khaja Md. Sher-E-Alam+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2010

Artificial Intelligence and Decision Support Systems参考文献 6被引用数 36

ひとこと要約

本稿では、言語的ルールとファジィ論理を用いて臨床的推論をモデル化する、ウェブベースのファジィ専門家システムを提示する。複数のシナリオにおいて評価された結果、診断の正確性が満足できる水準に達しており、臨床的正確性と医療従事者・患者間のコミュニケーションを向上させる意思決定支援ツールとしての有効性が示された。

ABSTRACT

Human disease diagnosis is a complicated process and requires high level of expertise. Any attempt of developing a web-based expert system dealing with human disease diagnosis has to overcome various difficulties. This paper describes a project work aiming to develop a web-based fuzzy expert system for diagnosing human diseases. Now a days fuzzy systems are being used successfully in an increasing number of application areas; they use linguistic rules to describe systems. This research project focuses on the research and development of a web-based clinical tool designed to improve the quality of the exchange of health information between health care professionals and patients. Practitioners can also use this web-based tool to corroborate diagnosis. The proposed system is experimented on various scenarios in order to evaluate it's performance. In all the cases, proposed system exhibits satisfactory results.

研究の動機と目的

• ファジィ論理を用いたウェブベースの臨床意思決定支援システムを、人間の疾患診断に向け開発すること。
• 患者と医療従事者間の健康情報交換の質とアクセス可能性を向上させること。
• 自動化されたルールベースのシステムを通じて、医療従事者が診断を裏付けるのを支援すること。
• 計算モデルを用いて、人間の疾患診断の複雑さと専門的要請に対処すること。
• 多様な臨床的シナリオにおいてシステムの性能を評価し、信頼性と正確性を検証すること。

提案手法

• システムは、言語的ルールを用いて不確実で曖昧な医学的知識をモデル化するファジィ推論機構を採用している。
• 臨床的症状と患者データが、疾患の可能性の度合いを表すファジィ集合にマッピングされる。
• 専門家の医学的知識から構築されたルールベースが、自然言語で表現された診断的関係をエンコードしている。
• ファジィ論理エンジンが、入力された症状に基づいて診断確率を計算するための推論ルールを適用する。
• 医療従事者と患者の両方が利用可能なように、システムはウェブアプリケーションとして実装されている。
• 診断の一貫性と正確性を評価するため、複数の臨床的シナリオでのテストを通じて性能が検証されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファジィ専門家システムは、人間の疾患診断に内在する不確実性を効果的にモデル化できるか？
• RQ2 ウェブベースのファジィシステムは、専門家の臨床的判断と比較して、どの程度正確に疾患を診断できるか？
• RQ3 このシステムは、患者と医療提供者間のコミュニケーションおよび情報交換をどの程度改善するか？
• RQ4 多様で複雑な臨床的シナリオにおいて、システムの性能はいかがなっているか？
• RQ5 このシステムは、医療従事者にとって信頼できる意思決定支援ツールとして機能できるか？

主な発見

• ファジィ専門家システムは、言語的ルールとファジィ論理を用いて診断的推論を効果的にモデル化できた。
• テストされたすべての臨床的シナリオにおいて、システムは満足できる診断的パフォーマンスを示した。
• ウェブベースの実装により、医療従事者と患者が意思決定支援のために実用的に利用できるようになった。
• 構造的でルールベースの推論を提供することで、健康情報交換の質が向上した。
• ファジィ論理を用いた臨床的意思決定支援の実現可能性が、複雑な診断的タスクにおいて確認された。
• システムは、診断の一貫性を高めるための補佐的ツールとしての可能性を示しており、医療従事者の診断を支援する役割を果たすと期待される。