О результатах экспериментов по формированию базы знаний в области ультразвукового обследования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

О результатах экспериментов по формированию базы знаний в области ультразвукового обследования

Секриеру Ю.П., Попкова О.В., Сологуб Д.В.

Ultrasound investigation domain, just as all medicine as a whole, is a weakly formalized problem domain. This article is aimed to describe the knowledge acquisition and formalization process in ultrasound investigation domain on an example of separately taken organ (gall bladder). This process is one of key, on which quality of the final software product depends very much

При создании компьютерных информационных систем (диагностических, обучающих и др.) в области ультразвукового обследования необходимо предварительное исследование структуры используемых знаний, их приобретение и формализация.

Традиционно в процессе приобретения знаний заняты два человека. Первый - эксперт, знания которого необходимо использовать. Он должен объяснить, как он принимает решения на основе исходной информации. Второй человек - «инженер по знаниям». Он не обладает знаниями эксперта, но понимает, как представить эти знания в необходимом формате для дальнейшего использования компьютерными системами. Также «инженер по знаниям» определяет метод хранения и представления знаний, то есть структуру будущей базы знаний, в которой будут накапливаться формализованные знания, полученные от эксперта.

Неудобства участия «инженера по знаниям» в процессе приобретения знаний очевидны. Затрачивается лишнее время на взаимодействие эксперта и инженера, что влияет на сроки создания базы знаний. Информация, получаемая инженером от эксперта, может быть неправильно им воспринята, что повлечет за собой ошибки в базе знаний, поэтому необходимы процедуры дополнительного контроля, также отнимающие время (рисунок 1).

Рисунок 1 -- Потеря информации при непосредственном общении эксперта и «инженера по знаниям», где 1 - объем информации, которая хранится в памяти эксперта; 2 - приобрело словесную форму; 3 - высказано экспертом; 4 - выслушано «инженером по знаниям»; 5 - правильно воспринято; 6 - осталось в памяти «инженера по знаниям»

Альтернативным является метод создания экспертной оболочки в виде доступного для эксперта генератора базы знаний с интуитивно понятным процессом ее наполнения (рисунок 2).

Рисунок 2 -- Альтернативный метод приобретения знаний

база знание ультразвуковое обследование

В этом случае эксперт может сам от начала и до конца контролировать процесс наполнения базы знаний, а «инженер по знаниям» только определяет метод хранения и представления знаний.

Нами были реализованы оба метода [1, 2]. Это дало возможность оценить все достоинства и недостатки обоих вариантов и выбрать наилучший в области ультразвукового обследования (таблица 1).

Таблица 1 - Оценка методов

Учитывая, что отсутствие ошибок в базе знаний важнее, чем фактор времени, было принято решение остановиться на первом варианте. Тем не менее, реализация второго варианта дала возможность правильно оценить объем знаний нашей проблемной области и помогла правильно распределить необходимые ресурсы в дальнейшем.

В качестве моделей представления знаний в области медицины обычно выбирают либо продукционную модель, основанную на правилах, либо семантическую сеть. В обоих случаях задача сводится к:

– выявлению объектов, понятий и их атрибутов, которые используются в данной проблемной области;

– выявлению связей между понятиями;

– выделению метапонятий и детализации понятий;

– построению пирамиды знаний, являющейся иерархической лестницей метапонятий, подъем по которой означает углубление понимания и повышение уровня абстракции (обобщенности) метапонятий [3].

Совместная работа «инженера по знаниям» с экспертами показала, что в области ультразвукового обследования рассуждение метапонятиями (фактами) и представление знаний в виде пирамиды полностью соответствует образу мышления и рассуждения экспертов. Однако дробление метапонятий до уровня объектов, понятий и их атрибутов, а также построение на их базе дальнейших рассуждений не всегда понятны экспертам, тем более, если такое требование выдвигается на начальном этапе приобретения знаний.

Таким образом, при моделировании структуры знаний в области ультразвукового обследования эффективным является подход, когда знания, полученные в процессе непосредственного общения «инженера по знаниям» с экспертами, представляются в виде пирамиды метапонятий.

Дальнейшее дробление метапонятий до уровня объектов, понятий и атрибутов, а также построение на их базе рассуждений легко выполнимо.

Описанный выше подход был проверен на примере ультразвукового обследования отдельно взятого органа - желчного пузыря [4, 5]. В результате 23 рабочих сессий «инженера по знаниям» с экспертами была получена пирамида знаний, состоящая из 335 фактов (9 корневых узлов с максимальным уровнем вложенности равным 9) и 54 правил.

Полученная пирамида знаний прошла процедуру валидации и была оформлена в виде базы знаний для системы поддержки принятия решений в области ультразвукового обследования SONARES. База знаний является полной с точки зрения решения основной задачи системы SONARES, то есть предоставляет всю необходимую информацию для качественного ультразвукового обследования желчного пузыря.

В дальнейшем она будет расширена за счет информации о других органах брюшной полости. Кроме того, база знаний будет исследована на предмет полноты описания проблемной области (она должна предоставить всю необходимую информацию для описания любой ситуации из области ультразвукового обследования брюшной полости). В случае необходимости она будет пополняться за счет знаний, полученных в результате дополнительной обработки уже приобретенных знаний, или знаний из новых источников.

Данные исследования проводятся при непосредственной финансовой поддержке Государственной программы Республики Молдова и Украинского научно-технического центра (STCU #4035).

Литература

1. Secrieru, Iu. Expert shell aimed at creation of the knowledge base for ultrasonic research intelligent system [Text] / Iu. Secrieru, D. Sologub // Revista de inventica, nr.48, vol. IХ, an ХV-2005. - Iaєi, Romвnia. - p.7-12.

2. Secrieru, I. Principles of creation of knowledge acquisition module ExpShell [Text] / I. Secrieru, D. Sologub // Proceedings of the International Conference “Advanced information and telemedicine technologies for health”, November 8-10, 2005. - Minsk, Belarus, vol. 2. - p. 48-52.

3. Гаврилова, Т.А. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем [Текст] / Т. А. Гаврилова, К. Р. Червинская,. - M.:Радио и связь, 1992. - 200 c.

4. Popcova, O.Decision Support System for Ultrasound Diagnostics [Text] / O. Popcova, Iu. Secrieru, D. Sologub [et al.] // Proceedings of the 1st International Conference of Young Scientists Computer Science & Engineering 2006, October 11-13, 2006. - Lviv, Ukraine. - p. 30-31.

5. Burtseva, L. SONARES - A decision support system in ultrasound investigations [Text] / L. Burtseva, S. Cojocaru, C. Gaindric [et al.] // Computer Science Journal of Moldova, nr. 2 (44), vol. 15, 2007. - Kishinev. - p.153-177.

Размещено на Allbest.ru