融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法
【專利摘要】融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，利用模糊邏輯，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心，采用專家系統(tǒng)結(jié)合血透過程的實際情況，實現(xiàn)對血透機并發(fā)癥診斷系統(tǒng)的構(gòu)建。確立了患者血壓x1、心跳x2、血透機入口的動脈壓x3、血透機入口的靜脈壓x4、血色采樣x5、血透器跨膜壓x6、體溫x7、血糖x8的模糊隸屬度函數(shù)，以及出現(xiàn)血透患者脫水過量y1、血透管路凝血y2、血栓y3、溶血y4、熱源反應(yīng)y5、低血糖y6、失衡綜合癥y7時的過程變量與血透并發(fā)癥的對應(yīng)關(guān)系及模糊規(guī)則庫。訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Σl(fā)癥出現(xiàn)的可能性做出快速、準(zhǔn)確地診斷，為醫(yī)生遠程接入治療和減少人工干預(yù)提供了技術(shù)可行性。
【專利說明】融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種血透過程的在線監(jiān)測方法，具體涉及一種融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]血透是腎功能衰竭安全有效的替代療法之一，已廣泛應(yīng)用于臨床。由于血透是一項長期治療過程，所以對安全可靠性要求較高。然而，目前血透過程中漏血、凝血、失血及血流欠佳等并發(fā)癥時有發(fā)生，如果判斷不及時則會直接危害到患者的人身安全。
[0003]目前國內(nèi)外在對血透監(jiān)控方面，主要還是采用人工方式，這就要求醫(yī)護人員既要有嫻熟的操作技術(shù)和豐富的臨床工作經(jīng)驗，又要具備一定的技術(shù)管理能力，才能維持治療過程安全有效，但是人工監(jiān)控存在一定的隨機性、局限性和主觀性。尤其是在高通量血透模式下，由于血液流速的提高，系統(tǒng)狀態(tài)隨時可能發(fā)生變化，醫(yī)護人員在繁忙的工作中，難免出現(xiàn)對狀態(tài)的錯誤估計，從而影響應(yīng)急處理的及時性，為患者帶來不必要的痛苦。隨著計算機和自動控制技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，血透機也實現(xiàn)了一定程度上的在線監(jiān)測，但其應(yīng)用不僅十分有限，而且其簡單的狀態(tài)判斷以及單一的應(yīng)急處理也可能出現(xiàn)一些臨床問題。例如:目前體外循環(huán)與引流血管內(nèi)循環(huán)處于一體化狀態(tài)，引流血管或體外循環(huán)處一旦發(fā)生不完全阻塞引起血液流不暢時，血透機會根據(jù)判斷并做相應(yīng)的動作，即暫停整個血透循環(huán)，但如果暫停時間稍長，就會引起血透器或灌流器堵塞，進而導(dǎo)致治療過程被迫停止。尤其是對于血管條件不好的患者，這種情況就會使其治療效果變得很差。
[0004]在多學(xué)科一體化醫(yī)療技術(shù)發(fā)展的今天，血透在線監(jiān)測技術(shù)也正在向自動化和智能化方向發(fā)展。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有獲取知識、并行處理、存儲知識和自學(xué)習(xí)的能力，但其不僅無法解釋自己的推理過程，而且由于血透過程比較復(fù)雜，相關(guān)變量眾多且信息不完全度較高，從而限制了其在血透在線監(jiān)測中的應(yīng)用。專家系統(tǒng)含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，可利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。也就是說，專家系統(tǒng)模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題，因此可用于血透在線監(jiān)測，但是其搜索策略的工作效率較低，且存在大量的窮舉搜索。此外，專家系統(tǒng)不具備從經(jīng)驗中學(xué)習(xí)的能力，不能自動修改知識庫，也無法在血透在線監(jiān)測中很好的實現(xiàn)與運用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，利用模糊邏輯和專家系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)完成初始知識庫的建立，結(jié)合血透過程實際情況，通過對相關(guān)過程信號的分析，建立相應(yīng)的并發(fā)癥在血透階段的知識庫，利用知識庫訓(xùn)練構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而自動判定系統(tǒng)所處狀態(tài)并輸出相關(guān)信息，還可及時按照病人的情況更新知識庫，實現(xiàn)緊急情況下準(zhǔn)確預(yù)判的目的。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，利用模糊邏輯，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心，采用專家系統(tǒng)結(jié)合血透過程的實際情況，對出現(xiàn)的并發(fā)癥進行預(yù)判，步驟如下:
[0008]步驟1:首先對過程變量:血壓、心率、血透機輸入輸出口的動靜脈壓、跨膜壓、體溫、血糖、血色采樣進行模糊處理，根據(jù)專家經(jīng)驗將過程變量劃分為不同的模糊集合并賦予相應(yīng)的隸屬度進行區(qū)分，具體過程變量的模糊隸屬度確立方法如下:
[0009]①血透過程中患者血壓值X1: {血壓值X1低于90mmHg定為I ;血壓值X1高于16OmmHg定為0.7 ;血壓值X1在140_160mmHg定為0.3 ;血壓值X1在90_140mmHg定為0}
[0010]②血透過程中患者心率值X2: {心率X2高于130次/分定為I ;心率X2在100-130次/分定為0.8 ;心率X2在60-100次/分定為O ;心率X2在60次/分以下定為0.4}
[0011]③血透過程中血透機入口的動脈壓測量值x3: {動脈壓X3在0.5-3.0psi定為0.5 ;動脈壓X3在0-0.5psi定為0.9 ;動脈壓X3小于Opsi定為I ;動脈壓X3在3.0-5.0psi定為0}
[0012]④血透過程中血透機入口的靜脈壓測量值x4: {靜脈壓X4在2.5-3.5psi定為0.8 ；靜脈壓X4在1.0-2.5psi定為0.5 ;靜脈壓X4大于3.5psi定為I ;靜脈壓X4在-0.5-1.0psi定為0}
[0013]⑤血透過程中血色采樣X5:{血色采樣呈紅色定為O ;葡萄酒色定為0.9 ;淡紅發(fā)黃定為1}
[0014]⑥血透器跨膜壓測量值X6: {跨膜壓X6小于Opsi定為0.7 ;跨膜壓X6在0-0.3psi之間定為0.4 ;跨膜壓X6在0.1-1psi之間定為O ;跨膜壓X6在其他范圍定為1}
[0015]⑦血透過程中體溫測量值X7:{體溫X7在37.5°C以下定為O ;體溫乂7在37.5-38°C定為0.6 ;體溫X7在38°C以上定為1}
[0016]⑧血透過程中患者血糖含量測量值X8: {患者血糖含量X8在3.9-6.lmmol/L定為O ;血糖含量X8在2.8-3.9mmol/L定為0.3 ;血糖含量X8低于2.8mmol/L定為0.8 ;血糖含量X8高于6.lmmol/L定為1}
[0017]步驟2:血透過程中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥為:y1:血透患者脫水過量；y2:血透管路凝血；y3:血栓;y4:溶血；y5:熱源反應(yīng)；y6:低血糖；y7:失衡綜合癥。根據(jù)專家經(jīng)驗知識，建立步驟I中的過程變量與血透患者脫水過量、血透管路凝血、血栓、溶血、熱源反應(yīng)、低血糖和失衡綜合癥等并發(fā)癥在血透階段的專家知識庫。得到表I所示的過程變量與血透并發(fā)癥之間的對應(yīng)關(guān)系及模糊規(guī)則庫。其中，過程變量為規(guī)則前件，并發(fā)癥為規(guī)則后件。
[0018]表I血透過程中過程變量與血透并發(fā)癥之間的對應(yīng)關(guān)系
[0019]
【權(quán)利要求】
1.融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，其特征在于:利用模糊邏輯，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心，采用專家系統(tǒng)結(jié)合血透過程的實際情況，對出現(xiàn)的并發(fā)癥進行預(yù)判，步驟如下: 步驟1:首先對過程變量:血壓、心率、血透機輸入輸出口的動靜脈壓、跨膜壓、體溫、血糖、血色采樣進行模糊處理，根據(jù)專家經(jīng)驗將過程變量劃分為不同的模糊集合并賦予相應(yīng)的隸屬度進行區(qū)分，具體過程變量的模糊隸屬度確立方法如下: ①血透過程中患者血壓值X1: {血壓值X1低于90mmHg定為I ;血壓值X1高于160mmHg定為0.7 ;血壓值X1在140-160mmHg定為0.3 ;血壓值X1在90-140mmHg定為0} ②血透過程中患者心率值X2: {心率X2高于130次/分定為I ;心率X2在100-130次/分定為0.8 ;心率X2在60-100次/分定為O ;心率X2在60次/分以下定為0.4} ③血透過程中血透機入口的動脈壓測量值X3: {動脈壓X3在0.5-3.0psi定為0.5 ;動脈壓X3在0-0.5psi定為0.9 ;動脈壓X3小于Opsi定為I ;動脈壓X3在3.0-5.0psi定為0} ④血透過程中血透機 入口的靜脈壓測量值X4: {靜脈壓X4在2.5-3.5psi定為0.8 ;靜脈壓X4在1.0-2.5psi定為0.5 ;靜脈壓X4大于3.5psi定為I ;靜脈壓X4在-0.5-1.0psi定為0} ⑤血透過程中血色采樣X5:{血色采樣呈紅色定為O ;葡萄酒色定為0.9 ;淡紅發(fā)黃定為1} ⑥血透器跨膜壓測量值X6: {跨膜壓X6小于Opsi定為0.7 ;跨膜壓X6在0-0.3psi之間定為0.4 ;跨膜壓X6在0.1-1psi之間定為O ;跨膜壓X6在其他范圍定為1} ⑦血透過程中體溫測量值X7: {體溫X7在37.5 °C以下定為O ;體溫X7在37.5_38°C定為0.6 ;體溫X7在38°C以上定為1} ⑧血透過程中患者血糖含量測量值X8: {患者血糖含量X8在3.9-6.lmmol/L定為O ;血糖含量X8在2.8-3.9mmol/L定為0.3 ;血糖含量X8低于2.8mmol/L定為0.8 ;血糖含量X8高于6.lmmol/L定為1} 步驟2:血透過程中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥為:y1:血透患者脫水過量、y2:血透管路凝血、Y3:血栓、Y4:溶血、Y5:熱源反應(yīng)、Y6:低血糖、I1:失衡綜合癥；根據(jù)專家經(jīng)驗知識，建立步驟I中的過程變量與血透患者脫水過量、血透管路凝血、血栓、溶血、熱源反應(yīng)、低血糖和失衡綜合癥并發(fā)癥在血透階段的專家知識庫，得到表1所示的過程變量與血透并發(fā)癥之間的對應(yīng)關(guān)系及模糊規(guī)則庫；其中，過程變量為規(guī)則前件，并發(fā)癥為規(guī)則后件； 表1血透過程中過程變量與血透并發(fā)癥之間的對應(yīng)關(guān)系
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，其特征在于:采用模糊邏輯實現(xiàn)對過程變量的精確刻畫和對同一過程變量引起的不同并發(fā)癥的深刻辨析。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，其特征在于:利用專家經(jīng)驗知識來確立模糊隸屬度函數(shù)，實現(xiàn)對輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過程變量值的模糊化處理，能夠滿足BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)的需要，無需再對輸入數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力使得知識庫的更新和增加，提高了系統(tǒng)的拓展性，從而實現(xiàn)對更多更大范圍的并發(fā)癥診斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則型專家系統(tǒng)的血透在線監(jiān)測方法，其特征在于:采用的血透系統(tǒng)是由PLC和計算機組成的小型DDC系統(tǒng)，PLC對采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并交由計算機分析輸出結(jié)果。
【文檔編號】G06N3/02GK103984861SQ201410202258
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】曹暉, 袁振東, 李楠楠, 張彥斌, 賈立新 申請人:西安交通大學(xué), 袁振東