Case-based resoning. och dess användning inom sjukvården. Linköpings universitet Artificiell intelligens II 729G11 HT 2011

Relevanta dokument
Projekt Rapport. RaidPlanner. Jeanette Karlsson UD10

Fallbaserat resonerande

Registerforskning Oktober 2018, Stockholm City Conference Centre. Möjligheter med Artificiell Intelligens inom registerforskningen

Introduktionsmöte Innehåll

Föreläsning 6. Sökträd: AVL-träd, Multi-Way -sökträd, B-träd TDDC70/91: DALG. Innehåll. Innehåll. 1 AVL-träd

Föreläsning 5 TDDC91,TDDE22,725G97: DALG. Föreläsning i Datastrukturer och algoritmer 18 september 2018

Digitalisering av vården

Abstrakta datatyper. Primitiva vektorer. Deklarera en vektor

Svar på medborgarförslag från Anna Tjäder Att landstinget utreder möjligheten att inrätta en specialiserad stressmottagning.

doing stuff that nobody

SV Förenade i mångfalden SV. Ändringsförslag. Beatrix von Storch för EFDD-gruppen

Föreläsning 7: Klassificering, minsta kvadratproblem, SVD, forts.

TDDC30. Objektorienterad programmering i Java, datastrukturer och algoritmer. Föreläsning 8 Erik Nilsson, Institutionen för Datavetenskap, LiU

Loggbok. Måndag 28/1. Tisdag 5/2

Ventilen. Nytt på IT- fronten. System som kan göra intelligenta saker, såsom att efterlikna mänskligt beteende och tänkande

Kevin Lane Kungliga Tekniska Högskolan Introduktionskurs i Datateknik (II1310) TIEDB0. [NXT Legorobot] [Programmering och felsökning]

DEMENS. Demensstadier och symptom. Det finns tre stora stadier av demens.

Föreläsning 9 Innehåll

Upplägg. Binära träd. Träd. Binära träd. Binära träd. Antal löv på ett träd. Binära träd (9) Binära sökträd (10.1)

Handledare: Mikael Goldmann

Informationsteknologi Tom Smedsaas 19 augusti 2016

Workshop* Kallelse och underlag till vårdplanering

Artificiell Intelligens

Arbetsterapeut ett framtidsyrke

Tentamen Datastrukturer D DAT 036/INN960

Datastrukturer i kursen. Föreläsning 8 Innehåll. Träd rekursiv definition. Träd

Föreläsning 13 Innehåll

Tentamen Datastrukturer för D2 DAT 035

EDAA01 Programmeringsteknik - fördjupningskurs

Sökexempel Arbetsterapeuter T3

ADT Prioritetskö. Föreläsning 13 Innehåll. Prioritetskö vs FIFO-kö. Prioritetskö Exempel på användning. Prioritetsköer och heapar

729G04 - Diskret matematik. Hemuppgift.

Om bemötande och likabehandling inom vården anmälningar till DO. Anna Fritshammar, DO

Starta Här. Jonas. Jag vill tacka dig för ditt förtroende i att köpa impotensprotokollet.

Projektion av träningsdata på aktuell underrum av dim 1. Föreläsning 7: Klassificering, minsta kvadratproblem, SVD, forts.

Seminarium 13 Innehåll

CheckUp

Statistisk mönsterigenkänning

Tryggve. Vård Omvårdnad Prevention Rehabilitering Oberoende av tid och plats. EUROPEAN UNION Structural Funds

H10_Statistik och Vetenskapsteori. Antal deltagare i enkäten: 44 Antal erhållna enkätsvar: 28

OCH FÅ PATIENTEN TILL PARTNER

Den elektroniska patientjournalen. Rebecka Janols, doktorand, Uppsala universitet attityder, användbarhet och arbetsmiljö

Tentamen TEN1 HI

Vet ej/ Ej relevant fördelning 0% 28,6% 57,1% 14,3% 0% antal (0) (2) (4) (1) (0)

Sök artiklar i databaser för Vård- och hälsovetenskap

Fäst patientetikett här. Personlig information om ditt akutbesök på Kungälvs sjukhus

Att vårda sin hälsa. i Sverige

TDDD92 Artificiell intelligens -- projekt

Profil: Medicinsk informatik. Mikael Nyström Institutionen för medicinsk teknik

Sällsynt övergång. Riksförbundet Sällsynta diagnoser.

Anne Persson, Professor

Inlämningsuppgiften. Föreläsning 9 Innehåll. Träd. Datastrukturer i kursen

Ett enkelt OCR-system

Föreläsning 2. AVL-träd, Multi-Way -sökträd, B-träd TDDD71: DALG. Innehåll. Innehåll. 1 Binära sökträd

Landstingsstyrelsens förslag till beslut

Sam Ansari Nv3a Tensta Gymnasium

STYRKEBASERAD. Vilka frågor & lyssnande leder till framgång. stärker människors förmåga att lyckas STYRKEBASERAD

13 Prioritetsköer, heapar

Hur kan nätverkssjukvården möta patienter med stora medicinska behov?

Vården i Kina En liten reseberättelse om vår tid i Kina hösten 2014.

ARTIFICIELL INTELLIGENS

KTH, NADA, Vahid Mosavat. 1. Flervalsfrågor (5p)

Riksförbundet Sällsynta diagnoser - Fokus på vården. Kontakt Novus: Anna Ragnarsson Datum:

Tentamen Datastrukturer D DAT 036/INN960

Anmälningskod: Lägg uppgifterna i ordning. Skriv uppgiftsnummer (gäller B-delen) och din kod överst i högra hörnet på alla papper

Prata om sex. Vi jobbar med PLISSIT. Det vill inte patienterna ALDRIG! Det går inte på min arbetsplats. Det gör nog nån. Gärna! Med vem?

Mattekungen åk 6-9 vers. 1.0

Fäst patientetikett här. Personlig information om ditt akutbesök på Kungälvs sjukhus

Akademisering i primärvård - från teori till klinik. Håkan Uvhagen Doktorand, KI, LIME Eva Henriksen Verksamhetschef APC/AVC

Elevernas uppfattningar om alltmer digitaliserad undervisning

se hela människan Nina vill att vården ska SJÄLEN

Förändringsbenägenhet ur ett personligt perspektiv

Mina beteenden, del 1

Frågor och svar om hälso- och sjukvården i Östergötland.

Förslag till en ny lag Lagen om samverkan vid utskrivning från sluten hälso- och sjukvård

3. Toppkvinnor på hög Låt lådan och de två kvinnornas famnar utgöra stackarna L, K1 respektive K2. Från början finns alla kort i L.

Potensens sirap. Jonas. Detta var det exakta recept som gav mig den första erektion som jag pratade om i videon.

Rapport från valideringsprojekt Delrapport 2. Tolkningsfel i akutformuläret.

Hur upplevde eleverna sin Prao?

PRIMA PRIMÄRVÅRD! En väl fungerande primärvård för personer med kroniska sjukdomar

Tentamen, Algoritmer och datastrukturer

Forska!Sveriges opinionsundersökning Om allmänhetens och politikernas inställning till medicinsk forskning

PAPPA ÄR UNDERSKÖTERSKA DANIEL LEHTO EN JULIASAGA

ADT Prioritetskö. Föreläsning 12 Innehåll. Prioritetskö. Interface för Prioritetskö. Prioritetsköer och heapar

Lösningar till linjära problem med MATLAB

SFAMs remissvar: Framtidens närsjukvård finansiering, styrning och struktur

Innehåll. Mina målsättningar. Vad krävs för att nå dit? Obligatoriska uppgifter. Websajten. Datastrukturer och algoritmer

På Bröstkirurgen: med penna, papper och sax visade en bröstkirurg mig hur man gör en bröstvårta

Hemuppgift 1, SF1861 Optimeringslära, VT 2017

Hitta k största bland n element. Föreläsning 13 Innehåll. Histogramproblemet

Att arrangera en studiecirkel Läkemedel och äldre

ELEVHJÄLP. Diskussion s. 2 Åsikter s. 3. Superfrågorna s. 15. Fördelar och nackdelar s. 4. Källkritik s. 14. Vi lär av varandra s.

Hur upplevde eleverna sin Prao?

2. Hur tycker du att stämningen i sjuan i stort har förändrats under året glädje, trygghet, gemenskap och kommunikation?

PATIENTENS VÄG. Dokumentet följer filmen Patientens väg i bild och text Område kommunikation, SUS 1

TAOP33/TEN 2 KOMBINATORISK OPTIMERING GRUNDKURS

Podd 3: En svensk kompis

KUNGLIGA TEKNISKA HÖGSKOLAN. Linefollower. Med LEGO Mindstorms och NXC. Paul Coada Introduktion i datateknik II1310

Samverkan vid utskrivning från sluten hälso- och sjukvård Vård och omsorg Lidköpings kommun

Britt Nilsson van den Berg Studienr:6065 Modul 11

Transkript:

Linköpings universitet Artificiell intelligens II HT 2011 Case-based resoning och dess användning inom sjukvården

Sammanfattning Det här arbetet handlar om vad case-based resoning är, hur den funkar, vilka algoritmer den använder sig av och i vilken sammanhang man använder sig av den. Jag tar även upp lite om vad jag tror om dens framtid inom sjukvården. Den här arbete är som en inlämningsuppgift till kursen AI2 på Linköpings universitet. sida 1

Innehåll Sammanfattning... 1 1 Inledning... 3 1.1 Syfte... 3 2 Case-based resoning (CBR)... 4 2.2 Hur funkar case-based resoning... 4 2.3 Sökträd... 5 3 Nearest-neighbour retrival eller inductive retrival... 6 3.1 Fördelar och nackdelar att använda Case-based resoning... 7 4 Användningsområden... 7 4.1 Sjukvård... 7 4.2 för- och nackdelar med att använda ett sådant program inom sjukvård... 8 5.1 Vad jag har lärt mig och mina tankar kring case-based resoning... 9 Elektroniska källor... 10 sida 2

1 Inledning Nuförtiden blir vår värld allt mer och mer datoriserad man kan nästan inte gå en dag utan att använda någon typ av maskin eller program. Dem har blivit våra bästa hjälpmedel i vardagen. De har öppnat alla möjliga dörrar för oss människor. En av dessa hjälpmedel som är under utveckling just nu är ett dataprogram som är byggd för att hjälpa läkare att ställa diagnos på patienter. Det intressanta med dataprogrammet är att den inte bara löser fall utan den även lär sig med tiden och det gör den genom härma människans problemlösningsförmåga det vill säga att den använda sig av sina tidigare kunskaper och erfarenheter för att kunna lösa ett problem. 1.1 Syfte Syftet med det här arbetet är att kunna ge en djupare förståelse för hur case-based resoning fungerar och hur man kan använda den. sida 3

2 Case-based resoning (CBR) 2.1 Vad är case-based resoning Case-based resoning är en artificiell metod som gå ut på att lösa nya fall genom att använda sig av liknande tidigare lösta fall som redan finns lagrade i programmets databas. Databasen är ett stort bibliotek där alla fall finns lagrade. I varje fall finns det ett problem, en lösning och feedback på hur resultatet blev. Det är från det här biblioteket som CBR använder sig av för att hitta liknelser med det nya problemet som man har matat in. Varje fall kan innehålla olika värden till exempel ålder, centimeter, milliliter, datum med mera. Alla värden som finns i fallet blir representerade som variabler i programmet. Variablerna i sin tur blir till vektorer. Variablerna beskriver en vektor i ett N- dimensionellt rymd. Varje vektor det vill säga fall lägger till en ny N i dimensionen där alla fall finns lagrade. För att hitta den bästa lösningen till fallet använder programmet sig av sökträd. Det finns olika program och system som använder sig av CBR så som Diagnostiksystem vilket är den som jag kommer att inrikta mig på men det finns även klassificeringssystem, lärningssystem och planeringssystem. 2.2 Hur funkar case-based resoning Case-based resoning går ut på att söka, match och lösa. Den använder sig av fyra steg. (figur1) Dessa steg är följande. 1. Hämta (Retrive) När man har matat in ett fall kommer CBR först att kolla vad det finns för variabler i fallet och göra om de till en vektor som innehåller alla dessa variabler. Den kommer sen att jämföra med andra vektorer det vill säga fall som den har lagrad i biblioteket och se vilken som passar bäst in i det nya fallen. Detta gör den med hjälp av ett sökträd. 2. Återanvända (Reuse) När den har hittat ett fall som passar in i det nya fallet kommer den att föreslå att prova det tidigare fallens lösning på det nya fallen. 3. Revidera (Revise) Därefter gör den ett till sökträd som har gått igenom den föreslagna lösningen och resultatet kommer vara att den antingen har hittat lösningen till problemet eller så kommer den att söka igen igenom efter en annan passande lösning då resultatet inte blev bra. Den kommer gå igenom steg 1 och steg 2 igen. 4. Spara (Retain) Om resultatet av lösningen på problemet blev bra kommer den att spara det nya fallet i fallbiblioteket. Men bara om fallet har något nytt att tillföra i biblioteket. Om den liknar för mycket det tidigare fallet kommer lösningen inte att sparas. sida 4

2.3 Sökträd Figur 1. Visar hur dessa fyra steg sammarbetar för att komma till en lösning. 1 CBR använder sig av sökträd för att hitta den bästa passande lösningen. Det kallas för sökträd då det kan beskrivas som ett träd. Ett sökträd består av en rot, noder och lövnoder. Roten är på toppen och noderna kan man säga är dess grenar varje gren är ett alternativ till lösningen och lövnoderna kan man tänka sig är löv på grenarna. Eftersom det inte finns något mer som följer efter löv på träd kommer löven vara svar på lösningen. Sökträd kan vara binärt (figur 2) 2 eller ickebinärt (figur 3) 3. När det är ett binärt sökträd kommer noden alltid att ha högst två grenar. När den är ickebinärt kommer sökträdet att ha flera än två grenar som den har att välja från. Ett sökträd funkar på så sätt att den börjar från roten där alla information finns och kollar upp likheter som det nya fallet har med de gamla. Den bygger upp grenar med noder där varje nod är ett alternativ till lösningen. Den fortsätter förgrena sig till den hittar lövnoden vilket är det slutgiltiga svaret på problemet på den nya fallet som man skrev in. Om det är en stor databas som man jobbar med kommer sökträdet att växa väldig mycket vilket kan vara svårt att tyda. För att undvika det här problemet kan man begränsa antalet steg som sökträdet ska bestå av eller så kan man också begränsa antalet löv. 1 Figur tagen från Markus Nilsson, A cased-based approach for classification of physiological Time-Series, Mälaredalen University Licentiate Thesis. No.28 2 Bild tagen från Wikipedia 3 Bild tagen från Wikipedia sida 5

Figur 2. Visar ett exempel på hur ett binärt sökträd växer. Figur 3. Visar ett exempel på hur ett ickebinärt träd växer. 3 Nearest-neighbour retrival eller inductive retrival Eftersom vektorerna jämför med varandra kan programmet använda sig av Nearest- Neighbour retrival algoritmen (k-nn). K-NN går ut på att jämföra liknelsen mellan de sparade falletoch den nya inmatade falletsom ska lösas. I den här N-dimensionellt rymd kan man tänka sig att alla fall ligger lite här och där i rymden och den som ligger närmast den nya falletär den som liknar den mest och blir den nya fallens granne. Grannen är den som har lösningen till den nya fallen. Ifall grannen inte kan lösa problemet kollar man igen vilka andra som ligger nära den nya falletoch så fortsätter man tills man har hittat lösningen. Det kan hända ibland att det kan vara en blandning av två eller flera fall som kan bli lösningen till den nya fallen. Dock används det bara i program som har fall som är väl definerade och lösningen inte är lika enkel. Den kan även använda sig av inductive retrival algoritmen som går ut på att bestämma vilka värden som är viktiga i falletoch med hjälp av de gör ett sökträd som hittar fall i biblioteket som liknar den nya fallen. sida 6

Figur 4. Visar hur Nearest-neighbour retrival funkar. Den gröna pricken är den nya fallet och figurerna kring den är andra tidigare löst fall. De närsmast är den är grannarna. Det som skiljer K-NN och inductive retrival åt är att k-nn är väldig enkelt att använda men blir allt långsammare ju större biblioteket blir och det kan bli ett problem med tiden. Inducive retrival är snabbt men det blir svårare att hitta lösningen om ett av falletsaknas någon värde och den är beroende av att man har kategoriserad i förhand och att kategorisera kräver mycket jobb. Även om det är nya fall som man matar in hela tiden i programmet kommer den inte att spara alla lösningar då det kan vara att många fall kan upprepas. Det som bestämer vilka fall som ska sparas är hur olika de är från de falletsom finns redan. Fall som är för lika brukar inte sparas men fall som inför något nytt till programmets bibliotek brukar sparas. Case-based resoning kräver underhåll ibland då databasen kan komma att växa väldig stort med tiden. Det man gör då är att kolla upp alla fall som finns i biblioeteket och kategoriserar de i olika fack beroende på vad de har för liknelser med varandra. 3.1 Fördelar och nackdelar att använda Case-based resoning Fördelarna med att använda sig av case-based resoning för att lösa problem är att den kan spara lösningar till olika fall som kan återanvändas till liknande fall men nackdelen är att man måste kategorisera alla fall och ju större biblioteket blir ju mer tid kräver programmet för att hitta en lämplig lösning till problemet. Underhållningen måste göras regelbundet och det kräver mycket tid och jobb för att hålla programmets alla fall kategoriserad. Något som i längden kanske inte håller. 4 Användningsområden 4.1 Sjukvård Ett användningsområde där case-based resoning tillämpas är inom sjukvården. Tyvärr har jag inte kunnat hitta om det finns något sjukhus som använder sig av ett sådant program. Då det fortfarande är ett färskt ämne och programmet är inte syftat till kommersiellt bruk. Det som jag hittade däremot var andra liknande program men som istället för att vara allmänna fallbaserad är byggda för att vara specialister inom vissa områden. Till exempel, The Auguste projekt som ska användas som ett stöd till beslutsfattande i planering för vårdnad av sida 7

patienter med Alzheimers. Den ska utifrån beteendet som patienten visar kunna välja vilka mediciner är lämpligast att ge. Markus Nilsson (2004) 4 gjorde sin avhandling där han skriver om case-based resoning och hur man kan använda den inom sjukvården. Hans ide är att med hjälp av programmet kunna diagnostisera patienter. Programmet ska i början ha samma kunskap som en nyutexaminerad läkare och med tiden lär sig nytt kunskap (lösningar). Eftersom det uppstår för många problem med att skapa allmänna fallbaserad är det bättre att göra program som inriktar sig inom något ämne istället. Markus Nilsson valde stressrelaterade sjukdomar som till exempel utbrändhet. Det brukar vara något som är svårt att ställa diagnos på och med hjälp av det här programmet hoppas han kunna underlätta för läkaren diagnostiseringen på patienter. 4.2 för- och nackdelar med att använda ett sådant program inom sjukvård Varje program blir individuellt eftersom den lär sig hela tiden nya saker och fallet är inte detsamma i varje sjukhus det finns kan förekomma många liknade fall men man kommer se skillnad mellan olika sjukhus. Vilket kan göra att sjukhusavdelningarna kommer att bli bättre på vad de är specialiserad på. Genom att kunna se patientens medicinska historia och genom att skriva in symptomen som patienten har blir det lättare att se till att man inte missa något då all information är samlad på ett ställe. Med hjälp av det här ska läkare kunna diagnostisera rätt och kunna se vilka alternativ som finns om behandlingen inte skulle fungera. Det är tänkt att det ska vara ett hjälpmedel för läkaren och inte en ersättning av läkaren. Man kan se det som en möjlighet till att kunna göra jobbet lättare för läkare och sjukhus personal som kan då lägger ner mer tid på patienten samt att arbetsmiljön kan blir mindre stressamt. Det kan hjälpa till att upptäcka sjukdomar som man inte alls har tänkt på. Man kanske missar ställa en fråga men med hjälp av programmet kan man se vilka frågor som man bör ställa vilket leder till att det blir svårare att missa något med det här programmet. Man kanske skulle kunna göra en liknande program som människor kan använda sig av i sitt eget hem och på så sätt slipper åka in till sjukhuset eller vårdcentralen i onödan. Som i sin ur kan ge tid till att läkarna kan koncentrera sig på fall som verkligen är allvarliga och behöver lösas. Nackdelen kan vara att läkarna tillförlitar sig för mycket på programmet och att programmet blir långsammare ju mer den växer vilket kan leda till att det blir svårare att hitta en lösning till ett problem utan man kommer då kanske få ett flertal lösningar och resultatet är inte pålitligt då. Det kan göra att folk blir skeptiska till programmet och mister tillit på sjukvården. 4 http://www.forskning.se/pressmeddelanden/pressmeddelandenarkiv2005/smartdatasystemhja lperlakareattstalladiagnos.5.6aedd9c411589ea69ed80005456.html sida 8

5 Diskussion 5.1 Vad jag har lärt mig och mina tankar kring case-based resoning Så här mot slutet av arbete kan jag säga att jag har lärt mig mycket om case-based resoning det är intressant hur den härmar människans problemlösningsförmåga inte fullt ut kanske men rätt nära är den. I början var jag skeptisk mot det och det var därför jag blev nyfiken på ämnet för jag ville se om det verkligen skulle funka i verkliga livet. Som det ser ut nu så är den inte riktig redo än men det kommer nog inte dröja mycket förrän man kan använda den inte till vardagen precis men till fall som är kluriga än andra. Och vem vet kanske i framtiden kommer man att få se robotar samarbeta med läkare på sjukhuset. Istället för att prata med läkaren kommer det att vara en robot man får prata med. Ja det här är bara spekulationer men det skulle vara riktig spännande och vara med och se det hända. Det finns mycket om case-based resoning som jag skulle vilja ta upp men tyvärr har jag inte nog med tid för det men det har varit kul att läsa om det CBR. sida 9

Referenser Elektroniska källor http://www.forskning.se/pressmeddelanden/pressmeddelandenarkiv2005/smartdatasystemhjal perlakareattstalladiagnos.5.6aedd9c411589ea69ed80005456.html Markus Nilsson, A cased-based approach for classification of physiological Time-Series, Mälaredalen University Licentiate Thesis. No.28 http://www.mrtc.mdh.se/index.php?choice=publications&id=0718 http://sverigesradio.se/sida/artikel.aspx?programid=112&artikel=674639 http://en.wikipedia.org/wiki/case-based_reasoning http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:nx60ovorsksj:www.karlbranting.net/papers/x ijun.wang/chapt2.doc+induktive+retrival&hl=sv&gl=se&pid=bl&srcid=adgeesiry4w51rt nbwhxjc8wqfmvjn4hlxakbquv9pauztwfnh2ufow6- bfym_taxrxoviqrrnhoc2hdmcoazl8ergbtuie2295mekejutt0beffbfjrgm6afszejl4aq_3_ltgv1tj&sig=ahietbsuxvkm6d5n0dipinkkadtxd03maq http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ins%c3%a4ttning_av_m%c3%a5_till_s%c3%b6 _i_bin%c3%a4rt_s%c3%b6ktr%c3%a4d.png?uselang=sv http://www.google.se/imgres?q=icke+bin%c3%a4rt+s%c3%b6ktr%c3%a4d&um=1&hl=s v&client=firefox-a&hs=l7z&sa=n&rls=org.mozilla:sv- SE:official&biw=1280&bih=681&tbm=isch&tbnid=p- OdkYC3ug4ByM:&imgrefurl=http://databasteknik.se/webbkursen/lagring/index.html&docid =3rsrnH03KiCjMM&w=752&h=162&ei=CEx3ToyHBc7LtAb1t7isCw&zoom=1 sida 10