Ứng dụng một số phương pháp tính toán mềm xây dựng phần mềm hỗ trợ điều trị thuốc chống đông cho bệnh nhân sử dụng van tim nhân tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

ỨNG DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MỀM XÂY

DỰNG PHẦN MỀM TRỢ GIÚP ĐIỀU TRỊ THUỐC CHỐNG ĐÔNG

ĐƯỜNG UỐNG CHO BỆNH NHÂN SỬ DỤNG VAN TIM NHÂN

TẠO

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TRẦN NGỌC CƯỜNG

HÀ NỘI - 2005

TR

ẦN NG

ỌC CƯỜNG – NGÀNH CÔNG NGH

Ệ THÔNG TIN – KHÓA 2003

2

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hoàng Phương, Giám

đốc trung tâm tin học – Bộ y tế đã tận tình hướng dẫn tôi về đề tài, kiến thức và những

phương pháp luận quý giá cho đồ án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn bác sĩ Nguyễn Ngọc Quang – Bộ môn Tim mạch –

trường Đại học Y Hà nội, bác sĩ Phạm Thái Sơn, bác sĩ Lê Thanh Bình Khoa hậu

phẫu C1, Viện tim mạch quốc gia Việt Nam, bệnh viện Bạch Mai đã giải thích cho tôi

hiểu được các vấn đề phức tạp về chuyên môn y học và đánh giá các phương án tiếp

cận lý thuyết so với các vấn đề thực tế điều trị thuốc chống đông đường uống.

Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm phát triển khoa học, công nghệ và tài

năng trẻ, Trung ương Đoàn TNCS Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất về thời gian

và công việc để tôi có thể tham gia và hoàn thiện khóa học này.

Tôi xin chân thành cảm ơn những buổi seminar khoa học của Trung tâm tin học

– Bộ y tế đã dành cho tôi những buổi trình bày các ý tưởng, các hướng tiếp cận và giải

pháp giải quyết vấn đề mà đồ án đã đưa ra. Chúc seminar của các bạn ngày càng phát

triển.

Tôi xin chân thành cảm ơn những người thân yêu, bạn bè, các đồng nghiệp trẻ

từ các công ty iMatrix, công ty RunSystem đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt khóa

học và quá trình làm đồ án. Chúc công ty của các bạn ngày càng đoàn kết gắn bó và

trở thành những công ty rất lớn ở Việt nam.

Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với các thầy cô công tác tại Trung tâm đào

tạo bồi dưỡng sau đại học đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình chúng tôi trong suốt khóa

học.

Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với các thầy cô trong Khoa công nghệ

thông tin trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong

quá trình học tập.

Cuối cùng, tôi xin cám ơn các bạn cùng lớp Cao học CNTT khóa 2003-2005 đã

sát cánh bên tôi vượt qua những khó khăn và vất vả suốt 2 năm học tập bên nhau.

Chúc tất cả các bạn đều trở thành những người thành đạt.

3

Mục lục

Danh sách bảng ...........................................................................................................5

Danh sách hình vẽ .......................................................................................................6

Lời mở đầu ................................................................................................. 7

I. Đặt vấn đề ................................................................................................................7

II. Mục tiêu của đề tài..................................................................................................7

III. Phạm vi nghiên cứu...............................................................................................8

IV. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................8

V. Bố cục của đề tài.....................................................................................................8

Chương 1: Sơ qua về bệnh tim và việc điều trị thuốc chống đông

đường uống ở bệnh nhân thay van tim nhân tạo .................................. 10

1.1 Tìm hiểu sơ bộ về bệnh tim.................................................................................10

1.1.1 Tìm hiểu qua về quả tim bình thường................................................................................. 10

1.1.2 Những bệnh liên quan đến việc thay van tim ..................................................................... 14

1.2 Điều trị thuốc chống đông đường uống ở bệnh nhân thay van tim nhân tạo......15

1.2.1 Kiến thức chung.................................................................................................................. 15

1.2.2 Theo dõi khi sử dụng thuốc ................................................................................................ 18

Chương 2: Xác định các yếu tố liên quan và các kiến thức chuyên gia

trong điều trị thuốc chống đông đường uống. ....................................... 21

2.1 Các yếu tố liên quan đến điều trị thuốc chống đông đường uống.......................21

2.1.1 Vấn đề điều trị sau mổ ........................................................................................................ 21

2.1.2 Chế độ ăn uống và các loại thực phẩm chứa Vitamin K..................................................... 22

2.2 Hạn chế đối tượng nghiên cứu ............................................................................26

Chương 3: Cơ sở lý thuyết một số phương pháp tính toán mềm......... 27

3.1 Lý thuyết tập mờ .................................................................................................27

3.1.1 Các khái niệm ..................................................................................................................... 27

3.1.2 Các phép toán cơ sở ............................................................................................................ 28

3.1.3 Mô hình mờ và phương pháp lập luận mờ.......................................................................... 30

3.1.4 Khử mờ ............................................................................................................................... 31

3.2. Lập luận dựa trên các trường hợp ......................................................................33

3.2.1 Sử dụng lại tri thức và kinh nghiệm.................................................................................... 33

3.2.2 Các kỹ thuật lập luận dựa trên sự sử dụng lại..................................................................... 34

3.2.3 Hàm đo sự tương tự trong lập luận dựa trên các trường hợp.............................................. 37

4

3.2.4 Những hướng ứng dụng của lập luận dựa trên các trường hợp .......................................... 39

Chương 4. Một số phương pháp tính toán mềm áp dụng cho việc dự

đoán liều lượng thuốc chống đông.......................................................... 40

4.1. Phương pháp thăm dò sử dụng các luật cơ bản..................................................40

4.2. Phương pháp trường hợp dựa trên các trường hợp ............................................48

4.3. Phương pháp tìm kiếm quy luật sử dụng thuốc .................................................55

4.4. Kết hợp các phương pháp trên ...........................................................................59

Chương 5: Xây dựng phần mềm thử nghiệm các thuật toán dự đoán

liều lượng thuốc chống đông ................................................................... 64

5.1. Thiết kế hệ thống................................................................................................64

5.2. Cơ sở dữ liệu ......................................................................................................66

5.3. Mô tả phần mềm.................................................................................................67

Chương 6: Kết quả vận hành thử nghiệm và các đánh giá .................. 79

6.1 Các kết quả vận hành thử nghiệm .......................................................................79

6.2 Nhận xét và đánh giá...........................................................................................83

Kết luận..................................................................................................... 84

Tài liệu tham khảo ................................................................................... 86

5

Danh sách bảng

Bảng 1.1 Tác dụng của thuốc chống đông ...................................................................17

Bảng 2.1 Liệt kê tất cả các loại thức ăn có chứa Vitamin K........................................23

Bảng 4.1 Ngưỡng INR an toàn đối với từng loại van nhân tạo ...................................41

Bảng 4.2 Công thức xác định các hàm tương tự thành phần .......................................51

Bảng 4.2 Sơ đồ thuật toán tự tìm quy luật. ..................................................................56

Bảng 4.3 Sơ đồ thuật toán tìm quy luật từ CSDL mẫu quy luật. .................................57

Bảng 4.4 Sơ đồ thuật toán phương pháp lai.................................................................60

Bảng 5.1 Dải INR an toàn của bệnh.............................................................................79

Bảng 5.2 Kết quả thử nghiệm số liệu bệnh nhân 05-00-27346, phương pháp thăm dò

......................................................................................................................................80

Bảng 5.3 Kết quả thử nghiệm số liệu bệnh nhân 05-00-28690, phương pháp thăm dò

......................................................................................................................................80

Bảng 5.4 Kết quả thử nghiệm số liệu bệnh nhân 05-00-28734, phương pháp thăm dò

......................................................................................................................................81

Bảng 5.5 Kết quả thử nghiệm số liệu bệnh nhân 05-00-29002, phương pháp thăm dò

......................................................................................................................................81

Bảng 5.6 Kết quả thử nghiệm số liệu bệnh nhân 05-00-10001, phương pháp thăm dò

......................................................................................................................................81

Bảng 5.7 Kết quả thử nghiệm theo phương pháp thứ tìm kiếm quy luật.....................82

6

Danh sách hình vẽ

Hình 1.1 Quả tim nhìn từ phía trước............................................................................10

Hình 1.2. Quả tim nhìn từ phía sau. .............................................................................11

Hình 1.3. Sau cắt bỏ tâm nhĩ, nhìn từ trên xuống để thấy rõ vị trí 4 van tim. .............12

Hình 1.4. Van động mạch chủ......................................................................................13

Hình 3.1 Chu trình lập luận dựa trên các trường hợp ..................................................48

Hình 5.1 Cơ sở dữ liệu của hệ thống............................................................................66

Hình 5.2 Chức năng nhập thông tin cá nhân và trạng thái người bệnh .......................67

Hình 5.3 Chức năng nhập thông tin các bữa ăn hàng ngày .........................................68

Hình 5.4 Chức năng nhập chế độ hoạt động hàng ngày ..............................................69

Hình 5.5 Chức năng nhập thông tin các loại van tim nhân tạo....................................70

Hình 5.6 Chức năng nhập thông tin hàm lượng vitamin K trong thức ăn ...................71

Hình 5.7 Chức năng nhập thông tin vùng miền ...........................................................72

Hình 5.8 Chức năng nhập thông tin khu vực sinh sống...............................................73

Hình 5.9 Chức năng nhập thông tin thuốc uống hàng ngày.........................................74

Hình 5.10 Phương pháp dự đoán thăm dò ...................................................................75

Hình 5.11 Phương pháp dự đoán dựa trên trường hợp ................................................76

Hình 5.12 Phương pháp dự đoán tìm kiếm quy luật ....................................................77

Hình 5.13 Phương pháp dự đoán kết hợp ....................................................................78

7

Lời mở đầu

I. Đặt vấn đề

Bệnh nhân bị bệnh tim hoặc sau khi đã được mổ thay van tim được bác sỹ chỉ định cho

dùng thuốc chống đông máu lâu dài. Đây là một trong những công việc cực kỳ quan

trọng đối với bệnh nhân bị bệnh tim mà phải dùng chống đông. Vì nếu không dùng hoặc

không đủ hiệu lực thì tai biến tắc mạch có thể xảy ra bất kể khi nào đe doạ tính mạng

bệnh nhân. Ngược lại, nếu dùng quá liều có thể dẫn đến chảy máu.

Liều thuốc uống của bệnh nhân có thể thay đổi từ ngày này qua ngày khác và phụ thuộc

rất nhiều yếu tố. Lịch uống trong ngày của bệnh nhân cũng cần được tuân thủ và quản lý

rất chặt chẽ.

Bác sỹ sẽ xác định chính xác liều lượng thuốc bệnh nhân cần uống sau khi đã kiểm tra

các yếu tố đông máu(Tỷ lệ prothrombin -TP và chỉ số bình thường hoá quốc tế - INR).

Liều thuốc có thể thay đổi vì thế bệnh nhân phụ thuộc rất nhiều vào bác sĩ và phòng

khám, trong thời gian suốt cả phần đời còn lại của mình.

Một phần mềm sử dụng các thuật toán dự đoán liều lượng thuốc cần uống, quản lý lịch

uống thuốc hàng ngày của người bệnh sẽ là một giải pháp thật hữu ích góp phần giảm

gánh nặng cho những bệnh nhân này.

Các thuật toán dựa trên những lập luận xấp xỉ sẽ thích hợp khi phải sử dụng những dữ

kiện rất khó thống kê và tính toán của người bệnh trong ngày, cũng như những kiến thức

chuyên gia của các bác sĩ điều trị khi phải dự đoán liều lượng cần uống những ngày tiếp

theo của một người bệnh.

II. Mục tiêu của đề tài

Đề tài này sẽ tập trung giải quyết các vấn đề sau đây:

- Nghiên cứu làm rõ bài toán sử dụng thuốc chống đông đường uống của bệnh nhân thay

van tim nhân tạo.

- Đề xuất các thuật toán mô phỏng việc tính liều lượng cho bệnh nhân dựa trên các lý

thuyết xấp xỉ.

- Xây dựng một phần mềm hỗ trợ quản lý và hỗ trợ điều trị thuốc chống đông đường

uống sử dụng các thuật toán trên.

- Vận hành thử nghiệm phần mềm, theo dõi và đánh giá kết quả tại Viện tim mạch Trung

ương.

8

III. Phạm vi nghiên cứu

Xác định và đánh giá việc điều trị thuốc chống đông đường uống là một vấn đề phức tạp

và thời gian phải điều trị rất dài. Khối lượng và độ phức tạp của các dữ kiện đầu vào rất

lớn. Đối tượng bệnh nhân điều trị thuốc chống đông lại nhiều thành phần và phụ thuộc

nhiều yếu tố chuyên môn về bệnh lý cũng như các điều kiện dịch tễ khác. Với thời gian

có hạn, đề tài này xác định giới hạn trong việc xây dựng thuật toán và phần mềm hỗ trợ

cho một lớp bệnh nhân đặc trưng và chiếm đa số trong các ca thay van tim ở Việt Nam.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra khảo sát thực tế và phân tích hệ thống

Phương pháp thống kê

Phương pháp so sánh

Phương pháp chuyên gia

Phương pháp ứng dụng lý luận xấp xỉ như lý thuyết tập mờ và lập luận dựa trên trường

hợp.

V. Bố cục của đề tài

Lời mở đầu: Sự cấp thiết của Đề tài nghiên cứu. Mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi và

phương pháp nghiên cứu

Chương 1: Tìm hiểu sơ qua về bệnh tim và việc điều trị thuốc chống đông đường

uống

Phần này sẽ trình bày một số vấn đề cơ bản về bệnh tim mạch, các bệnh nhân thay van

tim nhân tạo, và việc điều trị thuốc chống đông đường uống cho bệnh nhân.

Chương 2: Xác định các yếu tố liên quan và các kiến thức chuyên gia trong điều trị

thuốc chống đông đường uống.

Phần này trình bày các nghiên cứu đánh giá, thu thập và phân loại về các loại đối tượng

trong bài toán xác định liều lượng sử dụng thuốc chống đông đường uống. Trong đó có

các kiến thức chuyên gia về việc xác định liều lượng sử dụng thuốc trong ngày của một

bệnh nhân.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết một số phương pháp tính toán mềm

Phần này nhắc lại một số khái niệm cơ bản về các phương pháp tính toán mềm như lý

thuyết tập mờ và lập luận dựa trên các trường hợp.

Chương 4: Xây dựng thuật toán dự đoán liều lượng thuốc chống đông

Đưa ra các thuật toán dự đoán liều lượng thuốc chống đông