模糊数学模型在颈椎病诊断中的应用研究

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数理医药学杂志 文章编号 :100424337 (2010) 0220127203 中图分类号 : R311 文献标识码 : A
2010 年第 23 卷第 2 期 ·医学数学模型探讨 ·
模糊数学模型在颈椎病诊断中的应用研究
高国栋 张晓刚 宋 敏 杨国栋 蒋宜伟 徐 斌
头后仰旋颈试验阳性 。
X 线片可见钩椎关节增生 ,椎间 隙变窄 。
交感神经型
头晕 (与体位无关 , 往往上午轻 ,
下午重) ,眼皮睁不动 ,眼球发胀 、 视物模糊 、耳鸣 、咽感异常 , 颈项 不适易疲劳 、失眠多梦 、易出汗 、
头后仰压颈试验往往阳性 ,颈活 动不受限 ,旋颈试验阴性 。
情绪易激动 、心慌胸闷 。
0. 1 0. 2 1. 0 0. 3 0. 2 = [0. 5 0. 9 0. 6 0. 6 0. 3 ] (3)
0. 1 0. 2 0. 1 1. 0 0. 8
0. 0 0. 0 0. 0 0. 6 1. 0
0. 1 0. 8 0. 8 0. 6 0. 3

Z′=
0. 5 Z1
+
0. 9 Z2
+
(甘肃中医学院附属医院 骨一科 兰州 730020)
摘 要 : 目的 :探讨模糊数学模型在颈椎病类型诊断中的应用 。方法 :将诊断颈椎病的相关因素归纳为 6 个因素 5 个水平 ,对 某院近 5 年的 318 例临床病例进行模糊统计 ,采用 L . A. Zadeh 所提出的模糊蕴含最小运算 ( Mamdani) 进行基于模糊规则库的模糊推 理并利用专用数学分析软件 MA TL AB 对该方法进行仿真实验 。结果 :研究所提出的分析方法是基于多位中医专家的辨证水平从而 在诊断上避免了单一医生的主观因素而更趋客观 。结论 :将模糊数学方法运用于颈椎病的诊断 ,为模糊数学在骨科疾病诊疗中的应 用提供了算法支持 ,也为下一步的研究工作提供了理论依据 。
R1 :如果 x1 是 A 1 and x2 是 B1 and …and x6 是 F1 ,则 y 是
Z1 ; Ri :如果 x1 是 A i and x2 是 B i and … and x6 是 Fi , 则 y 是
Zi ; R5 :如果 x1 是 A 6 and x2 是 B6 and …and x6 是 F6 ,则 y 是
木 、乏力 、手部精细动作偶有一过性障碍是常见的表现[7~9] 。 颈椎病的诊断必须结合临床症状 、体征和影像学检查等
因素 ,通常根据表 1 所归纳的方法来确定颈椎病的类型 。 流行病学调查发现 50 岁左右人群发病率为 25 % ,60 岁
左右人群发病率为 50 % ,70 岁左右人群发病率为 100 % ,故研 究颈椎病的模糊辨识方法有一定的现实意义 。现根据我院 2003 年 8 月~2008 年 8 月所收治的 500 余例中典型的颈椎病 318 例进行模糊推理分析 。
(问诊获取) ,二是医生的感知 (望 、问 、切获取) 。然而纵观医 生诊治的全过程 ,不难发现无论是症状还是体征均无法精确 量化 ,模糊集刚好反映了这类“亦此亦彼”的特性 。现代数学 的特点就是清晰性与准确性 ,这正好弥补中医学描述的模糊 性 ,以及主观性较强 、不易把握等问题 。针对中医学中许多的 模糊问题 ,模糊数学正在逐渐受到重视[4~6] ,探索研究数学语 言描述的中医诊疗过程意义重大 。
神经根型
颈肩疼痛颈部活动 有杂音 ,根性 放射痛 ,疼痛与受累节段一致 ,与 根型 疼 痛 相 伴 的 感 觉 障 碍 与 麻 木 、感觉减退为主
患侧肌紧张 ,棘突椎旁及肩胛内 侧缘压痛 ,臂丛神经牵拉试验阳 性 ,椎间孔挤压试验阳性 ,腱反射 早期可活跃 ,后期减低或消失 。
X 片显示颈椎生理弧度变直或反 弓 ,椎间隙变窄 ,椎体骨质增生 , 相应 节 段 有 时 出 现 项 韧 带 钙 化 CT 或 MRI 有神经根受压的表现
μc′i ( z) =αi ∧μci ( z)
(2)
μc′( z) =μc′1 ( z) ∨μc′2 ( z) = [α1 ∧μc1 ( z) ] ∨[α2 ∧μc2 ( z) ]
设模糊集合 I 为某病人症候群的模糊子集 ( I 内元素由病
数理医药学杂志
2010 年第 23 卷第 2 期
人自述和医生诊断综合确定) ,输出模糊集合为 Z′, 根据最大 隶属度原则判断患者的颈椎病类型 。对 318 例临床病例中具 有代表性的 100 例 (分 5 个年龄组 , 每组 20 例) 。在专业的数 学分析软件 Matlab 中建立相应程序 , 通过人机对话窗口中进 行颈椎病类型诊断分析 。
Z5 。 其中 xi为患者症候群表征 , Zi为颈椎病的类型 , 分别为局
部型 、神经根型 、脊髓型 、椎动脉型 、交感神经型则模糊规则 R
5
= ∪Ri 。 i=1
表 1 颈椎病类型判断依据
类型 局部型
症 状 颈肩酸痛
体 征 颈部压痛颈活动受限无病理反射
影像学检查 CT 椎间盘轻度突出 、退变 、生理曲度 改变
2 颈椎病分类及其特点
颈椎病是严重的颈椎退变性疾病 。它是指因颈椎间盘退 变本身及其继发性改变压迫或刺激了邻近组织而引起的临床 征候群 。各种不同类型颈椎病早期表现都以局部症状为主 。 如颈酸痛 、乏力 、头昏或上肢和手指麻木等 、行走困难或步态 不稳 。颈项局部疼痛是较常见的症状 ,上肢和手指一过性麻
关键词 : 颈椎病 ; 模糊数学 ; 模糊推理 ; 模型 doi :10. 3969/ j. issn. 100424337. 2010. 02. 001
1 引言
颈椎病是以颈椎间盘慢性退行为主的病变 。由于颈椎间 盘的退变 ,导致颈部关节失稳 、而引起颈椎骨 、关节与颈部软 组织一系列的病理变化 ,从而刺激压迫脊神经根 、脊髓 、交感 神经 、椎动脉和周围软组织 ,出现颈臂麻木 、疼痛 、头晕 、头疼 、 心悸甚至大小便失禁等相应临床症状 ,而这些症状又极易与 内科 、神经科疾病如脑供血不足 、内分泌失调 、耳源性眩晕等 疾病相混淆 ,所以颈椎病的分型诊断至关重要[1] 。
而提高工作效率 。蓬勃发展的医学为数学提供了更大的发展 空间 。本研究所建立的分析模型 , 为骨科疾病的诊疗提供了 算法支持 ,也为下一步的研究工作提供了理论依据 。
参 考 文 献
1 张卫华. 颈椎病的诊断与非手术治疗. 人民军医出版社 ,2005 , 172 ~1941
依据大量病历运用 L . A. Zadeh 所定义的五元素语言变量 规则 ,确定“极”“、相当”、“比较”、“略微”、“稍微”五级修饰词 , 按照专家经验法确定隶属度函数 。设 U 为反映颈椎病症状集
的论域 (U = { A B C D E F } ) ,其中 A 为根性分布症状 , B 为 颈痛症状 , C 为脊髓压迫症状 , D 为眩晕症状 , E 为交感神经症 状 , F 为颈部骨质增生程度 。根据表 1 的判断标准和 318 例病 人的抽样调查结果确定 6 输入单输出模糊规则描述 R1 , R2 , …, R5 ,如下示 :
收稿日期 :2009204207
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Journal of Mat hematical Medicine
Vol. 23 No . 2 2010
31 3 模糊逻辑 1966 年 P. N. Marino s 首次发表了模糊逻辑的研究报告 ,
1974 年 Zadeh 提出了模糊语言变量的重要概念 , 模糊逻辑使 灰色的真值进入了形式化推理的复杂结构系统 , 它是机器智 能的一个新分枝 , 并试图使计算机用我们的灰色常识去进行 推理 。模糊判断句同模糊推理句一样 , 不能给出绝对的真与 不真 ,只能给出真的程度 。因此 ,在应用模糊集合论对模糊命 题进行模糊推理时 ,应用模糊关系表示模糊条件句 , 这样就将 推理的判断过程转化为对隶属度的合成及演算过程 。中医诊 疗的过程也可以归结为判断 、推理和推断 。所以应用模糊推 理进行颈椎病的诊断就是用数学语言描述中医诊疗的方法之 一 。 [10 ,11 ]
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X 线片多见椎体后缘骨质增生 , 可能出现 椎 管 狭 窄 , CT 、MRI 可 以明确诊断 。
椎动脉型
眩晕 与 体 位 有 关 , 多 在 起 床 、卧 倒 、翻身 、转头时突然发生 , 持续 时间短者数秒至数 十秒 ,长者可 达几 小 时 到 一 、二 天 , 可 反 复 发 作 。有时可引起呕吐 、猝倒 、持物 落地等症状 。
41 2 病例分析 1 、男性 ,56 岁 , 确定其症候群模糊子集 , I = [ 0. 7 0. 5 0. 1
0. 1 0. 1 0. 8] , Z′= I . R = [ 0. 9 0. 5 0. 1 0. 1 0. 8 ]°
0. 0 1. 0 0. 6 0. 0 0. 2
0. 9 0. 6 0. 4 0. 5 0. 3
X 线检查可有椎体前后缘骨质增 生及颈椎滑脱 (颈 5 多见) 。
4 模糊推理
本研究采用 模 糊 推 理 基 本 方 法 之 一 模 糊 蕴 含 最 小 运 算 (Mamdani) 方法进行基于模糊规则库的模糊推理来进行病理 分析 。
·128 ·
41 1 人机界面
模糊蕴含运算采用 Mamdani 的最小运算规则 ;
3 模糊数学
31 1 模糊子集的定义及数学表示
设给定论域 U , U 到[0 ,1 ] 闭区间的任一映射μA
μA :U →[0 ,1 ]
u →μA ( u)
(1)
定义 U 得到一个模糊子集A ,μA 称为模糊子集的隶属函
数 ,μA ( u) 称为 u 对于A 的隶属度 。μA ( u) 取值范围为闭区间
[0 ,1 ] ,μA ( u) 的大小反映了 u 对于模糊子集的从属程度 。μA
( u) 的值接近 1 表示 u 从属于A 的程度很高 ;μA ( u) 的值接近
0 表示 u 从属于A 的程度很低 ,所以模糊子集完全由隶属函数
来描述 。
31 2 隶属度函数确定方法
隶属函数是对模糊概念的定量描述 , 它的确定过程本质
通过 5 组典型病例的验证性分析可以看出本方法对于颈 椎病的类型诊断具有一定的临床指导意义 。本文所建立的颈 椎病模糊推理方法是基于多位中医专家的辨证水平从而在诊 断上避免了单一医生的主观因素而更趋客观 。
数学思维是抽象思维 , 是抽掉表象之后的逻辑思维 。它 可以脱离事物的具体形态而进行独立的思考和运算 , 同时确 保其结果符合实际 。这样就可以避免很多重复性的工作 , 从
0. 6 Z3
+
0. 6 Z4
+
0. 3 Z5
根据最大隶属度原则
判断该患者为神经根型患者 。
2 、男性 、47 岁 ,头晕 、恶心 、干呕 ,同理判断为交感神经型 。 3 、女性 、41 岁 ,眩晕 ,同理判断为椎动脉型 。 4 、女性 、27 岁 ,颈部酸困疼疼痛 ,同理判断为局部型 。
5 讨论
脊髓型
早期表现肢体沉重 乏力 ,行走不 稳 ,活动不灵 ,有时自己感觉下肢 有烧灼感 、麻木 。同时 ,常伴有排 便困难 ,约 30 %患者伴有眩晕 ;晚 期出现单瘫 、偏瘫 、截瘫 、四肢瘫 ;
病变平面以下肢体肌张力增加 , 肌力减弱 ,腱反射亢进 ,浅感觉减 退 。出现霍夫曼征 、巴彬 斯基 征 等病理反射
模糊性是指存在于现实中的不分明现象 。如“疼痛”与 “不疼痛”“、眩晕”与“不眩晕”之间找不到一个明确的边界 。 从差异的一方到另一方之间经历了一个从量变到质变的连续 过渡过程 ,这是排中律的破坏而造成的不确定性 。于是作为 研究模糊现象的定量处理方法 ———模糊数学便出现了[2~3] 。 中医的诊治是以望 、闻 、问 、切四诊方法获取病人的症状与体 征的 。这些症状与体征来自两个方面 :一是病人的自我感觉
上说是客观的 ,但由于每个人对同一个模糊概念的认识理解
存在偏差 。因此 , 隶属函数的确定又带有主观性 。通常可以
通过以下几种方式来构造 :
①模糊统计法 :通过模糊统计实验的方法来确定但工作
量过大 ; ②例证法 :从已知有限个μA 的值 , 来估计论域 U 上的模
糊子集A 的隶属函数 ;
③专家经验法 :根据专家的实际经验 ,来确定隶属函数 。
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