Detail předmětu

Počítačová podpora lékařské diagnostiky

FEKT-LPDGAk. rok: 2020/2021

Předmět je věnován použití umělé inteligence v medicíně. Je orientován na získání znalostí o počítačově podporované lékařské diagnostice, principech rozhodování v medicíně, práci s neurčitostí v medicínských datech, usuzování za podmínek neurčitosti, principech fuzzy vyjádření neurčité informace a stavbě expertních systémů. Praktické znalosti získají studenti v oblasti programování expertních systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Valentine Provazník, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat základní způsoby počítačového zpracování biomedicínských dat,
- vysvětlit základní pojmy počítačově podporované lékařské diagnostiky,
- popsat principy základních metod pravděpodobnostního rozhodování,
- diskutovat výhody a nevýhody jednotlivých metod,
- navrhovat jednoduché expertní systémy,
- na základě definovaných požadavků vyhodnotit kvalitu rozhodovacích metod.

Prerekvizity

Student by měl být schopen vysvětlit základní principy pravděpodobnostního počtu, měl by znát základní pojmy zpracování dat a měl by ovládat základní znalosti z databázových systémů. Obecně jsou požadovány znalosti matematiky na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratorní cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává projekty podle pokynů vyučujících

Způsob a kritéria hodnocení

až 30 bodů ze cvičení (samostatný projekt)
až 70 bodů za písemnou zkoušku
Zkouška je zaměřena na ověření orientace v základních pojmech počítačově podporované lékařské diagnostiky a schopnosti aplikovat základní principy rozhodování v medicíně.

Zkouška z předmětu bude probíhat distančně.

Osnovy výuky

Data, datové struktury
Problematika velkých dat (Big Data) a Smart data, využití ve zdravotnictví
Datamining v medicíně
Pravděpodobnostní usuzování v medicíně, diagnostické testy, pravděpodobnostní testy, kvalita testů, šance, Bayesův teorém
Předtestová a potestová pravděpodobnost, senzitivita a specificita, rozhodovací stromy
Úvod do expertních systémů, umělá inteligence.
Reprezentace znalostí, produkční pravidla
Logika v reprezentaci znalostí, Vennovy diagramy, výroková logika
Inference, modus ponens
Prokazování tvrzení, rezoluční pravidlo, příklady rezoluce
Neurčitost a nepřesná inference
Fuzzy množiny a fuzzy logika

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní orientaci v problematice počítačově podporované diagnostiky v medicíně s prvky umělé inteligence a navrhování jednoduchých diagnostických systémů pro použití v medicíně.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka je povinná. Řádně omluvené zameškané hodiny lze nahradit po domluvě s vyučujícím.

Základní literatura

Giarratano, J., Riley, G.: Expert Systems. Principles and Programming. PWS-Publishing Company, Boston, 632 str., 1998. (EN)
Krishnamoorthy, C. S., Rajeev, S.: Artificial Intelligence and Expert Systems for Engineers. CRC Press, 1996. (EN)
Nguyen, H. T., Walker, E. A.: A First Course in Fuzzy Logic. CRC Press, 1997. (EN)
Provazník, I., Kozumplík, J. Expertní systémy. Brno: VUTIUM, 1999. ISBN 8021414863 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-ML1 magisterský navazující

    obor ML1-BEI , 2 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Valentine Provazník, Ph.D.

Osnova

Úvod do problematiky použití umělé inteligence v medicíně. Počítačově podporovaná lékařská diagnostika (PPLD), její aplikační oblasti, programovací jazyky umělé inteligence, návrh systémů PPLD, expertní systémy, význam a použití znalostí.
Principy rozhodování v medicíně, medicínská data, informace, znalosti, metaznalosti, hypotézy, statistika v rozhodování, interpretace diagnóz.
Neurčitost v medicínských datech, usuzování za podmínek neurčitosti, klasická Bayesovská pravděpodobnost v. faktory určitosti v řešení medicínských problémů.
Míra věrohodnosti a míra nevěrohodnosti v procesu strojového usuzování, podobnost s lidským usuzováním, principy fuzzy vyjádření neurčité informace.
Fuzzy čísla, fuzzy relace a fuzzy logika pro PPLD.
Stavba expertních systémů, význam znalostí a faktů, proces strojového usuzování.
Reprezentace medicínských znalostí, produkční pravidla, rozhodovací stromy.
Deduktivní logika, výroková logika a predikátová logika v medicínské diagnostice.
Logické systémy a rezoluční metoda, dopředné a zpětné řetězení znalostí.
Programování expertních systémů, základy jazyka CLIPS, příklady návrhu expertních systémů v jazyce CLIPS.
Znalostní inženýrství, kooperace znalostního inženýra a lékařského experta v získávání znalostí, principy a zásady návrhu expertních systémů.
Fuzzy pravidla v expertních systémech.
Kompoziční pravidlo inference v medicínských expertních systémech, defuzzifikace pro stanovení jednoznačné diagnózy.

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Valentine Provazník, Ph.D.

Osnova

Řešení individuálních projektů návrhu expertních systémů jako systémů počítačově podporované diagnostiky v medicíně.