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专利号: 2024109778962
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能儿科疾病诊断辅助系统,其特征在于:所述系统包括健康记录融合模块、症状模式分析模块、趋势预测与因果分析模块、儿科疾病知识图谱模块、疾病智能分类模块、医疗数据深度挖掘模块、智能标签生成模块、分诊智能推荐模块;

所述健康记录融合模块基于儿童患者的电子健康档案和医疗影像,采用数据融合算法结合图像处理技术,对健康档案信息和医学影像进行融合分析,整合形成统一健康信息框架,并构建综合健康档案;

所述症状模式分析模块基于综合健康档案,运用聚类分析和模式识别算法对症状数据进行分类和模式分析,通过对症状进行标注和分类,提取症状特征,生成症状模式标签;

所述趋势预测与因果分析模块基于症状模式标签,结合长短期记忆网络和因果推理方法,对症状发展趋势进行分析,同时识别症状之间的因果关系,从而对症状的未来发展趋势进行预测和分析,生成趋势预测分析;

所述儿科疾病知识图谱模块基于趋势预测分析和当前医学研究,采用图注意力网络构建专门针对儿科疾病的知识图谱,通过知识整合和图谱构建方法,形成结构化的医学知识体系,生成儿科疾病知识图谱;

所述疾病智能分类模块基于综合健康档案和儿科疾病知识图谱,利用混合神经网络模型对疾病特征进行智能识别和分类,提取疾病的关键特征,并根据知识图谱的信息进行疾病分类,生成疾病分类信息;

所述医疗数据深度挖掘模块基于症状模式标签和疾病分类信息,采用非监督学习技术对医疗数据进行深度分析和模式挖掘,识别疾病发展的隐藏模式和关键影响因素,生成医疗洞察分析;

所述智能标签生成模块基于医疗洞察分析,运用深度学习技术进行医疗数据的自动标注和标签优化,通过对数据的细化标注生成医疗标签,整合医疗标签集;

所述分诊智能推荐模块基于医疗标签集和儿科疾病知识图谱,采用智能推荐算法,结合标签信息和知识图谱数据,为患者提供匹配的分诊建议和诊疗方向,生成智能分诊建议;

所述健康记录融合模块包括档案整合子模块、影像分析子模块、健康数据融合子模块;

所述档案整合子模块基于儿童患者的电子健康档案,采用数据整合算法,使用Python语言中的Pandas库进行数据预处理,通过DataFrame.merge()合并来自多个源的数据集,参数包括左右数据帧、合并键和合并方式,对缺失值使用fillna()方法进行处理,设定填充策略使用列均值,生成统一健康档案数据;

所述影像分析子模块基于统一健康档案数据,采用图像处理技术,使用Python的OpenCV库进行影像预处理,包括使用cv2.imread()加载图像,cv2.resize()调整图像尺寸统一输入格式,应用cv2.cvtColor()转换色彩空间进行图像标准化,利用深度学习模型,通过TensorFlow和Keras库构建卷积神经网络,定义模型结构,添加Conv2D和MaxPooling2D层进行特征提取,使用Dense层进行分类,设置优化器为Adam,损失函数选择categorical_crossentropy,应用fit方法进行模型训练,使用evaluate方法进行模型验证,生成医学影像分析结果;

所述健康数据融合子模块基于医学影像分析结果,采用数据融合算法,通过Python中的NumPy和Pandas库进行数据合并,使用numpy.concatenate()和pandas.concat()对结构化的健康档案数据和影像分析结果进行合并,设置合并轴参数axis=0进行纵向融合,应用决策树算法,使用Scikit‑learn库的DecisionTreeClassifier构建分类模型,通过fit()方法对融合数据进行训练,应用predict()方法进行健康状况预测,生成综合健康档案;

所述症状模式分析模块包括症状识别子模块、模式标注子模块、数据分类子模块;

所述症状识别子模块基于综合健康档案,运用Python中的NLTK库执行词性标注和命名实体识别,将健康档案文本输入进行分词处理,利用词性标注功能识别症状关联词汇,使用命名实体识别功能提取症状实体,结合正则表达式匹配症状表述模式,生成症状清单;

所述模式标注子模块基于症状清单,使用Python的Scikit‑Learn库中的随机森林算法进行模式标注,输入症状数据作为特征集,应用随机森林模型进行训练,设置树的数量为

80,通过模型对症状进行分类和标注,使用模型的feature_importances_属性获取每个症状的重要性评分,识别和并生成标注症状群组;

所述数据分类子模块基于标注症状群组,执行K‑means聚类分析,选定聚类数k为5,使用Scikit‑Learn库中的KMeans类进行聚类,将标注症状群组数据输入模型,设置n_clusters参数为5进行模型训练,使用模型的cluster_centers_属性捕捉每个群组的中心,利用欧氏距离作为度量标准,将症状进行分类,生成症状模式标签;

所述趋势预测与因果分析模块包括趋势建模子模块、因果推理子模块、趋势预测子模块;

所述趋势建模子模块基于症状模式标签,采用自回归移动平均模型,使用Python的statsmodels库中的ARMA类,先通过ARMA(data, order=(2, 2))初始化模型,其中data是症状数据,order参数设定自回归项和移动平均项的阶数为2,再使用fit()方法对模型进行参数估计,捕捉时间序列中的趋势和季节性,生成趋势建模结果;

所述因果推理子模块基于趋势建模结果,进行因果推理,使用Python的DoWhy库,通过构建因果图模型,使用CausalModel(data, graph, treatment, outcome)进行初始化,其中data为趋势建模结果,graph定义症状间的因果关系,treatment和outcome分别指代因果推理中的自变量和因变量,接着使用identify_effect()方法识别因果效应,通过estimate_effect()方法估计多因素对症状的影响,生成因果推理分析结果;

所述趋势预测子模块基于因果推理分析结果,使用长短期记忆网络进行趋势预测,通过Sequential()初始化模型,添加包括64个神经元的LSTM(64)层来捕获时间序列数据的长期依赖性,接着添加Dense(1)层作为输出层,设置模型的优化器为Adam(),损失函数设为mean_squared_error,使用model.fit(train_X, train_Y, epochs=100, batch_size=

32)训练模型,其中train_X和train_Y为训练数据,epochs和batch_size分别设置训练的总轮数和每批数据的大小,通过model.predict(test_X)进行趋势预测,生成趋势预测分析结果;

所述儿科疾病知识图谱模块包括图谱构建子模块、知识提取子模块、图谱更新子模块;

所述图谱构建子模块基于当前医学研究数据,采用图注意力网络算法进行图谱构建,在Python环境中,使用PyTorch框架实施图注意力网络,设置头的数量为8以捕获多角度关系,邻接矩阵表示节点间的连接,通过注意力系数加权邻居节点的特征,构建儿科疾病的节点和边,形成儿科疾病初步知识图谱;

所述知识提取子模块基于儿科疾病初步知识图谱,运用自然语言处理技术从医学文献中提取知识,利用Python中的SpaCy库,通过实体识别来捕捉医学术语,关系提取挖掘实体间的联系,分析医学文献和临床案例中的文本数据,提取有关儿科疾病的新知识,进行知识融合,生成儿科疾病知识增强图谱;

所述图谱更新子模块基于儿科疾病知识增强图谱,应用趋势预测分析进行图谱更新,使用时间序列分析方法,具体为ARIMA模型,在Python环境中设置匹配参数,包括差分次数、滑动平均次数,分析儿科疾病的发展趋势,利用Neo4j图数据库管理系统对知识图谱进行定期更新和扩展,生成儿科疾病知识图谱;

所述疾病智能分类模块包括神经网络应用子模块、影像识别子模块、分类决策子模块;

所述神经网络应用子模块基于综合健康档案,采用混合神经网络模型,使用TensorFlow和Keras库构建,模型中卷积神经网络部分包括多个Conv2D层,进行图像特征提取,设置滤波器数量和大小为64个3x3大小的滤波器,接着使用MaxPooling2D层进行特征下采样,设置池化窗口为2x2,循环神经网络部分采用LSTM单元处理时间序列数据,设置单元数量为100个,以捕捉健康记录中的时间依赖特性,使用Dense层进行分类,设置激活函数为softmax,优化器选择Adam,损失函数使用categorical_crossentropy,通过fit方法进行模型训练,应用evaluate方法对模型进行验证,生成特征识别结果;

所述影像识别子模块基于特征识别结果,采用图像处理算法对影像数据进行分析,使用OpenCV库进行边缘检测,采用Canny算法,设置阈值参数如低阈值50和高阈值150,识别影像中的边缘信息,对于纹理分析,应用灰度共生矩阵方法,设置距离参数为1和角度参数为

0°、45°、90°和135°,提取影像中的纹理特征,生成细化影像分析;

所述分类决策子模块基于细化影像分析和儿科疾病知识图谱,采用决策树算法和模式识别技术进行疾病分类,使用Scikit‑learn库构建决策树,设置信息增益作为分裂标准,深度限制为10规避过拟合,同时,结合模式识别技术,应用成分分析,减少特征空间维度,设定类别判断阈值为0.5,保障分类的准确性,生成疾病分类诊断;

所述医疗数据深度挖掘模块包括数据探索子模块、模式挖掘子模块、深度分析子模块;

所述数据探索子模块基于医疗数据集,使用Python的Pandas库进行数据预处理,包括使用fillna方法填充缺失值,使用drop方法剔除非关联特征列,接着利用Matplotlib和Seaborn库进行数据可视化,通过scatterplot和heatmap函数分析数据分布和相关性,生成数据质量结果;

所述模式挖掘子模块基于数据质量结果,采用非监督学习算法进行模式识别,使用Python的scikit‑learn库实施K‑means聚类,通过设定n_clusters参数为5进行数据分组,利用Apriori算法实施关联规则挖掘,设置min_support为0.3和min_confidence为0.7,识别症状和疾病分类间的隐藏关系,生成疾病模式图谱;

所述深度分析子模块基于疾病模式图谱,使用TensorFlow和Keras库构建卷积神经网络,定义模型结构包括添加多个Conv2D和MaxPooling2D层进行特征提取,使用Dense层进行分类,设置优化器为Adam,损失函数选择categorical_crossentropy,使用fit方法进行模型训练,应用evaluate方法进行模型验证,生成医疗洞察分析结果;

所述智能标签生成模块包括标签学习子模块、标签生成子模块、标签优化子模块;

所述标签学习子模块基于医疗洞察分析,采用深度学习算法进行数据特征提取,使用TensorFlow和Keras库构建模型,提取医疗数据中的图像特征,包括设置滤波器数量和核大小来提取差异化级别的特征信息,接着通过池化层MaxPooling2D减少特征维度,使用全连接层Dense进行数据特征的分类处理,优化器选择Adam以调整学习速率,损失函数采用categorical_crossentropy处理多分类问题,使用fit方法对模型进行训练并通过evaluate方法进行模型效果验证,生成特征解析集合;

所述标签生成子模块基于特征解析集合,运用自然语言处理技术进行医疗数据标注,使用Python中的NLTK库对文本数据进行处理,包括词性标注和命名实体识别,提取关键医疗术语和概念,同时结合训练好的深度学习模型对特征解析集合进行分析,使用模型预测功能对数据进行标签分配,生成基础标签集;

所述标签优化子模块基于基础标签集,运用聚类分析技术进行标签优化,使用Scikit‑learn库中的KMeans算法对标签进行聚类,设置聚类数量为9个归纳同类标签,优化过程中调整聚类算法的迭代次数和收敛条件,生成医疗标签集;

所述分诊智能推荐模块包括推荐系统设计子模块、分诊决策子模块、推荐优化子模块;

所述推荐系统设计子模块基于医疗标签集,采用协同过滤算法分析患者历史数据和当前症状,通过Python的Surprise库,使用KNNBasic类进行协同过滤,将相似度度量设定为cosine,邻居数设为5,通过这种方式计算差异化症状之间的相似度,为患者匹配与当前状况同类的历史案例,生成同类案例分析结果;

所述分诊决策子模块基于同类案例分析结果和儿科疾病知识图谱,运用图神经网络算法进行疾病关联性分析,通过Python的PyTorch Geometric库构建图模型,图层级设为3,激活函数使用ReLU,节点特征和边信息通过图嵌入学习得到,生成疾病关联性分析结果;

所述推荐优化子模块基于疾病关联性分析结果,应用强化学习算法对推荐系统进行优化,使用Python的TensorFlow库实施DQN算法,回报折扣因子设为0.9,学习率设为0.001,通过交互反馈循环调整推荐策略,匹配差异化患者特征,生成智能分诊建议。

2.根据权利要求1所述的智能儿科疾病诊断辅助系统,其特征在于:所述综合健康档案包括患者基本信息、历史诊疗记录、实验室检测数据和影像诊断结果,所述症状模式标签包括症状类型、发生频率和持续时间,所述趋势预测分析包括症状发展趋势、影响因素和潜在风险,所述疾病分类信息包括疾病名称、特征症状和预估的并发症,所述医疗洞察分析包括症状关联性、疾病进展模式和治疗效果预测,所述医疗标签集包括症状描述标签、疾病诊断标签和治疗建议标签,所述智能分诊建议包括推荐的专科门诊、医生团队和初步的诊疗方向。