我国是全球马产业第二大国[1],近年来随着人们生活水平的提高，对赛马、旅游用马、肉用马及乳用马等需求不断增加，马的营养价值和实用价值持续增大，为马产业带来了新的发展机遇[2,3,4]。国家统计局数据显示，截至 2020 年年底，我国的马匹数量超过 367 万匹(http: //www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2021/indexch.htm),畜牧业的组成与马产业密不可分[5,6,7]。虽然我国的马产业呈快速发展趋势，但在马疾病诊治方面存在明显问题，对马疾病相关专业知识的掌握有限[8]。在马发病时，由于缺乏经验丰富的兽医，无法进行及时诊断和有效救治，常导致患病马匹错过最佳治疗时期，这不仅造成基层兽医和养殖户不同程度的经济损失，还危及到养殖安全，严重阻碍了我国马产业的发展[9]。在马养殖过程中，发生疾病在所难免，而我国从事马病诊疗的人员短缺[10,11]。因此，设计和开发一个方便、高效、完善、快捷的马病远程智能化诊疗系统对于解决当前马产业面临的问题具有重要意义。

近年来，动物疾病诊疗专家系统被广泛应用于畜牧养殖领域[12,13,14]。我国的马疾病诊疗专家系统是基于计算机端进行开发和应用的[15],存在使用不便、推广率低、时效性差等缺点。此外，传统计算机端的马病诊断系统知识库不能在线更新，严重制约了马疾病诊疗专家系统的发展。

马疾病诊疗专家系统包含了特定领域专家的知识和经验，能够通过模仿人类专家的思维过程解决复杂的问题[16],并且具有实用性、永久性、稳定性、高效性、可靠性等优点。因此，本研究将马病诊疗方案与专家诊疗系统相结合，设计并开发了携带方便、能够动态更新知识库的基于智能手机的马病远程智能化诊疗网络系统APP,以便服务于基层兽医、养马场、马养殖户和偏远马养殖地区，减少疾病给养马业带来的经济损失，并为其他动物疾病诊疗系统的开发提供参考和技术支持。

1、系统总体设计

1.1 系统架构

马病远程智能化诊疗网络系统(见图1)由数据库、疾病诊断与管理子系统等部分组成，其中疾病诊断与管理子系统包括推理机、解释子系统和马疾病诊疗专家系统知识库。推理机的模糊推理算法为马病远程智能化诊疗网络系统诊断模块的核心部分，模仿专家的思维方式，利用贮存在知识库中的数据和领域知识对出现的问题进行推理演绎，从而将其化解。在诊断疾病时，马病远程智能化诊疗网络系统首先通过软件界面向用户展示疾病相关症状供其选择，然后再通过诊断算法对用户需求进行推理，最后得出相应的诊断结果反馈给用户。

图1 马病远程智能化诊疗网络系统APP构架  

1.2 数据库知识表示形式

马病远程智能化诊疗网络系统数据库由治疗方法表、治疗方法关联表、疾病表、临时诊断规则表、诊断规则表、症状表、症状亚组表和症状组表等组成(见图2)。由于马病的种类多，症状十分复杂，且数量巨大，因此将疾病症状分为症状表、症状组表和症状亚组表。马病远程智能化诊疗网络系统是根据用户选择的疾病临床症状，查找诊断规则记录，并将查找到的规则记录添加到临时诊断规则表中，用于马病远程智能化诊疗网络系统推理计算符合所选症状信息的疾病。

2、系统诊断推理

马病知识的表示和提取是数据库设计的重要环节[17]。专家系统的高效诊断需要强大的知识推理策略。领域专家一般采用置信系数(confidence factor, CF)表示诊断规则知识[6]。CF 由该领域的专家给出[8],应用模糊逻辑理论的方式处理CF用以评价模糊推理的可靠性[18]。

图2 马病远程智能化诊疗网络系统数据库知识表示形式   

用户登录马病远程智能化诊疗网络系统后，首先选择患病马匹所表现出的临床症状，系统会将与所选症状相关联的疾病和规则添加到临时诊断规则表中，此时系统以疾病名称为条件，依次查询每条规则的最大CF值。

若查到的某一个或几个疾病的最大CF 值≥90,则直接给出确诊结果；若查询到的疾病数量等于 0,则通知用户所选择的症状信息不足，无法作出诊断，需要继续增选症状。

若总CF值<90,则对总CF值>50的疾病给出疑似诊断结果，并以疑似疾病为条件，查找诊断规则表中CF值≥50的规则，将查询到的规则按照CF值由大到小的顺序显示在怀疑症状页中，供用户选择。用户增选怀疑症状后，其所选症状便被添加到临时诊断规则表中，此时系统给出重新计算后的CF值，最后同时显示出确诊和疑诊结果。在总CF值<90时，用户可以反复进行症状增选，直至确诊疾病。马病远程智能化诊疗网络系统的诊断推理算法见图3。

3、系统功能设计及实现

3.1 系统功能设计

马病远程智能化诊疗网络系统包括资讯、诊断、知识库和“我的”4 大功能模块(见图 4)。资讯页主要展示后台发布的新闻资讯；诊断模块主要为用户提供了自助诊断服务；知识库用来显示疾病数据，供用户自助查看已知疾病；“我的”主要包括疾病搜索、查看疾病治疗方案等功能。

3.2 系统功能的实现

利用Java 计算机编程语言，采用 MySQL 5.7.3 数据库，并结合 SQLyog 10.0 数据库管理工具，最终实现马病远程智能化诊疗网络系统的疾病诊断等功能。

3.2.1 系统登录界面

首次使用马病远程智能化诊疗网络系统时，需要先注册账号，在登录页面点击“立即注册”。在注册页面填写手机号、验证码 、密码信息，点击“提交”即可完成注册。马病远程智能化诊疗网络系统登录界面见图5。

3.2.2 资讯查阅

资讯页为登录马病远程智能化诊疗网络系统后的首页，主要展示管理员在管理后台发布的新闻资讯。

1)资讯列表。

资讯列表中的新闻、养殖、新驹、幼驹、成年驹这几类由管理后台资讯分类管理中设置，只有在资讯分类管理中添加并发布之后，资讯列表中才可以显示，每个分类下的新闻均由管理员在管理后台的新闻资讯管理中添加发布。其次是新闻资讯列表，采用下拉刷新上拉加载更多的方式进行分页展示，点击单个新闻后可以跳转至新闻详情，查看新闻的图文信息。资讯列表见图6。

2)资讯搜索与查阅。

资讯搜索主要分为三个小模块：新闻搜索、新闻分类、新闻列表。用户可以通过点击资讯页上方搜索框跳转至资讯搜索页面。资讯搜索页面中缓存了当前用户历史搜索过的关键词，可以直接点击历史记录中的关键词进行搜索。每当用户搜索一个关键词都会将此关键词进行缓存。用户搜索完成之后马病远程智能化诊疗网络系统会模糊查询出相关的资讯信息以分页列表的形式展现出来，并且可以实现下拉刷新上拉加载的功能。点击“资讯”也可以查看资讯详情，见图7。

3.2.3 疾病诊断

此模块主要为用户提供了自主诊断的过程，用户可以通过观察马表现出的一些症状，在症状选择中进行选择，然后通过诊断推理算法计算得出相应疾病，最后通过查看该疾病的详情及治疗方案进行治疗。

1)症状选择。

症状选择时使用三级症状组，只有出现第三级症状才可以被选中。用户在症状选择时为多选，每次切换不同的症状分组，已经选中的症状进行回选显示，例如：在A 症状组下选择了 a1 症状，然后切换至 B 症状组下的 b1症状，再切回 A 症状组下，刚才已选择的 a1症状默认选中。点击症状时可以查看症状详情页面，点击搜索框下方的面包屑按钮会显示当前级别的症状组，例如：点击默认“症状组”即可显示第一级症状组内容，每次进入下一级面包屑会显示当前层级，方便快速定位到不同层级。在搜索框内输入症状可以模糊查询到相关的症状，也可快速选中症状，点击症状时可以查看到症状详情。取消搜索后可恢复到症状组选择页。

图3 马病远程智能化诊疗网络系统诊断推理算法  

图4 马病远程智能化诊疗网络系统的总体结构设计图   

图5 马病远程智能化诊疗网络系统登录界面   

图6 资讯列表   

图7 资讯搜索与查阅   

2)已选症状。

将症状组中已经选择的症状在此页中集中显示，用户可以点击症状查看症状详情；如果用户想删除某个症状，只需要选中要删除的症状，向左滑动出现删除按钮删除即可；点击“开始诊断”按钮，即可通过诊断推理算法进行疾病的诊断，诊断完成后会自动跳转至诊断结果页。症状选择见图8 。

图8 症状选择   

3)诊断结果。

目前根据诊断推理算法可以得到确诊、疑诊、待诊三种诊断结果。

①确诊：通过诊断推理算法计算后，总 CF值≥90的疾病个数大于 0 时说明已经找到确诊的疾病，50≤总CF值<90 的疾病列为疑似疾病。将已经找到的疾病显示到基本确诊内容区，将疑似疾病的集合显示在还可能为“疑诊”的内容区，此页中所有疾病均可以点击查看详情。点击“退出”即可退出此次诊断，还原所有状态为初始状态。

②疑诊：通过诊断推理算法计算后，总 CF值≥90的疾病个数等于 0 时说明没有找到相关的疾病，50≤总CF值<90 的疾病个数大于 0,将这些疾病列为疑似疾病。基本确诊内容区无确诊疾病。将疑似疾病的集合显示在还可能为“疑诊”的内容区，此页中所有疾病均可以点击查看详情，点击“继续诊断”可以跳转至可疑症状页。点击“退出”即可退出此次诊断，还原所有状态为初始状态。

③待诊：通过诊断推理算法计算后，总 CF 值≥90的疾病个数等于 0 时说明没有找到相关的疾病，50≤总 CF 值<90 的疾病个数也等于 0则说明选择的症状数据不足无法诊断，需要补充症状再进行诊断。点击“补充症状”可以跳转至症状组，重新补充症状。点击“退出”即可退出此次诊断，还原所有状态为初始状态。

4)可疑症状。

可疑症状主要是由诊断结果为疑诊后，通过将疑似疾病的所有症状展示在此页并可以多选，选择完毕后再次进行诊断，点击每个症状都可以查看详情。点击“退出”即可退出此次诊断，还原所有状态为初始状态。马病远程智能化诊疗网络系统疾病诊断结果见图9。

4、疾病诊断实证分析

以大叶性肺炎为例进行实证分析，大叶性肺炎症状规则的初始CF 值见表1。用户根据马病远程智能化诊疗网络系统所提供的疾病症状进行选择后，这时系统从第1个疾病症状到第n个疾病症状进行总 CF 值的计算，方法是将该疾病症状所有规则中最大的 CF 值提取出来(maxCF),再对此症状全部规则的 supplementaryCF(supCF)进行求和[sum(supCF)=,则当前总CF值=maxCF+sum(supCF)。若CF值≥90直接得到确诊结果，若未得到确诊结果则根据系统提示进行症状的增选，直到确诊疾病。根据马病远程智能化诊疗网络系统推理算法进行计算，最终得到大叶性肺炎的总CF值为50+5+15+10+15=95,见表1。

图9 马病远程智能化诊疗网络系统疾病诊断结果  

表1 疾病症状与置信系数关系

5、讨论

虽然此前翟志南等[15]、马云峰[19]、秦宏宇[14]已经针对马病开发了诊疗专家系统，但其都是基于计算机端进行开发和应用的。而马病远程智能化诊疗系统是基于智能手机对马病专家系统进行设计和开发的，其使用方便，推广率高，更适合基层兽医和偏远马养殖地区使用。

马病种类繁多，临床表现复杂，并且会随着时间的推移而演变[5]。因此，马病的诊断十分复杂。以Spring Boot为主要设计开发平台，对WEB管理端服务与马病远程智能化诊疗系统数据接口程序进行连接，实现马病数据库的实时更新，更有利于对该系统的维护和长期使用。

此外，临床兽医很难掌握所有诊断动物疾病的方法，多是对常见动物疾病比较熟悉[20]。因此，对于缺乏马病诊断经验的兽医来说，很难针对马病提出明确、清晰的诊断思路。通过人机交互的方式在软件界面展示马病症状，用户可通过观察患病马匹的临床表现选择相应症状，解决了缺乏诊断思路的问题。此外，用户还可以通过临床观察到的疾病表现，在检索框内输入症状关键词，模糊检索更为专业的症状名称和症状描述，达到快速选择症状的目的。

E. U. Olugu等[21]研究的诊断系统是利用规则置信度进行静态推理的，其未能揭示疾病与症状之间的关系，导致诊断系统未能给出预期结果。而马病远程智能化诊疗系统是基于模糊推理理论，提出了提升CF的诊断推理算法，通过该算法可优化系统的推理性能，进而提高疾病诊断结果的可信度。

6、结论

基于马病专家诊断思维，研发出的马病远程智能化诊疗系统可对患病马匹进行智能化诊断。用户可选择软件展示的疾病备选症状，再通过该系统诊断推理算法进行CF运算，最后给出诊断结果。疾病诊断实证分析结果表明，该系统具有可信度高、科学性强等优点，并为其他动物疾病诊疗系统的开发提供了新思路。

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基金资助:新疆维吾尔自治区科技支疆项目计划(指令性)项目(2020E0236);

文章来源:隋昕,姜俊男,曲添翼等.马病远程智能化诊疗系统的设计与实现[J].黑龙江畜牧兽医,2024(01):73-79.