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8/14/2019 EIS98
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T e r a p - I A , a K n o w l e d g e - B a s e d S y s t e m f o r P n e u m o n i a T r e a t m e n t
P i l a r B a r r u f e t
C o n s o r c i S a n i t a r i d e M a t a r o H o s p i t a l s
L e p a n t , 1 3 . 0 8 3 0 1 M a t a r o , S p a i n
e - m a i l : p b a r r u f e t @ c s m . s c s . e s
J o s e p P u y o l - G r u a r t , C a r l e s S i e r r a
A r t i c i a l I n t e l l i g e n c e R e s e a r c h I n s t i t u t e ( I I I A )
S p a n i s h S c i e n t i c R e s e a r c h C o u n c i l ( C S I C )
C a m p u s U A B . 0 8 1 9 3 B e l l a t e r r a , S p a i n
e - m a i l : f p u y o l , s i e r r a g @ i i i a . c s i c . e s
A b s t r a c t
T e r a p { I A i s a k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m f o r t h e t r e a t -
m e n t o f c o m m u n i t y - a c q u i r e d p n e u m o n i a i n a d u l t s .
I n t h i s p a p e r w e c o n c e n t r a t e o n i t s d e s c r i p t i o n a n d
i m p l e m e n t a t i o n . T h e i m p l e m e n t a t i o n h a s b e e n m a d e
u s i n g M i l o r d I I , a m o d u l a r l a n g u a g e f o r k n o w l e d g e -
b a s e d s y s t e m s . W e w i l l s t r e s s t h e u n c e r t a i n t y m o d -
e l l i n g o f t h e d o m a i n , w i t h s p e c i a l e m p h a s i s o n t h e
M i l o r d I I c a p a b i l i t i e s f o r t h a t p u r p o s e .
1 D e s c r i p t i o n o f t h e p r o b l e m
A c o m m u n i t y - a c q u i r e d p n e u m o n i a i s a f r e q u e n t i n -
f e c t i o n , e s p e c i a l l y f o r p e o p l e w i t h c h r o n i c d i s e a s e s
a n d f o r o l d p e o p l e . I t i s o n e o f t h e m o s t c o m m o n
c a u s e s o f m o r t a l i t y r e l a t e d t o i n f e c t i o u s d i s e a s e s ( t h e
r s t i n E E U U ) .
T h e r e a r e a l o t o f m i c r o o r g a n i s m s c a u s i n g p n e u m o -
n i a . T h e d i a g n o s i s d e p e n d s o n t h e i d e n t i c a t i o n o f
t h e m i c r o o r g a n i s m c a u s i n g p n e u m o n i a . N o w a d a y s ,
w i t h t h e a v a i l a b l e d i a g n o s t i c m e t h o d o l o g y , i t i s s t i l l
v e r y d i c u l t t o d e t e r m i n e w h i c h o f t h e m i c r o o r g a n -
i s m s i s t h e i n f e c t i n g a g e n t i n a p a r t i c u l a r p n e u m o -
n i a c a s e . T h e r e s e a r c h f o c u s e d t o d e t e r m i n e w h i c h
a r e t h e m i c r o o r g a n i s m s c a u s i n g p n e u m o n i a o n l y s u c -
c e e d s i n t h e 5 0 % o f t h e c a s e s 1 , 5 ] . E r r o r s i n d i a g n o -
s i s c a n b e f a t a l , f o r i n s t a n c e , t o d i a g n o s e p n e u m o c o c -
c a l p n e u m o n i a i n a p a t i e n t w i t h l e g i o n e l l a p n e u m o n i a
m a y p r o d u c e t h e d e a t h o f t h e p a t i e n t b y t h e d e l a y
o f a n a d e q u a t e t r e a t m e n t .
D e s p i t e t h e u n c e r t a i n t y o f t h e d i a g n o s i s , a t r e a t m e n t
h a s t o b e s p e e d i l y a d m i n i s t r a t e d t o a v o i d a n e g a t i v e
T h i s r e s e a r c h h a s b e e n s u p p o r t e d b y t h e S p a n i s h
C o m i s i o n I n t e r m i n i s t e r i a l d e C i e n c i a y T e c n o l o g a ( C I C Y T )
t h r o u g h t h e p r o j e c t S M A S H ( T I C 9 6 { 1 0 3 8 { C 0 4 { 0 1 ) .
e v o l u t i o n o f t h e s e v e r i t y o f t h e i l l n e s s o r i n s o m e c a s e s
t h e d e a t h .
I n o u r a p p r o a c h w e m a k e t w o m a i n a s s u m p t i o n s :
1 ) E x i s t e n c e o f a p r e v i o u s d i a g n o s i s : N o r m a l l y a
p n e u m o n i a i s c a u s e d b y o n l y o n e m i c r o o r g a n i s m , b u t
s y m p t o m s a n d s i g n s a r e n o t s p e c i c e n o u g h t o d e t e r -
m i n e w h i c h o n e . D i a g n o s i s u s u a l l y g i v e s e v i d e n c e f o r
t w o o r t h r e e m i c r o o r g a n i s m s p o s s i b l y c a u s i n g p n e u -
m o n i a . W e w i l l a s s u m e i n t h i s w o r k t h a t s u c h d i a g -
n o s i s a l r e a d y e x i s t s . I t c a n b e o b t a i n e d f r o m a n o t h e r
k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s u c h a s P n e u m o n { I A 6 ] .
2 ) I n d e p e n d e n c e o f t r e a t m e n t s : W e c a n i n d e p e n -
d e n t l y n d t h e b e s t t r e a t m e n t f o r e v e r y m i c r o o r g a n -
i s m a p p e a r i n g i n a d i a g n o s i s . M o r e o v e r , t h e s e t r e a t -
m e n t s c a n b e c o m b i n e d t o g i v e a t r e a t m e n t c o v e r i n g
a l l t h e p o s s i b l e c a u s e s . B y \ c o v e r i n g " w e m e a n t h a t a
t r e a t m e n t i s s p e c i c f o r a p a r t i c u l a r m i c r o o r g a n i s m ,
i n o t h e r w o r d s , i t \ a t t a c k s " t h e m i c r o o r g a n i s m .
B e s i d e s t h e u n c e r t a i n t y o f t h e d i a g n o s i s , d a t a a b o u t
t h e p a t i e n t i s i n m a n y c a s e s a l s o u n c e r t a i n a n d i n -
c o m p l e t e .
I n t h e s u b s e q u e n t s e c t i o n s w e w i l l d e s c r i b e i n d e -
t a i l h o w a s o l u t i o n t o t h i s p r o b l e m h a s b e e n i m p l e -
m e n t e d . W e b e g i n w i t h a c o n c e p t u a l s t r u c t u r e o f t h e
p r o b l e m . A f t e r t h a t w e d e a l w i t h t h e m a i n i d e a s u s e d
i n t h e r e a l i m p l e m e n t a t i o n o f T e r a p { I A , a k n o w l e d g e -
b a s e d s y s t e m f o r t h e a u t o m a t i c g e n e r a t i o n o f t r e a t -
m e n t s . F i n a l l y t h e c o n c l u s i o n s a n d r e s u l t s o b t a i n e d
u p t o d a t e a r e p r e s e n t e d .
2 S t r u c t u r e o f t h e p r o b l e m
I n F i g u r e 1 w e c a n s e e t h e g e n e r a l c o n c e p t u a l s t r u c -
t u r e o f T e r a p { I A . B r i e y , a t r e a t m e n t f o r p n e u m o n i a
i s a s e t o f u p m o s t t h r e e a n t i b i o t i c s . T h e a n t i b i o t i c s
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o f t h e t r e a t m e n t m u s t b e p o s s i b l e t o a d m i n i s t r a t e t o
t h e p a t i e n t a n d , c o v e r a l l t h e d i a g n o s e d m i c r o o r g a n -
i s m s | b e c a u s e o n e o f t h e m i s p o s s i b l y t h e c a u s e o f
p n e u m o n i a . T h e c o n c e p t u a l s t r u c t u r e h a s f o u r p a r t s :
r s t , i n d e p e n d e n t l y o f t h e d i a g n o s i s t h e s y s t e m d e -
t e r m i n e s a l l t h e a n t i b i o t i c s t h a t i s p o s s i b l e t o a d m i n -
i s t r a t e t o t h e p a t i e n t ; s e c o n d , f r o m t h e s e a n t i b i o t i c s ,
t h e s y s t e m n d s w h i c h a r e t h e m o s t u s e f u l f o r e a c h
o f t h e m i c r o o r g a n i s m s o f t h e d i a g n o s i s ; t h i r d , t h e s e
t r e a t m e n t s a r e c o m b i n e d p r o d u c i n g a t r e a t m e n t c o v -
e r i n g a l l t h e m i c r o o r g a n i s m s o f t h e d i a g n o s i s f o r t h a t
c o n c r e t e p a t i e n t ; n a l l y , t h e a n t i b i o t i c c o m b i n a t i o n s
a r e r e n e d w i t h o t h e r c r i t e r i a .
T h e f o l l o w i n g s e c t i o n s d e s c r i b e h o w h a v e w e m a p p e d
t h i s s t r u c t u r e i n t o a n o p e r a t i o n a l k n o w l e d g e - b a s e d
s y s t e m d e v e l o p e d o n t o p o f M i l o r d I I .
2 . 1 O n t o l o g y
T h e c o n c e p t s m a n a g e d i n T e r a p { I A a r e t h o s e r e l a t e d
t o t h e p h a r m a c o l o g i c a l k n o w l e d g e a b o u t p n e u m o n i a
t r e a t m e n t s a n d t h o s e r e p r e s e n t i n g t h e c l i n i c a l c o n d i -
t i o n o f t h e p a t i e n t . T h e g o a l o f t h e s y s t e m i s t o n d
t h e b e s t c o m b i n a t i o n o f a n t i b i o t i c s t o t r e a t a p a t i e n t
w i t h p n e u m o n i a . D u r i n g t h e t r e a t m e n t g e n e r a t i o n
p r o c e s s w e \ w e i g h " c o n c e p t s , f o r i n s t a n c e , t h e a n -
t i b i o t i c a d e q u a c y , t o g i v e a r a n k i n g o f n a l r e s u l t s
h e n c e , t h e c l i n i c i a n c a n d e c i d e t o c h o o s e a n o p t i o n
i n t h e r a n k i n g t a k i n g i n t o a c c o u n t h i s p r e f e r e n c e s .
P h a r m a c o l o g i c a l k n o w l e d g e A n t i b i o t i c s a r e p h a r -
m a c o l o g i c a l p r o d u c t s f o r i n f e c t i o n s ' t r e a t m e n t . A n -
t i b i o t i c s b e l o n g t o d i e r e n t p h a r m a c o l o g i c a l g r o u p s ,
s h a r i n g d i e r e n t p r o p e r t i e s . F o r i n s t a n c e , a l l a n t i b i -
o t i c s o f t h e s a m e g r o u p h a v e a s i m i l a r s p e c t r u m o f
a c t i v i t y , t h a t i s , t h e s e t o f m i c r o o r g a n i s m s c o v e r e d
b y t h e a n t i b i o t i c s i s s i m i l a r . O n t h e o t h e r h a n d , a n -
t i b i o t i c s b e l o n g i n g t o t h e s a m e g r o u p h a v e d i e r e n t
p a r t i c u l a r c h a r a c t e r i s t i c s s u c h a s c o s t , a d m i n i s t r a -
t i o n r o u t e , i n t e r a c t i o n w i t h o t h e r d r u g s , a n d s o o n .
F o r i n s t a n c e , a m o x i c i l l i n a n d p r o c a i n e - p e n i c i l l i n G
b e l o n g t o t h e g r o u p p e n i c i l l i n s a n d t h e y c o v e r g r a m -
p o s i t i v e b a c t e r i e s , b u t a m o x i c i l l i n i s o r a l l y a d m i n i s -
t r a t e d a n d p r o c a i n e - p e n i c i l l i n G i s i n t r a m u s c u l a r l y
a d m i n i s t r a t e d .
W e c o n s i d e r a n a n t i b i o t i c t r e a t m e n t f o r a m i c r o o r -
g a n i s m a s a s e t o f a n t i b i o t i c s , n o r m a l l y o n e a n d , o c -
c a s i o n a l l y t w o . A n a n t i b i o t i c c o m b i n a t i o n i s t h e r e -
s u l t o f c o v e r i n g m o r e t h a n o n e m i c r o o r g a n i s m . I t i s
a s e t o f o n e
1
, t w o , o r e x c e p t i o n a l l y t h r e e a n t i b i o t i c s .
1
S o m e a n t i b i o t i c s c o v e r m o r e t h a n o n e m i c r o o r g a n i s m .
T h e s y s t e m r e p r e s e n t s k n o w l e d g e a b o u t a l l t h e s e a s -
p e c t s o f a n t i b i o t i c s .
P a t i e n t d a t a F r o m t h e p h a r m a c o l o g i c a l k n o w l e d g e
e x p l a i n e d a b o v e a n d t h e p a r t i c u l a r d a t a o f a p a t i e n t ,
t h e s y s t e m i s a b l e t o d e d u c e t h e b e s t t r e a t m e n t f o r
t h a t p a t i e n t . T h e m o s t i m p o r t a n t p a t i e n t d a t a i s t h e
d i a g n o s i s
2
c o n s i s t i n g o f a l i s t o f t h e m i c r o o r g a n i s m s
p o s s i b l y c a u s i n g t h e p n e u m o n i a ( n o r m a l l y u p m o s t
t h r e e m i c r o o r g a n i s m s ) .
O t h e r r e l e v a n t d a t a o f t h e p a t i e n t i s r e l a t i v e t o c l i n -
i c a l h i s t o r y , p h y s i c a l e x a m i n a t i o n , l a b o r a t o r y t e s t
a n d c h e s t r a d i o g r a p h d a t a , r e n a l f u n c t i o n , s e v e r i t y
o f i l l n e s s , a l l e r g i c r e a c t i o n s , g e n e t i c s a l t e r a t i o n s a n d
s o o n .
F o r i n s t a n c e , w e h a v e t o t a k e i n t o a c c o u n t t h e i n -
t a k e o f o t h e r d r u g s b y t h e p a t i e n t t o a v o i d u n d e s i r e d
i n t e r a c t i o n s a m o n g t h e m . A n o t h e r e x a m p l e i s t h a t
t h e a d m i n i s t r a t i o n o f a n t i b i o t i c s b e f o r e t h e o n s e t o f
p n e u m o n i a c a n p r o d u c e t h a t t h e m i c r o o r g a n i s m p r o -
d u c i n g p n e u m o n i a d e v e l o p s r e s i s t a n c e t o s o m e a n -
t i b i o t i c s .
2 . 2 T a s k s
W e h a v e m o d e l l e d t h e s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m a s a
s e r i e s o f t a s k s t h a t a r e p e r f o r m e d i n s e q u e n c e ( s e e
t h e b o x e s w i t h t e x t i n b o l d i n F i g u r e 1 ) .
A ) T h e s t a r t i n g p o i n t o f t h e s y s t e m i s t o c o n s i d e r a l l
t h e a n t i b i o t i c g r o u p s . T h e s e g r o u p s a r e s i e v e d c o n -
s i d e r i n g r e l e v a n t d a t a o f t h e p a t i e n t , t h a t i s , t h e t a s k
c o n s i s t s i n n d i n g t h e d e g r e e o f a d e q u a c y o f e v e r y
g r o u p o f a n t i b i o t i c s t o t h a t p a t i e n t . I t i s p e r f o r m e d
t a k i n g i n t o a c c o u n t d a t a a b o u t p r e g n a n c y , a l l e r g i c
r e a c t i o n s t o a n t i b i o t i c s , r e n a l d i s e a s e s o r g e n e t i c a l -
t e r a t i o n s . T h e r e s u l t o f t h i s t a s k i s t h e a d e q u a c y o f
e v e r y g r o u p t o a c o n c r e t e p a t i e n t . I t i s i n d e p e n d e n t
o f t h e d i s e a s e w e w a n t t o t r e a t .
B ) T h e n , t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e d i a g n o s i s o f t h e
p a t i e n t , w e d y n a m i c a l l y g e n e r a t e ( b y s e l e c t i o n ) a s e t
o f t r e a t m e n t t a s k s , o n e f o r e a c h m i c r o o r g a n i s m t h a t
p o s s i b l y c a u s e d t h e p n e u m o n i a .
C ) T a k i n g i n t o a c c o u n t t h e a d e q u a c y o f e v e r y g r o u p
o f a n t i b i o t i c s ( t a s k A ) f o r t h e p a t i e n t , e v e r y t r e a t -
m e n t t a s k o b t a i n s t h e b e s t s e t o f a n t i b i o t i c s , f o r t h e
t r e a t m e n t o f t h e m i c r o o r g a n i s m i t i s s p e c i a l i s e d o n ,
2
I n 6 ] t h e i n t e r e s t e d r e a d e r c a n n d a n e x p e r t s y s t e m f o r
t h e d i a g n o s i s o f p n e u m o n i a w r i t t e n i n a p r e v i o u s v e r s i o n o f
M i l o r d I I
-
8/14/2019 EIS98
3/7
A n t i b i o t i c
G r o u p s
-
A
S i e v e
-
A n t i b i o t i c
G r o u p s
-
B
S e l e c t i o n
-
-
-
C
T r e a t m e n t
1
T r e a t m e n t
2
T r e a t m e n t
n
-
-
-
A n t i b i o t i c s
1
A n t i b i o t i c s
2
A n t i b i o t i c s
n
???
D
C o m b i n i n g
A n t i b i o t i c s C o m b i n a t i o n s
E
S i e v e
A n t i b i o t i c s C o m b i n a t i o n s
P a t i e n t d a t a :
- P r e g n a n c y
- A l l e r g y
- R e n a l f a i l u r e
- G e n e t i c a l t e r a t i o n s
P h a r m a c o l o g i c a l
k n o w l e d g e :
- S p e c i c i t y
- C o s t
- O t h e r c o n d i t i o n s
P h a r m a c o l o g i c a l
k n o w l e d g e :
- A d v e r s e r e a c t i o n s
- I n t e r a c t i o n s
P a t i e n t d a t a :
- S e v e r i t y
P r e v i o u s D i a g n o s i s :
- m i c r o o r g a n i s m
1
- m i c r o o r g a n i s m
2
- m i c r o o r g a n i s m
n
6
?
66
F i g u r e 1 : A r c h i t e c t u r e o f T e r a p { I A a p p l i c a t i o n .
t h a t b e l o n g s t o t h o s e s i e v e d g r o u p s . A t r e a t m e n t
t a s k u s e s d a t a a b o u t t h e p a t i e n t , t h e m o r e i m p o r t a n t
i s t h e p a t i e n t ' s s e v e r i t y o f i l l n e s s , a n d p h a r m a c o l o g i -
c a l k n o w l e d g e a b o u t t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n d r u g s ,
a n d t h e i r c o n t r a r y e e c t s ( p r e v i o u s l y k n o w n a d v e r s e
r e a c t i o n s t o s o m e a n t i b i o t i c s i n a c o n c r e t e p a t i e n t ) .
D ) T h e s e t s o f a n t i b i o t i c s a d e q u a t e f o r e a c h m i -
c r o o r g a n i s m a r e t h e n c o m b i n e d . C o m b i n a t i o n s a r e
p r o d u c e d b y m e a n s o f s e v e r a l c r i t e r i a . F o r i n -
s t a n c e : d o n o t c o m b i n e a n t i b i o t i c s o f t h e s a m e g r o u p ,
n o r t h o s e o f t h e s a m e s p e c t r u m ( e q u i v a l e n t a n t i -
m i c r o o r g a n i s m s a c t i v i t y ) n o r w i t h d i e r e n t a d m i n -
i s t r a t i o n r o u t e ; w e p r e f e r m o n o t h e r a p y ( o n e a n t i b i -
o t i c ) t o c o m b i n a t i o n s .
E ) F i n a l l y , a n e w s i e v e i s a p p l i e d , n o w o v e r t h e o r -
d e r e d s e t o f a n t i b i o t i c s c o m b i n a t i o n s t a k i n g i n t o a c -
c o u n t t h e s p e c i c i t y a n d c o s t , g i v i n g a s n a l r e s u l t
a n o r d e r e d s e t o f c o m b i n a t i o n s t h a t a r e t h e m o s t a d -
e q u a t e f o r t h e t r e a t m e n t o f t h e p a t i e n t .
T h e n a l r e s u l t o f t h i s p r o c e s s i s a n a d e q u a c y -
o r d e r e d s e t o f t r e a t m e n t s ( c o m b i n a t i o n s o f a n t i b i -
o t i c s ) f o r a p a r t i c u l a r p n e u m o n i a c a s e o f a c o n c r e t e
p a t i e n t .
3 T e r a p { I A
T e r a p { I A h a s b e e n i m p l e m e n t e d u s i n g t h e M i -
l o r d I I l a n g u a g e . I n t h i s s e c t i o n w e p r e s e n t a b r i e f
s c h e m a o f T e r a p { I A ' s a r c h i t e c t u r e a n d w h i c h a r e t h e
d e c i s i o n s i n t h e r e p r e s e n t a t i o n t h a t f u l l s t h e s c h e m a
p r e s e n t e d i n S e c t i o n 2 .
M i l o r d I I i s a m o d u l a r l a n g u a g e f o r k n o w l e d g e -
b a s e d s y s t e m s . I n 2 , 3 , 4 ] t h e i n t e r e s t e d r e a d e r c a n
n d a c o m p l e t e d e s c r i p t i o n o f t h e l a n g u a g e a n d i t s
l o g i c a l s e m a n t i c s . W e i n t r o d u c e i t p r o g r e s s i v e l y b y
m e a n s o f e x a m p l e s f r o m T e r a p { I A .
3 . 1 U n c e r t a i n t y
T h e a p p r o x i m a t e r e a s o n i n g c a p a b i l i t y o f M i l o r d I I
i s b a s e d o n a f a m i l y o f n i t e l y - v a l u e d l o g i c s w h i c h
a r e l o c a l t o e a c h m o d u l e a n d d e n e d a s a n a l g e b r a
o f t r u t h - v a l u e s . T h i s a l l o w s t h e s y s t e m t o u s e a d e -
g r e e o f t r u t h n e s s f o r t h e c o n c e p t s i n v o l v e d i n t h e
s y s t e m , t h e n g i v i n g g r a d u a t e d r e s u l t s i n f u n c t i o n o f
t h e i n h e r e n t u n c e r t a i n t y o f t h e d a t a a n d k n o w l e d g e
i n v o l v e d i n t h e t r e a t m e n t o f p n e u m o n i a .
T h e u s e r - d e n e d l o g i c o f a m o d u l e i s c o m p o s e d b y
t h e d e c l a r a t i o n s o f : 1 ) a n o r d e r e d s e t o f l i n g u i s t i c s
t e r m s r e p r e s e n t i n g t r u t h n e s s d e g r e e s b e t w e e n t r u e
a n d f a l s e a n d , 2 ) a c o n j u n c t i o n o p e r a t o r .
I n T e r a p { I A w e h a v e u s e d t h e s a m e s e t o f e i g h t l i n -
g u i s t i c t e r m s a n d t h e s a m e c o n n e c t i v e m o d e l l i n g i n
a l l m o d u l e s . T h e t e r m s a r e t h e f o l l o w i n g : i m p o s s i b l e ,
v e r y f e w p o s s i b l e , f e w p o s s i b l e , s l i g h t l y p o s s i b l e , p o s -
s i b l e , q u i t e p o s s i b l e , v e r y p o s s i b l e a n d d e n i t e , w h e r e
i m p o s s i b l e s t a n d s f o r t h e b o o l e a n f a l s e a n d d e n i t e
f o r t h e b o o l e a n t r u e .
T a b l e 1 r e p r e s e n t s t h e c o n j u n c t i o n o p e r a t o r u s e d i n
T e r a p { I A , w h e r e t h e l i n g u i s t i c t e r m s a r e a b b r e v i -
-
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4/7
a t e d .
i v f f p s p p q p v p d
i i i i i i i i i
v f i v f v f v f v f v f v f v f
f p i v f v f f p f p f p f p f p
s p i v f f p s p s p s p s p s p
p i v f f p s p s p s p p p
q p i v f f p s p s p p q p q p
v p i v f f p s p p q p v p v p
d i v f f p s p p q p v p d
T a b l e 1 : C o n j u n c t i o n t a b l e f o r T e r a p { I A .
T h e m a n y - v a l u e d l o g i c o f a m o d u l e i s c o m p l e t e l y
d e t e r m i n e d a s s o o n a s t h e s e t o f l i n g u i s t i c t e r m s
a n d t h e c o n j u n c t i o n o p e r a t o r a r e c h o s e n . S o , v a r y -
i n g t h e s e t w o f e a t u r e s w e m a y g e n e r a t e d i e r e n t
m u l t i p l e - v a l u e d l o g i c s . I n T e r a p { I A w e u s e t h e s a m e
l o g i c f o r a l l m o d u l e s .
3 . 2 P r o p o s i t i o n s a n d v a r i a b l e s
P r o p o s i t i o n s a n d v a r i a b l e s a r e t h e s i m p l e s t k n o w l -
e d g e r e p r e s e n t a t i o n u n i t s i n M i l o r d I I . T h e y a r e
n a m e d s t r u c t u r e s t h a t r e p r e s e n t t h e c o n c e p t s d e a l t
w i t h i n a m o d u l e . T h e i r d e c l a r a t i o n i s m a d e b y b i n d -
i n g a n a t o m i c n a m e ( i d e n t i e r ) w i t h a s e t o f a t -
t r i b u t e s . T h e a t t r i b u t e s m a y b e a l o n g n a m e , t h e
t y p e , r e l a t i o n s w i t h o t h e r p r o p o s i t i o n s o r v a r i a b l e s ,
a q u e s t i o n a n d s o o n . P r o p o s i t i o n s a n d v a r i a b l e s
d e c l a r a t i o n s c a n c o n t a i n u s e r - d e n e d r e l a t i o n s w i t h
o t h e r p r o p o s i t i o n s a n d v a r i a b l e s . W e u s e t h i s p o s -
s i b i l i t y i n t h i s a p p l i c a t i o n , t o m o d e l , f o r i n s t a n c e ,
r e l a t i o n s b e t w e e n a n t i b i o t i c s .
T h e t y p e i s t h e o n l y a t t r i b u t e t h a t i s m a n d a t o r y
i n p r o p o s i t i o n s a n d v a r i a b l e s d e c l a r a t i o n s a n d d e -
t e r m i n e s t h e s e t o f a l l o w e d v a l u e s a p r o p o s i t i o n o r
a v a r i a b l e c a n t a k e , a p a r t f r o m t h e s p e c i a l v a l u e u n -
k n o w n , m e a n i n g i g n o r a n c e o f t h e v a l u e .
T h e r e a r e t h r e e t y p e s o f p r o p o s i t i o n s , b o o l e a n , m a n y -
v a l u e d a n d f u z z y ; a n d t h r e e t y p e s o f v a r i a b l e s , n u -
m e r i c a l , l i n g u i s t i c a n d s e t . O n l y m a n y - v a l u e d p r o p o -
s i t i o n s o r s e t v a r i a b l e s c a n a p p e a r i n t h e c o n c l u s i o n s
o f r u l e s , a s w e l l a s i n p r e m i s e s o f r u l e s . B o o l e a n a n d
f u z z y p r o p o s i t i o n s , a n d n u m e r i c a l a n d l i n g u i s t i c v a r i -
a b l e s , a r e n o t d e d u c e d b y t h e s y s t e m , t h e y a r e a s k e d
t o t h e u s e r a n d u s e d o n l y i n t h e p r e m i s e s o f r u l e s .
B o o l e a n p r o p o s i t i o n s : T h e y r e p r e s e n t c o n c e p t s
w h i c h c a n o n l y b e e v a l u a t e d a s e i t h e r f a l s e o r t r u e . I n
T e r a p { I A m o s t c o n c e p t s r e l a t e d t o a n t e c e d e n t s o f t h e
p a t i e n t a r e b o o l e a n p r o p o s i t i o n s , f o r i n s t a n c e , t h e
k n o w l e d g e o f w h e t h e r t h e p a t i e n t h a s o r n o t p r e v i o u s
a d v e r s e r e a c t i o n s t o s o m e a n t i b i o t i c s , o r w h e t h e r h e
i s a e c t e d o r n o t b y a c h r o n i c d i s e a s e .
N u m e r i c a l v a r i a b l e s : T h e v a l u e o f a n u m e r i c a l
v a r i a b l e i s a r e a l n u m b e r . F o r i n s t a n c e , t h e p r e s -
e n c e i n t h e b l o o d o f a p a t i e n t o f c r e a t i n i n e ( b l o o d
s u b s t a n c e w h i c h c a n r e a c h t o x i c l e v e l s w i t h a k i d -
n e y m a l f u n c t i o n ) o r t h e n u m b e r o f l e u k o c y t e s c a n b e
n u m e r i c a l v a r i a b l e s .
F u z z y p r o p o s i t i o n s : I n s o m e c a s e s w e n e e d t o d e a l
w i t h v a g u e c o n c e p t s . F o r i n s t a n c e , t a k i n g t h e e x a m -
p l e a b o v e , w e m a y b e i n t e r e s t e d i n t h e t r u t h n e s s o f
t h e p r e s e n c e o f c r e a t i n i n e u s e f u l t o s u p p o r t a r e n a l
f a i l u r e o f t h e p a t i e n t , i n s t e a d o f t h e n u m e r i c a l v a l u e
o f c r e a t i n i n e . V a g u e n e s s o f c o n c e p t s c a n b e q u a n t i -
e d b y t h e d e g r e e o f m e m b e r s h i p o f a n u m e r i c a l v a l u e
t o a f u z z y s e t , s o , t h e p r e s e n c e o f c r e a t i n i n e c a n b e
m o d e l l e d b y g i v i n g a f u z z y s e t ( s e e F i g u r e 2 ) t h a t
t a k e s a s a r g u m e n t t h e n u m e r i c a l v a l u e o f c r e a t i n i n e .
6
-
0
p r e s e n c e o f c r e a t i n i n e
( x )
1
p r e s e n c e o f c r e a t i n i n e
( c r e a t i n i n e )
a
i
a
i + 1
c r e a t i n i n e ( m m o l = l )0 9 0 x 2 0 0 3 0 0
F i g u r e 2 : F u z z y s e t r e p r e s e n t i n g t h e c o n c e p t c r e a t i -
n i n e .
T h e v a l u e o f a f u z z y p r o p o s i t i o n i s o b t a i n e d b y t h e
a p p l i c a t i o n o f t h e f u z z y m e m b e r s h i p f u n c t i o n t o t h e
v a l u e o f a n u m e r i c a l v a r i a b l e o b t a i n e d f r o m t h e u s e r
o f t h e s y s t e m . T h i s a p p l i c a t i o n r e t u r n s a n u m b e r i n
t h e i n t e r v a l 0 ; 1 ] . T h e n a l a n s w e r i s t h e m i n i m u m
i n t e r v a l o f l i n g u i s t i c t e r m s
3
c o n t a i n i n g t h a t n u m b e r .
L i n g u i s t i c v a r i a b l e s : T h e i r v a l u e s b e l o n g t o a
u s e r - d e n e d n i t e s e t o f l i n g u i s t i c v a l u e s . S i m i l a r l y
t o t h e c a s e o f f u z z y p r o p o s i t i o n s w e c a n d e c l a r e a l i n -
g u i s t i c v a r i a b l e b y g i v i n g , f o r e v e r y l i n g u i s t i c v a l u e ,
a f u z z y s e t w i t h r e s p e c t t o a n u m e r i c a l v a r i a b l e .
I n F i g u r e 3 w e c a n s e e a r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c o n c e p t
s t a t e o f w h i t e b l o o d c e l l s ( s w b c f o r s h o r t ) b y m e a n s o f
t h r e e f u z z y s e t s ( l i n g u i s t i c v a l u e s ) , l e u k o p e n i a , n o r -
m a l a n d l e u k o c y t o s i s . G i v e n a n u m e r i c a l v a l u e f o r
l e u k o c y t e s t h e s y s t e m c a n c a l c u l a t e t h e v a l u e f o r e a c h
l i n g u i s t i c v a l u e | t h e v a l u e f o r s w b c i s l e u k o p e n i a ,
3
F o r t h i s p u r p o s e w e c o n s i d e r t h e s e t o f l i n g u i s t i c t e r m s t o
b e u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d i n t h e i n t e r v a l 0 ; 1 ]
-
8/14/2019 EIS98
5/7
s w b c i s n o r m a l a n d s w b c i s l e u k o c y t o s i s | b y a p p l y -
i n g t h e c o r r e s p o n d i n g f u z z y s e t s .
6
-
C
C
C
C
B
B
B
B
0
1
l e u k o c y t e s ( 1 0
3
c e l = m m
3
)
0 0 2 3 5
s w b c
l e u c o p e n i a
1 0 1 2
s w b c
l e u c o s i t o s i
s w b c
n o r m a l
F i g u r e 3 : L i n g u i s t i c v a r i a b l e r e p r e s e n t i n g t h e c o n -
c e p t l e u k o c y t e s .
M a n y - v a l u e d p r o p o s i t i o n s : T h e c o n c e p t s r e p r e -
s e n t e d a s m a n y - v a l u e d p r o p o s i t i o n s a r e t h o s e w h o s e
t r u t h m a y b e g r a d e d . T h a t i s t h e c a s e o f m o s t d e -
d u c e d c o n c e p t s , f o r i n s t a n c e , t h e d e g r e e o f s e v e r i t y
o f i l l n e s s o f t h e p a t i e n t o r t h e d e g r e e o f r e s i s t a n c e o f
p n e u m o c o c c i t o p e n i c i l l i n .
S e t v a r i a b l e s : T h e y a r e c o n j u n c t i v e f u z z y s e t s . A n
e x a m p l e i s t h e c o n c e p t a l l e r g i c r e a c t i o n s . I t i s a s e t
w h i c h d o m a i n i s t h e s e t o f p o s s i b l e a l l e r g i c r e a c t i o n s
o f t h e p a t i e n t . I f a p a t i e n t h a s o n l y a n a l l e r g y t o
p e n i c i l l i n , t h e s e t v a r i a b l e a l l e r g i c r e a c t i o n s i s a s e t
w i t h v a l u e t r u e f o r p e n i c i l l i n a n d f a l s e f o r t h e o t h e r
a l l e r g i c r e a c t i o n s o f t h e d o m a i n .
G i v e n d i e r e n t s e t v a r i a b l e s w e c o u l d b e i n t e r e s t e d
i n a p p l y i n g f u z z y s e t r e l a t i o n s a n d o p e r a t i o n s . F o r
i n s t a n c e , w e c a n c o m p a r e d i e r e n t s e t s b y c o m p u t -
i n g , i t s i n t e r s e c t i o n d e g r e e o r i n c l u s i o n d e g r e e . F o r
e x a m p l e , w e c a n s a y i n w h i c h d e g r e e t h e s e t v a r i a b l e
a l l e r g i c r e a c t i o n s i n t e r s e c t s w i t h t h e c r i s p s e t w i t h e l -
e m e n t s p e n i c i l l i n a n d m a c r o l i d e s , t h a t i s , w h i c h i s t h e
d e g r e e o f t h e p r e s e n c e o f p e n i c i l l i n a n d m a c r o l i d e s i n
t h e s e t a l l e r g i e s .
3 . 3 R u l e s
I n M i l o r d I I , a r u l e i s c o m p o s e d o f a n i d e n t i e r , a
p r e m i s e ( a c o n j u n c t i o n o f c o n d i t i o n s ) , a c o n c l u s i o n ,
a n d a t r u t h - v a l u e . I n t h e c a s e o f c o n d i t i o n s c o n t a i n -
i n g v a r i a b l e s , t h e l a n g u a g e i s p r o v i d e d w i t h a s e t o f
p r e d e n e d p r e d i c a t e s t h a t a p p l y o n t h e m t o p r o d u c e
a s r e s u l t i n t e r v a l s o f t r u t h v a l u e s .
P r e m i s e s o f r u l e s a r e c o n j u n c t i o n s o f e l e m e n t a l c o n -
d i t i o n s e i t h e r i n a r m a t i v e o r i n n e g a t i v e f o r m . C o n -
d i t i o n s c a n c o n t a i n p r o p o s i t i o n s d i r e c t l y .
F o r i n s t a n c e , f o r t h e f u z z y p r o p o s i t i o n p r e s e n c e o f
c r e a t i n i n e d e n e d a b o v e , w e c a n s a y I f p r e s e n c e
o f c r e a t i n i n e t h e n r e n a l f a i l u r e i s d e n i t e . A n -
o t h e r e x a m p l e u s i n g m a n y - v a l u e d p r o p o s i t i o n s i s I f
a p e n i c i l l i n c a n b e a d m i n i s t r a t e d t o a p a t i e n t a n d
h i s s i t u a t i o n i s s e v e r e t h e n i t i s v e r y f e w p o s s i -
b l e t o a d m i n i s t r a t e a m p i c i l l i n , i n M i l o r d I I s y n -
t a x : I f p e n i c i l l i n a n d s e v e r e t h e n c o n c l u d e
a m p i c i l l i n i s v f .
A n u m e r i c a l e x p r e s s i o n i s c o m p o s e d b y n u m b e r s , n u -
m e r i c a l v a r i a b l e s a n d a r i t h m e t i c o p e r a t i o n s . F o r i n -
s t a n c e , I f r e s p i r a t o r y f r e q u e n c y i s g r e a t e r t h a n 3 0
b r e a t h s / m i n u t e t h e n w e c a n c o n c l u d e t h a t t a c h y p n e a
i s d e n i t e .
W e c a n b u i l d s e t e x p r e s s i o n s i n a s i m i l a r w a y a s n u -
m e r i c a l e x p r e s s i o n s . T h e s e e x p r e s s i o n s r e t u r n d e -
g r e e s o f i n c l u s i o n , i n t e r s e c t i o n a n d e q u a l i t y b e t w e e n
t w o f u z z y s e t s . F o r i n s t a n c e , I f t h e p a t i e n t h a s a l -
l e r g i c r e a c t i o n t o p e n i c i l l i n t h e n h e i s a l s o a l l e r g i c t o
c e p h a l o s p o r i n s a n d c a b a p e n e m s . I n t h i s c a s e a l l e r g i c
t o p e n i c i l l i n m e a n s t h a t t h e s e t v a r i a b l e a l l e r g i e s h a s
i n t e r s e c t i o n w i t h t h e c r i s p s e t f p e n i c i l l i n g .
F o r a n e x a m p l e o f l i n g u i s t i c v a r i a b l e w e c a n u s e t h e
p r e v i o u s l y d e n e d l i n g u i s t i c v a r i a b l e s t a t e o f w h i t e
b l o o d c e l l s t o s a y : I f s t a t e o f w h i t e b l o o d c e l l s
i s l e u k o p e n i a t h e n t h e r e a r e a n a l y t i c a l e v i d e n c e o f
s e v e r i t y o f p n e u m o n i a .
C o n c l u s i o n s o f r u l e s a r e s i m p l e r t h a n c o n d i t i o n s .
C o n c l u s i o n s m a y a p p e a r o n a r m a t i v e o r o n n e g -
a t i v e f o r m . O n l y m a n y - v a l u e d p r o p o s i t i o n s a n d s e t
v a r i a b l e s c a n b e u s e d a s c o n c l u s i o n s i n r u l e s . I n f a c t
w e h a v e s e e n e x a m p l e s o f c o n c l u s i o n s i f t h e e x a m -
p l e s a b o v e . F o r i n s t a n c e t h e c o n c l u s i o n t a c h y p n e a
i s d e n i t e i s a b o u t a m a n y - v a l u e d p r o p o s i t i o n a n d ,
t h e p a t i e n t h a s a l l e r g i c r e a c t i o n t o c e p h a l o s p o r i n s a n d
c a b a p e n e m s a b o u t a s e t v a r i a b l e .
3 . 4 M o d u l a r s t r u c t u r e
T h e s t r u c t u r a l c o n s t r u c t o f M i l o r d I I i s t h e m o d -
u l e . A p r o g r a m c o n s i s t s o f a s e t o f m o d u l e s t h a t
c a n r e c u r s i v e l y c o n t a i n o t h e r m o d u l e s , t h e n f o r m i n g
a h i e r a r c h y .
A m o d u l e d e c l a r a t i o n c a n b e c l u s t e r e d i n t h e n e x t
s e t s o f c o m p o n e n t s : h i e r a r c h y , i n t e r f a c e , d e d u c t i v e
k n o w l e d g e a n d c o n t r o l k n o w l e d g e .
- H i e r a r c h y : I s a s e t o f s u b m o d u l e d e c l a r a t i o n s .
- I n t e r f a c e : I t h a s t w o c o m p o n e n t s , t h e i m p o r t a n d
t h e e x p o r t i n t e r f a c e . T h a t i s , w h i c h p r o p o s i t i o n s
a n d v a r i a b l e s m a y b e a s k e d t o t h e u s e r ( i m p o r t ) a n d
t h o s e w h o s e v a l u e i s c o m p u t e d b y t h e m o d u l e ( e x -
p o r t ) .
-
8/14/2019 EIS98
6/7
- D e d u c t i v e k n o w l e d g e : I t c o n t a i n s a d i c t i o n a r y d e c -
l a r a t i o n , t h a t i s , t h e s e t o f p r o p o s i t i o n s a n d v a r i a b l e s
( t h o s e b e l o n g i n g t o t h e i n t e r f a c e o f t h e m o d u l e a n d
o t h e r i n t e r m e d i a t e o n e s ) a n d t h e i r a t t r i b u t e s ; a s e t
o f r u l e d e c l a r a t i o n s , t h a t i s , a s e t o f p r o p o s i t i o n a l
w e i g h t e d r u l e s ; a n d a n i n f e r e n c e s y s t e m d e c l a r a t i o n ,
t h a t i s , t h e l o c a l l o g i c o f t h e m o d u l e .
- C o n t r o l k n o w l e d g e : I t i s e x p r e s s e d i n a m e t a -
l a n g u a g e w h i c h a c t s b y r e e c t i o n o v e r t h e d e d u c t i v e
k n o w l e d g e a n d t h e h i e r a r c h y o f s u b m o d u l e s .
T h e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e c o n c e p t u a l s c h e m e o f F i g -
u r e 1 i s m a d e b y p r o g r a m m i n g s e v e r a l M i l o r d I I
m o d u l e s ( a b o u t o n e h u n d r e d ) . I t i s n o t p o s s i b l e
h e r e t o e x p l a i n i n d e t a i l e v e r y m o d u l e o f t h e s y s t e m ,
t h o u g h t , w e w i l l g i v e s o m e i d e a o f t h e i r c o m m o n a l i -
t i e s b y e x p l a i n i n g g r o u p s o f m o d u l e s .
P h a r m a c o l o g i c a l m o d e l m o d u l e s T h e s e m o d u l e s
c o n t a i n t h e k n o w l e d g e a b o u t a n t i b i o t i c s f o r t h e T e -
r a p { I A d o m a i n . W e r e p r e s e n t e a c h a n t i b i o t i c a s a
c o n c e p t f o r w h i c h w e d e c l a r e t o w h i c h p h a r m a c o -
l o g i c a l g r o u p i t b e l o n g s ; w h i c h i s t h e a d m i n i s t r a t i o n
r o u t e o f t h a t a n t i b i o t i c ( o r a l o r p a r e n t e r a l ) ; t h e p o s -
s i b l e i n t e r a c t i o n s w i t h o t h e r d r u g s a d m i n i s t r a t e d t o
t h e p a t i e n t a n d w h i c h a r e t h e a n t i b i o t i c s w i t h t h e
s a m e a c t i v i t y .
F o r i n s t a n c e , e r y t h r o m y c i n i s a n a n t i b i o t i c t h a t b e -
l o n g s t o t h e g r o u p o f m a c r o l i d e s , i t i n t e r a c t s w i t h
a n o t h e r d r u g , t e o p h y l l i n e , a n d i t h a s t h e s a m e s e n s i -
b i l i t y t h a n t h e a n t i b i o t i c d o x y c y c l i n e . T h e a d m i n i s -
t r a t i o n s o u r c e o f t h i s a n t i b i o t i c c a n b e b o t h : o r a l o r
p a r e n t e r a l .
T h i s i n f o r m a t i o n w i l l b e u s e d b y m o d u l e s t h a t r e a -
s o n a b o u t a n t i b i o t i c s . F o l l o w i n g t h e e x a m p l e a b o v e
i t i s n o t a d e q u a t e t o a d m i n i s t r a t e e r y t h r o m y c i n t o
a p a t i e n t a l r e a d y t a k i n g t e o p h y l l i n e , i t i s b e t t e r t o
a d m i n i s t r a t e a n a n t i b i o t i c w i t h o u t i n t e r a c t i o n w i t h
t e o p h y l l i n e , f o r i n s t a n c e , r o x i t h r o m y c i n .
A l l t h e c o n c e p t s a b o v e ( a n t i b i o t i c s , p h a r m a c o l o g i -
c a l g r o u p s o f a n t i b i o t i c s , o t h e r d r u g s , a d m i n i s t r a t i o n
s o u r c e ) a r e d e c l a r e d i n t o t h e p h a r m a c o l o g i c a l m o d e l
m o d u l e s . E v e r y p r o p o s i t i o n s o r v a r i a b l e d e c l a r a t i o n
c o n t a i n s r e l a t i o n s w i t h o t h e r p r o p o s i t i o n s a n d v a r i -
a b l e s , f o r i n s t a n c e , w e d e c l a r e t h a t t h e a n t i b i o t i c e r y -
t h r o m y c i n b e l o n g s t o t h e g r o u p o f m a c r o l i d e s .
D a t a a c q u i s i t i o n m o d u l e s T h e s e m o d u l e s a r e t h e
r e s p o n s i b l e o f g a t h e r i n g t h e p a t i e n t d a t a t h a t t h e
e x p e r t h a s c o n s i d e r e d t o b e r e l e v a n t f o r a c o r r e c t
t r e a t m e n t d e t e r m i n a t i o n . F o r i n s t a n c e t h e n u m b e r o f
l e u k o c y t e s i n t h e b l o o d o f t h e p a t i e n t i s a n i m p o r t a n t
l a b o r a t o r y t e s t d a t a . I t i s u s e f u l t o d e t e r m i n e i f t h e r e
i s p e n i c i l l i n - r e s i s t a n t t o p n e u m o c o c c i m i c r o o r g a n i s m ,
t h a t i s , w h e t h e r p e n i c i l l i n i s a d e q u a t e t o t r e a t p n e u -
m o c o c c i o r n o t .
A d a t a a c q u i s i t i o n m o d u l e u s u a l l y d e d u c e s v a l u e s f o r
c o n c e p t s d i e r e n t f r o m t h o s e a c q u i r e d f r o m t h e p a -
t i e n t . F o r i n s t a n c e , o n e o f t h e m d e d u c e s p e n i c i l l i n -
r e s i s t a n t f r o m t h e n u m b e r o f l e u k o c y t e s ( w e c o n s i d e r
t h a t t h e r e i s p e n i c i l l i n - r e s i s t a n t w h e n t h e n u m b e r o f
l e u k o c y t e s i s l e s s t h a t 5 0 0 0 c e l l s p e r a m m
3
.
M a n y c o n c e p t s i n t h e d o m a i n a r e v a g u e . I n s o m e
c a s e s q u a n t i t a t i v e d a t a i s t r a n s l a t e d i n t o a q u a l i t a -
t i v e o n e b y m e a n s o f f u z z y s e t s . F o r i n s t a n c e , i t i s
e a s i e r f o r t h e e x p e r t t o r e a s o n a b o u t t h e c o n c e p t t h e
s t a t e o f w h i t e b l o o d c e l l s i s n o r m a l t h a n t h e n u m b e r
o f l e u k o c y t e s i s 7 0 0 0 c e l = m m
3
. T h i s q u a l i t a t i v e a b -
s t r a c t i o n a l l o w s t h e e x p e r t t o s a y , f o r e x a m p l e , t h a t
t h e r e i s p e n i c i l l i n - r e s i s t a n c e o f p n e u m o c o c c i w h e n t h e
s t a t e o f w h i t e b l o o d c e l l s i s l e u k o p e n i a . Y o u c a n n d
e x a m p l e s o f q u a l i t a t i v e a b s t r a c t i o n s i n S e c t i o n 3 . 2 .
E x a m p l e s o f t h i s t y p e o f m o d u l e s a r e : t h e r e l a t e d t o
t h e c l i n i c a l h i s t o r y o f t h e p a t i e n t ; h i s p h y s i c a l e x a m i -
n a t i o n ; h i s l a b o r a t o r y t e s t a n d c h e s t r a d i o g r a p h d a t a ;
t h e p o s s i b l e c o m p l i c a t i o n s ( f o r i n s t a n c e , a s s o c i a t e d
i n f e c t i o u s d i s e a s e s a s m e n i n g i t i s o r a r t h r i t i s ) a n d t h e
s e v e r i t y o f i l l n e s s .
S i e v e m o d u l e s g r o u p T h e s e m o d u l e s , i n d e p e n -
d e n t l y o f t h e m i c r o o r g a n i s m w e w a n t t o t r e a t , m o d i f y
t h e c u r r e n t a n t i b i o t i c t r e a t m e n t b y e l i m i n a t i n g t h e
a n t i b i o t i c s b e l o n g i n g t o c o n c r e t e g r o u p s o f a n t i b i -
o t i c s o f t h e l i s t o f p o s s i b l e t r e a t m e n t s f o r a p a t i e n t .
F o r i n s t a n c e , i t i s n o t p o s s i b l e t o a d m i n i s t r a t e a n -
t i b i o t i c s o f t h e g r o u p u o r o q u i n o l o n e s t o a p r e g n a n t
p a t i e n t , b e c a u s e i t w o u l d a e c t t h e f e t u s .
T h e s e m o d u l e s u s e t h e p h a r m a c o l o g i c a l m o d e l m o d -
u l e s a n d a c q u i s i t i o n d a t a m o d u l e s t o d e t e r m i n e
w h i c h a r e t h e g r o u p s o f a n t i b i o t i c s t h a t i s p o s s i b l e
t o a d m i n i s t r a t e t o a g i v e n p a t i e n t .
T h e m o d u l e s o f t h i s g r o u p a r e : p r e g n a n c y ; a l l e r g i e s ;
r e n a l f a i l u r e ; a n d g e n e t i c c o n d i t i o n s . E a c h m o d u l e
u s e s d a t a a b o u t t h e p a t i e n t ( f r o m t h e d a t a a c q u i s i -
t i o n m o d u l e s ) a n d e x p o r t s g r o u p s o f a n t i b i o t i c s . T h e
t r u t h - v a l u e o f e v e r y g r o u p o f a n t i b i o t i c s i s w e i g h t e d
t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e a d e q u a c y o f t h a t g r o u p o f
a n t i b i o t i c s f o r t h e g i v e n p a t i e n t . F o r i n s t a n c e , i f t h e
p a t i e n t h a s a l l e r g i c r e a c t i o n t o p e n i c i l l i n , t h e m o d u l e
o f a l l e r g i e s g i v e s t o t h e p e n i c i l l i n g r o u p t h e t r u t h -
v a l u e f a l s e .
O p e r a t i o n a l l y w e s t a r t f r o m a t r u t h - v a l u e o f d e n i t e
f o r e a c h g r o u p o f a n t i b i o t i c s , a n d t h e n e v e r y s i e v e
-
8/14/2019 EIS98
7/7
m o d u l e s e q u e n t i a l l y \ s i e v e s " t h e m , k e e p i n g t h e s a m e
t r u t h - v a l u e i f t h e r e i s n o r e a s o n a g a i n s t t h e g r o u p , o r
d e c r e m e n t i n g i t i f t h e r e i s . W h e n t h e t r u t h - v a l u e i s
f a l s e w e c o n s i d e r t h a t t h e g r o u p h a s b e e n e l i m i n a t e d
f r o m t h e l i s t o f p o t e n t i a l g r o u p s .
M i c r o o r g a n i s m s m o d u l e s g r o u p s T h e r e a r e
t w e n t y - t w o g r o u p s o f m i c r o o r g a n i s m m o d u l e s , o n e
g r o u p f o r e a c h m i c r o o r g a n i s m t r e a t e d b y T e r a p { I A .
E a c h g r o u p o f m i c r o o r g a n i s m m o d u l e s u s e s t h e o u t -
p u t o b t a i n e d b y t h e p h a r m a c o l o g i c a l m o d e l m o d -
u l e s , d a t a a c q u i s i t i o n m o d u l e s ( s p e c i a l l y t h o s e a b o u t
s e v e r i t y o f t h e i l l n e s s , a d v e r s e r e a c t i o n s a n d i n t e r a c -
t i o n s ) a n d b y t h e s i e v e m o d u l e s g r o u p . T h e y d e d u c e
w h i c h a n t i b i o t i c s t o u s e t o t r e a t a m i c r o o r g a n i s m ,
g i v i n g a t r u t h - v a l u e f o r e a c h a n t i b i o t i c . T h e t r u t h -
v a l u e o f a n a n t i b i o t i c i s o b t a i n e d t a k i n g i n t o a c c o u n t
t h e t r u t h - v a l u e o f i t s g r o u p ( o b t a i n e d b y t h e s i e v e
m o d u l e s ) a n d d a t a a b o u t t h e p a t i e n t .
G i v e n a d i a g n o s i s ( o n e , t w o o r t h r e e p o s s i b l e m i -
c r o o r g a n i s m s ) t h e s y s t e m o n l y e x e c u t e s t h e m i c r o o r -
g a n i s m s ' m o d u l e g r o u p s c o r r e s p o n d i n g t o t h e m i -
c r o o r g a n i s m s i n t h e d i a g n o s i s .
C o m b i n a t i o n m o d u l e s g r o u p T h e s e m o d u l e s
c o m b i n e t h e r e s u l t s o f t h e m i c r o o r g a n i s m s m o d u l e s .
T h e m o d u l e s p r o v i d i n g i n p u t t o t h i s t a s k e x p o r t
t r u t h - v a l u e s f o r a n t i b i o t i c s . T r u t h - v a l u e s r e p r e s e n t
t h e a d e q u a c y o f a n t i b i o t i c s f o r t r e a t i n g t h e m i c r o o r -
g a n i s m s . T h e r e s u l t s o f t h e s e m o d u l e s a r e w e i t g h e d
a n t i b i o t i c c o m b i n a t i o n s .
T h e r e a r e s e v e r a l c r i t e r i a t o c o m b i n e t h e a n t i b i o t i c s ,
i m p l e m e n t e d i n t h e s e m o d u l e s . T h e c o m b i n a t i o n s
a r e o f o n e ( m o n o t h e r a p y ) , t w o o r u p m o s t t h r e e a n -
t i b i o t i c s . S o m e o f t h e c r i t e r i a a r e :
- C o m b i n a t i o n s a r e n e v e r m a d e w i t h a n t i b i o t i c s b e -
l o n g i n g t o t h e s a m e g r o u p .
- C o m b i n a t i o n s a r e n e v e r m a d e w i t h a n t i b i o t i c s t h a t
h a v e t h e s a m e s e n s i b i l i t y , t h a t i s , a n t i b i o t i c s t h a t
c o v e r t h e s a m e m i c r o o r g a n i s m s .
- C o m b i n a t i o n s a r e n e v e r m a d e w i t h a n t i b i o t i c s t h a t
h a v e d i e r e n t a d m i n i s t r a t i o n r o u t e ( o r a l o r p a r -
e n t e r a l ) .
- G i v e n t h e s a m e a d e q u a c y ( t r u t h - v a l u e ) w e p r e f e r a
m o n o t h e r a p y t h a n a c o m b i n a t i o n w i t h t w o o r t h r e e
a n t i b i o t i c s .
S i e v e c o m b i n a t i o n s m o d u l e s g r o u p T h e c o m -
b i n a t i o n s o f a n t i b i o t i c s a r e \ s i e v e d " t a k i n g i n t o a c -
c o u n t o t h e r c r i t e r i a , a s s p e c i c i t y o r c o s t .
F i n a l l y , t h e s y s t e m g i v e s t o t h e u s e r t h e o r d e r e d s e t
o f a n t i b i o t i c c o m b i n a t i o n s p o s s i b l e t o a d m i n i s t r a t e
t o t h e c o n c r e t e p a t i e n t .
4 C o n c l u s i o n s a n d R e s u l t s
W e h a v e p r e s e n t e d t h e T e r a p { I A k n o w l e d g e - b a s e d
s y s t e m . T h e a p p l i c a t i o n t a k e s i n t o a c c o u n t t h e n d -
i n g s o f t h e p a t i e n t , k n o w l e d g e a b o u t a n t i b i o t i c s a n d
t h e d i a g n o s i s t o n d t h e b e s t t r e a t m e n t . W e a l s o
h a v e i n t r o d u c e d M i l o r d I I a s a n a p p r o p r i a t e t o o l
a n d l a n g u a g e t o d e v e l o p k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s
4
.
T h e e x p e r t h a s d e v e l o p e d a p a r t i a l v a l i d a t i o n o f
t h e s y s t e m c o n t r a s t i n g r e a l w o r l d c a s e s o f a n t i b i o t i c
t r e a t m e n t o f p n e u m o n i a w i t h t h e a n s w e r s o f T e r a p {
I A . T h e t r e a t m e n t f o r e a c h p r e v i o u s d i a g n o s i s h a s
b e e n v e r i e d s e p a r a t e l y , p r o d u c i n g h o p e f u l r e s u l t s .
T h e n a l v a l i d a t i o n w i l l b e m a d e b y g i v i n g f t y r e a l
w o r l d c a s e s o f p n e u m o n i a t o f o u r h u m a n e x p e r t s a n d
T e r a p { I A , a n d c o m p a r i n g t h e r e s u l t s .
R e f e r e n c e s
1 ] J . A l m i r a l l e t a l . I n c i d e n c e o f c o m m u n i t y -
a d q u i r e d p n e u m o n i a a n d c h a m y d i a p n e u m o n i a e
i n f e c t i o n : a p r o s p e c t i v e m u l t i c e n t r e s t u d y . E u r
R e s p i r , 6 : 1 4 { 1 8 , 1 9 9 3 .
2 ] J . P u y o l - G r u a r t , L l u s G o d o , a n d C . S i e r r a . S p e -
c i a l i s a t i o n c a l c u l u s a n d c o m m u n i c a t i o n . I n t e r n a -
t i o n a l J o u r n a l o f A p p r o x i m a t e R e a s o n i n g , 1 9 9 8 .
T o a p p e a r .
3 ] J . P u y o l - G r u a r t a n d C . S i e r r a . M i l o r d I I : a l a n -
g u a g e d e s c r i p t i o n . M a t h w a r e a n d S o f t C o m p u t -
i n g , 4 ( 3 ) : 2 9 9 { 3 3 8 , 1 9 9 7 .
4 ] J o s e p P u y o l - G r u a r t . M I L O R D I I : A L a n -
g u a g e f o r K n o w l e d g e - B a s e d S y s t e m s , v o l u m e 1 o f
M o n o g r a e s d e l I I I A . I I I A { C S I C , 1 9 9 6 .
5 ] A . T o r r e s , J . S e r r a - B a t l l e s , A . F e r r e r , a n d
P . J i m e n e z . S e v e r e c o m m u n i t y - a d q u i r e d p n e u m o -
n i a . e t i o l o g y p r o g n o s i s a n d t r e a t m e n t . A m R e v
R e s p i r D i s , ( 1 4 4 ) : 3 1 2 { 3 1 8 , 1 9 9 1 .
6 ] A . V e r d a g u e r . P n e u m o n { I A : D e s e n v o l u p a -
m e n t i v a l i d a c i o d ' u n s i s t e m a e x p e r t d ' a j u d a
a l d i a g n o s t i c m e d i c . P h D t h e s i s , U n i v e r s i t a t
A u t o n o m a d e B a r c e l o n a , 1 9 8 9 .
4
T h i s s o f t w a r e i s a v a i l a b l e f o r r e s e a r c h a n d e d u c a t i o n a l p u r -
p o s e s . Y o u c a n n d t h e l a s t v e r s i o n a n d m o r e i n f o r m a t i o n o n
M i l o r d I I a t h t t p : / / w w w . i i i a . c s i c . e s / ~ m i l o r d .