Sujet 2007/2008

Projet de repr´esentation des connaissances 2008
Simulation de traitement m´edical
Gauvain Bourgne
February 27, 2008
1 Description du contexte
On consid`ere un ensemble de maladies. Chacune de ces maladies provoque un
certain nombre de symptˆomes.
Exemple 1 On consid`ere l’ensemble de maladies suivant: Grippe,Bronchite,
Angine,Pneumonie et Rhume.
La grippe a pour symptˆomes toux,fi`evre, et fatigue. La bronchite a pour
symptˆomes toux et mucus. L’ angine a pour symptˆomes fi`evre et fatigue. La
pneumonie a pour symptˆomes fi`evre et toux. Enfin, le rhume a pour seul
symptˆome mucus.
A chacune de ses maladies est associ´ee un traitement. Si un patient suit le
traitement correspondant `a sa maladie, il est totalement gu´eri de cette maladie.
Si un patient subissait plusieurs maladies, il lui faudra les gu´erir s´epar´ement par
deux traitements cons´ecutifs.
Il se peut cependant que le diagnostic soit inexact, et que le traitement ne
corresponde pas `a la maladie du patient. On a alors deux cas possibles (qui
peuvent se m´elanger) :
•Le traitement a un effet partiel. Pour certaintes maladie, ce traitement
soigne certains des symptˆomes, mais ne gu´erit pas la maladie. Ainsi, le
symptˆome disparaˆıtra temporairement, mais r´eapparaˆıtra plus tard apr`es
la fin du traitement si la maladie source n’a pas ´et´e soign´ee correctement.
•Le traitement a des effets secondaires dans certains cas. Si le patient
souffre de certaines maladies particuli`eres, la combinaison du traitement
avec la maladie fera apparaˆıtre certains symptˆomes qui disparaˆıtront `a
l’arrˆet du traitement.
Exemple 2 On note tGle traitement contre la grippe,tBcelui contre la bron-
chite,tAle traitement pour l’angine,tPcelui contre la pneumonie, et enfin tR
le traitement pour le rhume.
1

Le traitement tGa un effet partiel sur la bronchite. Quand un patient
atteint de bronchite suit ce traitement, sa bronchite ne lui provoque plus de toux
(notons que si le patient a une autre maladie, un effet secondaire ou une contre
indication qui provoque aussi de la toux, il est possible qu’il tousse encore). De
plus, ce traitement a un effet secondaire sur les patients ayant une bronchite:
un patient souffrant de bronchite qui suite ce traitement devient sujet `a de la
fi`evre. Cette derni`ere s’arrˆete quand la bronchite est soign´ee ou d`es l’arrˆet du
traitement tG.
Le traitement tB, pour sa part, a un effet partiel et un effet secondaire vis-
`a-vis du rhume. Quand il est appliqu´e `a un patient ayant un rhume, il fait
disparaitre le symptˆome de mucus dˆu au rhume et provoque de la fatigue. Ces
deux effets disparaissent `a la fin du traitement.
Le traitement pour l’angine, tA, a un effet partiel sur la grippe. Il annule
les symptˆomes de fi`evre caus´es par la grippe (mais pas ceux ayant une autre
origine).
Le traitement pour la pneumonie, tP, est sp´ecifique, et n’a aucun effet partiel
ni effet secondaire.
Enfin, le traitement du rhume, tR, a un effet partiel sur la bronchite. Il
annule en effet le symptˆome de mucus caus´e par la bronchite.
On se propose dans ce projet de simuler l’´evolution de l’´etat d’un patient en
fonction des traitements qu’il re¸coit.
Exemple 3 Prenons un cas pathologique. Soit un patient souffrant d’une pneumonie,
d’une bronchite et d’une angine. Dans l’´etat initial, avant tout traitement, il a les symptˆomes
des trois maladies. C’est `a dire qu’il a de la toux, et de la fi`evre du fait de sa pneumonie, de
la fatigue et de la fi`evre du fait de son angine, ainsi que du mucus et de la toux du fait de
sa bronchite. Au final, il a de la toux, de la fi`evre, de la fatigue et du mucus (un symptˆome
pr´esent deux fois reste).
Observant les symptˆomes, le medecin pense qu’il souffre d’une grippe et d’un rhume, et
propose d’abord un traitement contre la grippe (tG). Juste apr`es ce traitement, on a les effets
suivants:
•le traitement n’est adapt´e `a aucune de ses maladie, donc aucune maladie n’est soign´ee.
•le traitement a eu un effet partiel sur la bronchite, annulant la toux due `a celle-ci.
Mais comme la pneumonie provoque aussi la toux et n’est pas soign´ee, le patient tousse
toujours.
•le traitement a un effet secondaire en cas de bronchite. Comme le patient souffre d’une
bronchite, ce traitement provoque de la fi`evre (la fi`evre du patient a donc maintenant
3 causes !).
Le patient souffre donc toujours des mˆemes symptˆomes: toux,fi`evre,fatigue et mucus.
Le medecin tente maintenant le traitement tA. Les effets sont alors les suivants:
•le traitement soigne l’ angine du patient.
•comme le patient ne souffre pas de grippe, le traitement n’a pas d’effet partiel.
Le patient a donc encore une pneumonie et une bronchite. En pratique, ces deux maladies
provoquent les symptˆomes suivants: toux,fi`evre, et mucus. Le soin de l’angine a permis
d’´eliminer la fatigue.
On applique maintenant le traitement tP. Les effets sont alors les suivants:
•le traitement soigne la pneumonie du patient.
2

Le patient a donc encore une bronchite. En pratique, il lui reste les symptˆomes suivants:
toux,mucus.
Un dernier traitement avec tBpermet alors au malade de se d´ebarasser de toutes ses mal-
adies et de tous les symptˆomes (sans probl`eme puisque le traitement correspond maintenant
bien `a la seule maladie du patient).
On illustre avec un second cas.
Exemple 4 Soit un patient souffrant d’une grippe et d’une bronchite. Dans l’´etat initial,
avant tout traitement, il a les symptˆomes des deux maladies: toux,fi`evre,fatigue et mucus.
Observant les symptˆomes, le medecin pense qu’il souffre d’une grippe et d’un rhume, et
propose d’abord un traitement contre la grippe (tG). Juste apr`es ce traitement, on a les effets
suivants:
•le traitement soigne la grippe du patient.
•le traitement a un effet partiel sur la bronchite, annulant la toux due `a celle-ci. Comme
la grippe est aussi soign´ee, le patient ne tousse plus.
•le traitement a un effet secondaire en cas de bronchite. Comme le patient souffre d’une
bronchite, ce traitement provoque de la fi`evre.
Ainsi le patient n’a plus qu’une bronchite, dont la toux est annul´ee, mais il subit de la fi`evre
du fait des effets secondaires du traitement. Le patient souffre maintenant des symptˆomes
suivant: fi`evre et mucus.
Le medecin tente maintenant le traitement tR(il arrˆete ainsi le traitement tG). Les effets
sont alors les suivants:
•le traitement ne soigne aucune maladie , car le patient n’a pas de rhume.
•le traitement a un effet partiel sur la bronchite, annulant le mucus du `a celle-ci.
Le patient a donc toujours sa bronchite, mais sans mucus. De plus, les effets secondaires et
partiels de tGdisparaˆıssent (plus de fi`evre, mais `a nouveau de la toux). En pratique, il a
maintenant uniquement le symptˆome suivant: toux.
Pour y voir, plus clair, le m´edecin interrompt tout traitement. Les effets partiel de tR
sont alors annul´es, et le mucus r´eapparait. Le patient a ainsi les symptˆomes suivants: toux
et mucus.
Le medecin prescrit alors enfin un traitement contre la bronchite (tB). La bronchite
est soign´ee sans effets secondaires, et en l’absence de maladies, le patient n’a plus aucun
symptˆome.
2 Questions
Le projet devra comporter un programme, `a pr´esenter en soutenance de pro-
jet, et un rapport pr´esentant le projet. Le rapport devra notamment contenir
les r´eponses `a toutes les questions qui ont une partie autre que programma-
tion (questions 1 et 2). Il fournira aussi le code des fonctions explicitement
demand´ees dans le sujet (question 3). Le programme pourra ˆetre programm´e
dans n’importe quel langage au choix de l’´el`eve. Un langage objet proc´edural
comme Java ou C++ est recommand´e. Un utilisateur exp´eriment´e de CAML
pourra toutefois tout `a fait utiliser ce langage. Le groupe devra cependant
s’assurer que son programme fonctionne bien sur les ordinateurs de la salle de
soutenance, ou apporter un ordinateur portable.
3

1. Proposer une structure de donn´ees pour repr´esenter ce probl`eme. Une
structure de frames serait appr´eci´ee, mais n’est pas obligatoire. On veut
pouvoir d´efinir rapidement une maladie et ses symptˆomes, puis d´ecrire les
effets partiels et les effets secondaires de son traitement.
Programmation: Coder la structure de donn´ee choisie, et l’instancier sur
l’exemple donn´ee (grippe, pneumonie, angine, bronchite, rhume). Il sera
demand´e lors de la soutenance d’ajouter une maladie et un traitement
donn´es par l’examinateur.
2. On veut repr´esenter ce probl`eme avec en calcul des situations.
Les constantes seront les maladies et les symptˆomes. On notera par la
suite mune maladie, et yun symptˆome.
Les actions seront des traitements (ou bien l’action arrˆeter les traite-
ments). Elles n’ont pas de pr´econditions (pas besoin du pr´edicat Poss).
On aura ainsi l’action Traiter(m)qui signifie qu’on applique le traite-
ment correspondant `a la maladie m, et l’action Arret() qui signifie qu’on
arrˆete les traitements pour observer l’´evolution.
Les fluents correspondront les maladies et les symptˆomes pr´esents chez
le patient. On aura ainsi le fluent AMaladie(m,s), qui indique que le
patient a la maladie mdans la situation s, et le fluent ASymptome(y,s),
qui indique que le patient a le symptˆome ydans la situation s.
(a) Donner l’axiome gouvernant l’´evolution des fluents de maladies. On
consid`ere qu’aucune action ne d´eclenche de maladie, et qu’une mal-
adie ne peut dont ˆetre pr´esente que si elle ´etait pr´esente auparavant
et qu’elle n’a pas ´et´e soign´ee.
Aide: La formule sera de la forme: AMaladie(m, do(a,s)) ⇔condition sur a
et AMaladie(m,s).
(b) Donner l’axiome gouvernant l’´evolution de ASymptome(toux,s).
Aide: La formule sera de la forme: ASymptome(toux, do(a,s)) ⇔condition
sur aet AMaladie(m,s).
La condition sera une disjonction de deux termes. Le premier terme traduira
que la grippe provoque de la toux si elle n’est pas soign´ee. C’est la traduction
du fait qu’une maladie a des symptˆomes (ou plus exactement que le symptˆome
auquel on s’int´eresse est un symptˆome de grippe). Le deuxi`eme terme traduira
que la bronchite provoque aussi de la toux si elle n’est pas soign´ee, et que l’effet
de toux de la bronchite n’est pas annul´e par l’effet partiel du traitement de la
grippe. Ce deuxi`eme terme nous montre comment traduire les effets partiels d’un
traitement.
(c) Donner l’axiome gouvernant l’´evolution de ASymptome(fievre,s).
Aide: Ici la conjonction sera une disjonction de quatre termes. Les deux
premiers correspondront au fait qu’on a de la fi`evre si on a une pneumonie ou
une angine non soign´ee. Le troisi`eme correspondra au fait qu’on a de la fi`evre
si on a une grippe non soign´ee et qu’on a pas pris de traitement contre l’angine
(qui a pour effet partiel d’annuler le symptˆome de fi`evre pour la grippe). Enfin
le quatri`eme terme traduira une contre-indication. Il correspondra donc au fait
4

que l’on a de la fi`evre si on a pris un traitement contre la grippe alors qu’on avait
une bronchite.
(d) Donner les axiomes gouvernant les ´evolutions des symptˆomes restants.
(e) Donner l’axiome g´en´eral donnant l’´evolution d’un symptˆome quel-
conque y.
Aide: On se servira de
•la fonction bool´eenne effets(y,m), qui renvoie vrai si yest un effet de m,
•la fonction bool´eenne soinPartiel(m1,m2,y), qui renvoie vrai si le traite-
ment de m1a un effet partiel annulant le symptˆome yquand le patient
souffre de la maladie m2.
•la fonction bool´eenne effetSecondaire(m1,m2,y), qui renvoie vrai si le
traitement de m1a un effet secondaire provoquant le symptˆome yquand le
patient souffre de la maladie m2.
On aura donc dans la condition, une disjonction de deux conjonctions. La
premi`ere conjonction correspond au fait que le symptˆome yse manifeste s’il existe
une maladie mcontract´ee par le patient et non soign´ee qui a ypour symptˆome,
et qu’aucun des traitements qui ont pour effet partiel d’annuler yquand mest
pr´esente n’a ´et´e prescrit par la derni`ere action. La deuxi`eme conjonction exprime
le fait que le symptˆome se manifeste aussi si l’on a appliqu´e le traitement d’une
maladie m1ayant pour effet secondaire yquand m2est pr´esente et que justement
le patient souffre de m2.
3. Programmation:
(a) Programmer les fonctions bool´eennes effets(y,m),soinPartiel(m1,m2,y)
et effetSecondaire(m1,m2,y).
(b) On consid´erera par la suite qu’une situation est caract´eris´ee par
son ´etat, c’est-`a-dire la liste de tous les fluents de maladies et de
symptˆomes qui sont vrais dans cette situation.
Programmer la fonction bool´eenne appliquerActionMaladie(a,s,m)
qui, `a partir d’une situation set d’une action a, renvoie la valeur de
v´erit´e du fluent AMaladie(m,do(a,s)).
Aide : On pourra se servir de la question (2a) qui indique dans quelle conditions
cette fonction est vraie.
(c) Programmer la fonction bool´eenne appliquerActionSymptome(a,s,m)
qui, `a partir d’une situation set d’une action a, renvoie la valeur de
v´erit´e du fluent ASymptome(m,do(a,s)). On s’appuiera sur l’axiome
g´en´eral d’´evolution des fluents de symptˆomes (question , et les fonc-
tions effets(y,m),soinPartiel(m1,m2,y)et effetSecondaire(m1,m2,y).
(d) Programmer la fonction do(a,s)qui, `a partir d’une situation s, ren-
voie la situation do(a,s).
Aide: On pourra se servir des deux fonctions pr´ec´edentes (et supposer qu’on a
acc`es `a la liste de toutes maladies et tous les symptˆomes possibles).
4. Programmation: Simulation de traitement.
Programmer un simulateur qui,
5