SISTEMA EXPERTO EN MEDICINA

CC50M2006 Prof. Sandra de la Fuente

Sistemas Expertos en Medicina

SANDRA DE LA FUENTE G.

Profesora Departamento de Ciencas de la Computación

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Universidad de Chile

[email protected]


AGENDA

1. INTRODUCCIÓN1.1. Objetivo general1.2. Otros objetivos

2. DESARROLLO2.1. CONOCIMIENTOS GENERALES DE SISTEMAS EXPERTOS

2.1.1. Conceptos generales2.1.2. Beneficios, ventajas y restricciones2.1.3. Historia y tendencias actuales2.1.4. Ingeniería del Conocimiento

2.2. SISTEMAS EXPERTOS EN MEDICINA2.2.1. Conocimiento e información en Medicina2.2.2. Un ejemplo

3. CONCLUSIONES


1. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVO GENERAL

Adquirir conocimientos generales de

Sistemas Expertos y sus aplicaciones a

la Medicina, y comprender la

interacción que debe producirse entre

el profesional de la informática y el de

la salud para obtener un buen

resultado.


1. INTRODUCCIÓN

1.2. OTROS OBJETIVOS

Conocer las características

generales de un Sistema Experto

Describir algunas técnicas de

Ingeniería del Conocimiento

Determinar las propiedades que debe tener un

sistema de este tipo para que sea útil

Revisar un ejemplo de un Sistema Experto.


2.1. CONOCIMIENTOS GENERALES

2.1.1. Conceptos generales

2.1.2. Beneficios, ventajas y restricciones

2.1.3. Historia y tendencias actuales

2.1.4. Ingeniería del Conocimiento


DEFINICION DE SISTEMA EXPERTO

Sistema computacional que contiene una base de

conocimientos sobre algún tema especializado, y un

mecanismo para utilizarla.

Interfaz al

Usuario

Máquinade

Inferencia

Base de

Conocimientos

USUARIO


DEFINICION DE CONOCIMIENTO EXPERTO

Se considera como conocimiento experto, además de

los conocimientos formales, el conocimiento práctico

que ha ganado el o los expertos participantes, en a lo

menos 10 años de ejercicio de la actividad relacionada.


SISTEMAS DE APOYO AL DIAGNÓSTICO

Pueden estar orientados a:

TOMA DE DECISIONES : permite a una

persona no calificada tomar una decisión

que va más allá de su nivel de

conocimientos o experiencia (Uso más

común en S.E. orientados a la industria)

APOYO A LAS DECISIONES : permite

recordar, a una persona que toma

decisiones con experiencia, opciones a

considerar, que alguna vez conoció (Ej.

apoyo al diagnóstico médico)


CUÁNDO ES ÚTIL UN SISTEMA EXPERTO

* Conocimientos no se adaptan a un modelo

* Problemas no determinísticos, incompletos o

inexactos

* Experiencia del especialista no está en libros,

o está muy diseminada

* Disponibilidad de especialistas es inferior

a la demanda.


VENTAJAS DEL USO DE S. E.* PERMANENCIA : los S. E. no olvidan

* REPRODUCCIÓN : se pueden hacer muchas copias de un S. E.

* EFICIENCIA : puede mejorar el rendimiento y distribuir costos entre varios usuarios.

* CONSISTENCIA : situaciones similares, se manejan de la misma manera en diferentes oportunidades.

* DOCUMENTACIÓN : un S.E. puede proveer permanentemente documentación acerca de su proceso de decisión.

* OPORTUNIDAD : la información está disponible a tiempo para la toma de decisiones.

* AMPLITUD : el conocimiento de múltiples expertos puede ser combinado para obtener un sistemas más amplio.

* COMPLETITUD : un S.E. puede revisar todas sus transacciones, una persona sólo una muestra.


DESVENTAJAS DEL USO DE S.E.

* SENTIDO COMÚN : se puede disminuir diseñando una buena interfaz que proponga alternativas.

* CREATIVIDAD : El experto humano puede responder creativamente ante situaciones inusuales.

* APRENDIZAJE : el experto humano se adapta al medio cambiante, el S.E. requiere que se actualice explícitamente.

* DEGRADACIÓN : el S.E. no es bueno para reconocer cuando no existe respuesta, o está fuera de su área de conocimiento.

* EXPERIENCIAS SENSORIALES : El S. E. requiere de la entrada simbólica correspondiente a las sensaciones del experto humano.


600 A.C. Tabletas Babilónicas : primeros registros de formalización del conocimiento médico

1960’s Análisis Estadísticos : ingreso de un conjunto de manifestaciones y selección de una enfermedad de un conjunto predefinado (supone datos exactos y presencia de una sola enfermedad)

1970’s MYCIN : Desarrollado en la U. de Stanford, contiene 20 años de trabajo en horas hombre. Ha sido base para muchos S.E.

1980´s Shell´s : generadores de Sistemas Expertos

1990’s Uso de la web y estandarización de nomenclaturas

2000’s Proyectos macros en redes mundiales

En Chile

Uso comercial : Pocos sistemas importados

Uso académico : Memorias y Tesis

Historia y tendencias actuales


INGENIERÍA DEL CONOCIMIENTO

“Es el proceso de trabajar con un experto en expresar lo

que él sabe, en una forma apropiada para ser

utilizada en un S. E.” (Feigenbaum).


CARACTERÍSTICAS DEL CONOCIMIENTO EXPERTO

- Es voluminoso.

- Difícil de caracterizar con precisión.

- Está en constante cambio.

- No tiene una organización estática, sino que varía

según como se lo utilice.


CONOCIMIENTO EXPERTO

Debe expresarse en una forma tal que :

- Capture generalizaciones.

- Sea entendible por el experto que lo provee.

- Pueda modificarse fácilmente, para corregir errores y

reflejar los cambios que va experimentando.

- Pueda utilizarse en gran cantidad de casos, aunque

no esté completo.


ADQUISICIÓN DEL CONOCIMIENTO

Es la transferencia y transformación de la solución de

problemas expertos desde alguna fuente de

conocimientos (especialmente experto humano) a un

programa.

Se compone de 3 fases principales:

• Fase inicial de conceptualización

• Fase de desarrollo

• Fase final


FASE INICIAL DE CONCEPTUALIZACION

El experto no conoce los sistemas de bases de

conocimientos y no está familiarizado con el

proceso de describir explícitamente lo que él

sabe y hace, y el Ingeniero del Conocimiento

ignora el dominio del conocimiento del experto

y busca, toscamente, por analogía, como realizar

las posibles preguntas.



Primero se produce un diálogo similar al de un

analista y especialista cuando se comienza un

sistema tradicional.

Se nombran los conceptos relevantes y se

explicitan las relaciones entre ellos.



En las primeras semanas, el experto entiende de qué

herramientas se disponen para expresar el conocimiento y

el ingeniero del conocimiento ya está familiarizado con

los conceptos importantes del tema.

Entre ambos formulan una taxonomía de las posibles áreas

a desarrollar y los tipos de soluciones que pueden

proveerse. Generalmente se selecciona un pequeño

fragmento del área inicial para ser desarrollado.


FASE DE DESARROLLO

• Se procede a detallar las cadenas de razonamiento y a desarrollar el conjunto

de las reglas principales.

• Aumenta el vocabulario del dominio, expresado como contexto, parámetros y

valores.

• Se explica una gran cantidad de conocimiento para describir un número

importante de casos típicos.

• Se codifican reglas de producción individuales y el experto puede

examinarlas y criticarlas.

• Se realiza un prototipo que el experto prueba, al detectar fallas, se agrega

más conocimiento.


FASE FINAL

La mayor parte de la estructura de la Base de Conocimientos está O.K. y las

interacciones con el experto producen cambios más bien pequeños.

El proceso de definición y refinamiento de reglas que se produce en esta etapa

puede resumirse en los siguientes pasos :

1. E le indica a I que regla agregar o modificar

2. I hace los cambios a la base de conocimientos

3. I ejecuta algunos casos antiguos para chequear consistencia

4. Si hay problemas, se discute con E y vuelve al paso 1

5. E ejecuta el sistema modificado en busca de problemas

6. Si está O.K., se aprueba la regla, si no, vuelve al paso 1


CLASIFICACIÓN DEL CONOCIMIENTO

Debe distinguirse entre DATO y CONOCIMIENTO

DATO : es una observación por ej. “soplo al corazón” se puede

representar por una descripción, una medición (38°), una grabación

(el ruido del soplo), etc.

CONOCIMIENTO : es la interpretación de los datos o los métodos

para interpretarlos (dato: soplo al corazón, conocimiento: defecto

en la válvula).

Un conocimiento puede ser un dato para un nivel más alto

La INFORMACIÓN incluye tanto dato como conocimiento


CONOCIMIENTO E INFORMACION EN MEDICINA

Para efectos de un S.E. en el área médica, el

conocimiento se puede clasificar como:

ESTÁTICO : está formado por:

CONOCIMIENTO DE HECHO : de validez universal, es el conocimiento del

cual hay consenso. Es lo que forma la base del conocimiento.

CONOCIMIENTO DE JUICIO : corresponde al que ha adquirido el experto a

través de su experiencia y su visión, puede diferir con el conocimiento de otro

colega. Está contenido en las reglas .

Muchos conocimientos que hoy se consideran como DE HECHO, fueron

en sus inicios DE JUICIO.

DINÁMICO : Los hechos que ingresa el usuario para un caso particular y

las deducciones en base a ellos que hace el sistema. No forma parte de la

base de conocimientos.


UN EJEMPLO

Consideraciones de diseño

Descripción de la interfaz

Clases de objetos

Proceso de diagnóstico


CONSIDERACIONES DE DISEÑO

* ERGONÓMICAS

Explicaciones comprensibles y convincentes

Fácil de aprender y autodocumentado

* FUNCIONALES

Similar al proceso de razonamiento del médico

No pretender 100% de precisión.


CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Separación en 3 áreas

Conocimientos generales

Casos de pacientes

Fuentes de información


DESCRIPCIÓN DE LA INTERFAZ

Una sola pantalla de ingreso al sistema

En base a dibujos con títulos explicativos

Zonas sensibles que permiten pasar de un tema a otro

Capacidad para retroceder pantallas

Volver a la pantalla inicial en cualquier parte

Ayuda sensible al contexto

Botón “Fin” disponible en todo momento.



Uso de hipertexto en la parte de conocimientos.


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES

CLÍNICA INICIAL


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES

CLÍNICA INICIAL

EXÁMENES INICIALES


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES

CLÍNICA INICIAL

EXÁMENES INICIALES

IMÁGENES


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES

CLÍNICA INICIAL

EXÁMENES INICIALES

IMÁGENES

TRATAMIENTO


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES

CLÍNICA INICIAL

EXÁMENES INICIALES

IMÁGENES

TRATAMIENTO

CLÍNICA POST-TRATAMIENTO


CLASES DE OBJETOS

PACIENTES

CLÍNICA INICIAL

EXÁMENES INICIALES

IMÁGENES

TRATAMIENTO

CLÍNICA POST-TRATAMIENTO

EXÁMENES POST-TRATAMIENTO.


CLASES DE OBJETOS


PROCESO DE DIAGNÓSTICO

DIAGNOSTICO

DEFINITIVO

NEUROMICOSIS

CRITERIO MAYOR

2 CRITERIOS

MAYORES A LO MENOS

DIAGNOSTICO PROBABLE

NEUROMICOSIS

SI NO

CRITERIO MENOR

CRITERIO PRINCIPAL :

HONGOS +

BUSCAR OTRAS ETIOLOGIAS

TRATAMIENTO DE PRUEBA INOCULACION EN COBAYO

+ -+-

DIAGNOSTICO

PROBABLE

NEUROMICOSIS

DIAGNOSTICO

DEFINITIVO

NEUROMICOSIS

DIAGNOSTICO

PROBABLE

NEUROMICOSIS


* Estudio favorable al uso de estos sistemas

* El tiempo utilizado en una buena interfaz es absolutamente necesario

* El sólo hecho de evitar los errores de omisión justifica el esfuerzo utilizado en desarrollar un Sistema de este tipo

* Es de mucha importancia el uso de fundamentos en las respuestas

* La precisión en el diagnóstico es deseable, pero poco probable

* La mayor dificultad es mantener al día un S.E. por los continuos cambios en el conocimiento de esta área

CONCLUSIONES

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