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5/17/2018 Aplicacin de Sistemas Expertos Para La Aplicacin en Las Enfermedades de Salud (1) - s...
http://slidepdf.com/reader/full/aplicacin-de-sistemas-expertos-para-la-aplicacin-en-las-enferme
Desarrollo de un sistema experto para la
detección de la enfermedad pulmonarobstácular crónicas
1. Planteamiento del problema
1.1 Descripción
En la actualidad la medicina presenta innumerables inconvenientes comoconsecuencia de la falta y carencia en la automatización de los procesos médicos
y metodología utilizada para la implementación en dicha rama, para cada una de
estas, se presentan muchísimas cantidades de enfermedades que para su
oportuna detección por medio de los médicos se hace un poco lenta, esto a causa
de la cantidad de personas que acuden a ellos y el bajo grado de cobertura que
presentan las clínicas, hospitales etc..
Una gran parte de las enfermedades que permiten una temprana evolución se
debe a la no oportuna intervención de un personal médico competente que logre
analizar de forma correcta las anomalías presentadas en los pacientes, de estaforma se logran ocasionar importantes problemas que traen como consecuencia el
desmejoramiento de la salud de la persona.
La rama de la medicina es una área bastante amplia que para cubrirla por
completo se deben tener claros conceptos médicos que permitan las detecciones
de forma veraz y correcta, y sean los expertos los encargados de la valoración
final, para esto se necesita que el experto sea un especialista de la disciplina que
permita brindar los conceptos básicos y esenciales al sistema experto valga la
redundancia y además de eso permita valorar el tipo de anomalía que se presenta
por parte del paciente.
Se busca con el sistema experto que sea capaz de brindar información correcta y
oportuna a los usuarios o clientes que tengan acceso a él, para dicho objetivo se
necesita que el sistema este sujetado por un personal idóneo propio del área, para
dicha ejecución del proyecto se necesita una recopilación amplia y abundante de
los conceptos básicos y avanzados en dichas ramas de estudio, el proceso
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consiste en adquirir los conocimientos propios del experto y consignarlos en el
sistema, de esta manera tan general se tiene como meta que los pacientes
puedan tener un diagnóstico oportuno y se puedan subsanar sus enfermedades
por medio del sistema experto.
Este proceso está orientado al mejoramiento de la calidad de vida de los usuarios
pudiéndoles brindar oportunidades distintas a las que convencionalmente ellos
presentan, de esta forma los clientes podrán contar con una valoración oportuna
que logre la detección rápida de dicha enfermedad.
De esta manera nuestro objetivo se centra en las enfermedades pulomonar
obstácular crónica, que según datos estadísticos de la organización mundial de la
salud OMS son la principal causa de mortalidad y afectan a los países más pobres
y en vía de desarrollo, 1“Buenos Aires, 27 de Abril de 2011 — La Enfermedad
Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC), una condición que afecta a unos 210 millones de personas en el mundo, a menudo no es diagnosticada hasta que se
encuentra en fase avanzada. Esto ocasiona que al momento del diagnóstico, los
pacientes hayan perdido hasta más de 50 por ciento de su función pulmonar, con
mayor número de exacerbaciones (crisis) y hospitalizaciones ” . De acuerdo a estos
datos estadísticos La enfermedad pulmonar obstructiva crónica representa un
desafío para la medicina, este desafío para nuestro caso se pretende resolver por
medio de las utilizaciones de técnicas de visión artificial, para tal hecho los
sistemas expertos representa una oportunidad capaz de aprovechar los avances
tecnológicos en esta área de investigación e implementar sus modelos para la
solución de dicho problemas.
La medicina en los últimos años ha representado un avance tecnológico que ha
logrado borrar la brecha creada por el aparecimientos de nuevas enfermedades
respiratorias crónicas, de esta forma los pacientes que padecen este tipo de
enfermedad son la base para la creación de nuevas técnicas que permitan
subsanar dichos problemas, del mismo modo se ve en la necesidad de
diagnosticar que tipo de enfermedad se presenta en estos pacientes por medio de
un dictamen veraz y certero que se aproxime con un rango de error muy bajo a loque en realidad se presenta en el paciente.
1 http://medicalaudit.com.ar/2011/04/advierten-que-existe-un-alto-subdiagnostico-de-enfermedad-
pulmonar-obstructiva-cronica-epoc/
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Se espera por parte del sistema un diagnóstico certero capaz de interpretar las
anomalías presentes en los pacientes, logrando de esta forma solucionar las
enfermedades presentes en los pacientes
1.2 Formulación
¿Cómo disminuir el índice de pacientes enfermos producto de la
enfermedad pulmonar obstácular crónica y brindar un diagnóstico rápido y
certero, a partir de datos iniciales presentes en los pacientes?
1.3 Sistematización
¿Cómo obtener información importante por medio de datos iniciales, para la
solución de la enfermedad pulmonar obstácular crónicas? ¿Cómo diagnosticar de manera rápida y veraz las enfermedades que
padecen los pacientes a partir de datos de entrada utilizando inteligencia
artificial?
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2. Objetivos
2.1 Objetivo general
Desarrollar un sistema experto para la detección enfermedad pulmonar
obstácular crónicas a partir de la sintomatología de los pacientes.
2.2 Objetivos específicos
Identificar las últimas técnicas desarrolladas para la detección de
enfermedad pulmonar obstácular crónicas.
Identificar las principales causas de la enfermedad pulmonar obstácular
crónicas
Desarrollar reglas de inferencia para los sistemas expertos por medio de
lenguaje de programación de matlab.
Desarrollar un prototipo para los diagnósticos de enfermedades
respiratorias crónicas.
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3. Justificación
El proyecto se desarrolla en búsqueda de la optimización de los costos
económicos y que de tiempo se refieren, de tal manera que se quiere contar con
un sistema capaz de valorar las enfermedades de los usuarios por medio de una
serie de preguntas o consultas que brinda el sistema y dependiendo del tipo de
enfermedad el programa clasificara y hará la búsqueda adecuada y propia para
dicha cuestión.2”Según la organización mundial de la salud la esperanza de vida
es de 73/80 y el gasto total por habitante en salud es de 569 basado en estas
cifras, se puede tener una precepción general de la inversión que se hace en
Colombia para la salud teniendo en cuenta que la población de habitantes en
Colombia es de 45, 660,000 ”. De acuerdo a esto se logra percibir la cantidad
de problemas que se presentan en el momento de acudir a una cita médica o quea dicha persona se le sea atendido oportunamente por un médico especialista en
dicha área de la medicina
Por otro lado el sistema experto además de satisfacer las necesidades propias de
los pacientes tiene como propósito reducir el número de pacientes con
enfermedad pulmonar obstácular crónicas que se presenten y hacer una
disminución según las estadísticas presentadas por l organización mundial de la
salud (OMS) en cuanto al nivel de enfermedades que se presentan en nuestro
país y el resto del mundo.
3 “ HEARSAY II no solo ha engendrado otros sistemas de comprensión del habla
también ha generado varias técnicas potentes para la construcción de sistemas
expertos entre las que se encuentra una herramienta de investigación como
HEARSAY III Y AGE, y ha conducido al desarrollo de diversos sistemas expertos
muy útiles cuyos datos iniciales son señales acústicas o visuales complejas, la
mayoría para aplicaciones militares ”
En la actualidad los estudios médicos que tienen como punto de referencia las
enfermedades respiratorias han revelado y resuelto tantos problemas que se
deben poner al servicio de la humanidad, el sistema experto sería una posibilidad
de dar muestra de dichos avances y de esta manera indicar a los usuarios los
avances que se presentan día tras día en esta área de la medicina. Por otro lado
sería de gran utilidad para futuros investigadores del área, que apenas inician sus
2 http://www.who.int/countries/col/es/
3Sistemas expertos -David King,Paul Harmon
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estudios en dichas ramas de la medicina y de esta manera lograr una mayor
velocidad en el aprendizaje y adquisición del conocimiento sobre la enfermedad
pulmonar obstácular crónica.
Para terminar el proyecto se debe desarrollar por que las falencias presentes enla actualidad y pretende caracterizar e individualizar las principales causas de la
enfermedad pulmonar obstácular crónicas propias de un paciente con este tipo de
anomalías, logrando una disminución notable en cuanto a la cantidad de
problemas respiratorios que se presentan en la actualidad.
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4. MARCO TEÓRICO
4.1 Antecedentes
Para entender mejor sobre el desarrollo de un sistema experto necesitamos saber
que trabajos se han realizado y que aplicaciones se han desarrollado en el área de
la medicina para diagnosticar enfermedades para así poder tener una noción de
cómo podremos orientar nuestro trabajo de investigación
“En 1972 se desarrolla MYCIN en la Universidad de Stanford, un Sistema Expertopara el diagnóstico de enfermedades infecciosas. Este sistema introdujo nuevascaracterísticas: utilización de conocimiento impreciso para razonar y posibilidad deexplicar el proceso de razonamiento. Lo más importante es que funcionaba demanera correcta, dando conclusiones análogas a las que un ser humano daríatras largos años de experiencia. En MYCIN aparecen claramente diferenciados
motor de inferencia y base de conocimientos. Al separar esas dos partes, sepuede considerar el motor de inferencias aisladamente. Esto da como resultadoun sistema vacío o shell (concha). Así surgió EMYCIN (MYCIN Esencial) con elque se construyó SACON, utilizado para estructuras de ingeniería, PUFF paraestudiar la función pulmonar y GUIDON para elegir tratamientos terapéuticos.
En 1974 se desarrollaron también: HERSAY, que intentaba identificar la palabrahablada, y aparece también el PROSPECTOR, un Sistema Experto deprospección minera desarrollado en la Universidad de Stanford. De éste últimoderivó el shell KAS (Knowledge Adquisition System).En 1979 se desarrolla XCOM, un Sistema Experto que se encargaba de configurar
todas las computadoras que salían de la DEC (Digital Equipament Corporation).Entre 1980 y 1985 se produce la revolución de los Sistemas Expertos. En esteintervalo de tiempo se crearon Sistemas como el DELTA, de General ElectricCompany, para la reparación de locomotoras diesel y eléctricas; se crearonmultitud de empresas dedicadas a los Sistemas expertos
A partir de los 90 y con el desarrollo de la informática, se produce un ampliodesarrollo en el campo de la IA y por ende de los Sistemas Expertos, pudiéndoseafirmar que éstos se han convertido en una herramienta habitual de determinadasempresas.
Actualmente, en la era de la tecnología podemos citar algunos acontecimientosimportantes como que en 1996 Best Business Service pone al alcance de lasempresas,Profesionales y centros de formación el primer Sistema Experto de previsionesempresariales con metodología Box-Jenkins. En 1999 se construye el primerSistema Experto en el análisis de la cartera de productos, valorado por ActualidadEconómica comoel mejor software para el marketing de productos. Y más
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recientemente en el 2000 se desarrolla y lanza al mercado español el primerSistema Experto integral en marketing.”4
DITRITS, sistema experto para el diagnóstico y tratamiento de infecciones detransmisión sexual.
“El trabajo describe a DITRITS, un sistema experto para el diagnóstico y
tratamiento de Infecciones de Transmisión Sexual, que fue desarrollado por la
Universidad de Cienfuegos en conjunto con especialistas de segundo grado del
Hospital Provincial Dr. Gustavo Aldereguía Lima que hicieron la labor de expertos
en la validación de la base de conocimientos para el posterior diagnóstico de las
enfermedades. DITRITS responde a una necesidad social de nuestra provincia
con alcance nacional. Puede ser usado, no sólo en el diagnóstico sino como
herramienta de apoyo a la docencia tanto en centros docentes como en centros deasistencia primaria a la población. No existe ningún otro software en el país con
características similares para el mismo fin.”5
4.2 Marco conceptual
Para el desarrollo de esta investigación serán necesarios conocimientos básicos y
estructurados en sistemas expertos para el desarrollo de aplicación software que
permita diagnosticar la enfermedad La Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica
además del acompañamiento de un experto en esta área de la medicina que
pueda alimentar de conocimiento el sistema para que este pueda realizar su
trabajo
Enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC): es un trastorno pulmonar
que se caracteriza por la existencia de una obstrucción de las vías aéreas
generalmente progresiva y en general no reversible. Está causada, principalmente,
por el humo del tabaco y produce como síntoma principal una disminución de la
capacidad respiratoria, que avanza lentamente con el paso de los años y ocasiona
un deterioro considerable en la calidad de vida de las personas afectadas y muerte
prematura. 6
Sistema experto: Los sistemas expertos son programas que reproducen elproceso intelectual de un experto humano en un campo particular, pudiendo
4 http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/42bbe5095b837.pdf
5 http://www.informatica2007.sld.cu/Members/vtoledo/ditrits-sistema-experto-para-el-diagnostico-y-
tratamiento-de-infecciones-de-transmision-sexual/ 6 http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_pulmonar_obstructiva_cr%C3%B3nica
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mejorar su productividad, ahorrar tiempo y dinero, conservar sus valiosos
conocimientos y difundirlos más fácilmente.7
El término de Sistemas Expertos se entiende un nuevo tipo de software que imita
el comportamiento de un experto humano en la solución de un problema. Puedenalmacenar conocimientos de expertos para un campo determinado y solucionar unproblema mediante deducción lógica de conclusiones.8
Componentes de un sistema experto
Base de conocimientos
Una base de conocimientos es un conjunto de información creado después de una
ardua investigación, esta permite almacenar conocimientos en forma de reglas de
producción del tipo SI… Entonces que constituye la memoria a largo plazo.
Cabe resaltar que una base de conocimientos no es lo mismo que una base de
datos, comparando las dos herramientas se han fijado diferencias entre las dos, la
función principal de una base de datos llevar grandes cantidades de registros
organizados, es considerada como una especie de armario electrónico el cual
facilita insertar, recuperar, modificar o eliminar datos; por el otro lado las bases de
conocimiento son la evolución lógica de las bases de datos debido a que no se
almacenan datos, sino elementos del conocimiento en forma de reglas, esto con el
fin de que por medio del conocimiento almacenado en ella puedan arrojar un
juicio, proceso que no realiza una base de datos la cual solo muestra los datos tal
cual como se almacenan.
Base de hechos
Está formada por los datos sobre una situación concreta, almacena los hechos y
datos particulares o individuales de un caso pendiente de resolución; puede
usarse como memoria auxiliar o de trabajo para almacenar los modos de
razonamiento y la forma en que han sido utilizados, así de esta forma el sistema
explica cómo consigue los resultados finales. Esta base se enriquece de forma
continua con el razonamiento de la máquina.
7 http://www.redcientifica.com/doc/doc199908210001.html
8 www.hacienda.go.cr/centro/datos/Articulo/Sistemas%20expertos.doc
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Mecanismo de inferencia o intérprete
Programa encargado de explotar los conocimientos y los hechos de la base, y de
conducir los razonamientos, es la unidad lógica con la que se extraen
conclusiones de la base de conocimientos, según un método fijo de solución deproblemas que está configurado imitando el procedimiento humano de los
expertos para solucionar problemas.La salida que genera el mecanismo de
inferencia es una salida difusa, lo cual significa que no puede ser interpretada por
un elemento externo (por ejemplo un controlador) que solo manipule información
numérica. Para lograr que la salida del sistema difuso pueda ser interpretada por
elementos que solo procesen información numérica, hay que convertir la salida
difusa del mecanismos de inferencia; este proceso lo realiza el fuzzificador.
Interfaz de usuario
Estructura en la que las preguntas y respuestas se hacen de acuerdo con los
plateados y que gestiona las funcionalidades del diálogo.
Requisitos o Características de la interface:
El aprendizaje del manejo debe ser rápido.El usuario no debe dedicar mucho tiempo al manejo del sistema, debe ser intuitivo,
fácil en su manejo. No debemos olvidar que nuestro sistema simula al
comportamiento de un experto. Debe sernos cómodo y relativamente sencillo en
cuanto al manejo.
Debe evitarse en lo posible la entrada de datos errónea.
Muestra la importancia en la correcta introducción de los datos al sistema.
Los resultados deben presentarse en una forma clara para el usuario.
Se insiste en que los resultados debe ser claros y concisos para que se presente
sin ningún tipo de ambigüedad al usuario y el diagnostico sea dado de una mejor
manera9
9 http://site.ebrary.com/lib/bibliotecaunimagsp/docDetail.action?docID=10467096&p00=sistemas+expertos
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Entre los tipos de Sistemas Expertos se distinguen:
Basados en reglas previamente establecidas
Representan la clase de sistema experto más común de la Inteligencia Artificial, secaracterizan por contener en la base de conocimiento, el conocimiento abstracto
en forma de reglas IF-THEM. En esta clase de sistemas expertos la base de
conocimientos recibe el nombre de base de reglas.
Basados en casos
Los sistemas expertos capturan primordialmente el conocimiento de los individuos
expertos, pero las organizaciones también cuentan con conocimiento y
experiencia colectivos adquiridos al paso de los años. Este conocimientoorganizacional se puede capturar y almacenar utilizando el razonamiento basado
en casos. En el razonamiento basado en casos, las descripciones de experiencias
pasadas de especialistas humanos, representados como casos, se almacena en
una base de datos para su recuperación posterior, cuando el usuario encuentre un
nuevo caso de características similares. El sistema busca los casos almacenados
cuyas características coincidan con las del nuevo caso. Las soluciones exitosas se
adjuntan al nuevo caso y se guardan los dos junto con los demás casos en la base
del conocimiento. Las soluciones que no funcionan también se adjuntan a la base
de datos de casos junto con explicaciones de por qué las soluciones no
funcionaron
Basados en redes bayesianas
Las redes bayesianas constituyen una de las herramientas más poderosas en el
diseño de sistemas expertos probabilísticos. Desde el punto de vista gráfico una
red Bayesiana es un Grafo Dirigido A cíclico, donde los nodos representan las
variables del problema que se quiere resolver. Estas estructuras permiten
representar el conocimiento desde dos puntos de vista:
Cualitativo: expresa las relaciones de dependencia e independencia entre las
variables.
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Cuantitativo: permite representar la incertidumbre que se tiene sobre la ocurrencia
de los sucesos.
Lo sistemas expertos también se pueden clasificar de acuerdo al objetivo
con el que son desarrollados, estos pueden ser
Interpretación: infieren la descripción de situaciones por medio de datos. Estos
sistemas expertos usan datos reales.
Predicción: infieren probables consecuencias de situaciones dadas, es posible
que usen modelos de simulación para generar situaciones que puedan ocurrir.
Diagnóstico: infieren las fallas de un sistema en base a los síntomas. Utilizan las
características de comportamiento, descripción de situaciones o conocimientossobre el diseño de un componente para inferir las causas de la falla.
Diseño: se basan en un conjunto de limitaciones y restricciones para configurar
objetos, realizan un análisis para construir el diseño parcial y hace la simulación
para verificar las ideas.
Planeación: descomponen un conjunto de tareas en un subconjunto de tareas
para diseñar un curdo completo de acciones.
Monitoreo: comparan observaciones del comportamiento del sistema con elcomportamiento estándar, se compara lo actual con lo esperado.
Depuración: sugiere correcciones o remedios para acabar una falla.
Reparación: administra un remedio prescrito por medio de un plan.
Instrucción: diagnóstica, revisan y reparan el comportamiento de un estudiante.
Control: interpreta la situación actual, para luego gobernar el comportamiento del
sistema, además predice el futuro, diagnostica las causas de los problemas que se
puedes anticipar., formula un plan para remediar estas fallas y monitorear la
ejecución
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Los Sistemas Expertos tienen varias características y capacidades, entre lascuales se encuentran las siguientes
Pueden explicar su razonamiento o decisiones sugeridas: una característicavaliosa de un Sistema Experto es la capacidad de explicar cómo y por qué
se llegó a una decisión o solución.
Puede mostrar un comportamiento “inteligente”: al examinar un grupo de
datos, un sistema experto puede proponer nuevas ideas o métodos para la
solución del problema.
Puede obtener conclusiones de relaciones complejas: los sistemas expertos
pueden evaluar relaciones complejas para llegar a conclusiones ysolucionar problemas.
Posibilidad de error: aunque algunos sistemas expertos tienen capacidades
limitadas para aprender de la experiencia, la fuente principal de
conocimientos es un experto humano. Si este conocimiento es incorrecto o
incompleto, afectará al sistema en forma negativa.
No pueden perfeccionar su propia base de datos: los sistemas no son
capaces de adquirir conocimientos directamente. Un programador tiene que
proporcionarle instrucciones al sistema que determinarán el modo en queéste aprenderá de la experiencia.
Dificultad de mantenimiento: los sistemas expertos pueden ser difíciles de
actualizar. Algunos no responden o no se adaptan a condiciones
cambiantes.
Pueden tener costos altos de desarrollo: desarrollar sistemas expertos
puede resultar costoso cuando se usan los lenguajes y métodos de
programación tradicionales. Se puede lograr una reducción considerable en
los costos de desarrollo si se emplea software para desarrollo de sistemas
expertos.
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Ocasionan preocupaciones legales y éticas: las personas que toman
decisiones y llevan a cabo acciones son responsables, desde el punto de
vista legal y ético, del comportamiento del sistema experto.10
10
http://site.ebrary.com/lib/bibliotecaunimagsp/docDetail.action?docID=10467096&p00=sistemas+expertos