Asesores:

MC. EDUARDO C. CONTRERAS DELGADO

DR. GUSTAVO PUENTE SALCIDO

FACULTAD DE MEDICINA UAdeC

Resumen

El presente proyecto, es una investigación de campo, aplicada al área médica de especialidad de reumatología relacionada con las Tecnologías de Información.

 

Es en sí, un instrumento automatizado pedagógico para guiar a estudiantes de medicina en la obtención de un diagnóstico Médico de afecciones Reumáticas. Empleando agentes inteligentes basados en reglas del área de inteligencia artificial, aplicado en un algoritmo de computadora que opera mediante reglas heurísticas, que posee una base de conocimiento y de experiencia de un especialista en el área de reumatología.

Se propone usar tecnologías de información como apoyo didáctico en el proceso de enseñanza a nivel superior, empleando instrumentos modernos que sean competitivos y permitan acceder a conocimientos empíricos y no solamente bibliográficos

Antecedentes

Actualmente en el mercado nacional no existe software especializado para diagnóstico médico en reumatología. En el área médica han surgido muchos avances tecnológicos relacionados con las ciencias computacionales, se ha aplicado la Realidad Virtual para tratar fobias, muñecos para realizar prácticas de cirugía por estudiantes de medicina, etc.

 

La inteligencia Artificial se ha aplicado antiguamente en medicina empleando sistemas expertos como lo es MYCIN para diagnosticar enfermedades infecciosas, DERMAGINT agente inteligente para diagnosticar enfermedades de la piel. Se han hecho búsquedas del estado del arte de los agentes inteligentes aplicados en reumatología, a la fecha no hemos encontrado investigaciones en este campo.

ENFERMEDADES REUMÁTICAS EN EL PAÍS

Más de 15 millones de mexicanos tienen alguna afección reumática debida a un proceso degenerativo del organismo, que en casos extremos lleva a la incapacidad permanente del paciente.

800 derechohabientes

con diferentes padecimientos

reumáticos

variedad alcanza los 250 tipos

35% de los casos el dictamen por incapacidad laboral es permanente por invalidez

La artritis reumatoide consiste en una inflamación de las articulaciones que provoca una pérdida de movilidad y funcionalidad, o que puede derivar en una invalidez o discapacidad del paciente incluso en la muerte .

ARTRITIS REUMATOIDE

Los pacientes padecen dolor durante muchos años de su vida, y progresivamente van perdiendo movilidad, con lo que disminuye su capacidad de hacer sus tareas personales y familiares, hasta llegar a grados graves de incapacidad.

Está demostrado que el tratamiento en las primeras fases de la enfermedad consigue frenar su evolución progresiva

... ARTRITIS REUMATOIDE

Las enfermedades reumáticas también existen en la infancia y en la adolescencia. Se calcula que aquejan al uno por mil de la población menor de 16 años

Es muy triste tener que enfrentarse a problemas graves sin solución satisfactoria de niños cuya enfermedad no fue diagnosticada ni tratada oportunamente.

En el momento actual no existe un tratamiento curativo, pero sí existe tratamiento para detener, o al menos retrasar la inflamación y el daño articular.

... ARTRITIS REUMATOIDE

PLANTEAMIENTO DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.PROBLEMA.

PLANTEAMIENTO DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.PROBLEMA.

Las clínicas y hospitales de la región cuentan con un área específica para el diagnóstico, tratamiento y cuidado de las enfermedades reumáticas, desafortunadamente existen pocos médicos especializados en este campo.

Debido a la gran diversidad de afecciones reumáticas y síntomas parecidos a otras enfermedades es muy común confundir los síntomas y emitir un diagnóstico incorrecto, para emitir un diagnóstico correcto es imprescindible conocer la especialidad y tener experiencia en la misma.

 

¿Cuál es el problema? Se sabe que aproximadamente el 50% de los diagnósticos emitidos por los médicos generales a los pacientes que se envían a consulta de especialidad, han sido erróneos, publicado* y de acuerdo a la experiencia de 25 años de servicio en el IMSS del Reumatólogo, Gustavo Puente.

¿Quiénes presentan el problema?

Los médicos en generalLos estudiantes de medicinaLa comunidad

(* Anuario de actualización médica IMSS, a nivel nacional

……PLANTEAMIENTO DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.PROBLEMA.

……PLANTEAMIENTO DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.PROBLEMA.

¿De qué modo? Si un diagnóstico correcto no se emite oportunamente, se

presentarían consecuencias mayores, al grado que una persona pueda sufrir daños irreversibles en las articulaciones de manera que ya no le sean útiles de por vida, llegando a ser invalidantes, situación que se puede evitar si se le da un tratamiento a tiempo y adecuado a un paciente.

Los médicos en general y los estudiantes de Medicina toman escasamente como alternativa los recursos de Tecnologías de Información, debido al poco desarrollo, se guían más por su experiencia al momento de dar su diagnóstico.

En nuestra región difícilmente se relacionan las Ciencias Computacionales con la Medicina, no así en otros estados de la república, o en otros países. Por tal motivo en nuestra región, los estudiantes de medicina no cuentan con el soporte de las Tecnologías de Información necesarias.

……PLANTEAMIENTO DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.PROBLEMA.

……PLANTEAMIENTO DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.PROBLEMA.

Modelado del problema

Variable Dependiente Variables Independientes

Diagnóstico ReumatológicoAgente de Software

Agente Humano

Diagnóstico Reumatológico = f(Agente de software,Agente humano)

CUADRO DE CONGRUENCIA METODOLÓGICA

Diagnosticar una afección reumática mediante un agente inteligente de software en base a la experiencia y conocimiento de un agente humano.

TituloHerramienta didáctica para un

diagnóstico reumatológico

1. Construir un algoritmo capaz de diagnosticar una afección reumática, utilizando como base el conocimiento sobre el área.

2. Proporcionar un diagnóstico reumatológico confiable, tomando como base la experiencia humana.

¿Si las preguntas coinciden con la tabla de condiciones de acuerdo a una regla estas identifican a las acciones que se relacionan con las metas la base de conocimientos brindará un diagnóstico reumatológico correcto?

¿La información que proporciona el agente humano en base a los síntomas y a la observación logrará un diagnóstico correcto?

Agente de Software

Agente Humano

Obj. General

Obj. Particular

Variables

H1 Un agente inteligente de software tiene la capacidad de emitir un diagnóstico reumatológico certero.

H2 Entre un diagnóstico reumatológico y la experiencia humana existe una relación positiva.

Hipótesis de trabajo Preguntas de Investigación

HG: Un Diagnóstico Confiable se otorga cuando se emplea un Agente de Software; apoyado con la información del Agente Humano

TABLA DE TABLA DE CONGRUENCIACONGRUENCIA

0% 50% 100%

Nulo Baja Media Alta

Metas

Cierto/Falso

VARIABLE FACTOR INDICADOR DIMENSION

Información Agente Humano.

Síntomas DolorInflamación

s/n

Observación Aumento de volumen

NuloBajoMedioAlto

Limitación funcional

NulaBajaMediaAlta

Deformidad NulaBajaMediaAlta

Crepitación NulaBajaMediaAlta

Agente de Software

Base Conocimiento Reglas

Imágenes

Conveniencia.¿Para qué sirve la investigación?Conocer como la Tecnología de Información puede lograr que un estudiante de

Medicina pueda emitir un diagnóstico en Reumatología correcto.

Relevancia y proyección social¿Quiénes se benefician con los resultados de la investigación?• Los estudiantes de las Facultades de Medicina de la UAdeC (unidad Saltillo,

unidad Torreón), otras escuelas y facultades de medicina.• Los profesores de Medicina • Indirectamente los pacientes, sus familiares y la sociedad en general.

¿Cómo es ese beneficio?• La comunidad en general al darle un tratamiento oportuno al paciente, evita

que la enfermedad llegue a un punto incapacitante y se pueda controlar el avance que deteriora las articulaciones, manteniéndola estable sabiendo que es incurable.

• Las Instituciones Médicas disminuirán sus costos de atención al paciente • La proyección social es a nivel regional, estatal y/o nacional.

JUSTIFICACIÓN

Valor Teórico¿Se logrará generar conocimiento?Sí, en las ciencias computacionales actualmente no se conoce en nuestro país el comportamiento de un algoritmo proporcionado por el agente humano, en relación a un proceso automatizado .¿Se podrán generalizar los resultados a principios más amplios?Se pretende que los estudios realizados sean útiles en Pediatría, Dermatología o en otra especialidad Médica.¿Puede sugerir hipótesis, recomendaciones o ideas para futuros estudios?Se pretende proporcionar información necesaria para diversas especialidades Médicas o Ciencias Biológicas, para que se pueda estudiar el comportamiento de algoritmos aplicados con herramientas modernas de TI y puedan realizar posteriores investigaciones.

..JUSTIFICACIÓN

Utilidad metodológica.¿Ayuda a la definición de un concepto, variable o relación entre variables?Sí existe una relación entre variables teóricas con respecto a variables prácticas.¿Puede lograrse con ella mejoras de la forma de experimentar con una o más variables?Sí, puesto que se aplica el Modelo de Investigación de Congruencia Metodológica.La propuesta de un modelo combinado de desarrollo de software con investigación. La investigación: ¿puede ayudar a crear un nuevo instrumento para recolectar y/o analizar datos?Sí, puesto que propone un modelo de investigación aplicado a ingeniería, diferente a la literatura, pues los modelos presentados en los libros se enfocan a resolver problemas de las Ciencias Sociales. HDDR se convierte en el instrumento de recoleccion de Datos del método de investigacíon.

¿Es reproducible el fenómeno natural o el invento?Se pretende desarrollar una aplicación grabada en un CD para distribuirse primeramente en la Facultad de Medicina de Saltillo.

El presente proyecto contiene las enfermedades más comunes de la región y estado de Coahuila, simplificándolo al omitir afecciones poco frecuentes o que estadísticamente se presentan con valores muy pequeños.

Se restringe a la actualización de la base de conocimientos solamente a un especialista Reumatólogo para evitar proporcionar diagnósticos erróneos.

LIMITACIONES Y RESTRICCIONES

FUNDAMENTOS TEÓRICOSRedes Neuronales

Solución deProblemas

Sistemas Expertos

Procesamientodel Lenguaje

Natural

Robotica

Representacióndel Conocimiento

Adquisicióndel Conocimiento

Visión Computacional

Reconocimiento de voz

Inteligencia ArtificialDistribuida

Aprendizaje

AgentesInteligentes

Planeación

Sistemas Multiagentes

Sistemas Expertos

Cooperativos

Realidad Virtual

IA

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

SISTEMA EXPERTOSISTEMA EXPERTO AGENTE INTELIGENTEAGENTE INTELIGENTE

Reglas codificadasReglas codificadas Las reglas están incluidas Las reglas están incluidas en la base de conocimientoen la base de conocimiento

Descarta opciones para las Descarta opciones para las que no está preparadoque no está preparado

Si no encuentra una Si no encuentra una respuesta la produce respuesta la produce apoyándose de su BCapoyándose de su BC

Actualizaciones realizadas Actualizaciones realizadas por el programadorpor el programador

Actualizaciones realizadas Actualizaciones realizadas por el mismo agente o por el por el mismo agente o por el experto.experto.

¿ Y qué es un agente?

Un agente es todo aquello que puede considerarse que percibe su ambiente mediante “sensores” y que responde o actúa en tal ambiente por medio de “efectores”.

AMBIENTEAGENTE

PERCEPCIONES

ACCIONES

SENSORES

EFECTORES

?

Tipos de agentes: AGENTES HUMANOSSensores: Ojos, oídos, tacto (5 sentidos)Efectores: Manos, piernas, boca y otras partes de su cuerpo AGENTE ROBÓTICO:Sensores: Cámaras y telémetros infrarrojosEfectores: Motores AGENTE DE SOFTWAREPercepciones y acciones: viene en las cadenas de bits codificados.   

Estructura de los agentes inteligentes. El objetivo de la inteligencia artificial es implantar una función que

permita el mapeo de percepciones a acciones.  Agente = arquitectura + programa '  Arquitectura = dispositivo de cómputo '  La secuencia de percepciones son obtenidas desde los sensores. '  Las acciones son llevadas acabo mediante los efectores.

Tipo de Tipo de AgenteAgente

PercepcionesPercepciones AccionesAcciones MetasMetas AmbienteAmbiente

Sistema de Sistema de Diagnóstico Diagnóstico

MédicoMédico

Síntomas, Síntomas, evidencias, y evidencias, y

respuestas del respuestas del pacientepaciente

Preguntas, Preguntas, pruebas y pruebas y

tratamientotratamiento

Paciente Paciente saludable saludable

reducción al reducción al mínimo costomínimo costo

Paciente, Paciente, HospitalHospital

EJEMPLO DE AGENTE.

SISTEMAS DE DIAGNÓSTICO MÉDICO.

AGENTE

REGLAS

TIPOS DE AGENTES “COMO SE CONSTRUYE”. 

'  Agentes de reflejo simple. (También se denominan agente de estímulos-respuesta) '  Agentes bien informados de todo lo que pasa. '  Agentes basados en metas. '  Agentes basados en utilidad.

De estos tipos nos basaremos solamente en los:  

AGENTES BASADOS EN METAS. Además de los estados, los agentes necesitan cierto tipo de información sobre sus metas. Las metas van a detallar las situaciones a las que se desea llegar. 

El programa de agente puede combinar las metas con las acciones y de esta manera poder elegir aquellas acciones que permitan alcanzar la meta.

Interacción

Pantallas y menús.

Imágenes

Botones

Listas y opciones

Código y lógica

Codificación del agente.

Lenguaje de programación

Algoritmo “Inteligente”

Base de Conocimientos

Tablas de Conocimientos.

Imágenes

Reglas

Metas

DISEÑO ARQUITECTÓNICO

Clase Usuario.

buscar()

preguntar()

BasedeConocimiento

Texto

Imágenes

metas

clasificar()

ordena()

HDDR

comparar()

calcularProbabilidad()

Interaccion con el Usuario

Botones

Marcos

mostrar()

consultar()1

*

1

*

*

*

*

*

ClasePreguntas

Evidenciainicial

ClaseCondiciones

ClaseReglas

Acciones

Metas

Muestra Informacion

EL PROCESO DEL AGENTE

Si

Código o lógicaCódigo o lógica

AGENTE

REGLAS

El proceso de búsqueda de este agente es aquella conocida como búsqueda “hacia

delante”

EL PROCESO DEL AGENTE

Limpiar la base de conocimiento (condiciones, metas y reglas)

Considerar la información inicialUsamos el razonamiento basado en metas

Si no encuentra una solución de primer nivel entonces

Regla = Obtener la mejor regla

Usamos el razonamiento basado en metas

Inferir sobre la regla seleccionada

fin

1

2

3

RAZONAMIENTO BASADO EN METAS.

OBTENER UNA REGLA QUE DEDUZCA LA META QUE SE ESTE INDAGANDO

1select numero_reglafrom acciones, reglaswhere (acciones.numero_regla = reglas.clave_regla) and(acciones.clave_meta = : meta) and (reglas.status = 'S');

SI SE ENCONTRÓ UNA REGLA ENTONCES

INFERIR SOBRE LA REGLA ENCONTRADA

2 Activa el proceso de inferencias.

update meta set status = 'F'where clave_meta = : meta;

SI NOACTUALIZAR LA META

COMO FALSA {a

ACTUALIZAR LAS CONDICIONES DE LAS

REGLAS QUE TENGA COMO REFERENCIA LA META, CON

EL VALOR FALSO

{ update condiciones set status = 'F'where (pregmeta = '1') and (numero_preg_meta = : meta) ;

b

FIN

HDDR cuenta con 7 tablas de conocimientos,

METAS

REGLAS

TÓPICOS

ACCIONES

CONDICIONES

MUESTRA_INFORMA

EVIDENCIA_INICIAL

Base de Conocimiento

s

MÉTODO Para el desarrollo del presente proyecto se han establecido Para el desarrollo del presente proyecto se han establecido

lazos de comunicación formal e informal entre las siguientes lazos de comunicación formal e informal entre las siguientes instituciones Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de instituciones Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Medicina y Facultad de Sistemas, Instituto Tecnológico de Medicina y Facultad de Sistemas, Instituto Tecnológico de Saltillo, con la finalidad de conocer sus necesidades y poder Saltillo, con la finalidad de conocer sus necesidades y poder desarrollar un proyecto en común que favorezca la población desarrollar un proyecto en común que favorezca la población estudiantil de Medicina. También con la finalidad de poder estudiantil de Medicina. También con la finalidad de poder tener acceso a bibliografía de consulta relacionada, se solicita tener acceso a bibliografía de consulta relacionada, se solicita el permiso de consulta a la bibliografía especializada en el el permiso de consulta a la bibliografía especializada en el tema de Reumatología a las Facultades participantes.tema de Reumatología a las Facultades participantes.

Entrevistas con el Reumatólogo Dr. Gustavo Puente Salcido Entrevistas con el Reumatólogo Dr. Gustavo Puente Salcido para la elaboración de los algoritmos de prediagnóstico y la para la elaboración de los algoritmos de prediagnóstico y la base de conocimientos.base de conocimientos.

Elaboración de constructo para hacer un diagnóstico en los Elaboración de constructo para hacer un diagnóstico en los estudiantes de Medicina previo a su interacción con el estudiantes de Medicina previo a su interacción con el software software

Desarrollo de la investigación mediante el Modelo de Congruencia Desarrollo de la investigación mediante el Modelo de Congruencia Metodológica aplicado a Ingeniería. Metodológica aplicado a Ingeniería.

Desarrollo de software siguiendo la teoría para diseñar un Agente Desarrollo de software siguiendo la teoría para diseñar un Agente Inteligente basado en reglas (algoritmos basados en metas, base de Inteligente basado en reglas (algoritmos basados en metas, base de conocimiento). Construyendo las interacciones de usuario, lógica del conocimiento). Construyendo las interacciones de usuario, lógica del dominio y banco de datos (empleando el modelo de tres capas), que dominio y banco de datos (empleando el modelo de tres capas), que nos permite la independencia funcional para su posterior redesarrollo, nos permite la independencia funcional para su posterior redesarrollo, recordando que la base de conocimientos es dinámica y se tiene que recordando que la base de conocimientos es dinámica y se tiene que modificar constantemente por el especialista, para así lograr el modificar constantemente por el especialista, para así lograr el concepto de aprendizaje por parte del agente automatizado.concepto de aprendizaje por parte del agente automatizado.

Elaboración del constructo para hacer la evaluación de los Elaboración del constructo para hacer la evaluación de los estudiantes posteriormente, después de haber aprendido con el estudiantes posteriormente, después de haber aprendido con el software, en base a l Cuadro de Congruencia Metodológica.software, en base a l Cuadro de Congruencia Metodológica.

Obtener conclusiones en base a la prueba de las hipótesis y Obtener conclusiones en base a la prueba de las hipótesis y resultados de acuerdo de la eficacia del agente inteligente para resultados de acuerdo de la eficacia del agente inteligente para diagnosticar.diagnosticar.

Después de las pruebas corregir anomalías presentadas y si ya no Después de las pruebas corregir anomalías presentadas y si ya no existen errores implementar y distribuir la aplicación.existen errores implementar y distribuir la aplicación.

MÉTODO

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Grado de avance. Debido a la gran cantidad de afecciones y el parecido con otras enfermedades diferentes, asi como las diferentes combinaciones de variedad de sintómas solo han podido evaluarse 7 enfermedades.

H1 Esta hipotesis se ha comprobado con un 60% de certeza en el diagnóstico emitido por el agente inteligente, debido a similitud de sintomas de una enfermedad a otra para lo cual debemos de “entrenarlo” con reglas mas eficaces.

H2 Pruebas realizadas por el Reumatólogo (Agente humano), el diagnóstico emitido alcanza el 60% de certeza debido a que es la cantidad aproximada de experiencia que ha proporcionado, el agente humano es de un 20%.

COMENTARIOS

Se pretende difundir la combinación de el modelo de Investigación de Congruencia Metodológica con los modelos de desarrollo en Ingeniería de Software, de modo que el software desarrollado sea el instrumento de evaluación para el modelo de investigación.Desarrollando así un nuevo método combinado de Investigación con Ingeniería de Software.(presentado en

Workshop y publicado en España)*

POR SU ATENCIÓN....POR SU ATENCIÓN....