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
sdelafue@ing.uchile.cl
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AGENDA 1. INTRODUCCIÓN
1.1. Objetivo general 1.2. Otros objetivos
2. DESARROLLO
2.1. CONOCIMIENTOS GENERALES DE SISTEMAS EXPERTOS 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
2.2. SISTEMAS EXPERTOS EN MEDICINA
2.2.1. Conocimiento e información en Medicina 2.2.2. Un ejemplo
3. CONCLUSIONES
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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.
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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.
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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. IngenierĂa del Conocimiento
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DEFINICION DE SISTEMA EXPERTO Sistema computacional que contiene una base de conocimientos sobre algún tema especializado, y un mecanismo para utilizarla.
Máquina de Inferencia USUARIO
Interfaz al Usuario Base de Conocimientos
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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.
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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) CC50M2006 Prof. Sandra de la Fuente
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.
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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.
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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.
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Historia y tendencias actuales
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
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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).
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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.
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CONOCIMIENTO EXPERTO Debe expresarse en una forma tal que : -
Capture generalizaciones.
-
Sea entendible por el experto que lo provee.
-
Pueda modificarse fĂĄcilmente, para corregir errores y reflejar los cambios que va experimentando.
-
Pueda utilizarse en gran cantidad de casos, aunque no estĂŠ completo.
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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
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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.
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FASE INICIAL DE CONCEPTUALIZACION Primero se produce un diรกlogo 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.
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FASE INICIAL DE CONCEPTUALIZACION 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.
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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.
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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
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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
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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. CC50M2006 Prof. Sandra de la Fuente
UN EJEMPLO
Consideraciones de diseño
Descripción de la interfaz
Clases de objetos
Proceso de diagnóstico
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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.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Separación en 3 áreas
Conocimientos generales
Casos de pacientes
Fuentes de información
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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.
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DESCRIPCIÓN DE LA INTERFAZ
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DESCRIPCIÓN DE LA INTERFAZ
Uso de hipertexto en la parte de conocimientos. CC50M2006 Prof. Sandra de la Fuente
CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
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CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
CLÍNICA
INICIAL
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CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
CLÍNICA
INICIAL
EXÁMENES INICIALES
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CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
CLÍNICA
INICIAL
EXÁMENES INICIALES
IMÁGENES
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CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
CLÍNICA
INICIAL
EXÁMENES INICIALES
IMÁGENES
TRATAMIENTO
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CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
CLÍNICA
INICIAL
EXÁMENES INICIALES
IMÁGENES
TRATAMIENTO
CLÍNICA POST-TRATAMIENTO
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CLASES DE OBJETOS
PACIENTES
CLÍNICA
INICIAL
EXÁMENES INICIALES
IMÁGENES
TRATAMIENTO
CLÍNICA POST-TRATAMIENTO
EXÁMENES
POST-TRATAMIENTO.
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CLASES DE OBJETOS
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PROCESO DE DIAGNÓSTICO CRITERIO MENOR
CRITERIO MAYOR
CRITERIO PRINCIPAL : HONGOS +
2 CRITERIOS MAYORES A LO MENOS
SI
NO
DIAGNOSTICO PROBABLE NEUROMICOSIS
TRATAMIENTO DE PRUEBA +
DIAGNOSTICO DEFINITIVO NEUROMICOSIS
-
DIAGNOSTICO PROBABLE NEUROMICOSIS
BUSCAR OTRAS ETIOLOGIAS
INOCULACION EN COBAYO +
DIAGNOSTICO DEFINITIVO NEUROMICOSIS
-
DIAGNOSTICO PROBABLE NEUROMICOSIS
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CONCLUSIONES * 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 CC50M2006 Prof. Sandra de la Fuente