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MACI, 3(2011), 303-306

L.R. Castro, M.C. Maciel, S.M. Castro (Eds.)

SISTEMA EXPERTO DIFUSO PARA EL PRONÓSTICO Y DIAGNÓSTICO DE DESÓRDENES TEMPOROMANDIBULARES UTILIZANDO ANÁLISIS FACTORIAL Y ELEMENTOS FINITOS Alberto Hananel Baigorria† †Facultad de Ingeniería, Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo, Av. Panamericana Norte # 855 Chiclayo, Perú, ahananel@usat.edu.pe, www.usat.edu.pe

Resumen: El presente trabajo muestra cómo a través de la simplificación del examen odontológico para la detección de desórdenes temporomandibulares mediante la construcción de un sistema implementado en Visual Basic, es posible utilizar los datos obtenidos de un conjunto de pacientes, para su posterior Análisis Factorial en SPSS, desembocando en la obtención de once nuevos grupos del avance de la enfermedad, los mismos que se utilizaron como consecuentes de las reglas lógicas difusas creadas, permitiéndole este sistema al odontólogo usuario el ingreso de síntomas y signos de un paciente arbitrario, para la obtención del índice de Fricton, la sugerencia del estado aproximado del avance de la enfermedad mediante la toolbox fuzzy de MATLAB y finalmente de la creación dinámica de un prototipo semidiseñado en 3D de la mandíbula en SOLIDWORKS, para su análisis biomecánico mediante elementos finitos, y la visualización de su respectiva simulación del avance de la enfermedad y sus repercusiones Palabras claves: desórdenes temporomandibulares, análisis factorial, elementos finitos, lógica difusa

1. INTRODUCCIÓN El diagnóstico de los desórdenes temporomandibulares (DTM) ha sido un tema controversial desde que se planteó esta patología [1]. El funcionamiento de la articulación temporomandibular (ATM) ha sido sujeto de muchos estudios desde hace más de un siglo, y todavía, es aún un problema en discusión [2]. A pesar de las diferencias metodologías de diversos estudios epidemiológicos parece haber un consenso en que los signos y síntomas de los DTM son comunes en la población general. Es por estas razones que son necesarios los Índices para que estos permitan a los investigadores categorizar la severidad de un problema en un individuo, examinar la incidencia del problema en una población específica, medir la efectividad de una terapia dada, y finalmente, sus estrategias de prevención [3]. Ninguno de los sistemas ha podido llegar al grado de reflejar a los DTM como una entidad clínica[4], por lo que este estudio pretendió y pretende entre uno de sus cometidos, mediante el empleo de la técnica estadística multivariante del Análisis Factorial, relacionar un gran número de variables, obtenidas mediante el examen clínico con un número más pequeño de variables o factores que permitan simplificar y sistematizar el examen clínico de los pacientes para el diagnóstico de los DTM, utilizando para la recolección de la información en un paciente, técnicas de programación embebidas de agradable interfaz como las sugeridas por Visual Basic. Además, otro de sus objetivos, persiguió el uso correcto de la experiencia del odontólogo para la creación de un motor de inferencia basado en Lógica Difusa, dado que, los criterios para diagnosticar y pronosticar la enfermedad y su avance, se basan, si bien es cierto, en estudios realizados, pero también en dicha experiencia y en su intuición. Es por ello que se pretendió recoger también este conocimiento para una correcta escala de cada uno de los factores que sean recogidos vía análisis factorial, de modo de no sólo sea una descripción puramente estadística, sino con el ingrediente de la inteligencia artificial. Finalmente el estudio, ha pretendido no sólo quedarse con estos resultados, sino aplicar estos conocimientos dentro de una plataforma de CAD/CAE (diseño e ingeniería asistidas por computador) para obtener representaciones gráficas tridimensionales que simulen las zonas comprometidas por las fuerzas o factores que ocasionan el desorden en la mandíbula, para su posterior pronóstico de la sintomatología y tratamiento de dicho desorden.

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2. PLAN DE ANÁLISIS Se ingresaron los datos recolectados de los test registrados y archivados de los ochentaicinco pacientes que cumplieron con el criterio de inclusión en el sistema creado en Visual Basic, guardando los resultados de este ingreso en una nueva base de datos de Access exportable a Excel, así como la obtención del índice de Fricton y otras variables de importancia. Se desarrolló el Análisis Factorial con los campos apropiados de los datos almacenados y se validó dicho análisis estadístico mediante la prueba de esfericidad de Barlett y la medida de adecuación de la muestra de Kaiser-Meyer-Olkin (KMO). Con un conjunto de expertos en desórdenes temporomandibulares se crearon las reglas lógicas del sistema difuso teniendo como parte de sus consecuentes, los factores obtenidos en el Análisis Factorial, y su grado de membresía con la combinación del resultado proporcionado por la toolbox fuzzy de MATLAB y el resultado final del índice de Fricton almacenado ya en la base de datos. Se construyó una representación CAD 3D del sistema estomatognático involucrado de un adulto joven que cumple con los criterios de inclusión, con medidas acorde con la bibliografía consultada en el programa SOLIDWORKS 2010. Se evaluaron los datos de un sujeto de la muestra procediendo al diagnóstico de la enfermedad utilizando el sistema experto difuso creado.

3. EJECUCIÓN Como se mencionó anteriormente, el sistema genera automáticamente dos archivos de Access, uno con toda la documentación de todos los pacientes que han pasado por el criterio de inclusión y otro con todos los datos de todos los pacientes. Para efectos del trabajo de investigación se maneja un archivo de Access especial distinto incluso a estos dos referidos, con el criterio de inclusión cumplido. Esta base de datos generada no contiene todas las variables analizadas. Si bien se tiene registrado todos los ítems en la otra base, de acuerdo a la opinión del experto sólo se han considerado treinta variables, las más significativas, las cuales han pasado por pruebas especiales como, pues para continuar con el estudio, se ha procedido a obtener el índice KMO el cual resultó adecuado; es obvio que no todas las variables ingresadas son las apropiadas, pues una de ellas puede no necesariamente guardar relación con las restantes, es por eso que se tienen que depurar algunas con la opinión del experto y con ensayos previos utilizando el criterio del análisis factorial. Después del desarrollo del análisis factorial, aparecen los indicadores para construir otras nuevas variables ocultas las cuales son procesadas en Visual Basic bajo ciertos criterios, y agregadas a la base de datos. En el caso de la tesis se ligaron todas las variables ingresadas con los once factores obtenidos del análisis factorial para la obtención de las variables ocultas. Finalmente Visual Basic después de todo el proceso visible y oculto, devuelve en un nuevo formulario, los resultados de la evaluación de veintiún variables en total, los cuales son posteriormente leídos por la toolbox de lógica difusa de MATLAB, dado que también todos estos mismos resultados son automáticamente generados en un archivo de Excel. Una vez que MATLAB termina el procesamiento de la información devuelve un archivo en Excel con los resultados del diagnóstico del avance de la enfermedad, cuyos resultados a su vez son transferidos a Visual Basic para su mejor visualización y su respectivo guardado en la misma base. De acuerdo al análisis factorial se obtuvieron once factores, por tanto este último archivo de Excel referido contiene once evaluaciones. Dado que el estudio se fijó con un tamaño muestral fijo, que en su caso corresponde a ochentaicinco, el estudio es general para individuos que cumplen con los criterios evaluados por lo que eso significa que los resultados del análisis de esa base de datos construida se pueden utilizar para la evaluación de un paciente nuevo cualquiera, sea o no de la muestra, pues finalmente uno de los objetivos de esta investigación fue el uso del sistema y de sus resultados para cualquier individuo. Por

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lo tanto, se sigue que para un paciente arbitrario y analizado, el sistema generado en Visual Basic finalmente mostrará un formulario con los tres resultados más importantes además de su recomendación: -El índice de Fricton obtenido de la sistematización del mismo, que es lo único que se podía obtener antiguamente acerca del índice de Fricton por el camino clásico. -La pertenencia de los resultados del paciente a cada uno de los factores que miden el avance de la enfermedad, herramienta nueva y documentada. -El video que Solidworks determine del diagnóstico y pronóstico del avance de la enfermedad en formato asequible al paciente. -La “receta” final del médico que consta de sus observaciones e información estructurada o no estructurada, y con el posible tratamiento a seguir. Dado que los resultados son presentados al paciente se infiere que estos resultados provenientes del sistema experto difuso, sirven por tanto, al odontólogo para la toma de un mejor diagnóstico y pronóstico del paciente, y al paciente para el posible entendimiento de su situación con respecto a la enfermedad temporomandibular que en la actualidad posee y cómo le podría afectar a futuro la misma, para determinar si opta o no por un tratamiento, pues finalmente es dicho paciente quien toma esa decisión en función a diversos factores.

4. RESULTADOS Se generó una interfaz en Visual Basic para la recolección de la información. (Figura 1) Se simplificó, desarrolló, analizó y postularon los criterios relacionados al diagnóstico de desórdenes temporomandibulares en sujetos adultos jóvenes. Se simplificaron los criterios diagnósticos articulares, musculares, oclusales de mayor relación a la presencia de desórdenes temporomandibulares. Se analizó y definieron las dimensiones que agrupan a los factores y criterios articulares, musculares y oclusales para el diagnóstico de desórdenes temporomandibulares mediante el uso de la técnica estadísticomultivariante del Análisis Factorial. (Figura 1) Se creó una base de conocimiento tratada con lógica difusa, dada la opinión de los expertos en desórdenes temporomandibulares y su respectiva implementación en el sistema a construir. (Figura 2) Se obtuvieron simulaciones tridimensionales con análisis biomecánico mediante elementos finitos de las zonas comprometidas por los factores que ocasionan el desorden en la mandíbula. (Figura 3) El sistema experto difuso construido pudo simplificar el examen clínico para procurar dar un mejor pronóstico y diagnóstico de los desórdenes temporomandibulares de un paciente dado. (Figura 4)

AGRADECIMIENTOS A los doctores Daniel Paredes Ruiz y Arturo Kobayashi Shinya por los aportes odontológicos y al matemático Flabio Gutierrez Segura por su importante asesoría en la investigación.

5. REFERENCIAS [1] FRICTON JR, SCHIFFMAN EL. The craneomandibular index: Validity. J Prosthet Dent 1987; 58(2):222-228. [2] FRICTON JR, SCHIFFMAN EL. Rehability of a craniomandibular index. J Dent Res 1986; 65(11):1359-1364. [3] SCHMIDT-KAUNISAHO, HILTUNEN K, AINAMO A. Prevalence of symptoms of craniomandibular disorders in a population of elderly inhabitants in Helsinki, Finland. Acta Odontol Scand 1994; 52:135-139. [4] WADHWA L, UTREJA A, TEWARL A. Study of clinical sings and symptoms of temporomandibular of function in subjects with normal occlusion, untread, and treated malocclusions. Am J Orthod Dentofac Orthop 1993; 103 (1): 54-61.

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6.

FIGURAS

Figura 1: Sistema de recolecci贸n de informaci贸n y procesamiento de resultados

Figura 2: Utilizaci贸n de la toolbox fuzzy de MATLAB para la construcci贸n del sistema experto difuso

Figura 3: Simulaciones obtenidas mediante elementos finitos para un paciente arbitrario

Figura 4: Resultados obtenidos por el sistema experto difuso para un paciente arbitrario

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SISTEMA EXPERTO DIFUSO PARA EL PRONÓSTICO Y DIAGNÓSTICODE DESÓRDENES TEMPOROMANDIBULARES