Aplicacin de Sistemas Expertos Para La Aplicacin en Las Enfermedades de Salud (1)

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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



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/

http://medicalaudit.com.ar/2011/04/advierten-que-existe-un-alto-subdiagnostico-de-enfermedad-pulmonar-obstructiva-cronica-epoc/








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?



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.



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

http://www.who.int/countries/col/es/






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.



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



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

http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/42bbe5095b837.pdf



http://www.informatica2007.sld.cu/Members/vtoledo/ditrits-sistema-experto-para-el-diagnostico-y-tratamiento-de-infecciones-de-transmision-sexual/




http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_pulmonar_obstructiva_cr%C3%B3nica









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

http://www.redcientifica.com/doc/doc199908210001.html





http://slidepdf.com/reader/full/aplicacin-de-sistemas-expertos-para-la-aplicacin-en-las-enfermed

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

http://site.ebrary.com/lib/bibliotecaunimagsp/docDetail.action?docID=10467096&p00=sistemas+expertos






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.



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



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.



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

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