Sisteme Expert in medicina

Views:
 
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Sisteme expert în MeDICINA:

Sisteme expert în MeDICINA Mariniuc Eduard an IV, CTI An 2011-212

CuprinS:

CuprinS Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale (inteligenţa artificială): definiţie, istoric Metodologia sistemelor computerizate de suport a deciziei Arhitectura sistemului expert Sisteme expert în diagnosticul imaginii digitale medicale

Introducere:

Introducere Civilizaţia umană actuala, aflată în faza societăţii informaţionale, nu poate exista fără informaţie şi comunicarea ei. Relaţia societate-informaţie este indisolubilă. Informatica de gestiune , în ultimii 30 de ani, a cunoscut transformări considerabile trecând de la starea monolitică şi statică, proprie anilor 60, 70, 80, la cea modulară şi evolutivă, de astăzi, ca urmare a progreselor din domeniul electronicii şi telecomunicaţiilor.

Ce este un Sistem?:

Ce este un Sistem ? În general,un sistem reprezintă un ansamblu de elemente , dependente între ele , care formează un tot organizat şi care funcţionează împreună în scopul realizării unui obiectiv final comun . În cadrul unui sistem interacţionează trei componente de bază : intrările – orice sistem este supus acţiunii mediului în care se află , acţiune care se manifestă sub forma intrărilor ; procesările – presupun activităţile , prin care, din intrări se obţin ieşiri ; ieşirile – rezultatele proceselor care au loc în cadrul sistemelor .

Ce inseamna decizie ?:

Ce inseamna decizie ? Hotărâre luată în urma examinării unei probleme, a unei situații etc., soluție adoptată (dintre mai multe posibile); Luarea deciziilor in cadrul grupului este un proces complex, non-linear si nu urmeaza decat in cazuri rare un model perfect. Sistemele dezvoltate in momentul de fata propun urmatoarele modalitati de rezolvare a acestei probleme: consensul, alegerea solutiei pe baza votului si dictatura.

Decizia:

Decizia Decizia: Când? ... Cum? Care e problema? Ce metode se pot folosi pentru a rezolva problema? Ce se poate întâmpla? Care pot fi rezultatele? Ce valoare au fiecare din rezultatele posibile?

Decizia:

Decizia A legerea unei ac ţ iuni dup ă ce au fost evaluat e toate riscurile ş i beneficiile fiec ă rei alternative Arborele decizional: Noduri decizionale Noduri de tip şansă

Decizia:

Decizia

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale:

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale Def: orice program computerizat care ajută profesioniştii din sănătate în luarea deciziilor (Shortliffe, 1990) “computer software employing a knowledge base (KB) designed for use by a clinician involved in patient care, as a direct aid to clinical decision making”

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale:

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale Deficienţe: Cunoştinţele personalului specializat nu sunt suficient de structurate pentru a fi transpuse în algoritmi; Cunoştinţele pot fi reprezentate ca o mulţime de „reguli" (unităţi de "know-how"), fiecare fiind potrivită pentru o clasă de evenimente; Mulţimea de reguli nu este completă

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale:

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale Sistemului expert MYCIN (Stanford University) : diagnosticul şi tratamentul patologiilor infecţioase 1974 utiliza ~ 200 de reguli 1985 utiliza ~ 6 00 de reguli Acurate ţea calculată experiemtnal : 69% Nu a fost folosit niciodată în practica medicală: Probleme etice şi legale ale practicii medicale (dacă programul pune un diagnostic greşit sau atribuie o recomandare terapeutică greşită cine este răspunzător?) Problema majoră: tehnologia sistemului (un utilizator trebuie să introducă toate datele necesare → necesita ~ 30 min )

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale:

Sisteme computerizate de suport a deciziei medicale Exemple : CADUCEUS, INTEMIST, QMR: diagnostic medicină internă PUFF: diagnosticul patologiilor respiratorii ONCOCIN: asistarea chimioterapiei 5GL-Doctor : 8000 simptome / semne / examinări de laborator

Sisteme de asistare a Deciziilor :

Sisteme de asistare a Deciziilor Bazele metodologice

Modele matematice:

Modele matematice Modelele matematice au fost propuse de câteva zeci de ani, pentru descrierea sistemelor biologice sau fiziologice complexe : Hemodinamic a efectele radiaţiilor ionizante asupra ţesuturilor F armacocinetică P ot servi direct la adoptarea deciziilor medicale : pasiv (analiza consecinţelor variaţiei a unul sau mai mulţi parametri) activ (control automat)

Statistică/Probabilitate:

Statistică / Probabilitate Metode de clasificare multidimensională P acientul este asignat unei clas e (terapeutică sau diagnostică), în funcţie de valoarea unor parametri i de interes . Un eşantion de “învăţare", constituit din cazuri pentru care s-a stabilit decizia (diagnostică, sau terapeutică), permite găsirea variantelor discriminante şi estimarea valorii coeficienţilor de interes.

Statistică/Probabilitate:

Statistică / Probabilitate Cele mai utilizate metode statistice: Regresia multiplă Analiza discriminantă Exemplu: f D = a 1 x 1 + a 2 x 2 + ... + a n t n

Statistică/Probabilitate:

Statistică / Probabilitate Exemplu: f D = a 1 x 1 + a 2 x 2 + ... + a n t n diagnostic medical posibil: apendicită vs salpingită 3 semne : apărare musculară , durere în fosa iliacă dreaptă şi durere în fosa iliacă stângă ). f apendicită = 4 · A M + 10 · DFID- 10 · DFIG f salpingită = 3 · AM + 5 · DFID + 5 · DFIG f apendicită = 0 + 10 - 10 = 0 f salpingită = 0 + 5 + 5 = 10

Statistică/Probabilitate:

Statistică / Probabilitate Sisteme probabilistice: Teorema lui Bayes: Probabilitatea a posteriori de a avea un diagnostic D i atunci când semnul S este prezent este funcţie de probabilitatea a priori a diagnosticului şi de probabilitatea observării semnului atunci când este prezent diagnosticul (probabilitate condiţionată)

Statistică/Probabilitate:

Statistică / Probabilitate Teorema lui Bayes : S e ţin e seama atât de semnele pozitive cât şi de cele negative. Concordanţa obţinută cu opinia experţilor este adesea mai mare de 70% şi rezultatele sunt cu atât mai bune cu cât numărul cazurilor din eşantionul de bază este mai mare. În lipsa unei baze de cazuri , estimarea probabilităţilor a priori şi a probabilităţilor condiţionale poate fi asigurată iniţial de experţi , apoi să fie înlocuită de probabilităţi reale calculate pe baza cazurilor .

Statistică/Probabilitate:

Statistică / Probabilitate Teorema lui Bayes : Limite Exhaustivitatea deciziilor (suma probabilităţilor de diagnostic D i este egală cu l) Exclusivitatea deciziilor Independenţa semnelor (rareori realizată iar gradul de legătură diferă în funcţie de situaţia diagnostică). Când două semne sunt legate între ele, să se păstreze doar cel mai semnificativ.

Reţele neuronale:

Reţele neuronale Inspirată din structura şi funcţionarea creierului Reţeaua este constituită din noduri, sau neuroni formali U i , legate între ele prin arcuri. Propagarea se face pornind de la unităţi de intrare care formează un strat de intrare, pentru a ajunge, prin intermediul unuia sau al mai multor straturi de neuroni şi de aici la unităţi de ieşire care formează stopul, sau pătura de ieşire.

Reţele neuronale:

Reţele neuronale Gradul de stimulare al unui neuron este suma stimulilor neuronilor aferenţi. Dacă această sumă depăşeşte un anumit prag de activare, neuronul va stimula neuronii eferenţi cu care este conectat.

Sisteme expert:

Sisteme expert Un sistem expert este format dintr-un grup de programe şi o colecţie de informaţii specifice, cu ajutorul cărora se realizează un dialog om-computer, în vederea rezolvării problemelor Multiplică inteligentă formalizată a unor specialişti punând-o la dispoziţia acelor persoane al căror acces la respectivii specialişti este imposibilă

Sisteme expert:

Sisteme expert S istemele expert ( Expert Systems –ES ) incorporează cunoştinţele experţilor dintr -un domeniu dat şi le folosesc în luarea deciziilor , elaborarea de recomandări , consultaţii etc. Un sistem expert reprezintă un ansamblu de programe informatice destinate simulării raţionamentului uman al experţilor într -un domeniu specific. Utilizarea sistemelor expert se bazează pe premisa că orice problemă poate fi rezolvată printr -o succesiune de raţionamente care pot fi descompuse în reguli logice . Primele sisteme expert au apărut în chimie şi medicină (DENDRAL-1967, MYCIN-1976), apoi în domeniul prospecţiunilor geologice (PROSPECTOR-1979). În domeniul financiar-contabil , al expertizei există nenumărate sisteme expert: GURU, INTELLIGENCE SERVICE, DEXPER, PERSONAL PLUS CONSULTANT, etc.

Arhitectura sistemului expert:

Arhitectura sistemului expert Componente: B aza de cunoştinţe (Knowledge Base) este folosită pentru rezolvarea tuturor problemelor din domeniul ales pentru aplicaţie . Are statutul unei memorii principale pe termen lung. Baza de fapte (Facts Base) este o structură de date ce conţine enunţul problemei abordate şi rezultatele intermediare obţinute în cursul rezolvării . Motorul de inferenţe (Inference Engine) este programul care asigură rezolvarea cazului analizat pe baza cunoştinţelor disponibile în cadrul bazei de cunoştinţe şi a faptelor din baza de fapte . Modulul explicativ ( Explicative Module) este folosit pentru a prezenta raţionamentele efectuate în cazul unei probleme analizate cu sistemul -expert respectiv .

Arhitectura sistemului expert:

Arhitectura sistemului expert

Arhitectura sistemului expert:

Arhitectura sistemului expert Limite : Cunoaşterea este multiplă Cunoaşterea este infinită Cunoaşterea este adesea contradictorie sau inconstantă Computerul este orb, are nevoie de intermediar Este dificil să se ia din limitele micro-universului sistemelor expert Raţionamentele sunt limitate (deducţie, abducţie) Validarea cunoştinţelor este dificilă

Sisteme expert în diagnosticul imaginii digitale medicale:

Sisteme expert în diagnosticul imaginii digitale medicale Artificial Intelligence in Medicine Diagnosticul mamografic asistat de calculator: Detecţia automată a formaţiunilor mamare tumorale ( Hashimoto S. et al. ). Algoritm de detecţie a maselor glandelor mamare pe mamografia digitală S. Kasai et al.; T. Matsubara et al. ). Idnetificarea computerizată a microcalcifierilor pe mamografia digitală A. Vilarrasa et al. ) Simulare 3D a calcifierilor mamare cu aplicabilitate în mamografia digitală Diagnosticul de cancer pulmonar asistat de calculator: Screening CT (H. Jiang et al. ) X-ray CT (T. Okumura et al. )

Sisteme expert în diagnosticul imaginii digitale medicale:

Sisteme expert în diagnosticul imaginii digitale medicale Diagnosticul patologiei tumorale cerebrale: Wang and Tseng . Computer-Based Medical Systems , 1990. Integrated expert system for medical imaging scan , set-up , and scheduling Diagnosticul Alzheimer asistat de calculator: PET ( Positron emission tomography ) cu FDG ( fluorodeoxyglucose ): Siessmeier T. at. all .

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical Un prim exemplu de sistem-expert medical ar putea fi cel destinat viciilor de refracţie ( ametropiilor ). Acest domeniu este complex, deoarece în afara miopiei şi hipermetropiei mai sunt şi alte entităţi clinice, cum ar fi astigmatismul sau astenopia acomodativă. O primă versiune a bazei de cunoştinţe a unui asemenea sistem-expert ar putea fi:

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical Această bază de cunoştinţe are deja două lanţuri de inferenţă, unul dedicat hipermetropiei şi unul dedicat miopiei . Chiar şi în această primă bază de cunoştinţe, care este de o simplitate căutată pentru scopuri academice, se pot sesiza unele probleme de inginerie a cunoştinţelor.

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical Tabela de decizie pentru analiza vederii semnalează cazuri în care nu s-a dat un răspuns:

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical În cazul lanţului de inferenţă cum ar fi cel format din următoarele reguli: DACĂ vederea de aproape redusă ŞI vederea la distanţă normală ATUNCI este suspiciune de hipermetropie DACĂ este suspiciune de hipermetropie ATUNCI s-ar putea recomanda tratament optic cu lentile convergente ŞI s-ar putea recomanda evitarea solicitării vederii Există tentaţia de a înlocui aceste reguli cu cea de mai jos :

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical DACĂ vederea de aproape redusă ŞI vederea la distanţă normală ATUNCI este suspiciune de hipermetropie ŞI s-ar putea recomanda tratament optic cu lentile convergente ŞI s-ar putea recomanda evitarea solicitării vederii

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical În acest caz se obţine o economie de spaţiu şi timp de rulare , dar regula nu mai este corectă şi creează probleme de întreţinere. Eroarea este dată de ideea că tratamentul este recomandat pentru combaterea simptomelor , când este, de fapt , recomandat pentru combaterea entităţii clinice care a determinat simptomle vizate . În acest fel , s-a prezentat un efect indirect ( tratamentul determinat de entitatea clinică şi aceasta este determinată de simptome) ca fiind un efect direct ( tratament determinat de simptome ).

Exemplu de sistem-expert medical:

Exemplu de sistem -expert medical Consecinţele unei asemenea erori pot fi minore în unele cazuri , deoarece concluzia este aceaşi, dar şi atunci rămâne riscul generării unor explicaţii necorespunzătoare. Dificultăţile de întreţinere sunt date de numărul sporit al concluziilor, şi se poate ajunge la divizarea regulii în urma cunoştinţe noi, care să ţină cont de diverse stadii sau varietăţi ale hipermetropiei ,

Scopul lucrarii:

Scopul lucrarii Scopul lucrării de faţă a fost prezentarea unor posibilităţi de utilizare a sistemlor expert în medicină. Acest scop a fost ales deoarece inteligenţa artificială în medicină constituie una dintre cele mai complexe ramuri ale informaticii medicale, dar, în acelaşi timp, şi printre cele mai interesante.

Bibliografie:

Bibliografie Teorii_statistice_ale_deciziei.pdf Expert_System_Diagnostic.pdf http://www.infj.ulst.ac.uk/~ccjg23/peertutorials/alan.html http://www.sis.ro/sisint/ro/produse/software/adam.html http://www.1educat.ro/resurse/ise/i_i_artificiala.html

authorStream Live Help