Trabajos Originales

Centro de Bioplantas. Universidad de Ciego de Ávila

DIAG, un sistema experto para el diagnóstico de anomalías craneofaciales

Lic. Miguel A. Guevara López, Dr. Mario Rodríguez Rodríguez y Dra. Norma González Pestano

RESUMEN

Se presenta un prototipo experimental de un sistema experto para el diagnóstico de un grupo de anomalías craneofaciales, encontradas en la clínica. Este sistema es una herramienta de diagnóstico para ortodoncistas, residentes y estomatólogos dedicados a la ortodoncia y puede también ser empleado como un sistema tutoral inteligente para el estudio de la ortodoncia.

Descriptores DeCS: HUESOS FACIALES/anomalías; CRANEO/anomalías; ANOMALIAS/diagnóstico; DIAGNOSTICO POR COMPUTADOR; INTELIGENCIA ARTIFICIAL; SISTEMAS ESPECIALISTAS.

Las deformidades faciales, cuya etiología es múltiple, pueden comenzar su desarrollo desde la vida prenatal con diversidad de afectaciones funcionales y estéticas en el sistema estomatognático, integrado por huesos, músculos, nervios, oclusión y ATM, todo lo que debe ser valorado primordialmente en el estudio hasta lograr el diagnóstico. La necesidad de mejorar los medios de diagnóstico a través de los años, determinó que en las 2 últimas décadas se hayan incorporado técnicas de computación tales como la inteligencia artificial y el procesamiento digital de imágenes entre otras, destacándose el uso de los sistemas expertos por su versatilidad y posibilidad de condensación del conocimiento experto. El empleo de los sistemas expertos ha traspasado en pocos años las fronteras de los laboratorios, para tomar un lugar en hospitales, industrias, oficinas y muchos otros sitios; mientras la bibliografía extranjera refleja como en los últimos años cientos de ortodoncistas encontraron que las computadoras han contribuido significativamente al desarrollo de sus habilidades clínicas.^1-8

Una de las primeras manifestaciones exitosas del uso de los sistemas expertos se realizó precisamente en el campo de las Ciencias Médicas en el año 1976 con el desarrollo del sistema MYCIN,⁹ cuyo objetivo fue el diagnóstico de enfermedades infecciosas.

MÉTODOS

HARDWARE

Una microcomputadora compatible IBM con al menos 640 kilobytes de RAM, un disco duro con un espacio disponible de 10 megabytes, una tarjeta gráfica VGA y un monitor a color también VGA.

SOFTWARE

Se utiliza el medio ambiente del sistema ARIES⁸ desarrollado por especialistas del Laboratorio de Inteligencia Artificial del Instituto de Cibernética Física y Matemática del Ministerio de Ciencia-Tecnología y Medio Ambiente de Cuba que está formado por un conjunto de herramientas para la creación, estructuración y manipulación del conocimiento.

EL SISTEMA DIAG

Con el objetivo de facilitar el análisis del sistema DIAG, nos referimos por separado a sus partes fundamentales, que son: base de conocimientos, mecanismos de control e interfase de usuarios.

BASE DE CONOCIMIENTOS

La programación de este sistema experto se ha llevado a cabo a partir de la mezcla realizada entre conocimientos tanto heurísticos como formales.

Los conocimientos utilizados se obtuvieron de libros de texto, folletos, revistas, conferencias, etc., todos referentes a la especialidad; además, se recogen criterios basados en la experiencia clínica de especialistas en Ortodoncia.

La base de conocimientos, que consta de un total de 300 proposiciones relacionadas por 250 reglas de producción fue estructurada en 8 módulos fundamentales:

1. Anomalías de posición ántero-posterior de los maxilares.

2. Anomalías de volumen de los maxilares.

3. Laterognatismos mandibulares.

4. Alteraciones en la inclinación mandibular.

5. Anomalías de forma mandibular.

6. Anomalías verticales de la cara.

7. Anomalías de posición y dirección de los dientes.

8. Tejidos blandos.

Los módulos contienen los datos referentes a cada anomalía investigada, incluyendo algunas sugerencias acerca de las diferentes conductas a seguir en el plan de tratamiento, teniendo en cuenta el período de crecimiento y desarrollo en que se encuentra el paciente. Como forma fundamental de representación del conocimiento se utilizaron reglas de producción.

A continuación se relacionan algunas de las reglas del módulo 1.

Regla 1

Si (posición adelantada del maxilar superior respecto a la base craneana, ángulo SNA aumentado, arco anterior posterior a la ENA y ángulo de la profundidad maxilar mayor de 93 °).

Entonces (existe un prognatismo total superior) CF:(100,0).

Tratamiento

En período de crecimiento activo: técnicas multibandas, ortopedia funcional, fuerzas ortopédicas. Si completó el crecimiento: atención multidisciplinaria (cirugía ortognática).

Regla 5

Si (posición adelantada de la mandíbula respecto a la base del cráneo, ángulo facial mayor de 95°, valor del ángulo SNB aumentado, arco anterior por detrás del Pog y arco posterior por detrás del Go).

Entonces (existe prognatismo total inferior) CF: (100,0).

Tratamiento

En períodos de crecimiento activo: fuerzas ortopédicas, ortopedia funcional, aparatos multibandas. Si se ha completado el crecimiento: atención multidisciplinaria (cirugía ortognática).

Regla 11

Si (depresión del tercio medio facial, ángulo SNA disminuido, ángulo de la profundidad maxilar menor de 87 ° y arco anterior pasa por delante de ENA).

Entonces (existe retrognatismo total superior) CF: (100,0).

Tratamiento

En período de crecimiento activo: fuerzas ortopédicas, ortopedia funcional, aparatos multibandas, placas activas. Si se ha completado el crecimiento: fuerzas ortopédicas, atención multidisciplinaria (cirugía ortognática).

Regla 16

Si (posición más retrasada de la mandíbula respecto al cráneo y falta de prominencia mentoniana, arco anterior por delante de Pog, arco posterior por detrás de Go, ángulo SNB disminuido y distancia Mé-cuello disminuida).

Entonces (retrognatismo total inferior) CF: (100,0)

Las reglas de producción descritas tienen un formato: si A entonces B, en el cual la parte anterior A se conoce con el nombre de antecedente (condición), y la parte posterior como sucedente (acción); a cada una de ellas, se le asoció un valor o grado de certidumbre, donde el primer valor que aparece representa el grado de certidumbre que tenemos de que se cumpla el sucedente, si el antecedente se cumple con seguridad absoluta y el segundo valor representa el grado de seguridad que tenemos de que se cumpla la negación del sucedente, si es absolutamente falso el antecedente.

MECANISMOS DE CONTROL

Se evaluaron las estrategias de control definidas en el medio ambiente del sistema ARIES y se obtuvieron los mejores resultados cuando se utilizó la estrategia backward chaining (encade namiento hacia atrás) lo cual coincide con los resultados reportados por otros autores en el campo del diagnóstico médico.

INTERFASE DE USUARIO

Se utilizó la interfase de usuario que presenta ARIES, la cual cumplió con los requisitos de comunicación con el usuario final que se esperaba, o sea, dirigido a especialistas, residentes, estomatólogos dedicados a la ortodoncia y alumnos de la carrera de estomatología.

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

La representación del conocimiento en el sistema experto presentado, lograda bajo el medio ambiente del sistema ARIES y su desenvolvimiento aceptable, se comprobaron al examinar 80 historias clínicas (HC) confeccionadas por especialistas, al ser procesados los datos del examen físico y los hallazgos en telerradiografías de perfil, posteroanteriores, panorámicas y las mediciones realizadas en los modelos.

En 69 de las HC procesadas por el sistema, que representan el 86,25 % del total de los casos analizados, el diagnóstico fue coincidente con el de los especialistas, mientras que en 5 casos (6,25 %) el diagnóstico fue erróneo y en 6 casos (7,5 %) no se pudo establecer diagnóstico alguno.

En muchos casos, la confección de la HC fue pobre con respecto a los datos tomados de cada paciente, a pesar de lo cual se logró un diagnóstico acertado por parte del sistema, lo que demuestra la efectividad de la representación del conocimiento lograda en cada módulo, así como de la flexibilidad admitida para diagnosticar con un mínimo de datos de peso.

Por otra parte, como el conocimiento de las personas que constituyen el universo de los que pueden hacer uso del sistema DIAG es diverso, muchos de los índices, ángulos, medidas, relaciones y proporciones, que tienen una denominación definida pueden ser desconocidos, por lo que el sistema está dotado de la posibilidad de ayuda en el momento que ésta sea requerida. Dicha ayuda constituye una fuente con fundamentos bibliográficos confiables, y puede ser, como consecuencia, un banco de conocimientos para los que se inician en la ortodoncia, así como de recordatorio para los expertos.

La multiplicidad de desviaciones del crecimiento y desarrollo craneofacial que se pueden encontrar, tanto en la práctica diaria, como las reportadas en la literatura actual, hacen que esta versión inicial del sistema no sea general, porque sólo abarca un espectro limitado con relación a las múltiples combinaciones que se pueden producir, sobre todo cuando se trata de enfermedades que afectan la normal relación de los componentes estructurales faciales, tanto de tejidos blandos como duros, entre los que se encuentran los pacientes fisurados en todas sus manifestaciones y otros síndromes bien explicados en la literatura.

No obstante, el sistema es susceptible de asimilar más conocimientos, que pueden ser aportados por grupos de expertos de diferentes especialidades, lo que lo hará más universal, con mayores posibilidades de solución de problemas relacionados con el diagnóstico en ortodoncia.

Con la base de conocimientos obtenidos se comprobó además, la dinámica del sistema. En este sentido se concluyó que el diagnóstico se establece con rapidez y seguridad, siempre que los datos aportados sean confiables y suficientes.

No es común en los tiempos actuales, el empleo de sistemas expertos como una forma generalizada de la enseñanza en nuestro país, por tanto, éstos pueden ser utilizados también como un sistema tutorial inteligente en el estudio de las anomalías craneofaciales.

SUMMARY

An experimental prototype of an expert system for the diagnosis of a group of craniofacial anomalies, found in the clinics, is presented. This system is a diagnostic tool for orthodontists, residents and stomalogists devoted to orthodontics, and it may be also used as an intelligent tutorial system for the study of orthodontics.

Subject headings: FACIAL BONES/abnormalities; SKULL/abnormalities; ABNORMALITIES/diagnosis; DIAGNOSIS; COMPUTER-ASSISTED; ARTIFICIAL INTELLIGENCE; EXPERT SYSTEMS.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Graber TM, Swain BF. Ortodoncia: conceptos y técnicas. La Habana: Editorial Científico-Técnica, 1984:13-7.
2. Bardasco Gómez A. Maduración biológica: su valoración e importancia. Rev Cubana Ortod 1987;2:33.
3. Fernández Naranjo A, Companioni Landín F. Efectos de la desnutrición proteica-calórica en el crecimiento mandibular de las ratas. Rev Cubana Estomatol 1985;22:168-76.
4. Espinosa Quirós D,Companioni Landín A. Análisis comparativo del crecimiento de la cavidad nasal en respiradores bucales entre 8 y 12 años de edad. Rev Cubana Estomatol 1984;21:207-16.
5. Kertersz D, Meneses Almeida D, Farfán González G. Deformidades del tercio medio de la cara. Presentación de un caso. Rev Cubana Estomatol 1985;22:138-44.
6. Levy Alfonso J. Secuelas de las lesiones traumáticas faciales en niños. Rev Cubana Estomatol 1984;21:217--22.
7. Cabalero Pelayo Z, Santana Garay J. Signos radiográficos diferenciales entre displasia fibrosa, ameloblastoma y sarcoma osteogénico de los huesos maxilofaciales. Rev Cubana Estomatol 1985;22:56-62.
8. Valdés JJ, de la Cruz Argelio V, Pérez A, Jocik E, Balsa J, Rodríguez A. Ingeniería del conocimiento en el medio ambiente ARIES. La Habana: Instituto Superior Politécnico "José A. Echevarría" 1990.
9. Davis R, Buchanan BG, Shortliffe EH. Production rules as a representation for a Knowledge based consultation program. Artif Intellig 1987;8(1).

Recibido: 1 de marzo de 1996. Aprobado: 29 de enero de 1997.

Lic. Miguel A. Guevara López. Centro de Bioplantas, Universidad de Ciego de Ávila. Carretera Ciego a Morón Km 9, Ciego de Ávila, CP 69450, Cuba.