Silvia Modesto Nassar, Dra. Edson Carvalho de Souza, MSc. Paulo Fernando Strada

1. Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC Curso de Ciência da Computação Grupo de Informática Médica e Telemedicina – Projeto Kiron Grupo de Inteligência Computacional Aplicada O Raciocínio Fuzzy no Desenvolvimento de um Sistema para Controle da Assistência Respiratória em Neonatos Merisandra Côrtes de Mattos, M.Sc. Silvia Modesto Nassar, Dra. Edson Carvalho de Souza, MSc. Paulo Fernando Strada

2. Estrutura da Apresentação • Introdução • Conjuntos Difusos • O Sistema Desenvolvido - SARE • Conclusões • Trabalhos Futuros

3. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Introdução • A área médica e sistemas especialistas • Informática na saúde • Problema de SE  tratamento de dados incertos • Sistemas que se baseiam no modelo lingüístico • Objetivos • Justificativa

4. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Objetivos Protótipo de um sistema especialista difuso de controle dos parâmetros da ventilação mecânica neonatal, com base na gasometria arterial e na patologia respiratória • Adequação do uso de conjuntos difusos • Protótipo do SARE • Avaliar qualitativamente o protótipo

5. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Justificativa • Medida terapêutica • Os resultados cada vez mais animadores obtidos com a VM devem ser creditados a: • melhor conhecimento das alterações fisiopatológicas • desenvolvimento de equipamentos • aprimoramento na técnica de manutenção e suporte dos pacientes quando em VM • Aplicação de conjuntos difusos • Controlador

6. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Conjuntos Difusos • Reprodução de características inteligentes • Conjuntos difusos: imprecisão e raciocínio aproximado • Idéia de conjuntos difusos: imprecisão em sistemas dinâmicos • Iniciou a ser utilizada no Japão • Área de pesquisa promissora • Raciocínio mais de natureza qualitativa

7. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Conjuntos Difusos Técnica que fornece um mecanismo para que se possa manipular informações imprecisas • Objetivo • modelar o modo aproximado de raciocínio, tentando imitar a habilidade humana de tomar decisões racionais • Incorpora o conhecimento objetivo e subjetivo • Respeita critérios subjetivos

8. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Conjuntos Difusos • É formado por um ou mais conjuntos • Grau de pertinência: varia de 0 a 1 • Variáveis lingüísticas • quantificar o significado da linguagem natural • aproximação com o mundo real • não possuem valores precisos = espectro de valores

9. Regras Saída crisp Entrada crisp Fuzificação Defuzificação IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Inferência Fuzzy Conjuntos Difusos • Etapas de implementação de um sistema difuso

10. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Desenvolvimento de um Sistema Difuso de Controle da Assistência Respiratória em Neonatos SARE

11. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 SARE • Desenvolvimento de uma aplicação para assistência respiratória em neonatos • Auxílio a médico intensivista pediátrico na manutenção e monitorização de recém-nascidos • Voltado a alterações respiratórias de neonatos • Síndrome do desconforto respiratório do RN • Síndrome de aspiração do mecônio • Apnéia neonatal • Displasia broncopulmonar

12. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Assistência Respiratória • Movimento de gás para dentro e fora do pulmão • Medida temporária para apoiar a função pulmonar • Proporciona • ventilação alveolar • remoção de gás carbônico • oxigenação adequada • redução do trabalho respiratório • Ventilador Mecânico

13. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Ventilador Mecânico • Funções básicas • insuflar o pulmão (fase inspiratória) • possuir mecanismo para terminar a fase inspiratória • permitir o esvaziamento do pulmão • possui mecanismo para iniciar a insuflação pulmonar

14. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 SARE • Etapas de desenvolvimento • Aquisição do conhecimento • Modelagem do problema • Desenvolvimento • Avaliação

15. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Aquisição do Conhecimento • Conhecimento sobre: • gasometria arterial • alterações de parâmetros do VM • definição das variáveis • regras SE-ENTÃO

16. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Aquisição do Conhecimento • Gasometria arterial: • pO2 • pCO2 • Parâmetros do VM: • PIP • PEEP • TI • FR • FiO2

17. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Modelagem Difusa do Problema Entradas Crisp Funções de pertinência de entrada Fuzificação Entradas Fuzzy Regras Avaliação das Regras Saídas Fuzzy Funções de pertinência de saída Defuzificação Saídas Crisp

18. Função S: 0 para x <  2. ((x - ) / ( - ))2 para   x   1 - 2. ((x - ) / ( - ))2 para  < x   1 para x >  S(x; ; ; ) = IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Fuzificação das Variáveis • Onde: • : grau de pertinência = 0.0 • : grau de pertinência = 0.5 • : grau de pertinência = 1.0

19. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Fuzificação das Variáveis • pO2

20. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Fuzificação das Variáveis • pCO2

21. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Inferência Fuzzy • Etapa de avaliação das regras: • grau de pertinência de cada antecedente • grau de pertinência da regra • No SARE: • operador and • cálculo das t-normas = intersecção fuzzy • Intersecção padrão = mínimo i (a,b) = min (a,b) • Produto algébrico i (a,b) = a . b

22. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Inferência Fuzzy - Exemplo • antecedente regra 5: if pO2 alto and pCO2 normal • pO2 = 79 alto = 0.4 • pCO2 = 27 normal = 0.43 • Intersecção padrão = mínimo i (a,b) = 0.405 • Produto algébrico i (a,b) = 0.18

23. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Inferência Fuzzy - Exemplo

24. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Inferência Fuzzy - Exemplo • antecedente regra 8: if pO2 normal and pCO2 normal • pO2 = 42 normal = 0.08 • pCO2 = 27 normal = 0.43 • Intersecção padrão = mínimo i (a,b) = 0.08 • Produto algébrico i (a,b) = 0.34

25. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Inferência Fuzzy - Exemplo

26. Definição das funções de pertinência de saída • Função S • Método do Centro de Gravidade • conjunto difuso de saída valor crisp IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Defuzificação das Variáveis

27. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Defuzificação das Variáveis • Definição das funções de pertinência de saída, por exemplo para o FiO2

28. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Defuzificação das Variáveis • pO2 = 42 baixo = 1.0 • pCO2 = 60 alto = 1.0 • calcula-se as t-normas • regra3 = 1.0 • calcula-se o valor do ponto x quando regra3 = 1.0 no conjunto aumentar • Área da figura formada • Centro de gravidade

29. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Defuzificação das Variáveis • Valor do ponto x quando regra3 = 1.0  = 80;  = 65;  = 50 S = 1 - 2 ((x - )/( -))2 1 = 1 - 2 ((x - 50)/(-30)) 2 x = 50 Aquad = x . regra Atriang= ((80 - x) . regra) / 2 Aquad = 50 . 1 Atriang  15 Aquad  50 CGquad = x/2 CGtriang = ((80 - x)/3) + x Cgquad  25 CGtriang  60

30. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Defuzificação das Variáveis CG = ((Aquad . Cgret) + (Atriang . Cgtriang))/(Aquad+Atriang) CG = (50 . 25) + (15 . 60) / 50+15 CG  33,08 Média ponderada = ((Ari . CGri) + (Arii . CGrii))/(Ari + Arii) Média ponderada = CG

31. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Desenvolvimento do SARE • Implementação das etapas de sistemas difusos • Ambiente de programação Delphi 5.0 • Usuários • Armazena informações do paciente • dados de identificação • dados antropométricos • patologia respiratória • parâmetros iniciais da VM • regras relativas a gasometria arterial • regras relativas a VM • módulo de explicação

32. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Desenvolvimento do SARE • Apresenta • dados pessoais • gasometria arterial • parâmetros iniciais • sugestões de alterações dos parâmetros • módulo de explicação

33. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Avaliação do SARE • Avaliação qualitativa • Base de conhecimento adequada • Proposta de alterações satisfatórias

34. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Conclusões • Aliado aos médicos intensivistas pediátricos • Usado ininterruptamente no apoio ao cuidado da criança internada • Maior conhecimento no processo de diagnóstico, tratamento e controle de processos médicos

35. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Conclusões • Ponto de corte distinguindo classes • Variáveis lingüísticas no raciocínio clínico • Aplicabilidade de conjuntos fuzzy

36. IX Congresso Brasileiro de Informática em Saúde - 2004 Trabalhos Futuros • Estudo comparativo entre os diferentes tipos de t-normas • Aplicar outros métodos de defuzificação • Controlador difuso “levar o médico à beira do leito e dar maior atenção aos detalhes”

37. OBRIGADA!