Roca Mainer, Surya
Alesanco Iglesias, Álvaro (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2023
Resumen: Los asistentes virtuales (también conocidos como chatbots) son programas que interactúan con los usuarios simulando una conversación humana a través de mensajes de texto o de voz. Los asistentes virtuales destinados al cuidado de la salud ofrecen servicios, herramientas, asesoramiento, ayuda, soporte y gestión de diferentes enfermedades. Los usuarios de este tipo de asistente virtual pueden ser, por ejemplo, pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios, los cuales poseen diferentes necesidades y requerimientos. Los pacientes con enfermedades crónicas podrían beneficiarse de los asistentes virtuales que se encargan de realizar seguimientos de su condición, proporcionar información específica, fomentar la adherencia a la medicación, etc. Para realizar estas funciones, los asistentes virtuales necesitan una arquitectura de software adecuada. Esta tesis doctoral propone el diseño de una arquitectura específica para el desarrollo de asistentes virtuales destinados a proporcionar soporte a pacientes crónicos. Hoy en día, las personas interactúan entre sí diariamente utilizando plataformas de mensajería. Para alinear este tipo de interacción con la arquitectura del asistente virtual, proponemos el uso de plataformas de mensajería para la interacción asistente virtual-paciente, prestando especial atención a las cuestiones de seguridad y privacidad (es decir, el uso de plataformas de mensajería seguras con cifrado de extremo a extremo).
Los asistentes virtuales pueden implementar sistemas conversacionales para que la interacción con los pacientes sea más natural. Los sistemas conversacionales en escenarios de atención médica complejos, como la gestión de enfermedades, deben ser capaces de poder comprender oraciones complejas utilizadas durante la interacción. La adaptación de nuevos métodos con el procesamiento de lenguaje natural (NLP, por su nombre en inglés, Natural Language Processing) puede aportar una mejora a la arquitectura del asistente virtual. Los word embeddings (incrustación de palabras) se han utilizado ampliamente en NLP como entrada en las redes neuronales. Tales word embeddings pueden ayudar a comprender el objetivo final y las palabras clave en una oración. Por ello, en esta tesis estudiamos el impacto de diferentes word embeddings entrenados con corpus generales y específicos utilizando el entendimiento del lenguaje natural conjunto (Joint NLU, por su nombre en inglés, Joint Natural Language Understanding) en el dominio de la medicación en español. Los datos para entrenar el modelo NLU conjunto se generan usando plantillas. Dicho modelo se utiliza para la detección de intenciones, así como para el slot filling (llenado de ranuras). En este estudio comparamos word2vec y fastText como word embeddings y ELMo y BERT como modelos de lenguaje. Para entrenar los embeddings utilizamos tres corpus diferentes: los datos de entrenamiento generados para este escenario, la Wikipedia en español como dominio general y la base de datos de medicamentos en español como datos especializados. El mejor resultado se obtuvo con el modelo ELMo entrenado con Wikipedia en español.
Dotamos al asistente virtual de capacidades de gestión de medicamentos basadas en NLP. En consecuencia, se analiza el impacto del etiquetado de slots y la longitud de los datos de entrenamiento en modelos NLU conjuntos para escenarios de gestión de medicamentos utilizando asistentes virtuales en español. En este estudio definimos las intenciones (propósitos de las oraciones) para escenarios centrados en la administración de medicamentos y dos tipos de etiquetas de slots. Para entrenar el modelo, generamos cuatro conjuntos de datos, combinando oraciones largas o cortas con slots largos o cortos. Para el análisis comparativo, elegimos seis modelos NLU conjuntos (SlotRefine, stack-propagation framework, SF-ID network, capsule-NLU, slot-gated modeling y joint SLU-LM) de la literatura existente. Tras el análisis competitivo, se observa que el mejor resultado se obtuvo utilizando oraciones y slots cortos. Nuestros resultados sugirieron que los modelos NLU conjuntos entrenados con slots cortos produjeron mejores resultados que aquellos entrenados con slots largos para la tarea de slot filling.
En definitiva, proponemos una arquitectura de microservicios genérica válida para cualquier tipo de gestión de enfermedades crónicas. El prototipo genérico ofrece un asistente virtual operativo para gestionar información básica y servir de base para futuras ampliaciones. Además, en esta tesis presentamos dos prototipos especializados con el objetivo de mostrar cómo esta nueva arquitectura permite cambiar, añadir o mejorar diferentes partes del asistente virtual de forma dinámica y flexible. El primer prototipo especializado tiene como objetivo ayudar en la gestión de la medicación del paciente. Este prototipo se encargará de recordar la ingesta de medicamentos a través de la creación de una comunidad de apoyo donde los pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios interactúen con herramientas y servicios útiles ofrecidos por el asistente virtual. La implementación del segundo prototipo especializado está diseñada para una enfermedad crónica específica, la psoriasis. Este prototipo ofrece teleconsulta y almacenamiento de fotografías.
Por último, esta tesis tiene como objetivo validar la eficacia del asistente virtual integrado en las plataformas de mensajería, destinado al cuidado de la salud. Por ello, esta tesis incluye la evaluación de los dos prototipos especializados. El primer estudio tiene como objetivo mejorar la adherencia a la medicación en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 comórbida y trastorno depresivo. Para ello, se diseñó y posteriormente se realizó un estudio piloto de nueve meses. En el estudio analizamos la Tasa de Posesión de Medicamentos (MPR, por su nombre en inglés, Medication Possession Ratio), obtuvimos la puntuación del Cuestionario sobre la Salud del Paciente (PHQ-9, por su nombre en inglés, Patient Health Questionnaire) y medimos el nivel de hemoglobina glicosilada (HbA1c), en los pacientes antes y después del estudio. También realizamos entrevistas a todos los participantes. Un total de trece pacientes y cinco enfermeras utilizaron y evaluaron el asistente virtual propuesto. Los resultados mostraron que, en promedio, la adherencia a la medicación de los pacientes mejoró. El segundo estudio tiene como objetivo evaluar un año de uso entre el asistente virtual y pacientes con psoriasis y dermatólogos, y el impacto en su calidad de vida. Para ello se diseñó y realizó un estudio prospectivo de un año de duración con pacientes con psoriasis y dermatólogos. Para medir la mejora en la calidad de vida, en este estudio analizamos los cuestionarios de Calidad de Vida de los Pacientes con Psoriasis (PSOLIFE, por su nombre en inglés, Psoriasis Quality of Life) y el Índice de Calidad de Vida en Dermatología (DLQI, por su nombre en inglés, Dermatology Life Quality Index). Además, realizamos encuestas a todos los participantes y obtuvimos el número de consultas médicas realizadas a través del asistente virtual. Se incluyeron en el estudio un total de 34 participantes (30 pacientes diagnosticados con psoriasis moderada-grave y cuatro profesionales sanitarios). Los resultados mostraron que, en promedio, la calidad de vida mejoró.
Resumen (otro idioma):
Los asistentes virtuales pueden implementar sistemas conversacionales para que la interacción con los pacientes sea más natural. Los sistemas conversacionales en escenarios de atención médica complejos, como la gestión de enfermedades, deben ser capaces de poder comprender oraciones complejas utilizadas durante la interacción. La adaptación de nuevos métodos con el procesamiento de lenguaje natural (NLP, por su nombre en inglés, Natural Language Processing) puede aportar una mejora a la arquitectura del asistente virtual. Los word embeddings (incrustación de palabras) se han utilizado ampliamente en NLP como entrada en las redes neuronales. Tales word embeddings pueden ayudar a comprender el objetivo final y las palabras clave en una oración. Por ello, en esta tesis estudiamos el impacto de diferentes word embeddings entrenados con corpus generales y específicos utilizando el entendimiento del lenguaje natural conjunto (Joint NLU, por su nombre en inglés, Joint Natural Language Understanding) en el dominio de la medicación en español. Los datos para entrenar el modelo NLU conjunto se generan usando plantillas. Dicho modelo se utiliza para la detección de intenciones, así como para el slot filling (llenado de ranuras). En este estudio comparamos word2vec y fastText como word embeddings y ELMo y BERT como modelos de lenguaje. Para entrenar los embeddings utilizamos tres corpus diferentes: los datos de entrenamiento generados para este escenario, la Wikipedia en español como dominio general y la base de datos de medicamentos en español como datos especializados. El mejor resultado se obtuvo con el modelo ELMo entrenado con Wikipedia en español.
Dotamos al asistente virtual de capacidades de gestión de medicamentos basadas en NLP. En consecuencia, se analiza el impacto del etiquetado de slots y la longitud de los datos de entrenamiento en modelos NLU conjuntos para escenarios de gestión de medicamentos utilizando asistentes virtuales en español. En este estudio definimos las intenciones (propósitos de las oraciones) para escenarios centrados en la administración de medicamentos y dos tipos de etiquetas de slots. Para entrenar el modelo, generamos cuatro conjuntos de datos, combinando oraciones largas o cortas con slots largos o cortos. Para el análisis comparativo, elegimos seis modelos NLU conjuntos (SlotRefine, stack-propagation framework, SF-ID network, capsule-NLU, slot-gated modeling y joint SLU-LM) de la literatura existente. Tras el análisis competitivo, se observa que el mejor resultado se obtuvo utilizando oraciones y slots cortos. Nuestros resultados sugirieron que los modelos NLU conjuntos entrenados con slots cortos produjeron mejores resultados que aquellos entrenados con slots largos para la tarea de slot filling.
En definitiva, proponemos una arquitectura de microservicios genérica válida para cualquier tipo de gestión de enfermedades crónicas. El prototipo genérico ofrece un asistente virtual operativo para gestionar información básica y servir de base para futuras ampliaciones. Además, en esta tesis presentamos dos prototipos especializados con el objetivo de mostrar cómo esta nueva arquitectura permite cambiar, añadir o mejorar diferentes partes del asistente virtual de forma dinámica y flexible. El primer prototipo especializado tiene como objetivo ayudar en la gestión de la medicación del paciente. Este prototipo se encargará de recordar la ingesta de medicamentos a través de la creación de una comunidad de apoyo donde los pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios interactúen con herramientas y servicios útiles ofrecidos por el asistente virtual. La implementación del segundo prototipo especializado está diseñada para una enfermedad crónica específica, la psoriasis. Este prototipo ofrece teleconsulta y almacenamiento de fotografías.
Por último, esta tesis tiene como objetivo validar la eficacia del asistente virtual integrado en las plataformas de mensajería, destinado al cuidado de la salud. Por ello, esta tesis incluye la evaluación de los dos prototipos especializados. El primer estudio tiene como objetivo mejorar la adherencia a la medicación en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 comórbida y trastorno depresivo. Para ello, se diseñó y posteriormente se realizó un estudio piloto de nueve meses. En el estudio analizamos la Tasa de Posesión de Medicamentos (MPR, por su nombre en inglés, Medication Possession Ratio), obtuvimos la puntuación del Cuestionario sobre la Salud del Paciente (PHQ-9, por su nombre en inglés, Patient Health Questionnaire) y medimos el nivel de hemoglobina glicosilada (HbA1c), en los pacientes antes y después del estudio. También realizamos entrevistas a todos los participantes. Un total de trece pacientes y cinco enfermeras utilizaron y evaluaron el asistente virtual propuesto. Los resultados mostraron que, en promedio, la adherencia a la medicación de los pacientes mejoró. El segundo estudio tiene como objetivo evaluar un año de uso entre el asistente virtual y pacientes con psoriasis y dermatólogos, y el impacto en su calidad de vida. Para ello se diseñó y realizó un estudio prospectivo de un año de duración con pacientes con psoriasis y dermatólogos. Para medir la mejora en la calidad de vida, en este estudio analizamos los cuestionarios de Calidad de Vida de los Pacientes con Psoriasis (PSOLIFE, por su nombre en inglés, Psoriasis Quality of Life) y el Índice de Calidad de Vida en Dermatología (DLQI, por su nombre en inglés, Dermatology Life Quality Index). Además, realizamos encuestas a todos los participantes y obtuvimos el número de consultas médicas realizadas a través del asistente virtual. Se incluyeron en el estudio un total de 34 participantes (30 pacientes diagnosticados con psoriasis moderada-grave y cuatro profesionales sanitarios). Los resultados mostraron que, en promedio, la calidad de vida mejoró.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: tecnología de las telecomunicaciones ; redes de comunicaciones ; diseño y componentes de sistemas de información
Titulación: Programa de Doctorado en Tecnologías de la Información y Comunicaciones en Redes Móviles
Plan(es): Plan 518
Área de conocimiento: Ingeniería y Arquitectura
Nota: Presentado: 18 04 2023
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2023
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Registro creado el 2023-08-31, última modificación el 2023-08-31
