شماره ركورد
33284
پديد آورنده
محمدامين ملائي
عنوان
تشخي ص آرتروز زانو توسط يادگي ري ماشين برحسب ويژگي هاي فردي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1403/11/30
استاد راهنما
دكتر سارا صالحي
استاد مشاور
/
دانشكده
مكانيك
چكيده
آرتروز زانو يكي از بيماريهاي تخريبي مفاصل است كه تأثير عميقي بر عملكرد زانو و كيفيت زندگي بيماران دارد. با توجه به فقدان درمان قطعي و محدوديتهاي روشهاي كنوني كه عمدتاً بر كاهش علائم تمركز دارند، تشخيص زودهنگام اين بيماري امري حياتي محسوب ميشود. اين پژوهش با هدف توسعه يك سامانه تشخيصي جامع مبتني بر يادگيري ماشين، از دادههاي استخراجشده از پروژه OAI بهره برده است. دادههاي مورد استفاده شامل اطلاعات دموگرافيك، باليني، بيوماركرهاي سرم و ادرار و تاريخچه مصرف داروها ميباشد. در فرآيند پيشپردازش، تكنيكهايي نظير پاكسازي دادهها، مديريت مقادير گمشده، نرمالسازي و استانداردسازي اعمال شدهاند. براي كاهش ابعاد و انتخاب ويژگيهاي كليدي، از تحليل كاهش ابعاد ويژگي ها به همراه روشهاي انتخاب ويژگي مانند حذف بازگشتي ويژگي (RFE) و Boruta استفاده شده است. سپس الگوريتمهاي متنوعي از جمله درخت تصميم، ماشين بردار پشتيبان، الگوريتمهاي گراديان بوستينگ (مانند Random Forest، XGBoost، LightGBM و CatBoost) و شبكههاي عصبي چندلايه (MLP) بر روي زيرمجموعههاي مختلف داده (باليني/دموگرافيك، بيوماركرها و دارويي) آموزش ديده و ارزيابي شدند. نتايج نشان ميدهد كه ادغام دادههاي باليني و دموگرافيك بهترين عملكرد تشخيصي را به همراه داشته است؛ به طوري كه مدلهاي MLP، CatBoost و XGBoost با دستيابي به امتياز 1F و AUC بسيار بالا (بيش از 0.90 و 0.98 به ترتيب) برتري خود را اثبات كردهاند. دادههاي بيوماركري بهتنهايي عملكرد متوسطي داشته و دادههاي دارويي بهتنهايي چالشبرانگيز بودهاند، اما تركيب آنها با بيوماركرها بهبود جزئي را نشان داده است. همچنين تأثير PCA در بهبود عملكرد مدلها در برخي موارد مثبت و در برخي منفي بوده است. اين رويكرد هوشمند زمينهساز تشخيص دقيق و زودهنگام آرتروز زانو و بهبود مديريت درماني و كيفيت زندگي بيماران ميباشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/01/24
عنوان به انگليسي
Knee Osteoarthritis Diagnosis Using Machine Learning
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدامين ملائي
چكيده به لاتين
Knee osteoarthritis is a degenerative joint disease that has a profound impact on knee function
and the quality of life of patients. Given the lack of a definitive cure and the limitations of
current methods, which mainly focus on symptom reduction, early diagnosis of this disease is
considered crucial. This research aims to develop a comprehensive diagnostic system based on
machine learning, utilizing data extracted from the OAI project. The data used includes
demographic information, clinical data, serum and urine biomarkers, and medication history.
In the preprocessing stage, techniques such as data cleaning, missing value management,
normalization, and standardization have been applied. For dimensionality reduction and the
selection of key features, feature dimensionality reduction analysis along with feature selection
methods such as Recursive Feature Elimination (RFE) and Boruta have been used. Then,
various algorithms, including decision trees, support vector machines, gradient boosting
algorithms (such as Random Forest, XGBoost, LightGBM, and CatBoost), and multilayer
perceptrons (MLP), were trained and evaluated on different subsets of data
(clinical/demographic, biomarkers, and medication). The results show that the integration of
clinical and demographic data yielded the best diagnostic performance; such that the MLP,
CatBoost, and XGBoost models, by achieving very high F1-scores and AUC values (over 0.90
and 0.98, respectively), have proven their superiority. Biomarker data alone showed moderate
performance, and medication data alone was challenging, but their combination with
biomarkers showed slight improvement. Also, the impact of PCA on improving model
performance was positive in some cases and negative in others. This intelligent approach lays
the groundwork for accurate and early diagnosis of knee osteoarthritis and improved
therapeutic management and quality of life for patients.
كليدواژه هاي فارسي
آرتروز زانو , يادگيري ماشين , پردازش تصوير , مدلسازي پيشبيني , نشانگرهاي زيستي
كليدواژه هاي لاتين
Knee Osteoarthritis , Machine Learning , Image Processing , Predictive Modeing , Biomarkers
Author
Mohammad Amin Molaei
SuperVisor
Dr. Sarah Salehi