شماره ركورد
34162
پديد آورنده
آرزو رحيم زاده كيوي
عنوان
پيشبيني بروز پانكراتيت پس از كلانژيوپانكراتوگرافي رتروگراد اندوسكوپيك (ERCP) مبتني بر مدل يادگيري ماشين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي صنايع-بهينه سازي سيستم ها
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/30
استاد راهنما
دكتر فرناز برزين پور
استاد مشاور
دكتر عليرضا نوروزي
دانشكده
مهندسي صنايع
چكيده
كلانژيوپانكراتوگرافي رتروگراد اندوسكوپيك (ERCP) اصلي¬ترين ابزار درماني اختلالات مجاري صفراوي و پانكراس محسوب مي¬شود. با وجود كارايي بالا، شايع¬ترين عارضه اين روش پيچيده، پانكراتيت پس از ERCP (PEP) مي¬باشد؛ كه با نرخ بروز %9.7-3.5 و مرگومير %0.7، موجب تهديد سلامت، افزايش طول بستري و هزينههاي درماني مي¬شود. از اين رو شناسايي به موقع بيماران پرخطر ميتواند نقش به¬سزايي در پيشگيري از اين عارضه داشته باشد. عوامل خطر متعدد و تعاملات غيرخطي آنها، استفاده از روشهاي سنتي پيشبيني PEP را با محدوديت مواجه ميسازد. در اين راستا پژوهش حاضر به توسعه مدل پيشبيني PEP با بهره¬گيري از الگوريتمهاي پيشرفته يادگيري ماشين و روشهاي فراابتكاري انتخاب ويژگي پرداخته است. دادههاي واقعي 1026 بيمار استان گلستان از سه مركز درماني مربوط به بازه زماني 1396 تا 1403 جمعآوري شد. شش الگوريتم يادگيري ماشين شامل رگرسيون لجستيك، كي-نزديك¬ترين همسايه، ماشين بردار پشتيبان، جنگل تصادفي، ماشين تقويت گراديان سبك و تقويت گراديان شديد، در چارچوب اعتبارسنجي متقاطع تو در تو و با يك مجموعه آزمون خارجي مستقل ارزيابي شدند. استفاده از روشهاي انتخاب ويژگي بهينه¬سازي ازدحام ذرات و الگوريتم ژنتيك با بهبود جواب¬هاي اوليه، منجر به بهبود چشمگير تعادل بين حساسيت و ويژگي و امتياز F1 مدل¬ها شد. در اين ميان، بهينه¬سازي ازدحام ذرات در تركيب با تقويت گراديان سبك بهترين عملكرد را در آزمون خارجي با امتياز F1 برابر 0.81 و سطح زير منحني برابر 0.96 نشان داد. همچنين، جنگل تصادفي با انتخاب تنها 13 ويژگي از 59 ويژگي توسط الگوريتم ژنتيك، عملكرد خوبي با امتياز 1F برابر 0.76 نشان داد. در نهايت، مدل تركيبي مبتني بر سه مدل برتر با تنظيم آستانه بهينه توانست با امتياز 1F برابر 0.83 و سطح زير منحني برابر 0.95 عملكردي بهتر از مدلهاي منفرد ارائه دهد. كانولاسيون دشوار، كانولاسيون مجراي پانكراس، سرطان پانكراس، سن پايين، جنسيت زن و مورفولوژي پاپيلا به¬عنوان موثرترين ويژگي¬ها شناسايي شدند. برحسب يافته¬هاي ما، اين پژوهش نخستين مطالعهاي در ايران است كه با تلفيق دادههاي چندمركزي، الگوريتمهاي فراابتكاري و چارچوب ارزيابي دقيق، مدلي براي پيشبيني PEP ارائه ميدهد. نتايج اين تحقيق ميتواند بهعنوان يك سيستم تصميم¬يار باليني جهت شناسايي زودهنگام بيماران پرخطر مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/22
عنوان به انگليسي
rediction of post-endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP) pancreatitis based on machine learning model
تاريخ بهره برداري
10/22/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ارزو رحيم زاده كيوي
چكيده به لاتين
Endoscopic Retrograde Cholangiopancreatography (ERCP) is the primary therapeutic tool for biliary and pancreatic duct disorders. Despite its high efficacy, the most common complication of this complex procedure is Post-ERCP Pancreatitis (PEP), which has an incidence rate of 3.5-9.7% and a mortality rate of 0.7%, posing a threat to patient health, increasing hospital stays, and raising treatment costs. Therefore, the timely identification of high-risk patients can play a significant role in preventing this complication. The multitude of risk factors and their non-linear interactions limit the effectiveness of traditional PEP prediction methods. To address this, the present study developed a PEP prediction model utilizing advanced machine learning algorithms and metaheuristic feature selection methods. Real-world data from 1026 patients in Golstan province, collected from three medical centers between 2017 and 2024, were used. Six machine learning algorithms—Logistic Regression, K-Nearest Neighbors, Support Vector Machine, Random Forest, Light Gradient Boosting Machine, and Extreme Gradient Boosting—were evaluated within a nested cross-validation framework and with an independent external test set. The use of feature selection methods, namely Particle Swarm Optimization and Genetic Algorithm with improved initial solutions, led to a significant enhancement in the balance between sensitivity and specificity and the F1-score of the models. Among them, Particle Swarm Optimization combined with Light Gradient Boosting demonstrated the best performance on the external test set, achieving an F1-score of 0.81 and an AUC of 0.96. Additionally, Random Forest, utilizing only 13 features selected by the Genetic Algorithm from the original 59, showed good performance with an F1-score of 0.76. Finally, a stacking ensemble model based on the top three base models, optimized with a calibrated threshold, achieved a superior performance with an F1-score of 0.83 and an AUC of 0.95. Difficult cannulation, pancreatic duct cannulation, pancreatic cancer, younger age, female sex, and specific papillary morphology were identified as the most influential predictors. This study is the first in Iran to propose a PEP prediction model by integrating multi-center data, metaheuristic algorithms, and a rigorous evaluation framework. The results can be utilized as a clinical decision support system for the early identification of high-risk patients.
كليدواژه هاي فارسي
پانكراتيت پس از ERCP , يادگيري ماشين , انتخاب ويژگي فراابتكاري , مدل تركيبي , عامل خطر
كليدواژه هاي لاتين
Post-ERCP Pancreatitis , Machine learning , Metaheuristic feature selection , Ensemble model , Risk factor
Author
Arezoo Rahimzadeh Kivi
SuperVisor
Farnaz Barzinpour