Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

پیش بینی مرگ و میر بیماران نارسایی قلبی با استفاده از داده های رجیستری: تبدیل جدید داده به تصویر و مدل تجمیعی از CNN ها

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 مرکز تحقیقات نارسایی قلب، پژوهشکده قلب و عروق، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده
نارسایی قلبی (HF یا Heart Failure) یک اختلال قلبی با میزان مرگ و میر قابل توجه است که با استفاده از داده های رجیستری، میزان بقای بیماران قابل ارزیابی می باشد. هدف این پژوهش پیش بینی مرگ و میر 6 ماهه (6-MM) و 12 ماهه (12-MM) بیماران HF با استفاده از داده‌های رجیستری است که قبل از بستری شدن در بیمارستان، در طول مدت بستری و همچنین هنگام ترخیص جمع آوری شده‌اند. این مجموعه داده شامل 3968 رجیستری از بیماران HF می‌باشد که در دانشگاه علوم پزشکی اصفهان جمع آوری شده است. یکی از چالش های مربوط به دادگان رجیستری، نامتعادل بودن تعداد بیماران در قید حیات و فوت شده است. لذا در این تحقیق یک مدل تجمیعی از شبکه‌های عصبی پیچشی (CNN) برای پیش بینی وضعیت بقای بیماران پیشنهاد شده است. شبکه های عصبی پیچشی، کاربرد زیادی در شناسایی الگوها از روی تصاویر دارند اما در اینجا با یک بردار داده برای هر بیمار مواجه هستیم، به همین منظور از مزایای شبکه عصبی پیچشی نمی توان بهره برد. لذا در این تحقیق، یک تبدیل جدید بردار داده به تصویر با استفاده از نقشه‌های خود سازمان دهنده (SOM یا self-organizing maps) طراحی شده است. در ادامه روش پیشنهادی خود را با روش تبدیل داده به تصویر DeepInsight و همچنین با چندین طبقه بند‌ پایه که از داده‌های رجیستری HF به همراه نمونه برداری کاهشی استفاده می‌کنند، مقایسه کردیم. بر اساس نتایج، مدل پیشنهادی، با استفاده از SOM در تبدیل داده به تصویر، عملکرد بهتری نسبت به سایر روش‌ها دارد و به بالاترین میزان ناحیه زیر منحنی مشخصه عملکرد گیرنده (ROC) برای هر دو پیش ‌بینی 6-MM و 12-MM، به ترتیب با نرخ‌های 74.22% و 75.2% دست یافته است. بنابراین، مدل پیشنهادی به طور موثری وضعیت بقای بیماران HF را با استفاده از داده‌های رجیستری پیش‌ بینی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Predicting Heart Failure Mortality Using Registry Data: A Novel Data-to-Image Transformation and Ensemble of CNNs

نویسندگان English

Hadi Sabahi 1
mansour vali 1
Davood Shafie 2
1 Department of Biomedical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Heart Failure Research Center, Cardiovascular Research Institute, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده English

Heart failure (HF) is a cardiovascular disorder with a substantial mortality rate, which can be assessed using registry data. This work aims to predict 6-month mortality (6-MM) and 12-month mortality (12-MM) of HF patients using registry data from before hospitalization, during hospitalization, and discharge phase. The data comprise 3968 HF records sourced from Persian Registry Of cardioVascular diseasE (PROVE)/HF registry.

We proposed an ensemble model employing popular Convolutional Neural Networks (CNNs) to predict the patients’ survival status. However, the HF registry, being tabular data, isn’t suitable for leveraging the benefits of CNNs. To address this challenge, we introduced a novel data-to-image transformation using self-organizing maps (SOMs) to convert HF data samples into images. We compared our proposed model with an existing data-to-image transformation method, as well as with multiple baseline classifiers that utilize the HF tabular data along with down-sampling.

The proposed model, using SOM for data-to-image transformation, outperformed all others, achieving the highest area under receiver operating characteristic (ROC) curve for both 6-MM and 12-MM predictions, with rates of 74.22% and 75.2%, respectively.

In conclusion, the proposed model, along with SOM for data-to-image transformation, effectively predicts the survival status of HF patients utilizing registry data.

کلیدواژه‌ها English

Heart Failure Mortality prediction
Imbalanced data
Ensemble model of CNNs
Data-to-image transformation
Self-Organizing Maps (SOM)
دوره 18، شماره 2
تابستان 1403
صفحه 139-155

  • تاریخ دریافت 12 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 15 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش 16 اسفند 1403