Podrobno

Avtomatska segmentacija bolnikov na podlagi fizioloških signalov in strojnega učenja
ID POTOČNIK, JURE (Avtor), ID Košir, Andrej (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Strle, Gregor (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (2,76 MB)
MD5: 3C9C94BE2E3C03E0C9292D643A30710C

Izvleček
V delu obravnavamo problem avtomatske analize in segmentacije gleženjskega indeksa (GI) kot podporo diagnostiki periferne arterijske bolezni (PAB). GI je neinvazivna meritev, ki jo izračunamo kot razmerje sistoličnega krvnega tlaka v gležnjih in rokah ter služi za diagnosticiranje stanja spodnjih okončin. Klasične meritve GI so podvržene šumu in subjektivni interpretaciji, kar otežuje diagnozo. Cilj naloge je zato razviti model, ki bo sposoben prepoznati vzorce časovnih vrst signalov PAB. Namen modela je prepoznati med normalnim pretokom, kalcificiranimi arterijami in perifernim arterijskim obolenjem ter nuditi podporo zdravnikom za hitrejšo analizo tovrstnih signalov. Iz vhodnih podatkov, ki so bili podani kot časovne vrste in so predstavljali stanja (normalno, kalcifikacije, PAB, šum), smo pridobili značilke s pomočjo različnih metod ekstrakcije, ki so omogočile zajem ključnih informacij za nadaljnjo analizo in gručenje. Osnovne značilke smo generirali s pomočjo knjižnice Sktime in metode SummaryTransformer. Za dodatne značilke smo uporabili orodje Catch22, ki je zasnovano za pomoč pri analizi časovnih vrst, ter tsfresh. Na teh smo uporabili nenadzorovano učenje, kjer smo se osredotočili na gručenje podatkov z različnimi algoritmi, kot so K-povprečja, spektralno gručenje, Ward in model Gaussove mešanice. Za vrednotenje uspešnosti gručenja smo uporabili metrike, kot so: koeficient silhuete, Calinski-Harabasz indeks in Davies-Bouldin indeks. Nato smo v sklopu nadzorovanega učenja, za katerega smo ročno anotirali 400 podatkov, izvedli klasifikacijo, da smo pridobili podnabor značilk, ki najbolj prispevajo k uspešnosti gručenja. Z uporabo teh značilk smo izboljšali kakovost gručenja in pridobili bolj uravnotežene gruče. Tu smo uporabili različne metrike uspešnosti, kot so indeks Rand, prilagojeni indeks Rand, prilagojena medsebojna informacija ter metrika homogenosti, popolnosti in V-mera. Iz pridobljenih rezultatov je bilo razvidno, da podnabor najrelevantnejših značilk pripomore k izboljšanju uspešnosti gručenja. Za algoritem K-povprečij smo na tem podnaboru značilk dosegli, v primerjavi z referenčnim naborom, višji silhuetni koeficient (0,213 pred tem 0,182) in višjo vrednost indeksa Calinski-Harabasz (2075,410 pred tem 1265,620) in ohranitev ugodne vrednosti indeksa Davies–Bouldin (1,478 iz 1,614). Končne slike pa prikazujejo, da s pomočjo gručenja lahko ločimo pričakovana stanja (normalno, kalcifikacije, PAB, šum).

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:časovne vrste, strojno učenje, gručenje, periferna arterijska bolezen
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-173462 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:257118211 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:17.09.2025
Število ogledov:141
Število prenosov:27
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Automatic patient segmentation based on physiological signals and machine learning
Izvleček:
In this work, we address the problem of automatic analysis and segmentation of the ankle-brachial index (ABI) to support the diagnosis of peripheral arterial disease (PAD). The ABI is a non-invasive measurement computed as the ratio of systolic blood pressure in the ankles to that in the arms, and it is used to assess the vascular condition of the lower limbs. Conventional ABI measurements are prone to noise and subjective interpretation, which makes diagnosis challenging. Therefore, the aim of this thesis is to develop a model capable of recognizing patterns in time-series signals associated with PAD. The model is intended to distinguish between normal blood flow, arterial calcifications, and peripheral arterial disease, thereby providing clinicians with support for faster analysis of pulse-wave signals. From the input data, which were provided as time-series and represented different states (normal, calcifications, PAD, noise), we extracted features using various extraction methods, enabling the capture of key information for further analysis and clustering. Basic features were generated using the sktime library and the SummaryTransformer method. For additional features, we used the Catch22 tool, designed for time-series analysis, and tsfresh. We applied unsupervised learning, focusing on clustering the data with different algorithms, such as K-means, spectral clustering, Ward, and Gaussian Mixture Model. To evaluate clustering performance, we used metrics such as the silhouette coefficient, the Calinski-Harabasz index, and the Davies-Bouldin index. Next, in the context of supervised learning, for which we manually annotated 400 data points, we performed classification to identify a subset of features that most contribute to clustering success. By using these features, we improved the clustering quality and achieved more balanced clusters. Here, we applied various performance metrics such as the Rand index, adjusted Rand index, adjusted mutual information, and the homogeneity, completeness, and V-measure metrics. The results obtained showed that the subset of most relevant features contributed to the improvement of clustering performance. For the K-means algorithm, on this subset of features, we achieved, compared to the reference set, a higher silhouette coefficient (0.213 compared to 0.182) and a higher Calinski–Harabasz index (2075.410 compared to 1265.620), while maintaining a favorable Davies–Bouldin index value (1.478 compared to 1.614). The final results indicate that clustering allows for the differentiation of expected states (normal, calcifications, PAD, noise).

Ključne besede:time series, machine learning, clustering, peripheral arterial disease

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj