علوم رایانشی

علوم رایانشی

ارائه رویکردی برای تشخیص بیماری کرونا با هستی‌‌شناسی بیماران و استفاده از یک روش انتخاب ویژگی ترکیبی مبتنی بر الگوریتم بهینه‌‌سازی هریس‌‌هاکس و الگوریتم بهینه‌‌سازی فراابتکاری نهنگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی- دانشگاه بزرگمهرقائنات- قاین- ایران
2 دانشکده مهندسی- دانشگاه آزاد اسلامی- واحد فردوس- ایران
10.22034/csj.2024.209869
چکیده
در اواخر سال ۲۰۱۹ سازمان بهداشت جهانی بیماری کرونا را به عنوان یک اپیدمی اعلام کرد‌.  این بیماری به سرعت در سطح جهان گسترش پیدا کرد و بعد از مدت کوتاهی کشورهای زیادی را درگیر کرد‌.  یکی از روش‌‌های تشخیص بیماری کرونا استفاده از تصاویر سی‌‌تی‌‌اسکن ریه و روش‌‌های پردازش تصویر می‌‌باشد که نسبت به روش‌‌های آزمایشگاهی ارزان‌‌تر و در دسترس‌‌تر می‌‌باشد‌.  یکی از چالش‌‌های روش‌‌های مبتنی بر تصویر این است که در اکثر مواقع بیماری کرونا لزوماً ریه‌‌ها را درگیر نمی‌‌کند و در تصاویر سی‌‌تی‌‌اسکن این بیماری نیز پنهان است‌.  چالش دیگر این روش‌‌ها عدم توجه به ویژگی‌‌های ویروس کرونا و سایر علائم بالینی و سایر ویژگی‌‌های مربوط به این ویروس و واکنش بدن فرد به آن است‌.  استفاده از اطلاعات پرونده بیماران یا اطلاعات منتشر شده در شبکه‌های اجتماعی می‌‌تواند در حل این مشکل موثر باشد‌.  این مقاله یک روش ترکیبی مبتنی بر شبکه عصبی و هستی‌‌شناسی مربوط به بیماران ارائه می‌کند که با توجه به اطلاعات فر‌‌دی و بالینی طبقه‌‌بندی بیماران را انجام می‌دهد‌.  روش پیشنهادی دارای دو مرحله است: مرحله انتخاب ویژگی و مرحله طبقه‌‌بندی‌.  انتخاب ویژگی بر اساس هستی‌‌شناسی اطلاعات مربوط به بیماران و مراجعه‌کنندگان به مراکز درمانی و با استفاده از الگوریتم بهینه‌‌سازی فراابتکاری نهنگ[1] و الگوریتم بهینه‌‌سازی هریس‌‌هاکس[2] انجام می‌شود‌. برای طبقه‌‌بندی بیماران نیز ‌‌از شبکه عصبی چندلایه استفاده می‌‌شود‌. نتایج ارزیابی روش پیشنهادی با یک مجموعه داده واقعی نشان داد که صحت، حساسیت و دقت روش پیشنهادی در تشخیص بیماران کووید 95درصد، 27/94 درصد و 76/94 درصد می‌باشد‌. همچنین مقایسه روش پیشنهادی با سایر روش‌های یادگیری ماشین مانند شبکه عصبی هم‌آمیختی[3]، شبکه عصبی هم‌آمیختی- حافظه کوتاه‌مدت طولانی[4] و ماشین بردار پشتیبان[5] در تشخیص بیماران کرونا از افراد سالم حاکی از دقت بالاتر می‌باشد‌.
 

Whale Optimization Algorithm (WOA)
Harris Hawk Optimization (HHO)
Convolutional neural network (CNN)
Long short-term memory (LSTM)
Support vector machines (SVM)
کلیدواژه‌ها
موضوعات

  1. V‌.  Lazarus et al‌. , "A global survey of potential acceptance of a COVID-19 vaccine," Nature medicine, vol‌.  27, no‌.  2, pp‌.  225-228, 2021‌.
  2. M‌. Ahsan, M‌.  A‌.  Based, J‌.  Haider, and M‌.  Kowalski, "COVID-19 detection from chest X-ray images using feature fusion and deep learning," Sensors, vol‌.  21, no‌.  4, p‌.  1480, 2021‌.
  3. A‌. S‌.  Kwekha-Rashid, H‌.  N‌.  Abduljabbar, and B‌.  Alhayani, "Coronavirus disease (COVID-19) cases analysis using machine-learning applications," Applied Nanoscience, vol‌.  13, no‌.  3, pp‌.  2013-2025, 2023‌.
  4. T‌. Alafif, A‌.  M‌.  Tehame, S‌.  Bajaba, A‌.  Barnawi, and S‌.  Zia, "Machine and deep learning towards COVID-19 diagnosis and treatment: survey, challenges, and future directions," International journal of environmental research and public health, vol‌.  18, no‌.  3, p‌.  1117, 2021‌.
  5. J‌. L‌.  Izquierdo et al‌. , "Clinical management of COPD in a real-world setting‌.  A big data analysis," Archivos de Bronconeumología (English Edition), vol‌.  57, no‌.  2, pp‌.  94-100, 2021‌.
  6. S‌. EDNYCT, "Chart Review of Patients With COPD, Using Electronic Medical Records and Artificial Intelligence (BigCOPData)," ClinicalTrials‌.  gov, 2019‌.
  7. S‌. Sbissi, M‌.  Mahfoudh, and S‌.  Gattoufi, "A medical decision support system for cardiovacsular disease based on ontology learning," in 2020 International Multi-Conference on:“Organization of Knowledge and Advanced Technologies”(OCTA), 2020: IEEE, pp‌.  1-9‌.  
  8. M‌. Singh, S‌.  Bansal, S‌.  Ahuja, R‌.  K‌.  Dubey, B‌.  K‌.  Panigrahi, and N‌.  Dey, "Transfer learning–based ensemble support vector machine model for automated COVID-19 detection using lung computerized tomography scan data," Medical & biological engineering & computing, vol‌.  59, pp‌.  825-839, 2021‌.
  9. B‌. Wang et al‌. , "AI-assisted CT imaging analysis for COVID-19 screening: Building and deploying a medical AI system," Applied soft computing, vol‌.  98, p‌.  106897, 2021‌.
  10. S‌. Wang et al‌. , "A deep learning algorithm using CT images to screen for Corona Virus Disease (COVID-19)," European radiology, vol‌.  31, pp‌.  6096-6104, 2021‌.
  11. F‌. Shi et al‌. , "Large-scale screening to distinguish between COVID-19 and community-acquired pneumonia using infection size-aware classification," Physics in medicine & Biology, vol‌.  66, no‌.  6, p‌.  065031, 2021‌.
  12. L‌. N‌.  Mahdy, K‌.  A‌.  Ezzat, H‌.  H‌.  Elmousalami, H‌.  A‌.  Ella, and A‌.  E‌.  Hassanien, "Automatic x-ray covid-19 lung image classification system based on multi-level thresholding and support vector machine," MedRxiv, p‌.  2020‌. 03‌.  30‌. 20047787, 2020‌.
  13. P‌. K‌.  Sethy and S‌.  K‌.  Behera, "Detection of coronavirus disease (covid-19) based on deep features," 2020‌.
  14. J‌. Zhang, Y‌.  Xie, Y‌.  Li, C‌.  Shen, and Y‌.  Xia, "Covid-19 screening on chest x-ray images using deep learning based anomaly detection," arXiv preprint arXiv:2003‌. 12338, vol‌.  27, no‌.  10‌. 48550, 2020‌.
  15. D‌. Brinati, A‌.  Campagner, D‌.  Ferrari, M‌.  Locatelli, G‌.  Banfi, and F‌.  Cabitza, "Detection of COVID-19 infection from routine blood exams with machine learning: a feasibility study," Journal of medical systems, vol‌.  44, pp‌.  1-12, 2020‌.
  16. A‌. M‌.  U‌.  D‌.  Khanday, S‌.  T‌.  Rabani, Q‌.  R‌.  Khan, N‌.  Rouf, and M‌.  Mohi Ud Din, "Machine learning based approaches for detecting COVID-19 using clinical text data," International Journal of Information Technology, vol‌.  12, pp‌.  731-739, 2020‌.
  17. L‌. Sun et al‌. , "Combination of four clinical indicators predicts the severe/critical symptom of patients infected COVID-19," Journal of Clinical Virology, vol‌.  128, p‌.  104431, 2020‌.
  18. L‌. Yan et al‌. , "An interpretable mortality prediction model for COVID-19 patients," Nature machine intelligence, vol‌.  2, no‌.  5, pp‌.  283-288, 2020‌.
  19. A‌. Salama, A‌.  Darwsih, and A‌.  E‌.  Hassanien, "Artificial intelligence approach to predict the covid-19 patient’s recovery," Digital Transformation and Emerging Technologies for Fighting COVID-19 Pandemic: Innovative Approaches, pp‌.  121-133, 2021‌.
  20. Einstein Data4u‌. Diagnosis of COVID-19 and its clinical spectrum AI and Data Science supporting clinical decisions (from 28th Mar to 3st Apr)‌.  ‌.  [Online]‌.  Available: https://www‌. kaggle‌. com/einsteindata4u/covid19 [accessed 2020-04-01]