فهرست مطالب

انفورماتیک سلامت و زیست پزشکی - سال یازدهم شماره 1 (پیاپی 39، بهار 1403)

مجله انفورماتیک سلامت و زیست پزشکی
سال یازدهم شماره 1 (پیاپی 39، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/12
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمدرضا هدیه زاده*، مهدی یوسفی صفحات 1-13
    مقدمه

     در این مطالعه روشی جهت پیش بینی خودکار میزان طول عمر بیماران مبتلا به تومور مغزی گلیوبلاستوما مبتنی بر روش های یادگیری ماشین و تصاویر MRI ارائه شده است.

    روش کار

    مجموعه داده مورد استفاده در این مطالعه، پایگاه داده BraTS 2017 با 163 نمونه است. هر نمونه از تصاویر پایگاه داده دارای چهار مدالیته مختلف تصویرگیری و همچنین اطلاعاتی نظیر میزان طول عمر کلی بیمار بر حسب روز و سن بیمار است. تصاویر مجموعه داده بر اساس طول عمر بیمار پس از درمان به سه دسته: کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت برچسب گذاری شده است. برای بهبود نتایج پیش بینی، انواع مختلفی از ویژگی ها استخراج و توسط روش های مختلف یادگیری ماشین، آموزش داده شدند. ویژگی های در نظر گرفته شده شامل ویژگی های بافت، حجمی، آماری و ویژگی های عمیق است. روش های یادگیری ماشین مورد استفاده شامل ماشین بردار پشتیبان، نزدیک ترین همسایه، آنالیز افتراق خطی و درخت تصمیم است.

    یافته ها

    بهترین صحت پیش بینی براساس طبقه بندی با استفاده از ویژگی های عمیق استخراج شده توسط یک شبکه عصبی کانولوشنال از پیش آموزش دیده و توسط روش آنالیز افتراق خطی به دست آمده است.

    نتیجه گیری

    روش های یادگیری عمیق قابلیت بالایی در تخمین پارامترهای مهم پزشکی مانند میزان زنده ماندن افراد مبتلا به سرطان دارند.

    کلیدواژگان: مدت زمان زنده ماندن، یادگیری عمیق، گلیوبلاستوما، طبقه بندی، تصویربرداری تشدید مغناطیسی
  • علیرضا محمدی*، پریا نصیری، رویا مقابلی صفحات 14-25
    مقدمه

     شهر تهران به عنوان یکی از شهرهای آلوده جهان، با مشکلات بهداشتی و سلامتی فراوانی از جمله بیماری های تنفسی و آسم مواجه هست. شناسایی مناطق با ریسک بالای ابتلا به یک بیماری خاص در دوره های زمانی مختلف، اهمیت فراوانی در کنترل بیماری ها و مدیریت سلامت در جامعه دارد.

    روش کار

    این پژوهش کاربردی و توصیفی-تحلیلی با استفاده از آمار فضایی و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، به تحلیل فضا-زمانی بیماری آسم در کلانشهر تهران پرداخته است. جامعه آماری تحقیق، تعداد مبتلایان به بیماری آسم (1473 نفر) و در 355 محله در محدوده قانونی شهر تهران و در بازه زمانی بین سال های 1397 الی1400 می باشد. برای شناسایی و درک الگوی مکانی بیماری آسم، در تحلیل الگوی توزیع فضایی از تکنیک های میانگین مرکزی و منحنی انحراف استاندارد، شاخص نزدیک ترین همسایگی، تحلیل لکه های داغ، شاخص موران جهانی و محلی و تحلیل تراکم کرنل در سیستم اطلاعات جغرافیایی استفاده شده است.

    یافته ها

    یافته های پژوهش نشان می دهند که شاخص نزدیک ترین همسایگی در تحلیل الگوی فضایی به صورت یکنواخت بوده و با مدل تخمین کرنل، بیشترین توزیع بیماری آسم در سال 1397، در محلات جنوب غربی تهران، در سال 1398، در مرکز، جنوب شرقی و جنوب غربی و در سال 1399، در جنوب شرقی بوده و در نهایت در سال 1400، بیشترین محلات درگیر بیماری آسم، محلات جنوب شرقی و جنوب تهران می باشد.

    نتیجه گیری

    با تحلیل نتایج، شناخت جامعی از کانون های بیماری آسم و الگوهای فضایی و پراکنش جغرافیایی سلامت، در سطح محلات شهر تهران، حاصل شده است که می تواند در اقدامات پیشگیرانه مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تحلیل فضایی-زمانی، بیماری آسم، سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، شهر تهران
  • سارا معتمد، الهام عسکری* صفحات 26-42
    مقدمه

    قلب انسان از لحاظ فیزیولوژیکی یک شاخص زنده محسوب می گردد و امکان ثبت سیگنال ها به صورت مداوم با استفاده از دستگاه الکتروکاردیوگرام وجود دارد. بیماری های قلبی- عروقی یکی از مهم ترین علت های مرگ‎ومیر  در کل دنیا محسوب می شوند. مبتلا شدن به بیماری های قلبی-عروقی می تواند قابل اجتناب باشد، البته درصورتی که بتوان سریع و دقیق این بیماری را پیش بینی یا شناسایی کرد و در جهت جلوگیری اقدام نمود.

    روش کار

    در این مطالعه با هدف تشخیص الگوهای موجود در ویژگی های استخراج شده از بیماران آریتمی قلبی، گروهی از نارسایی های قلبی پیش بینی خواهد شد و نمونه های بیمار را از حالت عادی تشخیص می دهد. در مدل پیشنهادی ابتدا روی مجموعه دادگان، در مرحله پیش‎پردازش، عملیات گسسته سازی و جایگزینی مقادیر از دست رفته به روش میانگین‎گیری ستونی انجام می شود، سپس به منظور کاهش ویژگی‎ها، پیچیدگی و افزایش سرعت و دقت، عملیات انتخاب ویژگی، روی داده‎های نرمال شده صورت گرفته و به طبقه بند‎های درخت تصمیم، k نزدیک ترین همسایه، بیز ساده و CNN ارسال می‎شود.

    یافته ها

    در مقایسه ای که از دقت به دست آمده از الگوریتم های مختلف قبل و بعد از اعمال روش پیشنهادی انجام شده است مشاهده می شود که کلیه روش ها پس از اعمال روش پیشنهادی، با دقت بهتری عمل می کنند همچنین CNN عملکرد بهتری از خود نشان داده است.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که دقت مدل پیشنهادی با نرخ تشخیص 34/92 درصد بهتر از سایر روش ها عمل می نماید.

    کلیدواژگان: آریتمی قلب، شبکه‎ های عصبی پیچشی، بهینه سازی ازدحام ذرات، طبقه بندی چند کلاسه
  • صفورا اویسی*، محمدجعفر تارخ، محمدکاظم مومنی صفحات 43-59
    مقدمه

    یکی از بیماری های ریوی که معمولا تا سنین بالا ناشناخته می ماند و درمان قطعی ندارد، آمفیزم ریوی است که تشخیص سریع این بیماری به افراد درگیر در این بیماری کمک زیادی می کند و از رشد توده های آمفیزم جلوگیری می کند. این تحقیق سعی در تشخیص زودهنگام این بیماری به کمک روش های یادگیری عمیق دارد.

    روش کار

    این تحقیق با کمک شبکه عصبی Unet بهینه سازی شده با الگوریتم فراابتکاری GPC ، سعی در تشخیص سریع تر این بیماری دارد. داده های این پژوهش از بیمارستان های امام علی و بوعلی سینا شهرستان زاهدان استان سیستان و بلوچستان جمع آوری شده است. داده ها شامل 300 قطعه با آمفیزم شامل  65 مورد CLE ، 97 مورد PSE  و 138 مورد PLE  و 45 مورد داده نرمال است. این  داده ها توسط شبکه عصبی عمیق Unet و با الگوریتم بهینه سازی GPC مورد بررسی قرار گرفتند و در نهایت به کمک معیارهای accuracy،recall، Specificity و F-measure با سایر روش های انجام شده مورد مقایسه و بررسی قرار گرفتند.

    یافته ها

    در این پژوهش معیارهای به کاررفته به ترتیب با دقت 18/97، پیش بینی40/98، حساسیت 23/48 و امتیاز f 97/50 ، نتایج بسیار بهتری در مقایسه با سایر روش های تشخیص آمفیزم به کمک شبکه Unet بهینه شده داشته است که  نشان از تشخیص سریع تر و دقیق تر و اثر بخش تر این بیماری به کمک روش پیشنهادی دارد.

    نتیجه گیری

    استفاده از روش های درست یادگیری عمیق در ترکیب با الگوریتم های بهینه سازی قوی می تواند درمان سریع تر و دقیق تر بیماری ها را امکان پذیر سازد.

    کلیدواژگان: هوش مصنوعی، شبکه های عصبی، آمفیزم ریوی، پردازش تصویر، یادگیری عمیق
  • مه لقا افراسیابی*، احمد موحدی صفحات 60-71
    مقدمه

     بیماری آلزایمر یک بیماری برگشت ناپذیر عصبی است که با اختلالات فکری، رفتاری و حافظه مشخص می شود. پیش بینی اولیه آن یک امر چالش برانگیز است. هدف از این مطالعه تعیین عوامل مرتبط مبتلا به بیماری آلزایمر است.

    روش کار

    این مطالعه با استفاده از داده های جمع آوری شده از پروژه OASIS که توسط مرکز تحقیقات دانشگاه واشنگتن در دسترس قرار گرفته، چارچوبی برای پیش بینی آلزایمر پیشنهاد می کند. در این مطالعه از شبکه عصبی عمیق برای پیش بینی استفاده می شود. برای انتخاب ویژگی های مناسب، الگوریتم بهینه ساز ازدحام ذرات به کار رفته است. ترکیب این دو روش باعث افزایش دقت روش پیش بینی شده است. این روش با الگوریتم های مختلف یادگیری ماشین که دقت خوبی در پیش بینی بیماری آلزایمر داشته اند، مقایسه شده است.

    یافته ها

    نتایج نشان می دهد دقت روش پیشنهادی با ویژگی کمتر، بالاتر است. از بین 11 ویژگی در این مجموعه داده، شش ویژگی سن، وضعیت اقتصادی-اجتماعی، نمره ارزیابی صحت آزمون کوتاه وضعیت ذهنی، رتبه بندی سطح کارکرد حافظه، حجم  برآورد شده  داخل جمجمه و حجم نرمال شده کل مغز تاثیر زیادی در پیش بینی بیماری را دارد که در بین این شش ویژگی، رتبه بندی سطح کارکرد حافظه اهمیت بیشتری دارد.

    نتیجه گیری

    مطالعه حاضر به بررسی عوامل موثر و پیش بینی بیماری آلزایمر پرداخته است. تشخیص زودهنگام بیماری آلزایمر، باعث ارائه خدمات تشخیصی و درمانی مناسب و همچنین بهبود کیفیت زندگی بیماران می شود. روش ارائه شده در این مطالعه با الگوریتم های مختلف یادگیری ماشین که دقت خوبی در پیش بینی بیماری آلزایمر داشته اند، مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد دقت روش پیشنهادی با ویژگی کمتر، بالاتر است.

    کلیدواژگان: بیماری آلزایمر، شبکه عصبی عمیق، یادگیری عمیق، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات
  • امین عینی پور* صفحات 72-82
    مقدمه

     تحلیل داده های سلول-منفرد نقش بسزایی در فهم پیچیدگی های عملکرد سلول ها ایفا می کند. تحلیل این داده ها با چالش هایی مانند کاهش ابعاد ناکارآمد و خوشه بندی نامطلوب مواجه هستند. هدف این مقاله ارائه روشی است که ضمن افزایش کیفیت بازسازی و کاهش ابعاد داده ها، خوشه بندی داده های سلول-منفرد را بهبود بخشد.

    روش کار

    در این مطالعه یک روش جدید به نام (Single-cell Analysis using Multi-Scale autoencoder) SAMS  ارائه می شود که از یک مدل خود رمزگذار چندمقیاسی برای بهبود چالش های موجود در تحلیل داده های سلول-منفرد بهره می برد. روش پیشنهادی SAMS شامل سه مرحله اصلی است: (1) پیش پردازش و نرمال سازی داده ها، (2) استفاده از مدل شبکه عصبی عمیق برای بازسازی و کاهش ابعاد داده ها به کمک خودرمزگذار چندمقیاسی و (3) خوشه بندی داده های کاهش یافته با استفاده از الگوریتم K-means برای ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی.

    یافته ها

    روش پیشنهادی SAMS با استفاده از زبان پایتون پیاده سازی شده و نتایج به دست آمده بر روی مجموعه داده های سلول-منفرد  نشان می دهد که SAMS می تواند سلول ها را با کیفیت بالایی در یک فضای دو بعدی با میانگین نرخ 89%  NNE= نمایش دهد که نشان دهنده حفظ مناسب ساختار داده ها است. همچنین، شاخص های سیلوئت و دیویس-بولدین در ارزیابی دقت خوشه بندی، نشان می دهد که روش پیشنهادی به ترتیب با میانگین 66/0 و 50/0 توانسته بهبود خوبی را در خوشه بندی سلول ها ایجاد کند.

    نتیجه گیری

    روش پیشنهادی SAMS با ترکیب مدل خودرمزگذار چندمقیاسی و الگوریتم  K-meansتوانسته نتایج بهتری نسبت به روش های پیشین به دست آورد. به کارگیری SAMS در تحلیل داده های سلول-منفرد می تواند به پژوهشگران در درک بهتر عملکرد سلول ها و کشف الگوهای جدید کمک کند.

    کلیدواژگان: تحلیل سلول-منفرد، کاهش ابعاد، تحلیل خوشه بندی
  • شیوا کنعانی*، ایرج مهدوی، نغمه ضیایی، باقر رحیم پورکامی صفحات 83-95
    مقدمه

     نارسایی قلبی یک سندرم کلینیکی است که به دنبال ناهنجاری ساختاری یا عملکردی قلب ایجاد شده و باعث کاهش خون پمپاژ شده یا افزایش فشار داخل قلبی می شود. نارسایی قلبی با شوک کاردیوژنیک یک وضعیت اورژانسی با نرخ مرگ ومیر بالا است که نیازمند تشخیص و درمان فوری است. پیش بینی دقیق مرگ ومیر 30 روزه در این بیماران برای ارائه مراقبت های به موقع و نجات جان بیماران حیاتی است. این مطالعه به بهینه سازی الگوریتم جنگل تصادفی با تنظیم هایپرپارامترها برای پیش بینی دقیق تر مرگ ومیر 30 روزه بیماران نارسایی قلبی با شوک کاردیوژنیک می پردازد.

    روش کار

    این تحقیق از داده های 201 بیمار قلبی بالای 18 سال که در بیمارستان روحانی بابل در سال 1399 دچار شوک کاردیوژنیک شده اند، استفاده می کند. 34 ویژگی مانند سن، سابقه جراحی قلب باز، pH، لاکتات، دیابت و غیره مورد بررسی قرار گرفت و مرگ یک ماهه آن ها از طریق تماس تلفنی پیگیری شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد با افزایش سن (بیش از 57 سال)، کاهش pH (کمتر از 3/7) و افزایش لاکتات (بیش از 2)، خطر مرگ 30 روزه افزایش می یابد. با تنظیم بهینه هایپرپارامترهای الگوریتم جنگل تصادفی (1000 ntree= و mtry=  14)، دقت پیش بینی از 66/0% به 8/71% ارتقاء یافت.

    نتیجه گیری

    این مطالعه نشان می دهد که دقت الگوریتم جنگل تصادفی وابسته به هایپرپارامترها است و با بهینه کردن این پارامترها می توان پیش بینی دقیق تری از مرگ ومیر بیماران نارسایی قلبی با شوک کاردیوژنیک داشت. این الگوریتم با بهینه سازی مناسب، می تواند ابزاری کارآمد برای تشخیص زودهنگام بیماران در معرض خطر و ارائه خدمات درمانی به موقع باشد.

    کلیدواژگان: نارسایی قلبی، شوک کاردیوژنیک، جنگل تصادفی، تنظیم هایپرپارامتر، پیش بینی مرگ ومیر
  • محمدهیوا عبدخدا* صفحات 96-100
|
  • Mohammadreza Hedyehzadeh*, Mahdi Yousefi Pages 1-13
    Introduction

    In this study, a method for automatic prediction of the survival rate of patients with glioblastoma tumor based on machine learning methods and MRI images is presented.

    Method

    The data set used in this study is the BraTS 2017 database with 163 samples. Each sample of database images has four different imaging modalities as well as information such as the patient's overall life expectancy according to the patient's day and age. Database images are labeled into three categories, short-term, medium-term, and long-term, based on patient longevity after treatment. To improve the prediction results, different types of features were extracted and taught by different machine learning methods. The considered features include texture, volumetric, statistical, and deep features. The machine learning methods used include support vector machine, nearest neighbors, linear discriminant analysis, and decision tree.

    Results

    The best prediction accuracy based on the classification was obtained using deep features extracted by a pre-trained convolutional neural network (CNN) and by linear discriminant analysis.

    Conclusion

    Deep learning approaches showed a good performance in the prediction of medical parameters such as survival rate time.

    Keywords: Survival Time, Deep Learning, Glioblastoma, Classification, MRI
  • Alireza Mohammadi*, Parya Nasiri, Roya Moghabeli Pages 14-25
    Introduction

    Tehran, one of the world's most polluted cities, faces numerous health challenges, including respiratory diseases. Identifying high-risk areas for specific diseases at different periods is crucial for effective health management within the community.

    Method

    This applied and descriptive-analytical study employed spatial statistics and GIS to conduct a spatio-temporal analysis of asthma in the Tehran metropolis. The statistical population comprised 1,473 individuals suffering from asthma across 355 neighborhoods within Tehran's legal boundaries between 2017 and 2020. To identify and understand the spatial patterns of asthma, techniques such as central mean and standard deviation ellipse, nearest neighbor index, hot spot analysis, global and local Moran's index, and kernel density estimation were utilized to analyze the spatial distribution patterns within the GIS environment.

    Results

    The findings revealed a uniform nearest neighbor index in the spatial pattern analysis. The kernel density estimation model showed that in 2017, the highest asthma distribution was observed in the southwestern neighborhoods of Tehran. In 2018, the concentration shifted to the center, southeast, and southwest regions. In 2019, the southeastern areas were most affected, while in 2020, the southeastern and southern parts of Tehran exhibited the highest asthma prevalence.

    Conclusion

    A comprehensive understanding of asthma hotspots, spatial patterns, and geographical distribution of health has been achieved at the neighborhood level in Tehran, which can be considered in preventive measures.

    Keywords: Spatio-Temporal Analysis, Asthma, Geographic Information System (GIS), Tehran City
  • Sara Motamed, Elham Askari* Pages 26-42
    Introduction

    The human heart is a physiologically vital organ whose signals can be continuously recorded using an electrocardiogram (ECG) device. Cardiovascular diseases are one of the leading causes of mortality worldwide. Timely and accurate identification of this condition, along with preventive measures, can help reduce the incidence of cardiovascular diseases.

    Method

    This article aimed to predict a group of heart failures based on the patterns found in extracted features from patients with cardiac arrhythmias, distinguishing them from samples in a normal state. The proposed model involves preprocessing operations, such as discretization and replacement of missing values using column-wise averaging, on the dataset. Subsequently, feature selection operations were performed on normalized data to reduce complexity and improve speed and accuracy. The data is then fed into decision tree classifiers, k-nearest neighbors, naive Bayes, and convolutional neural networks.

    Results

    A comparison of the accuracy obtained from different algorithms before and after applying the proposed method reveals improved performance across all methods after implementation. Particularly, the convolutional neural network demonstrates superior performance.

    Conclusion

    Based on the results, it can be concluded that the proposed model achieves an accuracy of 92.34%, surpassing other methods.

    Keywords: Cardiac Arrhythmia, Convolutional Neural Network, Particle Swarm Optimization, Multiclass Classification
  • Safura Oviesi*, Mohammadjafar Tarokh, Mohammadkazem Momeni Pages 43-59
    Introduction

    Pulmonary emphysema is one of the lung diseases that usually remains unknown until old age and does not have a definitive treatment. A quick diagnosis of this disease helps a lot to the people involved in this disease and prevents the growth of emphysema masses. This research tries to in early diagnosis of this disease with the help of deep learning methods.

    Method

    This research tries to diagnose this disease faster with the help of Unet neural network optimized with GPC meta-heuristic algorithm. The data of this research were collected from Imam Ali and Bu Ali Sina hospitals, Zahedan city, Sistan and Baluchistan province. The data include 300 pieces with emphysema, including 65 cases of CLE, 97 cases of PSE, 138 cases of PLE, and 45 cases of normal data. These data were analyzed by Unet deep neural network and GPC optimization algorithm, and finally, with the help of accuracy criteria, recall, specificity, and F-measure were compared and investigated with other methods.

    Results

    In this research, the criteria used have much better results compared to other emphysema diagnosis methods with the help of the optimized Unet network, with accuracy of 18.97, prediction of 40.98, sensitivity of 48.23, and f score of 97.50, respectively, which shows a faster, more accurate, and more effective diagnosis of this disease with the help of the proposed method.

    Conclusion

    Using the right deep learning methods in combination with strong optimization algorithms can enable faster and more accurate treatment of diseases.

    Keywords: Artificial Intelligence, Neural Networks, Pulmonary Emphysema, Image Processing, Deep Learning
  • Mahlagha Afrasiabi*, Ahmad Movahedi Pages 60-71
    Introduction

    Alzheimer's disease is an irreversible neurological condition characterized by cognitive, behavioral, and memory impairments. Early prediction before the transition from mild cognitive impairment to Alzheimer's disease is still a challenging issue. This study aimed to identify factors associated with Alzheimer's disease.

    Method

    This study proposes a framework for predicting Alzheimer's disease using data collected from the OASIS project, made available by the Washington University Research Center. In this study, a deep neural network was used for prediction. A particle swarm optimization (PSO) algorithm was employed for selecting appropriate features. The combination of these two methods increases the accuracy of the proposed prediction method.

    Results

    The results indicate that the proposed method achieves higher accuracy with fewer features. Among the 11 features in this dataset, six features (age, socioeconomic status, Mini-mental state examination score, clinical dementia rating scale, estimated total intracranial volume, and normalized whole-brain volume) have a significant impact on predicting the disease. Among these six features, the clinical dementia rating scale is of great importance.

    Conclusion

    This study investigated the influential factors and prediction of Alzheimer's disease. Early diagnosis of Alzheimer's disease allows for the provision of appropriate diagnostic and therapeutic services, as well as an improvement in patients' quality of life. The proposed method in this study is compared with various machine learning algorithms that have shown good accuracy in predicting Alzheimer's disease. The results indicate that the accuracy of the proposed method is higher with fewer features.

    Keywords: Alzheimer's Disease, Deep Neural Network, Machine Learning, Particle Swarm Optimization
  • Amin Einipour* Pages 72-82
    Introduction

    In bioinformatics, analyzing single-cell data is crucial for understanding cellular functions' complexities. However, this analysis faces challenges like inefficient dimensionality reduction and suboptimal clustering. This study aimed to present a method that enhances the clustering of single-cell data, improves reconstruction quality, and reduces data dimensions.

    Method

    This paper introduces SAMS (Single-cell Analysis using Multi-Scale Autoencoder), which uses a multi-scale autoencoder model to improve the challenges in single-cell data analysis. The SAMS method involves three primary steps: (1) data preprocessing and normalization, (2) employing a deep neural network model to reconstruct and reduce data dimensions with the help of a multiscale autoencoder, and (3) clustering the reduced data using the K-means algorithm to assess the method's performance.

    Results

    The SAMS method was implemented using Python on single-cell datasets. The results demonstrate that SAMS can effectively visualize cells in a two-dimensional space with an average Nearest Neighbor Error (NNE) rate of 89%, indicating a strong preservation of data structure. Additionally, the Silhouette index and Davis-Bouldin index, which measure clustering accuracy, show significant improvement with averages of 0.66 and 0.50, respectively.

    Conclusion

    The proposed SAMS method by combining the multiscale self-encoder model and the K-means algorithm could obtain better results than the previous methods. Its application in single-cell data analysis can aid researchers in gaining deeper insights into cellular functions and discovering new patterns.

    Keywords: Single-Cell Analysis, Dimensionality Reduction, Clustering Analysis
  • Shiva Kanani*, Iraj Mahdavi, Naghmeh Ziaie, Bagher Rahimpour Cami Pages 83-95
    Introduction

    Heart failure is a clinical syndrome resulting from structural or functional abnormalities of the heart, leading to reduced cardiac output or increased intracardiac pressure. When combined with cardiogenic shock, it becomes an emergency condition with a high mortality rate, necessitating immediate diagnosis and treatment. Accurate prediction of 30-day mortality in these patients is vital for timely care and patient survival. This study aimed to optimize the Random Forest algorithm by adjusting hyperparameters to more accurately predict 30-day mortality in heart failure patients with cardiogenic shock.

    Method

    In this research, data from 201 cardiac patients aged over 18 years who experienced cardiogenic shock at Rouhani Hospital in Babol in 2020, were used. Thirty-four selected features such as age, history of cardiac surgery, pH, lactate levels, diabetes, etc., were examined, and their one-month mortality was tracked through telephone follow-ups.

    Results

    The results showed that increasing age (above 57 years), decreasing pH (below 7.3), and elevating lactate levels (above 2) significantly increased the risk of 30-day mortality. By optimizing the hyperparameters of the Random Forest algorithm (ntree=1000 and mtry=14), prediction accuracy improved from 66.0% to 71.8%.

    Conclusion

    This study demonstrates that the accuracy of the Random Forest algorithm depends on its input hyperparameters and that optimizing these parameters can lead to a more precise prediction of mortality in heart failure patients with cardiogenic shock. With appropriate optimization, this algorithm can serve as an effective tool for the early detection of high-risk patients and timely provision.

    Keywords: Heart Failure, Cardiogenic Shock, Random Forest, Hyperparameter Tuning, Mortality Prediction
  • Mohammadhiwa Abdekhoda* Pages 96-100