شماره مدرك
20939
شماره راهنما
17986
پديد آورنده
ذوالفقاري، احسان
عنوان
تشخيص بيماري پاركينسون با استفاده از الگوريتمهاي يادگيري ماشين مبتني بر مهندسي ويژگي و منطق فازي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
كنترل
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
يازده، 75ص.
توصيفگر ها
يادگيري ماشين , منطق فازي , يادگيري عميق , پيشبيني , بيماري پاركينسون
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/02
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/12/02
كد ايرانداك
23202848
چكيده فارسي
بيماري پاركينسون يكي از شايعترين اختلالات تحليلبرنده عصبي است كه عمدتاً بر عملكرد سيستم حركتي تأثير ميگذارد. با اينكه تشخيص زودهنگام اين بيماري نقش بسزايي در بهبود كيفيت زندگي بيماران و كاهش سرعت پيشرفت آن دارد، اما وجود علائم اوليهي مبهم و گاه ناپيدا، چالشهاي قابلتوجهي در برابر روشهاي متداول تشخيص ايجاد كرده است. پژوهش حاضر با هدف پاسخگويي به اين چالش، چارچوبي قابل اعتماد و تفسيرپذير مبتني بر يادگيري ماشين را براي تشخيص زودهنگام بيماري پاركينسون بر اساس ويژگيهاي استخراج شده از سيگنالهاي صوتي ارائه ميدهد. چارچوب پيشنهادي با تركيب الگوريتم جنگل تصادفي، شبكههاي عصبي عميق و يك فرا-طبقهبند رگرسيون لجستيك در قالب يادگيري جمعي انباشتي، ضمن بهرهگيري از توان مكمل هر يادگيرنده، دقت و قابليت تعميمپذيري مدل را بهطور محسوسي افزايش ميدهد.
فرايند مهندسي ويژگيها شامل تحليلهاي آماري، استفاده از تكنيك SMOTE جهت متعادلسازي كلاسها، و بهرهگيري از الگوريتمهاي SHAP و جنگل تصادفي براي استخراج ويژگيهاي با اهميت بالا انجام شده است. در اين راستا يك سيستم منطق فازي، اين ويژگيها را بر اساس ميزان اهميت باليني به سه سطح جداگانه طبقهبندي ميكند. در نهايت، 9 ويژگي منتخب حاصل از اين فرايند نهتنها از نظر آماري معنادار بودند، بلكه در راستاي دانش باليني نيز قابلتفسير هستند. اين ويژگيها، كه عمدتاً به جنبههاي خاصي از گفتار بيماران مربوط هستند، به پزشكان كمك ميكنند تا درك عميقتري از وضعيت بيمار بهدست آورند، روند بيماري را پايش كنند و تصميمات درماني دقيقتري اتخاذ نمايند.
مدل پيشنهادي بر روي 20 تقسيمبندي تصادفي ارزيابي شد و نتايج عملكرد آن بهترتيب براي معيارهاي ،AUC دقت، صحت، حساسيت و امتياز F1 برابر با 98٪، 95٫8٪، 96٪، 99٫1٪ و 97٫4٪ بهدست آمده است. اين مقادير نشاندهنده عملكرد برتر مدل نسبت به دستهبندهاي متداول و همترازي آن با روشهاي پيشرفته مدرن هستند. علاوه بر اين، تفسيرپذيري بالا و كارايي محاسباتي مطلوب مدل، ميتواند آن را به ابزاري بالقوه و عملياتي در محيطهاي باليني براي غربالگري و پايش بيماران در مراحل اوليه بيماري تبديل كند.
چكيده انگليسي
Parkinson’s disease is one of the most common neurodegenerative disorders, primarily affecting the motor system. Although early diagnosis plays a crucial role in improving patientsʹ quality of life and slowing disease progression, subtle and often imperceptible early symptoms pose significant challenges to conventional diagnostic methods. This study addresses this issue by proposing a comprehensive and interpretable machine learning framework for the early diagnosis of Parkinson’s disease. The proposed framework integrates Random Forest, Deep Neural Networks, and a Logistic Regression meta-classifier in a stacked ensemble learning architecture, effectively leveraging the complementary strengths of individual learners to significantly enhance model accuracy and generalizability.
The feature engineering pipeline includes statistical analysis, SMOTE technique for class balancing, and feature importance extraction using Random Forest and SHAP algorithms. Subsequently, a fuzzy logic system is employed to categorize the extracted features into three levels of clinical importance. Ultimately, the 9 selected features, derived from this process, are not only statistically significant but also clinically interpretable. These features primarily related to specific aspects of patients’ speech enable clinicians to gain deeper insights into the patient’s condition, monitor disease progression, and make more precise treatment decisions.
The proposed model was evaluated across 20 random train and test splits. The performance metrics achieved include an AUC of 98%, accuracy of 96%, precision of 96%, sensitivity of 99.1%, and an F1-score of 97.4%. These results demonstrate the model’s superior performance compared to conventional classifiers and its alignment with state of the art approaches. Moreover, the model’s high interpretability and computational efficiency make it a promising and practical tool for use in clinical environments, enabling early screening and monitoring of patients in the initial stages of the disease. Overall, the proposed framework goes beyond a mere predictive system and functions as a clinical decision-support tool that enhances the diagnosis and treatment process by offering a more profound understanding of the patient’s condition.
استاد راهنما
مريم ذكري
استاد مشاور
جلال ذهبي
استاد داور
جعفر قيصري , مرضيه كمالي