شماره مدرك
21348
شماره راهنما
18273
پديد آورنده
البومصطفي، عبدالرحمن
عنوان
تشخيص و هشدار زودهنگام هيپوگليسمي شبانه در ديابت نوع 1 با استفاده از معماري LSTM-Transformer
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
بيوالكتريك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
146ص
توصيفگر ها
ديابت نوع 1 , هيپوگليسمي شبانه , پايش مداوم گلوكز , حسگرهاي پوشيدني , يادگيري عميق چندوجهي , پيشبيني گلوكز خون
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/17
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/29
كد ايرانداك
23253077
چكيده فارسي
ديابت نوع 1 نيازمند مديريت مداوم گلوكز و درمان فشرده با انسولين است؛ بااينحال، هيپوگليسمي شبانه همچنان يك مشكل باليني جدي محسوب ميشود، زيرا سطح گلوكز ميتواند در طول خواب كاهش يابد، بدون آنكه بيمار علائم هشداردهنده اوليه را تشخيص دهد. سامانههاي متداول پايش مداوم گلوكز عمدتاً هشدارهاي واكنشي مبتني بر آستانه ارائه ميدهند كه ممكن است زمان محدودي براي مداخله پيشگيرانه باقي بگذارد. اين محدوديت، همراه با ماهيت غيرخطي و بهشدت پوياي تنظيم گلوكز، نياز به روشهاي پيشبيني هوشمندي را ايجاد ميكند كه بتوانند از اطلاعاتي فراتر از اندازهگيريهاي گلوكز استفاده كنند. ازاينرو، پژوهش حاضر به بررسي توسعه يك چارچوب يادگيري عميق چندوجهي براي پيشبيني زودهنگام هيپوگليسمي شبانه در افراد مبتلا به ديابت نوع 1 ميپردازد.
رويكرد پيشنهادي، اندازهگيريهاي پايش مداوم گلوكز را با اطلاعات فيزيولوژيك مكمل حاصل از حسگرهاي پوشيدني ادغام ميكند. در اين روش، مجموعهداده D1NAMO بهعنوان منبع اصلي داده و مجموعهداده OhioT1DM براي اعتبارسنجي تكميلي مورد استفاده قرار گرفته است. دادهها تحت ارزيابي كيفيت، پردازش مقادير گمشده، همگامسازي زماني، استخراج دادههاي شبانه، نرمالسازي و ايجاد پنجرههاي لغزان با طول ثابت قرار ميگيرند. يك پنجره مشاهده دوساعته براي نمايش وضعيت فيزيولوژيك اخير در نظر گرفته ميشود، درحاليكه برچسبگذاري آيندهنگر مشخص ميكند كه آيا انتظار ميرود هيپوگليسمي در افق پيشبيني رخ دهد يا خير. معماري پيشبيني، يك مؤلفه حافظه كوتاهمدت بلندمدت دوسويه (BiLSTM) را با يك ماژول بازنمايي مبتني بر ترنسفورمر و توجه زماني تركيب ميكند. از BiLSTM براي ثبت وابستگيهاي ترتيبي موجود در سيگنالهاي فيزيولوژيك چندوجهي استفاده ميشود، درحاليكه ترنسفورمر روابط زماني گستردهتر را از طريق توجه به خود مدلسازي ميكند. سپس بازنماييهاي آموختهشده پيش از لايه طبقهبندي نهايي با يكديگر ادغام ميشوند تا احتمال وقوع قريبالوقوع يك رويداد هيپوگليسمي شبانه برآورد شود.
نتايج آزمايشي نشان ميدهند كه چارچوب چندوجهي پيشنهادي، عملكرد پيشبيني قدرتمندي را در مجموعهداده آزمون مستقل ارائه ميدهد. مدل نهايي به دقت 97.53%، فراخواني (حساسيت) 79.01%، ويژگي 98.38%، سطح زير منحني مشخصه عملكرد گيرنده (ROC-AUC) برابر با 0.984 و سطح زير منحني دقت–فراخواني (PR-AUC) برابر با 0.854 دست يافت. ماتريس درهمريختگي نشان داد كه از ميان 262 پنجره هيپوگليسمي، 207 پنجره بهدرستي شناسايي و 55 پنجره شناسايي نشدند؛ همچنين، از ميان 5,683 پنجره غيرهيپوگليسمي، 92 پنجره بهاشتباه بهعنوان مثبت طبقهبندي شدند. نتايج نشان ميدهند كه مدل ميتواند شرايط آينده هيپوگليسمي و غيرهيپوگليسمي را با قابليت تفكيك كلي بالا از يكديگر متمايز كند و درعينحال نرخ نسبتاً پاييني از هشدارهاي كاذب داشته باشد. درمجموع، يافتهها بر ارزش تركيب اطلاعات گلوكز با سيگنالهاي فيزيولوژيك مكمل و همچنين استفاده همزمان از معماريهاي بازگشتي و مبتني بر توجه براي پيشبيني هيپوگليسمي شبانه تأكيد دارند. چارچوب پيشنهادي مبنايي روششناختي براي توسعه آتي سامانههاي هشدار هوشمند شخصيسازيشده، بلادرنگ و قابلاستفاده در محيط باليني با هدف مديريت ايمنتر ديابت در هنگام خواب فراهم ميكند.
چكيده انگليسي
Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM) requires continuous glucose management and intensive insulin therapy, yet nocturnal hypoglycemia remains a serious clinical problem because glucose can decline during sleep without the patient recognizing the early warning signs. Conventional Continuous Glucose Monitoring (CGM) systems mainly provide reactive threshold-based alarms, which may leave limited time for preventive intervention. This limitation, together with the nonlinear and highly dynamic nature of glucose regulation, creates a need for intelligent prediction methods that can use information beyond glucose measurements alone. The present thesis therefore investigates the development of a multimodal deep learning framework for the early prediction of nocturnal hypoglycemia in individuals with T1DM.
The proposed approach integrates CGM measurements with complementary physiological information obtained from wearable sensors. The methodology uses the D1NAMO dataset as the primary data source and the OhioT1DM dataset for additional validation. The data are subjected to quality assessment, missing-value treatment, temporal synchronization, nocturnal extraction, normalization, and fixed-length sliding-window construction. A two-hour observation window is used to represent the recent physiological state, while future-oriented labeling identifies whether hypoglycemia is expected within the prediction horizon. The predictive architecture combines a Bidirectional Long Short-Term Memory (BiLSTM) component with a Transformer-based representation module and temporal attention. The BiLSTM is used to capture sequential dependencies in multimodal physiological signals, whereas the Transformer models broader temporal relationships through self-attention. The learned representations are subsequently integrated before the final classification layer estimates the probability of an impending nocturnal hypoglycemic event.
The experimental results demonstrate that the proposed multimodal framework provides strong predictive performance on the independent test dataset. The final model achieved 97.53% accuracy, 79.01% recall (sensitivity), 98.38% specificity, a ROC-AUC of 0.984, and a PR-AUC of 0.854. The confusion matrix showed that 207 of 262 hypoglycemic windows were correctly identified, while 55 were missed; among 5,683 non-hypoglycemic windows, 92 were incorrectly classified as positive. The results indicate that the model can distinguish future hypoglycemic and non-hypoglycemic conditions with high overall discriminative capability while maintaining a relatively low false-alarm rate. Overall, the findings support the value of combining glucose information with complementary physiological signals and of using recurrent and attention-based architectures together for nocturnal hypoglycemia prediction. The proposed framework provides a methodological basis for future development of personalized, real-time, and clinically deployable intelligent warning systems for safer diabetes management during sleep.
استاد راهنما
جعفر قيصري
استاد داور
امير اخوان بي تقصير , احسان روحاني