Tiroid disfonksiyonu (TD), en yaygın kronik endokrin hastalıklardan biridir ve popülasyonlar arasında değişen yaygınlığasahiptir 1. En yaygın iki tiroid bezi bozukluğu hipotiroidi ve hipertiroididir. Hipotiroidizm, yetersiz tiroid hormonu üretiminden kaynaklanan yaygın bir durumdur. Genellikle tedaviyle yönetilebilir olsa da, ağır durumlarda tedavi edilmezse ölümcül olabilir. Yetişkinlerde hipotiroidizmin en yaygın belirtileri yorgunluk, kabızlık, halsizlik, kilo alışı, kuru cilt ve ses değişiklikleridir. Ancak, klinik görünümler yaşa, cinsiyete ve diğer faktörlere göredeğişebilir 3. Hastalığın genel nüfusun %5'ini etkilediği, %5'inin ise teşhis edilmediği bildirilirken, bu hastaların %99'u primer hipotiroidizmden muzdarip kalır. Arap Körfezi Devletleri'nde yaygındır, ancak genellikle yeterince teşhis edilmemiştir4. Doğuştan hipotiroidizm, Suudi Arabistan'da yaklaşık her 3.450 bebekten birini etkiler. Sadece kadınlara odaklanan diğer kesitsel çalışmalar ise %13 ile %35 arasında değişen daha yüksek yaygınlık oranlarını bildirdi. Ayrıca, dişilerin erkeklere göre daha hassas olduğunukanıtlamak 6. Hipotiroidi tedavi edilmezse dislipidemi, bilişsel bozukluk, hipertansiyon, kısırlık ve nöromüsküler işlevsizliklere yol açabilir7. Sonuç olarak, bu çalışma, Suudi Arabistan'ın Dammam kentindeki King Fahad Uzman Hastanesi'nden (KFUH) alınan bir veri seti kullanılarak hipotiroidizmi proaktif olarak teşhis etmek için makine öğrenimi yöntemleri kullanmayı amaçlamaktadır.
Hipotiroidizmi teşhis etmek zor olabilir çünkü belirtiler genellikle diğer hastalıkların belirtileriylekarıştırılır 8. Ayrıca, hipotiroidi teşhisinin geç kalması, hastanın entelektüel yeteneklerini olumsuz etkileyebilir9. Tiroid uyarıcı hormon (TSH) testi, hipotiroidi tespit etmek için en çok kullanılan tanıyöntemidir 9. Ancak, yapay zeka ve makine öğrenimi yaklaşımları, stratejileri ve araçlarının gelişi, çeşitli tıbbi alanlarda tanı ve prognostik sorunların çözümüne yardımcı olmuştur. ML, hastalık ilerlemesini tahmin etmek, sonuç araştırması için tıbbi bilgi çıkarmak, terapötik planlama ve destek ile genel hasta bakımı gibi klinik faktörlerin ve kombinasyonlarının prognoz için önemini değerlendirmekiçin kullanılır. Büyük miktarda tıbbi veri mevcut olduğundan, tıp uygulayıcıları artık makine öğrenimi yoluyla yeni ve potansiyel olarak değerli bilgiler keşfetmek için değerli bir kaynağasahip 11,12.
Suudi veri setinden basit bir klinik veri seti kullanılarak, bu çalışma ülkedeki sağlık çalışanlarına hipotiroidizmi erken teşhis etmelerine yardımcı olmayı ve sınırlı bilgisayar kaynakları ve ekipmanı olan hastanelerde bu öngörü sistemini uygulamayı amaçlamaktadır. Ayrıca, bu alandaki önceki çalışmalar Suudi veri setini kullanmamıştır. Bu, Suudi veri setini önceki araştırmalarla birleştirme fırsatı sunar. Çalışmalar, sırasıyla böbrek hastalığı, diyabet, tiroid hastalığı ve Alzheimer hastalığını tahmin etmek için Suudi veri seti kullandı ve yüksek doğruluk 13,14,15 elde edildi. Bu deneyim, bu yöntemlerin Suudi Arabistan'daki diğer hastalıklara uygulanmasına ilham vermektedir. Çalışmalar, tıp alanında makine öğrenimi ve yapay zeka alanındaki en yeni çalışmalararasında yer alıyor 16,17,18,19.
Önerilen çalışma, hastalık tam semptomatik olmadan önce varlığını tahmin etmek amacıyla basit bir klinik Suudi veri setinde makine öğrenimi tekniklerinin uygulanmasını tartışıyor. Amaç, hipotiroidizmin olası bir ortaya çıkmasına erken uyarılar veren makine öğrenimi tabanlı bir sistem geliştirmektir. Ayrıca, sınırlı ekipmana sahip yerel hastanelerin bu tanı sistemini kullanmasını da kolaylaştıracak. Bu çalışma, bu hastalığı Suudi veri seti kullanılarak inceleyen ilk çalışmadır ve ön semptomatik aşamaya odaklanmaktadır. Veri seti, geniş yaş aralığına sahip yerel Suudi hastane hastaları için geniş bir hasta popülasyonunu kapsar; hipertiroidizmin pozitif ve negatif vakalarının karışımıdır.
Bu çalışmada dört makine öğrenimi algoritması kullanıldı: destek vektör makinesi (SVM), K-en yakın komşular (KNN), eXtreme gradyanı artırıcı (XGBoost) ve SVM ile KNN'den oluşan yumuşak oy topluluğu sınıflandırıcısı. Dört algoritmanın her biri tıp alanında yeteneklerini kanıtlamıştır. KNN algoritması, basitliği ve diyabet (DM)20'nin önleyici teşhisinde %77,5 test doğruluğu sağladığı için seçilmiştir. Aynı zamanda, SVM sağlamlığınedeniyle seçildi 21 ve yakın zamanda COVID-19 hastalarında ölüm riskini tahmin etmek içinkullanılmıştır 22. Ayrıca, XGBoost güçlü performansı23 ile seçildi ve hipertansiyon sonuçları için %94 doğru tahmin puanı elde etti ve en iyi performanslı algoritmalardan elde edilen sonuçları artırmak için stacking kullanıldı. Ayrıca, tiroid bozukluklarını %100 doğrulukla tanımlamak için bir oy topluluğusınıflandırıcısı kullanılmıştır 24.
Mevcut çalışmanın temel amacı, orijinal rutin klinik veriler ve son teknoloji makine öğrenimi algoritmaları kullanılarak Suudi bir popülasyonda hipotiroidizmin erken teşhisi konmasıdır. Bu çalışmada kullanılan dört teknik, hipotiroidizm veri seti kullanılarak Python programlama dili kullanılarak Jupyter platformunda uygulanmıştır. Performansı artırmak için hiperparametre ayarıyla 10 kat çapraz doğrulama kullanıldı. Daha sonra ileri seçim tekniğiyle ardışık özellik seçimi uygulandı ve oy topluluğu sınıflandırıcısı %94,7 ile en yüksek doğruluğu elde etti. Sırasıyla SVM, KNN ve XGBoost onu takip etti. Hatırlama konusunda, yumuşak oy topluluğu sınıflandırıcısı %95,5 ile en yüksek puanı elde etti. Genel olarak, önemez hipotiroidi tanısı için optimal model, bu çalışmada değerlendirilen tüm performans ölçütleri arasında en yüksek puanı elde eden yumuşak oy topluluğu sınıflandırıcısıdır.
Genel tiroid bozukluklarının teşhisi ve özellikle makine öğrenimi gibi teknolojilerin bilgisayar destekli bir çözüm olarak uygulanması üzerine birçok çalışma yapılmıştır. LSTM-CNN, AlexNet, ayarlanmış GoogLeNet, IndRNN–CNN ve ayarlanmış ResNet derin öğrenme modelleri, 32 hipotiroidi hastası, 38 hipertiroidi hastası ve 29 kontrol denekten serum örneklerini ayırt etmek için Raman spektroskopisiyle kullanıldı. Modelleri sırasıyla %84, %91, %75, %82 ve %71 doğrulukelde etmiş (%25).
Nazofaringeal karsinom hastalarında radyasyon kaynaklı hipotiroidizmin insidansını tahmin etmek için SVM, KNN, lojistik regresyon ve rastgele orman gibi makine öğrenimialgoritmaları kullanılmıştır 26. Modelleri 0.7 AUC değeri elde etti. Ayrıca, yazarlar LT4 tedavisi gören hipotiroidi hastalarının tedavi eğilimini tahmin etmek için çeşitli makine öğrenimi algoritmaları kullandılar. 10 sınıflandırıcı arasında, ekstra ağaç sınıflandırıcı %84 ile en yüksek doğruluğu elde etti.
Başka bir çalışmada, yazarlar hipertiroidizm ve hipotiroidisi olan ve acil tıbbi tedaviden fayda sağlayacak kişileri belirlemek için bir makine öğrenimi stratejisi geliştirdive test etti 27. Gradyent artırma karar ağacı (GBDT), SVM, ANN ve lojistik regresyon algoritmaları uyguladılar. Modelleri hipertiroidi için sırasıyla %93,8 ve hipotiroidi için %90,9 AUROC elde etti. Başka bir çalışmada ise yazarlar, hipotiroidizm ve hipertiroidi gibi tiroid bozukluklarını tespit etmek için makine öğrenimi kullandılar. Modelleri arasında SVM, ANN, KNN, lojistik regresyon ve karar ağacı bulunuyordu; en yüksek doğruluk %96,92 ile LojistikRegresyon 28 ile sağlandı. Son zamanlarda, bir grup araştırmacı, hipotiroidiyi tahmin etmek ve tespit etmek için SVM, karar ağacı, Naïve Bayes ve ensemble gibi farklı yöntemler uyguladı. Karar ağacı en yüksek doğruluğu elde etti ve %97,6 ile gerçekleşti29. Başka bir çalışma, hipertiroidizm ve hipotiroidizm hastalıklarının tiroid veri setinin özelliklerini 21'den 10'a düşürmek için hibrit diferansiyel evrim çekirdeği tabanlı Naïve Bayes algoritmasını uyguladı. Daha sonra çekirdek tabanlı Naïve Bayes sınıflandırıcısını özellik alt kümesine uyguladılar ve %97,97 doğruluk30 elde ettiler. Benzer şekilde, başka bir çalışmada yazarlar, California Üniversitesi'nden alınan hasta-ötiroid veri setinde tiroid hastalığı riskini tahmin etmek için birkaç makine öğrenimi algoritması kullandılar. Deneyleri, ANN'nin diğer tüm yöntemleri aştığını ve %95 doğruluk sağladığını gösterdi31. Ayrıca, Jha ve ark. tiroid hastalıklarını tahmin etmek için derin sinir ağlarına dayalı önerilen özellik artırma tekniklerini kullanarak %99,95 doğruluk elde etmişlerdir32.
Önceki literatüre göre, tiroid hastalıklarını tanımlamak için çoklu özellik seçimine sahip homojen bir oy topluluğu kullanılmıştır; bu algoritmalar rastgele orman, gradyan artırma, karar ağacı ve lojistik regresyon ile %100 doğrulukelde edilmiştir 24. Ayrıca, yazarlar aşırı öğrenme makine modelini Kaggle'daki hipotiroidi açık erişim veri setine uygulamış ve %92 doğruluk sağlamıştır. Veri setinde 3772 örnek bulunuyordu: 3481 hipotiroid, kalan33 negatif. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, yazarlar hipotiroidizmi sınıflandırmak için poşetli CART kullandılar. Önerilen model, %99,9 kadar etkileyici bir doğruluk sağladı. Ayrıca, hipotiroidi ile ilişkili en önemli faktörler olarak T4U, TSH ve TBGtespit edilmiştir 34. Başka bir çalışmada ise yazarlar, karar ağacı ve rastgele ormanın sırasıyla %99,5 ve %99,3 doğruluk sağladığı farklı makine öğrenimi ve derin öğrenme modellerini önerip karşılaştırdılar. 30 özellik ve 3772 örnek içeren bir Weka veriseti kullandılar (35).
Bu kısa literatür incelemesi, kullanılan yöntemlerin çoğunun çok iyi veya mükemmel sonuçlar elde ettiğini, ancak hiçbirinin Suudi Arabistan'dan basit bir klinik veri seti kullanmadığını göstermektedir. Ayrıca, değerlendirilen çoğu yayının görüntüleme veri setleri kullandığı, bunun veri toplama için gereken çalışmayı artırdığı ve teknik olmayan kişiler tarafından oluşturulan çok karmaşık modellerin uygulanmasını zorlaştırdığı da belirtildi. Ayrıca, bu çalışmaların çoğu genel tiroid bozuklukları üzerine yapılmış olup, hipotiroidi vurgulayan çok az yayın bulunmaktadır. Bu durum, sınırlı bilgisayarlı ekipmana sahip yerel hastanelerin hastalığı önleyici teşhis koymasında yardımcı olmak için Suudi veri setinden basit bir klinik veri setinde temel makine öğrenimi modellerini inceleme fırsatı sunar.
Mevcut çalışmada incelenen algoritmaların kısa girişi, Ek Dosya 1'de verilmiştir. Dört algoritma: K-En Yakın Komşu (KNN)36,37,38,39,40, Destek Vektör Makinesi (SVM)41,42,43,44,45, Aşırı Gradient Artırma (XGBoost)46,47,48 ve oy topluluğu 49,50.