Abstract
Background. Machine learning allows applying various intelligent algorithms to produce diagnostic and/or prognostic models. Such models can be used to determine the functional state of the heart, which is diagnosed by speckle-tracking echocardiography. To determine the patient's heart condition in detail, a classification approach is used in machine learning. Each of the classification algorithms has a different performance when applied to certain situations. Therefore, the actual task is to determine the most efficient algorithm for solving a specific task of classifying the patient's heart condition when applying the same speckle-tracking echocardiography data set. Objective. We are aimed to evaluate the effectiveness of the application of prognostic models of logistic regression, the group method of data handling (GMDH), random forest, and adaptive boosting (AdaBoost) in the construction of algorithms to support medical decision-making on the diagnosis of coronary heart disease. Methods. Video data from speckle-tracking echocardiography of 40 patients with coronary heart disease and 16 patients without cardiac pathology were used for the study. Echocardiography was recorded in B-mode in three positions: long axis, 4-chamber, and 2-chamber. Echocardiography frames that reflect the systole and diastole of the heart (308 samples in total) were taken as objects for classification. To obtain informative features of the selected objects, the genetic GMDH approach was applied to identify the best structure of harmonic textural features. We compared the efficiency of the following classification algorithms: logistic regression method, GMDH classifier, random forest method, and AdaBoost method. Results. Four classification models were constructed for each of the three B-mode echocardiography positions. For this purpose, the data samples were divided into 3: training sample (60%), validation sample (20%), and test sample (20%). Objective evaluation of the models on the test sample showed that the best classification method was random forest (90.3% accuracy on the 4-chamber echocardiography position, 74.2% on the 2-chamber, and 77.4% on the long axis). This was also confirmed by ROC analysis, wherein in all cases, the random forest was the most effective in classifying cardiac conditions. Conclusions. The best classification algorithm for cardiac diagnostics by speckle-tracking echocardiography was determined. It turned out to be a random forest, which can be explained by the ensemble approach of begging, which is inherent in this classification method. It will be the mainstay of further research, which is planned to be performed to develop a full-fledged decision support system for cardiac diagnostics.
Highlights
Machine learning allows applying various intelligent algorithms to produce diagnostic and/or prognostic models
Об’єктивне оцінювання моделей на тестовій вибірці показало, що найкращим методом класифікації є випадковий ліс (90,3 % точності на 4-камерній позиції ехокардіографії, 74,2 % на 2-камерній і 77,4 % на довгій вісі)
Визначено найкращий алгоритм класифікації в діагностиці стану серця за спекл-трекінг ехокардіографією
Summary
Подібні моделі можуть бути використані для визначення функціонального стану серця, який діагностується за допомогою спекл-трекінг ехокардіографії. Тому актуальною задачею є визначення найбільш ефективного алгоритму для розвязання конкретної задачі класифікації стану серця пацієнта при застосуванні однакового масиву даних спекл-трекінг ехокардіографії. Оцінити ефективність застосування прогностичних моделей логістичної регресії, методу групового урахування аргументів (МГУА), випадкового лісу і адаптивного бустингу (AdaBoost) при побудові алгоритмів підтримки прийняття медичних рішень щодо діагностики ішемічної хвороби серця. Ключові слова: алгоритми класифікації; аналіз медичних зображень; спекл-трекінг ехокардіографія; стан серця; ішемічна хвороба серця; гармонічні структури; логістична регресія; метод групового урахування аргументів; випадковий ліс; адаптивний бустинг. Мета нашої роботи роботи – оцінити ефективність застосування прогностичних моделей логістичної регресії, МГУА, випадкового лісу й адаптивного бустингу (AdaBoost) при побудові алгоритмів підтримки прийняття медичних рішень щодо діагностики ішемічної хвороби серця
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.