Diagnostika infarktu myokardu pomocí pravidlových systémů

Transkript

1 pomocí pravidlových systémů Bakalářská práce 2009 pomocí pravidlových systémů

2 Přehled prezentace Motivace a cíle Infarkt myokardu, EKG Pravidlové systémy Výsledky

3 Motivace Infarkt myokardu Detekce infarktu myokardu je nutná pro včasnou léčbu, přesnou indikaci léků Současné EKG přístroje umí z EKG najít infarkt myokardu, ale správnost výsledků je malá, stále se klade důraz na podrobnější vyšetření v nemocnici Existence různých algoritmů, které zkoumají EKG a patologické změny v něm, vznikly v počátku druhé poloviny 20.století Možnost využití v zemích, kde není dostatečná lékařská péče

4 Cíle práce Infarkt myokardu Nastudování pravidlových algoritmů na určení a lokalizaci infarktu myokardu z literatury Na základě daných algoritmů vytvořit lepší algoritmus Zhodnocení výsledků

5 Infarkt myokardu Infarkt myokardu (IM) Projev ischemické choroby srdeční Poškození srdečního svalu(myokardu) z důvodu přerušení zásobení dané části srdečního svalu kyslíkem, dochází k odumírání svalu Diagnostika infarktu Elektrokardiogram(EKG, 12 svodů) echokardiografie(ultrazvuk) angiografie(zobrazení srdečních dutin a cév za pomoci kontrastní látky a rentgenu) vyšetření srdečních enzymů(při infarktu dochází k uvolnění enzymů z srdečního svalu do krve)

6 EKG (elektrokardiogram) Křivka EKG Změny v EKG, které indikují výskyt IM Patologický kmit Q Zvýšená elevace úseku ST Negativní kmit T

7 Informace k práci Základní lokalizace IM: Anterior(přední), Inferior(spodní), Posterior(zadní) Pravidlové stromy z literatury: Selvester Novacode Siemens Určování úspěšnosti algoritmů sensitivita - udává poměr správně nalezených infarktů vůči celkovému počtu infarktů specificita - poměr nalezených zdravých jedinců bez dané choroby vůči všem zdravým

8 Informace o datech Data jsou z databáze PTB. Byla již rozměřena a byla s detailními popisy pacientů a především s konkrétní lokalizací IM od lékaře 473 záznamů, z toho 292 s infarktem, 181 bez infarktu Počty jednotlivých nálezů - lékař Anterior Inferior Posterior Žádný

9 Selvester Infarkt myokardu Pravidla pro každou elektrodu EKG V literatuře různé specifikace, zde uvedeny jako Selvester a Selvester-upravený < ROC - křivka Úspěšnost Selvestera

10 Počty jednotlivých nálezů - Selvester-upravený lékař/selvester A I P Žádný Sensitivita Anterior Inferior Posterior Žádný Takováto tabulka byla zpracována pro každý strom(i pro automatickou klasifikaci), v prezentaci uvedena pouze pro Selvester.

11 Novacode Infarkt myokardu Určení Q-skóre(dále ST-skóre,...) pro každou elektrodu Pro Novacode byl zpracován detailní rozbor závislosti jednotlivých pravidel na výskytu IM, zpracovány jejich histogramy a grafy Ukázkový histogram Úspěšnost Novacode

12 Siemens Infarkt myokardu Jednotlivá pravidla, podle kterých se poté vyhodnocuje výskyt IM Úspěšnost Siemens

13 Sloučení stromů Infarkt myokardu Za účelem dosažení lepších výsledků při použití stávajících stromů, bylo provedeno slučení stromů Je zde graf s porovnáním úspěšností jednotlivých sloučení stromů 2*Selvester znamená dvojnásobná váha pro Selvester

14 Automatická klasifikace Použit program WEKA Využití pravidel z Novacode Bylo provedena postupná optimalizace pro nastavení klasifikátorů Byla provedena redukce pravidel, ze kterých se prováděla klasifikace, tato redukce však neměla přílišný vliv na změnu výsledků Výsledky automatické klasifikace

15 Příklad vygenerovaného stromu J48

16 Z literatury byly nastudovány a implementovány pravidlové systémy. Jejich funkčnost byla ověřena na testovacích datech a provedeny nutné modifikace, pro jejich funkčnost. Byly vypočítány jejich výsledky. Bylo provedeno sjednocení stromů - za účelem dosažení vyšší sensitivity při zachování specificity Po analýze pravidlových systémů byl zvolen postup pro vytvoření nového stromu s využitím automatických klasifikátorů v programu WEKA Specificita a sensitivita pro automatické klasifikátory je vyšší než pro původní pravidlové systémy. Použití pravidlových systémů a automatických klasifikátorů má velký potenciál pro využití v praxi, nutno zlepšit výsledky.

17 Děkuji Vám za pozornost

18 Změny v EKG při IM Především z důvodu změn vodivosti v poškozené části srdečního svalu Nekróza se chová jako elektricky němá tkáň, elektroda umístěná nad touto poškozenou částí svalu snímá pouze dutinový potenciál. V elektrodě, která je částečně nad poškozeným místem, se projeví tato změna jen částečně. Toto například platí pro patologický kmit Q a elevaci ST úseku. Ischemie se projeví prodloužením doby depolarizace a repolarizace buněk v oblasti kolem poškozené tkáně. Projev negativní vlnou T

19 Zvýšení úspěšnosti pravidlových algoritmů Po provedení analýzy algoritmů byly provedeny testy na zlepšení daných algoritmů, které z části byly zaznamenány a z části zapracovány do jednotlivých pravidlových systémů (některé úpravy bylo nutné provést na začátku prací, aby se daly dané algoritmy použít pro data) Další možností jak zlepšit výsledky algoritmů bylo použití dvou, nebo tří algoritmů zároveň. Proto byly implementovány tato sjednocení algoritmů. Používala se většina z n, případně s upravenou váhou jednotlivých algoritmů. Z důvodu implementace více algoritmů bylo vhodné zjistit možnost jejich vzájemné spolupráce při identifikaci a lokalizaci IM

20 Zvýšení úspěšnosti pravidlových algoritmů Postup při slučování algoritmů byl zvolen od postupného slučování 2 algoritmů, ke kterým postupně byl přidán třetí, na základě tohoto postupu byla rovněž určena volba například vyšší váhy některého algoritmu ve sloučení.

21 Celkový přehled Infarkt myokardu