Diagnostic Options for Postoperative Complications in Surgery


如何引用文章

全文:

详细

Currently, scientific research is usually carried out in accordance with the postulates of evidence-based medicine in Russia and foreign countries. However, the implementation of these principles requires deep knowledge of surgery and mathematical modeling. Authors: a surgeon and a programmer developed mathematical models involved in the diagnosis of postoperative complications in surgery. In this paper, we investigated a deep, fully connected neural network for the diagnosis of postoperative complications on the clinical example of acute appendicitis. As a training set of parameters, we used a set developed by the authors on the basis of real clinical data, which has a state registration number in the form of a database, and includes a knowledge base. The interquantile range of the F1 measure is proposed for the selection of significant features. An approach to coding composite categorical features, characterized by a compact representation, is proposed. For pre-processing of training data, it is proposed to use a step-up autoencoder. The autoencoder converts the selected functions into a higher-dimensional space, which, according to Kover's theorem, facilitates the classification of features. The neural network is implemented using the Keras and TensorFlow libraries. To train the neural network, the Adam algorithm with adaptive learning speed is used. To reduce the effect of overfitting, a modern regularization method — dropout-was used. The analysis and selection of the classifier quality metrics are carried out. To evaluate the characteristics of the neural network, k-block cross-validation was used. The trained neural network showed high diagnostic performance on the test data set.

作者简介

Anatoly Solomakh

Penza State University,

Email: anatoly.solomakha@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1070-6029

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Computer Technology

俄罗斯联邦, Penza, Russian Federation

Vladimir Gorbachenko

Penza State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: anatoly.solomakha@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1012-8855
SPIN 代码: 1045-0906

Ph.D., surgeon, transfusiologist, doctor of the highest category, associate professor, full member of the Russian Academy of Medical and Technical Sciences

俄罗斯联邦, Penza, Russian Federation

参考

  1. Совцов С. А. Острый аппендицит: что изменилось в начале нового века?(с комментарием).Хирургия. Журнал им. Н. П. Пирогова.2013;7:37–42.
  2. Simillis C, Symeonides P, Shorthouse AJ, Tekkis PP. A meta-analysis comparing conservative treatment versus acute appendectomy for complicated appendicitis (abscess or phlegmon).Surgery.2010;147:818–829.doi.org/10.1016/s0090-3671(10)79895-5
  3. Prabhudesai SG. Artificial neural Networks: Useful Aid in Diagnosing Acute Appendicitis.World Journal of Surgery.2008; 2:305–309.doi.org/10.1007/s00268-007-9299-5
  4. Park SY, Kim SM. Acute appendicitis diagnosis using artificial neural networks.Technology and health care.2015;23:559–565.doi.org/10.3233/thc-150994
  5. Juliano Y, Rosa OM, Novo NF, Favaro ML. Risk factors associated with complications of acute appendicitis.Journal of Brazilian College of Surgeons.2017;6:560–566.doi.org/10.26226/morressier.58fa1765d462b80290b50f65
  6. Bakti N, Hussain A, El-Hassani S. A rare complication of acute appendicitis: Superior mesenteric vein thrombosis.International Journal of Surgery Case Reports. 2011; 8: 250–252.doi.org/10.1016/j.ijscr.2011.08.003
  7. Brigham KL, Johns MME. Predictive Health: How We Can Reinvent Medicine to Extend Our Best Years.Basic Books.2012; 256.
  8. Miner L, Bolding P, Hilbe J. Practical Predictive Analytics and Decisioning Systems for Medicine: Informatics Accuracy and Cost-Effectiveness for Healthcare Administration and Delivery Including Medical Research. Academic Press.2014;1110.
  9. Joskowicz L. Computer-aided surgery meets predictive, preventive, and personalized medicine. EPMA Journal.2017;8:1–4. doi.org/10.1007/s13167-017-0084-8
  10. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. М.: Вильямс.2006;1104.
  11. Гудфеллоу Я., Бенджио И., Курвиль А. Глубокое обучение.М.: ДМК Пресс, 2018.652с.
  12. Аггарвал Ч. Нейронные сети и глубокое обучение.СПб.: ООО "Диалектика".2020;752.
  13. П. А. Ващенко, А. А. Соломаха, В. И. Горбаченко, А. О. Хазратов. Клинико-лабораторные параметры больных острым аппендицитом. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014621431. Дата государственной регистрации в Реестре баз данных 10 октября 2014 г.
  14. Zheng A, Casari A. Feature Engineering for Machine Learning: Principles and Techniques for Data Scientists. O'Reilly Media. 2018; 218.
  15. Chandrashekar G, Sahin F. A survey on feature selection methods.Computers & Electrical Engineering.2014;40: 1: 16–28.doi.org/10.1016/j.compeleceng.2013.11.024
  16. Брюс П., Брюс Э. Практическая статистика для специалистов DataScience. СПб.: БХВ Петербург. 2018;304.
  17. Жерон О. Прикладное машинное обучение с помощью Scikit‑Learn, Keras и TensorFlow: концепции, инструменты и техники для создания интеллектуальных систем. СПб.: ООО "Диалектика".2020;1040.
  18. Brownlee J. Why One-Hot Encode Data in Machine Learning? https://machinelearningmastery.com/why-one-hot-encode-data-in-machine-learning/
  19. Хейдт М., Груздев А. В. Изучаем pandas.М.: ДМК Пресс.2019;682.
  20. Scikit-Learn // https://scikit-learn.org/stable/
  21. Шолле Ф. Глубокое обучение на Python. СПб.: Питер.2018; 400.
  22. Keras: The Python Deep Learning library. Usage of callbacks. https://keras.io/callbacks/
  23. Cover TM. Geometrical and Statistical Properties of Systems of Linear inequalities with Applications in Pattern Recognition.IEEE Transactions on Electronic Computers. 1965; EC14: 3: 326–334.doi.org/10.1109/pgec.1965.264137
  24. Zeiler MD. ADADELTA: An Adaptive Learning Rate Method. 2012; https://arxiv.org/abs/1212.5701
  25. Рашка С., Мирджалили В. Python и машинное обучение: машинное и глубокое обучение с использованием Python, scikit-learn и TensorFlow 2. СПБ.: ООО "Диалектика".2020;848.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».