کاربرد فناوری اطلاعات در پزشکی
منحنی های ROC درسال ۱۹۵۰ توسعه پیداکردند،که اولین بار برای تشخیص سیگنال رادیویی دارای اغتشاش (noise) بکاررفت.اخیرا معلوم شده است که این منحنی ها درتصمیم گیری پزشکی کاربردهای قابل توجهی دارند.البته این بدان معنی نیست که برای هرکاربردی می توان از آنهااستفاده کرد.دراینجابه موارداستفاده ومحدودیتهای منحنی ROC می پردازیم.در ابتدا به مفاهیم اولیه ROC خواهیم پرداخت ودرادامه مثالهایی ازکاربردROC درحوزه پزشکی بیان خواهیم کرد.
بیماران بخش مراقبتهای ویژه (ICU) یک بیمارستان رادرنظربگیرید.یکی ازعلل مرگ دراین بیماران عفونت می باشد،که اگر روشی سریع وآسان برای تشخیص زودهنگام عفونت یاعدم عفونت این بیماران داشته باشیم می توانیم کمک زیادی به آنها کنیم.
صرف نظرازاینکه تعریف عفونت چیست ، یک چنین تستی رادرنظربگیرید که مشخص کند آیابیمارعفونی است یا خیر؟
با این فرض که تعدادبیماران ICU مشخص است ، این دوکاررا انجام می دهیم:
۱_ تست تشخیص عفونت را انجام داده ونتایج راثبت می کنیم.
۲_ بایک روش کاملامطمئن و با کمک متخصصین (بدون استفاده ازتست شماره یک) عفونت یاعدم عفونت بیماران رابررسی کرده ونتیجه راثبت می کنیم.
نتایج را می توان به شکل زیرنمایش داد:
TP: تشخیصهای درست عفونت دربیماران بااستفاده از نتایج تست.
FP: تشخیصهای غلط عفونت دربیماران بااستفاده ازنتایج تست (بیماران غیرعفونی که عفونی تشخیص داده شده اند.)
TN: تشخیصهای درست فقدان عفونت دربیماران بااستفاده ازنتایج تست.
FN: تشخیصهای غلط فقدان عفونت دربیماران بااستفاده ازنتایج تست (بیماران عفونی که غیرعفونی تشخیص داده شده اند.)
Y: تعدادکل بیماران دارای عفونت بااستفاده ازیک روش دقیق وبه کمک متخصصان (استفاده ازروش SIRS)
N: تعدادکل بیماران
مامی توانیم نتایج رابصورت کسرها نیزارائه دهیم،دراینصورت داریم:
FNF + TPF = 1
بعبارت دیگرFNF ،کسر FN (تشخیصهای غلط منفی) رابه مامی دهد،همچنین می توانیم TPF رابصورت کسرTP (تشخیصهای درست مثبت) حساب کنیم.بطورمشابه کسرFP (تشخیصهای غلط مثبت) وکسر TN (تشخیصهای درست منفی) به مواردبالااضافه می شوند،آن بیمارانی که واقعاعفونت ندارند(درمثال ما) یابایدTN ویاFP تشخیص داده شوند.درجدول فوق ،TPF تعدادبیمارانی که عفونت دارندراارائه می دهدوداشتن یک تست بالا(یعنی هرچه که بالای سطح خط آستانه انتخاب شده است) رابه اثبات می رساند.FPF ،FP را ارائه می دهد،یعنی تست به مادروغ گفته وتست ،بیمارانی راکه واقعافاقدعفونت می باشندراعفونی تشخیص داده است .بطورمشابه برای TNF وهمچنین FNF خواهیم داشت.
دربرخی ازمتون مفاهیم دیگری مرتبط باجدول فوق وجودداردکه به شرح زیرمی باشند:
: Sensitivity یاحساسیت بدین معنی است که چقدرتست موردنظرماتوانسته است بیماران عفونی راانتخاب کند که این معنی TP/P می باشد،بعبارت دیگر حساسیت تعداد بیماران درست انتخاب شده توسط تست به نسبت کل بیمارانی که واقعا عفونی هستندرانشان می دهد.
Specificity : عبارتست ازتوانایی تست برای انتخاب درست بیمارانی که عفونت ندارند.
Specificity درواقع عبارتست ازنسبت تشخیصهای درست عدم عفونت به کل بیمارانی که فاقدعفونت هستند.
چگونه مابه این نتیجه رسیده ایم که چه کسی واقعا عفونت دارد وچه کسی ندارد؟
دانشمندان وپزشکان متخصص به این نتیجه رسیده اند که یک بیمارعفونی حداقل به دوموردازچهارموردزیردچارمی شود:
۱_ درجه حرارت زیر ۳۶ درجه وبالای ۳۸ درجه
۲_ ضربان قلب بالای ۹۰دردقیقه
۳_ تعدادتنفس بالای ۲۰ دردقیقه یا PaCO2زیر۳۲ میلیمترجیوه (mmHg)
۴_ تعدادسلولهای سفید زیر۴۰۰۰ mm۳ یابالای ۱۲۰۰۰ mm۳ یابالای ۱۰% شکل رشدنیافته.
که به آن SIRS می گویند.بنابراین کسی عفونت داردکه SIRS آن این رابیان کرده باشد.
براساس تست خودمان به این نتیجه رسیدیم که پاسخ تست مامثبت است (بیماردارای عفونت است) اگرنتیجه تست بیشترازیک مقدارمبناباشدومنفی است اگرپایین ترازآن باشد.ایده اصلی منحنی هایROC این است که چگونه این مبنارا انتخاب کنیم.
فرض کنیدکه دوجمعیت بیماردارای عفونت وبدون عفونت به همراه نتایج SIRS آنهاموجودمی باشد،واماتستی داریم که برای هریک ازبیماران اعمال کرده ونتایج عددی حاصل رابرای هرنفرثبت می کنیم وسپس هیستوگرام نتایج حاصل ازاین تست رارسم می کنیم.
همانطورکه درتصویر فوق ملاحظه می شودوقتی که خط سبزرنگ را ازسمت چپ به راست حرکت می دهیم میزان FP کاهش می یابد،ولی متاسفانه همینطورکه FP (تشخیصهای غلط عفونی) کاهش پیدامی کند،ازیک نقطه به بعد(شروع منحنی بیماران عفونی) مقدارTP (تشخیصهای درست عفونی) نیزکاهش پیدامی کند.همانطورکه درتصویر معلوم است نمودارتوزیع دوجمعیت بیماران دارای عفونت (براساس تست) بارنگ قرمزونمودارتوزیع دوجمعیت بیماران دارای عفونت بارنگ آبی مشخص شده است.این دومنحنی بایکدیگرتلاقی دارند،این تلاقی بدین معنی است که متاسفانه برخی ازبیمارانی که براساس نتیجه تست عفونی تشخیص داده شده انددرواقع فاقدعفونت (FP) هستندوبخشی ازبیمارانی که فاقدعفونت تشخیص داده شده اندعفونی(FN) می باشند.یک منحنی ROC درواقع به مامی گوید که وقتی ماخط آستانه راتغییرمی دهیم،چه اتفاقی برای TPF و FPFمی افتد.
همینطورکه در تصویر فوق ملاحظه می شود،وقتی که خط آستانه را ازراست به چپ تغییرمی دهیم،نقطه متناظربرمنحنی ROC ازچپ به راست حرکت می کند،علت این است که اگرمقدارمتناظرباخط آستانه خیلی بزرگ باشد بدین معنی خواهدبودکهFP صفرمی باشد ولی درواقع دراین صورت ماهیچ TP نیزنخواهیم داشت یعنی هردومقدار TPF و FPF نزدیک صفرخواهندبودکه متناظرباپایین ترین نقطه ROC درسمت چپ خواهدبود.همینطورکه خط مبنارابه سمت چپ حرکت می دهیم میزان TP افزایش می یابدودرروی منحنی به سمت بالاحرکت می کند.کاهش مقدارمتناظرباخط آستانه ازیک حدی به پایین (مقدارمتناظرباتلاقی خط آستانه بامنحنی آبی رنگ) ضمن افزایش TP ،میزان TN (تشخیصهای درست فاقدعفونت) راکاهش ومیزان FP (تشخیصهای غلط عفونت) راباعث خواهدشد. که درادامه مقدار FN (تشخیصهای غلط فقدان عفونت) نیزکاهش می یابد.
درتصویر فوق تاثیرمیزان تداخل یااشتراک منحنی های نرمال مربوط به جمعیت بیمارانی که براساس تست عفونی (رنگ قرمز) بوده اندرابامنحنی بیمارانی که براساس تست فاقدعفونت بوده اند(رنگ آبی) ،ملاحظه می نمایید.
تبصره:دراصل وقتی منحنی قرمز جابجامی شودمعنی آن این است که ازیک تست دیگر برای تشخیص عفونت بیماران استفاده می نماییم.درواقع دراین تصویر مابه اهمیت انتخاب شاخص برای طبقه بندی بیماران عفونی وغیرعفونی پی خواهیم برد.همانگونه که مشاهده می شود درابتدا دومنحنی برهم منطبق می باشند.این وضعیت بدین معنی است که تست مافاقدارزش می باشد.سطح زیرمنحنی ROC دراین وضعیت تقریبا مساوی ۵/. بوده ومنحنی ROC منطبق برقطرمربع وبه صورت یک خط باشیب ۴۵ درجه تبدیل خواهدشد.هرچه میزان اشتراک وتلاقی دومنحنی کمترشوند ،شاخص انتخاب شده برای تست مطلوبتر می باشدوسطح زیرمنحنی ROC نیزبه میزان حداکثری خود (۱) نزدیک می شود.تغییرآستانه وتاثیرآن برموقعیت برروی منحنی ROC ومقادیر FP و FN و TP و TN قبلابیان شده است.
نحوه رسم منحنی ROC
فرض کنیددوجمعیت داریم،یکی افرادعادی ودیگری افرادبیمار.یک تست برای تشخیص بیماری داریم وآن رابرای هردوجمعیت بیماروسالم انجام می دهیم وهمچنین فرض کنیدکه محدوده مقادیرحاصل ازتست ،ازصفرتایک عددخیلی بزرگ تغییرمی کند.بعدازانجام تست مقادیررابصورت صعودی مرتب می کنیم،دراین مثال هرچه مقدارنتیجه تست بیشترباشداحتمال بیماری بیشتراست.(همانطورکه می دانیم درعمل ممکن است برای برخی ازبیماریهااین موضوع برعکس باشد)
حال منحنی ROC رابه روش زیررسم می کنیم:
۱_ ازگوشه سمت چپ ROC شروع می کنیم،می دانیم که دراین نقطه هردومقدارFPF و TPF صفراست.(این نقطه به معنی انتخاب خط آستانه بسیاربزرگ است یعنی درحدبزرگترین عددنتیجه تست یابیشترازآن.)
۲_حال بابزرگترین عددبعدی نتیجه تست شروع می کنیم وآن را بعنوان آستانه درنظرمی گیریم.دراین حالت مقدار TPF و FPF رامحاسبه کرده ونقطه بعدی منحنی رابدست می آوریم.طبق تعریف TPF مساوی با TP/Y و FPF مساوی خواهد بود با FP/N.
۳_ خط آستانه راپایین تر می آوریم تابه مقدارکمتری ازمیزان قبلی برسیم ومشابه قبل عمل
می کنیم .
۴_ واین روندرابرای مقادیرکمترآستانه تکرارمی کنیم ودرنهایت به نقطه سمت راست بالای منحنی ROC می رسیم که دراین وضعیت خط مبنا مساوی یاکمترازکمترین مقدارنتیجه تست می باشد.دراین موقعیت TPF و FPF هردویک خواهندبود.
نحوه محاسبه TP بعدازانتخاب یک خط آستانه
به لیست تشخیصهای درست عفونت دربیماران (براساس تشخیص متخصصان وروش SIRS) مراجعه می کنیم ،تعداد بیمارانی که دراین لیست بعنوان بیمارعفونی موجودبوده ونتیجه تست آنها بیشتریامساوی مقدارآستانه باشد را TP می نامیم .
نحوه محاسبه FP بعدازانتخاب یک خط آستانه
به لیست تشخیصهای درست عدم عفونت دربیماران مراجعه می کنیم ،تعدادبیمارانی که نتیجه تست آنها بیشتریامساوی مقدارآستانه باشدودراین لیست بعنوان بیمارغیرعفونی اعلام شده باشندراFP می نامیم.
از شما دوستان عزیز که این مطلب آموزشی را دنبال نموده اید تشکر می کنیم و شما را دعوت میکنیم که برای فراگیری نرم افزار متلب مطالب ما را دنبال کنید.این مطالب برای افزایش دانش شما در سایت قرار داده شده و کمک زیادی در یادگیری شما در انجام پروژه متلب خواهد نمود.
فریلنسر هستم و مهارت انجام پروژه ای را دارم!
اگر شما فریلنسر هستید و توانایی انجام پروژه ای را در یک رشته یا حوزه ای خاص دارید برای فعالیت در سایت کافه پروژه و کسب درآمد می توانید در سایت ثبت نام کنید و پروژه هایی با مهارت انتخاب خود را مشاهده کنید.جهت ثبت نام و ثبت رزومه خود در سایت از طریق دکمه پایین صفحه در سایت عضو شوید:
نحوه سفارش پروژه در سایت کافه پروژه :
اگر پروژه ای دارید که میخواهید آن را برون سپاری کنید کافی است در سایت کافه پروژه ثبت نام کنید و پروژه خود را ثبت نمایید.پروژه شما هر چه که باشد حتما مجری برای آن وجود دارد.جهت ثبت نام و ثبت سفارش پروژه خود برروی دکمه زیر کلیک نمایید.
بدون دیدگاه