Ανάπτυξη ερμηνεύσιμου μοντέλου εκτίμησης του κινδύνου εμφάνισης καρδιαγγειακής νόσου σε άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 2

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολό- γηση ενός ερμηνεύσιμου μοντέλου για την εκτίμηση του κινδύνου εμφάνισης καρδιαγγειακής νόσου σε άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 2 (ΣΔΤ2). Ο ΣΔΤ2 αποτελεί την πιο συχνά εμφανιζόμενη μορφή ΣΔ και χαρακτηρίζεται από αυξημένα επίπεδα γλυκόζης λόγω μειωμένης ευαισθησίας του οργανισμού στη δράση της ινσουλίνης ή/και περιορισμένης παραγωγής και έκκρισής της από το πά- γκρεας. Τα άτομα με ΣΔΤ2 βρίσκονται σε αυξημένο κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου και εμφανίζουν υψηλότερα ποσοστά θνησιμότητας λόγω καρδιαγγειακής νόσου σε σχέση με τον γενικό πληθυσμό. Αν και διεθνείς κατευθυντήριες οδηγίες συστήνουν τη χρήση προβλεπτικών μοντέλων για την εκτί- μηση του κινδύνου εμφάνισης πρώτου καρδιαγγειακού επεισοδίου, η αδυναμία ανάπτυξης μοντέλων που επιτυγχάνουν ακρίβεια και ερμηνευσιμότητα, αποτελεί τροχοπέδη για την υιοθέτηση των προ- βλεπτικών μοντέλων στην κλινική πράξη. Η ανάπτυξη του υπό μελέτη ερμηνεύσιμου μοντέλου βασίζεται στη χρήση του αλγορίθμου ενί- σχυσης XGBoost και της μεθόδου ερμηνευσιμότητας Tree SHAP. Το μοντέλο λαμβάνει ως είσοδο δημογραφικά, σωματομετρικά και κλινικά δεδομένα, καθώς και δεδομένα τρόπου ζωής και θεραπείας, και εξάγει την πιθανότητα εμφάνισης καρδιαγγειακής νόσου σε βάθος πενταετίας. Για την αποτελε- σματική διαχείριση της μη ισορροπημένης φύσης του συνόλου δεδομένων, υιοθετείται κατάλληλη προσέγγιση συλλογικής μάθησης με στόχο την εκπαίδευση πολλαπλών αρχικών μοντέλων και τον συνδυασμό των αποφάσεών τους για την εξαγωγή του τελικού κινδύνου. Το ίδιο συνδυαστικό σχήμα εφαρμόζεται για την την ερμηνεία των αποφάσεων του τελικού (συνδυαστικού) μοντέλου με βάση την μέθοδο Tree SHAP. Για την ανάπτυξη και την αξιολόγηση του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν δε- δομένα 560 ατόμων με ΣΔΤ2, που παραχωρήθηκαν από το Ιπποκράτειο Νοσοκομείο Αττικής. Το μοντέλο αξιολογήθηκε ως προς τη διακριτική του ικανότητα, καθώς και ως προς την ικανότητά του να παράγει ακριβείς και ερμηνεύσιμες εκτιμήσεις του κινδύνου.