Yıl: 2020 Cilt: 8 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 1877 - 1893 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.29130/dubited.688223 İndeks Tarihi: 12-01-2021

Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem

Öz:
Parkinson hastalığı (PH), dopamin üreten beyin hücrelerinin ölmesiyle ya da zarar görmesiyle ortaya çıkan birbeyin hastalığıdır. Böyle bir durumda, beyin normal fonksiyonlarını yerine getiremez. PH, konuşma, yürüme veyazma gibi insan hareketlerini olumsuz olarak etkiler. Bu hastalığın teşhisinde detaylı tıbbi öykü, geçmiş tedaviöyküsü, fiziksel testler ve bazı kan testleri ile beyin filmleri istenilmektedir. Bu işlemler maliyetli ve meşakkatliolabildiği için daha az maliyetli ve daha kolay yapılabilen teşhis bu noktada önem kazanmaktadır. Bu çalışmadadoktorun kararına destek olabilmesi için 252 bireyden alınan ses verileri ile PH’ın teşhis edilebilmesiamaçlanmıştır. Verilerden daha iyi sonuç alabilmek için bazı ön işlemler uygulanmıştır. Verilerde dengelemeişlemi yapılmış ve sistematik örnekleme metodu ile işleme alınacak veriler belirlenmiştir. Öznitelik seçmealgoritması ile özniteliklerin etiket üzerindeki etki gücü hesaplanıp bazı veri grupları oluşturulmuştur.Sınıflandırma algoritmalarından Karar ağacı, Destek Vektör Makineleri ve K En Yakın Komşu Algoritmasıkullanılıp, performans değerlendirme kriterleri - bunlar; Doğruluk Oranı, Duyarlılık, Özgünlük, F-Ölçümü,Kappa, Auc - değerlendirilmiştir. En yüksek performans değerine sahip veri grubu ve kullanılan sınıflandırmaalgoritması belirlenip model oluşturulmuştur. Model en ilgiliden en ilgisize doğru sıralanmış veri setinin%45’inden ve Destek vektör makineleri algoritması kullanılarak oluşturulmuştur. Performans kriterlerinde %85doğruluk oranı ve diğer kriterlerde de olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Böylece PH olma ihtimali olan bireyin seskayıtlarından oluşturulan veri seti ve uygulanan model yardımı ile doktora tıbbi karar destek sağlanacağıanlaşılmıştır.
Anahtar Kelime:

A New Method Based on Machine Learning for the Diagnosis of Parkinson’s Disease

Öz:
Parkinson’s disease (PD) is a brain disease caused by death or damage of dopamine producer brain cells. In such case, the brain can not perform its normal functions. PD negatively affects human movements such as speech, walking and writing. In the diagnosis of this disease, detailed medical history, history of treatment, physical tests and some blood tests and brain films are required. Because these operations can be costly and difficult, less costly and easier making of the diagnosis has such important in this subject. In this study, it was aimed to diagnose PD with voice data from 252 individuals to support the doctor’s decision. In order to get better results, some pre-treatments were applied. The datas were balanced and datas that taken to treatments with systematic sampling method were determined. With the feature selection algorithm, some data groups were created by calculating the effect of the attributes on the label. Of the classification algorithms; Decision tree, Support Vector Machines and K Nearest Neighbor Algorithm are used and Performance evaluation criteria such as Accuracy, Sensitivity, Specificity, F-Measurement, Kappa, Auc - were evaluated. The data group with the highest performance value and the used classification algorithm were determined and model was created by using support vector machines algorithm and from 45% of data set that was sorten from the most effective to the most ineffective. The performance criterias has an accuracy of 85% besides in other criterias possitive results were earned. Thus, it was understood that medical decision support to the doctor would be provided with the help of applied model and data set formed by sound recordings of the individuals who possibly been PD
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] A. Wood-Kaczmar, S. Gandhi, and N.W. Wood, “Understanding the molecular causes of Parkinson’s disease,” Trends in Molecular Medicine, vol 12, no 11, pp 521–528, 2006.
  • [2] Roger A Barker and Stephen B. Dunnett, “Functional integration of neural grafts in Parkinson’s disease,” 1999.
  • [3] William M. McDonald, Paul E. Holtzheimer, and Eve H. Byrd, “The diagnosis and treatment of depression in parkinson’s disease,” Current Treatment Options in Neurology, vol 8, no 3, pp 245–255, 2006.
  • [4] Pratibha Surathi, Ketan Jhunjhunwala, Ravi Yadav, and PramodKumar Pal, “Research in Parkinson’s 7 disease in India: A review,” Annals of Indian Academy, 19-1, 2016.
  • [5] Parkinsondernegi, “Doktorunuz Parkinson Hastalığı Tanısını Nasıl Koyar?”, Erişim: 27.01.2020, http://parkinsondernegi.com/
  • [6] Biswajit Karan, Sitanshu Sekhar Sahu, and Kartik Mahto, “Parkinson disease prediction using intrinsic mode function based features from speech signal,” Biocybernetics and Biomedical Engineering, may 2019.
  • [7] Richa Mathur, Vibhakar Pathak, and Devesh Bandil, “Parkinson Disease Prediction Using Machine Learning Algorithm” pp 357–363, 2019.
  • [8] C. Okan Sakar, Gorkem Serbes, Aysegul Gunduz, Hunkar C. Tunc, Hatice Nizam, Betul Erdogdu Sakar, Melih Tutuncu, Tarkan Aydin, M. Erdem Isenkul, and Hulya Apaydin, “A comparative analysis of speech signal processing algorithms for Parkinson’s disease classification and the use of the tunable Q-factor wavelet Transform,” Applied Soft Computing, vol 74, pp 255–263, 2019.
  • [9] Jing Tang, Bao Yang, Matthew P. Adams, Nikolay N. Shenkov, Ivan S. Klyuzhin, Sima Fotouhi, Esmaeil Davoodi-Bojd, Lijun Lu, Hamid Soltanian-Zadeh, Vesna Sossi, and Arman Rahmim, “Artificial Neural Network Based Prediction of Outcome in Parkinson’s Disease Patients Using DaTscan SPECT Imaging Features,” Molecular Imaging and Biology, mar 2019.
  • [10] Ramzi M. Sadek, Salah A. Mohammed, Abdul Rahman K. Abunbehan, Abdul Karim H. Abdul Ghattas, Majed R. Badawi, Mohamed N. Mortaja, Bassem S. Abu-Nasser, and Samy S. Abu-Naser, “Parkinson’s Disease Prediction Using Artificial Neural Network,” 2019.
  • [11] Hüseyin Gürüler, “A novel diagnosis system for Parkinson’s disease using complex-valued artificial neural network with k-means clustering feature weighting method,” Neural Computing and Applications, vol 28, no 7, pp 1657 1666, 2017.
  • [12] Ömer Eskidere, “A Comparison of Feature Selection Methods for Diagnosis of Parkinson’s Disease fromVocal Measurements,” Journal Engineering and Natural Science, vol 30, pp 402–414, 2012.
  • [13] C. Okan Sakar and Olcay Kursun, “Telediagnosis of Parkinson’s Disease Using Measurements of Dysphonia,” Journal of Medical Systems, vol 34, no 4, pp 591–599, 2010.
  • [14] A. Tsanas, M. A. Little, P. E. McSharry, and L. O. Ramig, “Nonlinear speech analysis algorithms mapped to a standard metric achieve clinically useful quantification of average Parkinson’s disease symptom severity,” Journal of The Royal Society Interface, vol 8, no 59, pp 842–855, 2011.
  • [15] Max A Little, Patrick E McSharry, Eric J Hunter, Jennifer Spielman, and Lorraine O Ramig, “Suitability of dysphonia measurements for telemonitoring of Parkinson’s disease,” IEEE transactions on bio-medical engineering, vol.56, no.4, pp.1015, 2009.
  • [16] Musa Peker, “A decision support system to improve medical diagnosis using a combination of kmedoids clustering based attribute weighting and SVM,” Journal of Medical Systems, vol.40, no.5, pp. 116, 2016.
  • [17] Betul Erdogdu Sakar, Gorkem Serbes, and C Okan Sakar, “Analyzing the effectiveness of vocal features in early telediagnosis of Parkinson’s disease” PloS one, vol.12, no.8, pp. 0182428, 2017.
  • [18] Musa Peker, Baha Sen, and Dursun Delen, “Computer-Aided Diagnosis of Parkinson’s Disease Using Complex-Valued Neural Networks and mRMR Feature Selection Algorithm” Journal of healthcare engineering, vol.6, no. 3, pp.281–302, 2015.
  • [19] Kyoungjune Pak, Heeyoung Kim, Ju Won Seok, Myung Jun Lee, Seunghyeon Shin, Keunyoung Kim, Jae Meen Lee, Youngduk Seo, Bum Soo Kim, Sungmin Jun, and In Joo Kim, “Prediction of future weight change with dopamine transporter in patients with Parkinson’s disease,” Journal of Neural Transmission, vol. 126, no.6, pp. 723–729, 2019.
  • [20] Srishti Grover, Saloni Bhartia, Akshama, Abhilasha Yadav, and Seeja K.R, “Predicting Severity Of Parkinson’s Disease Using Deep Learning,” Procedia Computer Science, vol.132, pp. 1788–1794, 2018.
  • [21] Sukru Torun “Parkinsonlularda Konuşma Fonksiyonunun Subjektif ve Objektif (Elektrolaringografik) Yöntemlerle incelenmesi,” 1991.
  • [22] Timothy J. Wroge, Yasin Ozkanca, Cenk Demiroglu, Dong Si, David C. Atkins, and Reza Hosseini Ghomi, "Parkinson’s Disease Diagnosis Using Machine Learning and Voice,” In 2018 IEEE Signal Processing in Medicine and Biology Symposium (SPMB), pp 1–7. IEEE, dec 2018.
  • [23] Elif Kartal and Zeki Ozen, “Dengesiz Veri Setlerinde Sınıflandırma,” pp. 109–131, 2017.
  • [24] Reha Alpar, “Spor Sağlık Ve Eğitim Bilimlerinden Örneklerle UYGULAMALI İSTATİSTİK VE GEÇERLİK GÜVENİRLİK,” DETAY YAYINCILIK, 5 edition, 2018.
  • [25] Salvador García, Sergio Ramírez-Gallego, Julián Luengo, José Manuel Benítez, and Francisco Herrera, “Big data preprocessing: methods and prospects,” Big Data Analytics, vol. 1, no. 1, pp. 9, 2016.
  • [26] YÜCELBAŞ, Ş, YÜCELBAŞ, C, “Temel Bileşen Analizi Yöntemleri Kullanarak Parkinson Hastalığının Otomatik Teşhisi,” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 16, ss. 294-300, 2019.
  • [27] H. Badem, A. Caliskan, A. Basturk and M. E. Yuksel, "Classification and diagnosis of the parkinson disease by stacked autoencoder," 2016 National Conference on Electrical Electronics and Biomedical Engineering (ELECO), pp. 499-502, Bursa, 2016.
  • [28] YÜCELBAŞ, C, YÜCELBAŞ, Ş, “Çift Yoğunluklu 1-D Dalgacık Dönüşümü Kullanılarak Parkinson Hastalığının Yaş Faktörüne Göre Tespit Edilmesi,” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2019.
  • [29] H. Badem, “PARKİNSON HASTALIĞININ SES SİNYALLERİ ÜZERİNDEN MAKİNE ÖĞRENMESİ TEKNİKLERİ İLE TANIMLANMASI,” Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c.8, s.2, ss. 630-637, 2019.
  • [30] YÜCELBAŞ, C, YÜCELBAŞ, Ş, “AQDD Özelliklerine BBA Yöntemleri Uygulanarak Parkinson Hastalığının Otomatik Teşhisi,” Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2019.
  • [31] Elif Kartal, “Sınıflandırmaya Dayalı Makine Öğrenmesi Teknikleri ve Kardiyolojik Risk Değerlendirmesine İlişkin Bir Uygulama,” PhD thesis, 2015.
  • [32] J. R. (John Ross) Quinlan and J. Ross, “C4.5: programs for machine learning,” Morgan Kaufmann Publishers, 1993.
  • [33] M.A. Hearst, S.T. Dumais, E. Osuna, J. Platt, and B. Scholkopf, “Support vector machines,” IEEE Intelligent Systems and their Applications, vol.13, no.4, pp18–28, 1998.
  • [34] Sevgi AYHAN and Şenol ERDOĞMUŞ. Destek Vektör Makineleriyle Sınıflandırma Problemlerinin Çözümü İçin Çekirdek Fonksiyonu Seçimi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Dergisi, c. 9, s.1, ss. 75–201, 2014.
  • [35] Soman Kp, R Loganathan, and Ajay Vadakkepatt, “Machine learning with SVM and other kernel methods,” 2009.
  • [36] Pádraig Cunningham and Sarah Jane Delany, “k-Nearest Neighbour Classifiers,” Technical report, 2007.
  • [37] BALABAN M. Erdal and KARTAL Elif, “Veri Madenciliği ve Makine Öğrenmesi Temel Algoritmaları ve R Dili ile Uygulamaları,” Çağlayan Kitabevi, 2 edition, 2018.
  • [38] M Özgür Dolgun, Özdemir T. Güzel, and Oğuz Doruk, “Veri madenciliği’nde yapısal olmayan verinin analizi: Metin ve web madenciliği,” İstatistikçiler Dergisi, pp. 48-58, 2009.
  • [39] E. Taşci, A. Onan, "K-en yakın komşu algoritması parametrelerinin sınıflandırma performansı üzerine etkisinin incelenmesi," Akademik Bilişim 2016, Aydın, 2016.
  • [40] Betul Erdogdu Sakar, M. Erdem Isenkul, C. Okan Sakar, Ahmet Sertbas, Fikret Gurgen, Sakir Delil, Hulya Apaydin, and Olcay Kursun, “Collection and Analysis of a Parkinson Speech Dataset With Multiple Types of Sound Recordings,” IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol.17, no.4, pp. 828–834, 2013.
APA Esmer S, UCAR M, Çil I, BOZKURT M (2020). Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. , 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
Chicago Esmer Sadullah,UCAR Muhammed Kursad,Çil Ibrahim,BOZKURT MEHMET RECEP Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. (2020): 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
MLA Esmer Sadullah,UCAR Muhammed Kursad,Çil Ibrahim,BOZKURT MEHMET RECEP Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. , 2020, ss.1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
AMA Esmer S,UCAR M,Çil I,BOZKURT M Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. . 2020; 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
Vancouver Esmer S,UCAR M,Çil I,BOZKURT M Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. . 2020; 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
IEEE Esmer S,UCAR M,Çil I,BOZKURT M "Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem." , ss.1877 - 1893, 2020. 10.29130/dubited.688223
ISNAD Esmer, Sadullah vd. "Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem". (2020), 1877-1893. https://doi.org/10.29130/dubited.688223
APA Esmer S, UCAR M, Çil I, BOZKURT M (2020). Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8(3), 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
Chicago Esmer Sadullah,UCAR Muhammed Kursad,Çil Ibrahim,BOZKURT MEHMET RECEP Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8, no.3 (2020): 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
MLA Esmer Sadullah,UCAR Muhammed Kursad,Çil Ibrahim,BOZKURT MEHMET RECEP Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, vol.8, no.3, 2020, ss.1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
AMA Esmer S,UCAR M,Çil I,BOZKURT M Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2020; 8(3): 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
Vancouver Esmer S,UCAR M,Çil I,BOZKURT M Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2020; 8(3): 1877 - 1893. 10.29130/dubited.688223
IEEE Esmer S,UCAR M,Çil I,BOZKURT M "Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem." Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8, ss.1877 - 1893, 2020. 10.29130/dubited.688223
ISNAD Esmer, Sadullah vd. "Parkinson Hastalığı Teşhisi İçin Makine Öğrenmesi Tabanlı Yeni Bir Yöntem". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8/3 (2020), 1877-1893. https://doi.org/10.29130/dubited.688223