مدل‌سازی و تحلیل گرافی برای کشف روابط پنهان میان بیماری‌ها و علائم: رویکردی داده‌محور برای تشخیص افتراقی و هم‌وقوعی علائم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مهندسی سیستم‌های سلامت، دانشکده مهندسی صنایع و سیستم‌های مدیریت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی صنایع و سیستم‌های مدیریت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
10.48305/him.2026.45792.1346
چکیده
مقدمه: درک روابط پنهان میان بیماری‌ها و علائم یکی از چالش‌های اساسی در تشخیص افتراقی و تحلیل هم‌وقوعی علائم در حوزه پزشکی است. با توجه به پیچیدگی تعاملات بالینی، شناسایی الگوهای مشترک میان بیماری‌ها می‌تواند در بهبود فرایند تشخیص و تصمیم‌گیری بالینی نقش مهمی ایفا کند. هدف این پژوهش، ارائة رویکردی داده‌محور برای تحلیل گرافی به‌منظور کشف و مدل‌سازی روابط پنهان میان بیماری‌ها و علائم است.

روش بررسی: در این پژوهش از مجموعه‌داده عمومی «مجموعه‌داده پیش‌بینی بیماری-علامت» در پلتفرم کگل شامل 4920 بیماری و مجموعه‌ای از علائم، استفاده شد که شامل ۴۱ بیماری و ۱۳۱ علامت منحصر‌به‌فرد بود. با بهره‌گیری از ترکیب خطی شاخص‌های فرکانس وقوع و ضریب کاپا، یک گراف دوبخشی وزن‌دار بیماری-علامت ایجاد گردید. سپس با استخراج گراف‌های تک‌بخشی بیماری-بیماری و علامت-علامت و به‌کارگیری الگوریتم‌های خوشه‌بندی لووین، ماژولاریتی حریصانه و گیروان-نیومن، ساختار شبکه تحلیل شد.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که علامت خستگی و بیماری تب دنگی نقش کلیدی در شبکه بیماری-علائم داشتند. خوشه‌بندی بیماری‌ها با الگوریتم‌های لووین و ماژولاریتی حریصانه توانست خوشه‌های معنادار بیماری‌های مرتبط را ایجاد کند. خوشه‌بندی علائم با الگوریتم لووین، شش خوشه قابل‌تفسیر بالینی را آشکار کرد که برای شناسایی سریع بیماری‌ها مفید است. همچنین، علائم نامرتبط می‌توانند به یک بیماری شایع مرتبط باشند. خوشه‌های خاص علائم نیز راهنمای تشخیص بیماری‌های مشخص‌تر هستند.

نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان می‌دهد که تحلیل گرافی می‌تواند ابزاری مؤثر برای کشف روابط پنهان میان بیماری‌ها و علائم باشد و در بهبود تشخیص افتراقی و طراحی سامانه‌های هوشمند پشتیبان تصمیم‌گیری نقش به‌سزایی ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Graphical Modeling and Analysis for Discovering Hidden Relationships between Diseases and Symptoms: A Data-driven Approach for Differential Diagnosis and Symptom Co-occurrence

نویسندگان English

Sepideh Ghaffari 1
Roghaye Khasha 2
1 Department of Industrial Engineering and Management Systems, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Industrial Engineering and Management Systems, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Abstract

Introduction: Understanding hidden relationships between diseases and symptoms is one of the fundamental challenges in differential diagnosis and comorbidity analysis in medicine. Given the complexity of clinical interactions, identifying shared patterns among diseases can play a crucial role in improving the diagnostic process and clinical decision-making. This study proposes a data-driven, graph-based analytical framework for modeling and uncovering hidden relationships between diseases and symptoms.

Methods: This study utilized the publicly available Disease–Symptom Prediction Dataset from the Kaggle platform, consisting of 4920 records covering 41 diseases and 131 unique symptoms. Using a linear combination of occurrence frequency indices and the kappa coefficient, a weighted bipartite disease–symptom graph was constructed. Disease–disease and symptom–symptom unipartite graphs were then extracted, and their network structures were analyzed using the Louvain, Greedy Modularity, and Girvan–Newman clustering algorithms.

Results: The results indicated that the symptom fatigue and the disease dengue fever played a key role in the disease–symptom network. Disease clustering using the Louvain and Greedy Modularity algorithms identified meaningful clusters of related diseases. Symptom clustering with the Louvain algorithm revealed six clinically interpretable clusters, which could be useful for rapid disease identification. Moreover, seemingly unrelated symptoms could be associated with a common disease, while specific symptom clusters can guide the diagnosis of particular diseases.

Conclusion: The findings indicate that graph-based analysis can serve as an effective tool for uncovering hidden relationships between diseases and symptoms and can play an important role in improving differential diagnosis and designing intelligent decision-support systems.

کلیدواژه‌ها English

Differential Disease Diagnosis
Symptom Co-occurrence
Medical Network Analysis
Bipartite Graph
Community Detection

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 اردیبهشت 1405