This study presents an application of machine learning (ML) methods for detecting the presence of stenoses and aneurysms in the human arterial system. Four major forms of arterial disease -- carotid artery stenosis (CAS), subclavian artery stenosis (SAC), peripheral arterial disease (PAD), and abdominal aortic aneurysms (AAA) -- are considered. The ML methods are trained and tested on a physiologically realistic virtual patient database (VPD) containing 28,868 healthy subjects, which is adapted from the authors previous work and augmented to include the four disease forms. Six ML methods -- Naive Bayes, Logistic Regression, Support Vector Machine, Multi-layer Perceptron, Random Forests, and Gradient Boosting -- are compared with respect to classification accuracies and it is found that the tree-based methods of Random Forest and Gradient Boosting outperform other approaches. The performance of ML methods is quantified through the F1 score and computation of sensitivities and specificities. When using all the six measurements, it is found that maximum F1 scores larger than 0.9 are achieved for CAS and PAD, larger than 0.85 for SAS, and larger than 0.98 for both low- and high-severity AAAs. Corresponding sensitivities and specificities are larger than 90% for CAS and PAD, larger than 85% for SAS, and larger than 98% for both low- and high-severity AAAs. When reducing the number of measurements, it is found that the performance is degraded by less than 5% when three measurements are used, and less than 10% when only two measurements are used for classification. For AAA, it is shown that F1 scores larger than 0.85 and corresponding sensitivities and specificities larger than 85% are achievable when using only a single measurement. The results are encouraging to pursue AAA monitoring and screening through wearable devices which can reliably measure pressure or flow-rates


翻译:本研究展示了机器学习(ML)方法的应用,以检测人类动脉系统中存在细丝和动脉瘤的情况。四种主要的动脉疾病 -- -- 心动动动脉激化(CAS)、下心动动动脉激化(SAC)、外围动脉疾病(PAD)和腹部动脉动脉瘤(AAAA) -- -- 被考虑。ML方法在包含28,868个健康主题的生理现实虚拟病人数据基数据库(VPD)中接受培训和测试,该数据库从作者以前的工作中改编,并扩充为包括四种疾病数据表。六种动动动动动动动动动动动动脉动激化(CAS)、下心动动动动动动脉动脉动(SAC)、侧动动动脉动脉动脉动(PAAAAAAA)的测量方法(MLMLA),其表现在超过F1分数和CAS(A)的测算算得分数和计算得分数的更深度(AAAAAA)中,在使用最高98-98-RAADA的测量测量测量数据中,在超过0.8的测算中发现,在超过0.8的测为最高的测算算算值为最高时,在超过0.0.8的测算的测算中,在超过0.8的测算的测算的测算中,在超过0.8的测算中,在使用最高的测算中,在超过0.0.0.0.8的测算的测算为最高的测算值是,在使用最高的测算值和0.1和0.8的测算的测算的测算的测算的测算为,在使用最高的测算中,在使用最高的测算值为比为,在超过0.8的测算值为,在超过0.0.8的测算值为,在达到为为,在超过0.8AAAAAA和0.8的测算值和0.8的测算值的测算值和0.8的测算值和0.8的测算值和0.8的测算值的测算值的测算值的测算值为,在使用最高性能和比为,在使用最高的

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