مجله دانشکده پزشکی اصفهان

مجله دانشکده پزشکی اصفهان

مدلسازی و پیش بینی فضایی بروسلوز انسانی در سبزوار با استفاده از یادگیری ماشین: مقایسه دو روش PCA-MLP و PCA-SVM

نوع مقاله : Original Article(s)

نویسندگان
1 گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی خراسان شمالی
2 دانشجوی دکترای بهداشت محیط، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت و ایمنی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران
3 کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران
4 مرکز تحقیقات لیشمانیوز، دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران
5 دانشیار، گروه ایمونولوژی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران
10.48305/jims.2026.45429.2547
چکیده
چکیده
مقدمه: بروسلوز (تب مالت) یک بیماری باکتریایی مشترک بین انسان و دام است که در مناطق مختلف ایران از جمله شهرستان سبزوار شیوع دارد. هدف این مطالعه، مدل‌سازی و پیش‌بینی فضایی بروز بروسلوز انسانی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و الگوریتم‌های یادگیری ماشین شامل شبکه عصبی پرسپترون چندلایه با تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA-MLP) و ماشین بردار پشتیبان با تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA-SVM) بود.
روش‌ها: این پژوهش از نوع مقطعی-تحلیلی و مبتنی بر مدل‌سازی محاسباتی است که در سال ۱۴۰۲ با استفاده از داده‌های سال‌های ۱۳۹۰ تا ۱۴۰۱ انجام شد. داده‌ها شامل اطلاعات اپیدمیولوژیک، جمعیت‌شناختی، اقلیمی، پوشش گیاهی و توپوگرافی بودند که پس از پردازش در محیط GIS، با الگوریتم‌های تقویت‌شده PCA-MLP و PCA-SVM تحلیل شدند.
یافته‌ها: تحلیل الگوی فصلی نشان داد که بیشترین بروز بیماری در سال‌های ۱۳۹۱، ۱۳۹۹ و ۱۴۰۱ و همچنین در دوره ۱۳۹۳ تا ۱۳۹۶ در فصل بهار رخ داده است. در سال‌های ۱۳۹۸ و ۱۴۰۰، اوج بیماری به تابستان منتقل شد. متغیرهای «رطوبت هوا» و «ارتفاع از سطح دریا» به‌عنوان قوی‌ترین عوامل پیش‌بینی‌کننده شناخته شدند. مدل PCA-MLP مناطق «ششتمد» و «دستوران» را کانون‌های اصلی بیماری معرفی کرد، در حالی که مدل PCA-SVM گستره وسیع‌تری از نقاط پرخطر را شناسایی نمود.
بحث: الگوریتم PCA-SVM به دلیل توانایی بالاتر در مدیریت داده‌های پیچیده، عملکرد دقیق‌تری در پیش‌بینی الگوی فضایی بروسلوز داشت. این مدل ابزار مؤثری برای برنامه‌ریزی‌های هدفمند کنترل بیماری در مناطق اندمیک محسوب می‌شود.

تازه های تحقیق

ایوب رستگار: Google Scholar, PubMed

علی اوغازیان: Google Scholar, PubMed

شیما امیری پارسا: Google Scholar, PubMed

علی پوریوسف: Google Scholar, PubMed

محمدشفیع مجددی: Google Scholar, PubMed

کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Spatial Modeling and Prediction of Human Brucellosis in Sabzevar Using Machine Learning: A Comparison of PCA MLP and PCA SVM

نویسندگان English

Ayoob Rastegar 1
Ali Oghazyan 2
Shima Amiri oarsa 3
Ali Pouryousef 4
Mohammad-Shafi Mojadadi 5
1 Department of Environmental Health Engineering, School of Health North Khorasan University of Medical Sciences
2 PhD Student, Department of Environmental Health Engineering, School of Public Health and Safety, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
3 Student Research Committee, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran
4 Leishmaniasis Research Center, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran
5 Associate Professor, Department of Immunology, School of Medicine,, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran
چکیده English

Abstract
Background: Brucellosis (Malta fever) is a zoonotic bacterial disease prevalent in various regions of Iran, including Sabzevar County. This study aimed to model and predict the spatial incidence of human brucellosis using Geographic Information Systems (GIS) and machine learning algorithms, including Principal Component Analysis-Multilayer Perceptron (PCA-MLP) and Principal Component Analysis-Support Vector Machine (PCA-SVM).
Methods: This cross-sectional analytical study employed a computational modeling approach conducted in 2023 using data from 2011 to 2022. The data included epidemiological, demographic, climatic, vegetation, and topographic information. After processing in a GIS environment, the data were analyzed using PCA-enhanced MLP and SVM algorithms.
Findings: Seasonal pattern analysis revealed the highest disease incidence during spring in the years 2012, 2020, and 2022, as well as during the period from 2014 to 2017. In 2019 and 2021, the peak incidence shifted to summer. "Air humidity" and "altitude above sea level" were identified as the strongest predictive factors. The PCA-MLP model identified "Sheshtamad" and "Dastooran" as the main disease hotspots, while the PCA-SVM model detected a broader range of high-risk areas.
Conclusion: The PCA-SVM algorithm demonstrated superior accuracy in predicting the spatial pattern of brucellosis due to its enhanced capability to handle complex data. This model serves as an effective tool for targeted disease control planning in endemic areas.

کلیدواژه‌ها English

Brucellosis
Geographic information systems
Machine learning algorithms
Neural network models
Forecasting

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 16 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 24 اردیبهشت 1405