Варами макулаи диабетӣ як оризаи муҳими ретина дар шахсони гирифтори диабети навъи 2 мебошад, ки метавонад ба аз даст рафтани биноӣ оварда расонад. Макула қисми ретина аст, ки барои биноии марказӣ масъул мебошад. Ҳангоми варами макулаи диабетӣ дар ин минтақа ғафсшавии ретина ва ҷамъшавии моеъи берунҳуҷайравӣ мушоҳида мешавад. Дар таҳқиқот зикр мегардад, ки паҳншавии гузоришшудаи ин ҳолат дар ҷаҳон метавонад аз %3,2 то %11 тағйир ёбад. Ҳамчунин таъкид мешавад, ки ҳарчанд бо тӯлонӣ шудани давомнокии диабет хавф меафзояд, варами макулаи диабетӣ метавонад дар марҳилаҳои аввали беморӣ низ инкишоф ёбад; аз ин рӯ, ошкорсозии барвақт барои идоракунии офталмологӣ муҳим аст.

Дар арзёбии клиникии анъанавӣ ташхиси варами макулаи диабетӣ ба натиҷаҳои томографияи когерентии оптикӣ, яъне OCT, такя мекунад. Дар ин таҳқиқот низ ташхиси варами макулаи диабетӣ аз ҷониби офталмологҳои сертификатдор бар асоси нишонаҳои OCT, аз ҷумла ғафсшавии паҳншудаи ретина, ҷамъшавии моеъи берунҳуҷайравӣ, холигиҳои кистоидӣ ё тағйироти сохторӣ гузошта шудааст. Аз ин рӯ, таснифоти бар bERG асосёфта дар таҳқиқот на ҳамчун усули мустақили ташхиси қатъӣ, ки ҷойи ташхиси клиникиро мегирад, балки ҳамчун масъалаи таснифоти биосигналӣ баррасӣ шудааст, ки метавонад равишҳои мавҷудаи тасвирбардорӣ ва арзёбии клиникиро пурра кунад.

Биосигнале, ки дар маркази таҳқиқот қарор дорад, электроретинограммаи базалӣ мебошад. Дар электроретинограммаи классикӣ ба ретина ангезандаи рӯшноӣ дода шуда, ҷавоби электрикии ретина ба он чен карда мешавад. Дар электроретинограммаи базалӣ бошад, фаъолияти худҷӯши электрикии ретина дар шароити фотопикӣ, яъне равшании рӯз, бе додани ангезандаи берунии визуалӣ сабт мегардад. Аз ин ҷиҳат bERG усули ченкунии ғайриинвазивӣ мебошад, ки кӯшиш мекунад тағйирёбиҳои дохилии фаъолияти ретинаро дарёбад. Дар таҳқиқот гуфта мешавад, ки азбаски bERG-ро бо дастгоҳҳои сайёри ERG ва электродҳои пӯст сабт кардан мумкин аст, он барои скрининги ретина ва ошкорсозии барвақти вайроншавии функсионалӣ имконияти амалӣ дорад.

Аммо ду мушкили асосӣ истифодаи сигналҳои bERG-ро дар таснифоти автоматӣ душвор мегардонанд. Якум, камбуди додаҳо мебошад. Ҷамъоварии сабтҳои босифати биосигнал аз гурӯҳҳои хуб муайяншудаи беморони гирифтори бемориҳои муайяни ретина вақт, хароҷот ва ҳамкории клиникиро талаб мекунад. Дуюм, номутавозунии синфҳо мебошад. Дар ин таҳқиқот шумораи сабтҳои дорои варами макулаи диабетӣ 74 ва шумораи сабтҳои бе варами макулаи диабетӣ 356 буд. Моделҳои зеҳни сунъӣ дар чунин маҷмӯаҳои номутавозуни додаҳо метавонанд синфи аксариятро беҳтар омӯзанд ва фарқ кардани намунаҳои бемори синфи ақаллиятро душвортар анҷом диҳанд.

Афзоиши додаҳо яке аз равишҳо барои сабук кардани чунин мушкилот аст. Ҳадаф истеҳсоли намунаҳои нави омӯзишӣ аз додаҳои мавҷуда мебошад. Дар додаҳои тасвирӣ усулҳое чун гардиш, буридан ва тағйири равшанӣ бисёр истифода мешаванд. Дар силсилаҳои замонӣ бошад, jittering, кӯчонидани вақт, тасодуфисозии фаза, интерполятсия ва MixUp истифода шуда метавонанд. Аммо муҳаққиқон бар онанд, ки дар биосигнали мураккабе чун bERG ин усулҳои классикӣ метавонанд сохтори физиологӣ ва спектралии зерини сигналро ба қадри кофӣ намояндагӣ накунанд.

Ин танқид муҳим аст, зеро сигнали bERG, ки бо электродҳои пӯст гирифта мешавад, метавонад танҳо аз фаъолияти ретина иборат набошад. Дар таҳқиқот гуфта мешавад, ки ба ин сигналҳо, ғайр аз фаъолияти ретина, сигнализатсияи глиалӣ, ритми дил, ритми нафаскашӣ, фаъолияти мушакҳо, садои электрикии аз дастгоҳ сарчашмагирифта, тағйирёбии интерфейси электрод-пӯст ва артефактҳои ҳаракат низ таъсир расонида метавонанд. Яъне bERG як мавҷи ягона ва ҳамвор нест; он сигнали мураккабест, ки дар он сарчашмаҳои гуногуни биологӣ ва ғайрибиологӣ болои ҳам меоянд ва сохтори замонӣ ва басомадӣ доранд.

Аз ин рӯ, таҳқиқот пешниҳод мекунад, ки сигнали bERG ҳамчун раванди стохастикӣ моделсозӣ шавад. Раванди стохастикиро метавон ҳамчун системае тасаввур кард, ки бо гузашти вақт пеш меравад ва дар ҳар қадам мувофиқи эҳтимолиятҳои муайян тағйир меёбад. Ғояи асосӣ чунин аст: Қимати навбатии сигнал комилан тасодуфӣ нест; он аз қиматҳои пешина таъсир мегирад. Масалан, дар равандҳои физиологӣ чун ритми дил, давраи нафаскашӣ ё ҳамкории ретина-глия ҳолати ҷорӣ нишони ҳолатҳои қаблиро нигоҳ медорад. Дар ин таҳқиқот барои дарёфти ин таъсири хотираи кӯтоҳмуддат матритсаи гузариши дараҷаи дуюм истифода шудааст.

Муносибати асосии дарозие, ки дар таҳқиқот ошкоро истифода шудааст, чунин мебошад:

\[ n = f_s \cdot s \]

Дар ин ҷо n шумораи намунаҳои сигнали синтетикии тавлидшаванда, f_s басомади намунагирӣ ва s давомнокии дилхоҳи сигналро бо сония ифода мекунад. Дар таҳқиқот порчаҳои синтетикӣ 20 сония таъин шудаанд. Азбаски пас аз пешкоркард сигналҳо ба 200 Hz аз нав намунагирӣ шудаанд, як порчаи 20-сониягӣ тақрибан 4.000 намуна дорад. Ин муносибат ҷавоби математикии саволи «сигнали силсилаи замонӣ бояд аз чанд нуқта иборат бошад?» мебошад.

Барои шарҳи мантиқи матритсаи гузариши дараҷаи дуюм метавон муносибати асосии зеринро истифода кард:

\[ P(X_t = x_k \mid X_{t-1}=x_j, X_{t-2}=x_i) \]

Дар ин ҷо X_t ҳолати дискретии сигналро дар вақти t, x_i, x_j ва x_k ҳолатҳои дискретии аз сатҳҳои шиддати барқ ҳосилшуда ва P эҳтимолияти шартии гузаришро ифода мекунанд. Ин формула барои шарҳи мантиқи таҳқиқот оварда шудааст. Дар ҳоле ки модели дараҷаи якум танҳо ба як ҳолати қаблӣ менигарад, модели дараҷаи дуюм ду ҳолати қаблиро ба назар мегирад. Ба ин тартиб хотираи кӯтоҳмуддати сигнал метавонад воқеитар намояндагӣ шавад.

Хатти тавлиди таҳқиқот дар Шакли 1 ҷамъбаст шудааст. Аввал сигнали воқеии 240-сониягии bERG дар меҳвари шиддат ба шумораи муайяни ҳолатҳои дискретӣ тақсим мешавад. Ин амал қиматҳои пайвастаи амплитударо ба шумораи маҳдуди ҳолатҳои рамзӣ табдил медиҳад. Сипас ин пайдарпаии дискретӣ бо матритсаи гузариши дараҷаи дуюм моделсозӣ мешавад. Эҳтимолиятҳои гузариш бо Laplacian smoothing танзим мешаванд; ин танзим барои пешгирӣ аз он истифода мешавад, ки бинобар мушоҳида нашудани баъзе гузаришҳо модел аз ҳад сахт гардад. Баъдан мувофиқи ин эҳтимолиятҳо гашти тасодуфӣ тавлид карда мешавад. Ин гашт устухонбанди ибтидоии синтетикии сигналро ташкил медиҳад.

Азбаски пайдарпаии бо гашти тасодуфӣ тавлидшуда аз гузаришҳои ҳолатҳои дискретӣ ҳосил мешавад, он метавонад нисбат ба сигнали табиӣ тезтар ва зинамонандтар бошад. Аз ин рӯ, муҳаққиқон барои ҳамвор кардани сигнал филтри Savitzky–Golay-ро истифода кардаанд. Ин филтр кӯшиш мекунад шакли умумии сигналро нигоҳ дошта, гузаришҳои ногаҳонӣ ва тезро кам кунад. Дарозии равзана ва дараҷаи полиноми филтр ҳамчун параметрҳои танзимшаванда баррасӣ шудаанд. Дар параметрҳои ниҳоии оптимизатсияшуда андозаи равзанаи Savitzky–Golay 45 ва дараҷаи полином 4 интихоб шудааст.

Ҷузъи дуюми калони усул ислоҳи соҳаи басомад мебошад. Сигнал танҳо аз тағйирот дар меҳвари вақт иборат нест; он ҳамчунин бо он муайян мешавад, ки кадом ҷузъҳои басомадӣ чӣ қадар қавӣ мебошанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот бо истифода аз Табдили Фурйеи Зуд, яъне FFT, спектрҳои басомадии порчаҳои воқеӣ ва синтетикии сигналро муқоиса кардааст. Мантиқи асосии FFT-ро бо муносибати зерин фаҳмидан мумкин аст:

\[ X_k = \sum_{n=0}^{N-1} x_n e^{-i2\pi kn/N} \]

Дар ин ҷо x_n намунаҳои сигналро дар соҳаи вақт, X_k коэффисиенти мураккаби Фурйе дар ҷузъи басомадии k, N шумораи умумии намунаҳо ва i воҳиди хаёлиро ифода мекунад. Ин формула муносибати асосии заминавиест, ки барои шарҳи равиши FFT-и истифодашуда дар таҳқиқот оварда шудааст. Ба таври сода, FFT сигналро аз саволи «он дар вақт чӣ гуна тағйир меёбад?» ба саволи «дар кадом басомадҳо чӣ қадар энергия дорад?» табдил медиҳад.

Дар таҳқиқот барои ҳар ҷузъи басомадии сигналҳои воқеӣ ҳудудҳои ҳадди ақал ва ҳадди аксари бузургӣ ҳисоб карда шудаанд. Агар бузургии сигнали синтетикӣ дар як басомади муайян аз ин ҳудуди воқеӣ берун шавад, он бузургӣ ба таври тасодуфӣ дар дохили ҳудуде, ки дар додаҳои воқеӣ мушоҳида шудааст, аз нав таъин мегардад. Маълумоти фаза нигоҳ дошта шуда, баъдан FFT-и баръакс татбиқ мешавад ва сигнали ниҳоии синтетикӣ ҳосил мегардад. Ин марҳила ҳадаф дорад, ки сигнали синтетикӣ на танҳо дар соҳаи вақт, балки аз ҷиҳати сохтори спектралӣ низ ба bERG-и воқеӣ монанд бошад.

Параметрҳои модел ба таври фарогир оптимизатсия шудаанд. Муҳаққиқон 3.456 конфигуратсияи параметрҳоро бо grid search арзёбӣ кардаанд. Оптимизатсия танҳо дар порчаҳои дискретии 20-сониягии сигнал, ки аз маҷмӯаи омӯзишӣ гирифта шудаанд, ва барои синфҳои DME ва бе DME ҷудогона анҷом дода шудааст. Ин равиш барои пешгирии ихроҷи додаҳо муҳим аст; зеро агар додаҳои санҷиши тасдиқӣ ба тавлиди сигналҳои синтетикӣ ё интихоби параметрҳо ворид шаванд, иҷроиши воқеии мустақили модел метавонад аз ҳад баланд нишон дода шавад.

Монандии сигналҳои воқеӣ ва синтетикӣ танҳо бо як ченак арзёбӣ нашудааст. Ҳамчун ченакҳои ба хато асосёфта MSE ва MAE; ҳамчун ченакҳои монандӣ ва мувофиқат коррелятсияи Pearson ва коэффисиенти коррелятсияи мувофиқати Lin; ҳамчун фосилаҳои тақсимот Minkowski, Wasserstein ва Jensen–Shannon divergence; барои мураккабӣ энтропияи намунавӣ, энтропияи спектралӣ ва иттилооти мутақобил; барои хусусиятҳои динамикӣ Hjorth activity, mobility ва complexity истифода шудаанд. Ин маҷмӯи васеи ченакҳо нишон медиҳад, ки на танҳо хатои миёнаи сигнал, балки тақсимот, сохтори басомадӣ, бетартибӣ ва хусусияти динамикии он низ баррасӣ шудааст.

Шакли 2 ҳам оптимизатсияи параметрҳо ва ҳам таҳлили ҳамарзишии сигналҳои воқеӣ ва синтетикиро нишон медиҳад. Параметрҳои ниҳоии оптимизатсияшуда β = 0, андозаи равзанаи Savitzky–Golay 45, дараҷаи полиноми Savitzky–Golay 4, α = 1e−20 ва 200 ҳолат барои матритсаи гузариши дараҷаи дуюм гузориш шудаанд. Дар панели ҳамарзишии ҳамон шакл дида мешавад, ки барои синфҳои DME ва бе DME фосилаҳои эътимодии ҳамаи метрикаҳо дар дохили ҳудудҳои ҳамарзишӣ қарор доранд. Ин маънои онро надорад, ки сигналҳои синтетикӣ нусхаи алоҳидаи сабтҳои воқеӣ мебошанд; балки нишон медиҳад, ки онҳо дар сатҳи популятсия аз ҷиҳати оморӣ, спектралӣ ва динамикӣ ба сигналҳои воқеӣ мувофиқат мекунанд.

Дар таҳқиқот арзёбии ҳамарзишӣ бо равиши TOST анҷом дода шудааст. TOST ба мантиқи ду санҷиши яксамта такя мекунад ва нисбат ба гуфтани «байни ду гурӯҳ фарқ вуҷуд надорад» чаҳорчӯбаи омории эҳтиёткортар пешниҳод мекунад. Муҳаққиқон барои ҳар метрика ҳудуди ҳамарзиширо ҳамчун %5-и миёнаи аз муқоисаҳои воқеӣ-референтӣ ҳисобшуда муайян карда, барои пешгирӣ аз ҳудудҳои аз ҳад танг ҳадди ақали мутлақи 0,05-ро истифода кардаанд. Вақте фосилаҳои эътимодии %95-и фарқҳои синтетикӣ-воқеӣ дар дохили ин ҳудудҳо мемонанд, ҳамарзишӣ қабул шудааст.

Дар бахши таснифоти таҳқиқот меъмории модел ду шоха дорад. Шохаи якум барои дарёфти хусусиятҳои соҳаи вақт шабакаи нейронии конволютсионии 1D-ро истифода мебарад. Шохаи дуюм барои дарёфти хусусиятҳои соҳаи басомад аз блоки омӯзишшавандаи бар FFT асосёфта истифода мекунад. Намояндагиҳои аз ҳар ду шоха ҳосилшуда бо сохторҳои Transformer encoder коркард мешаванд; ба ин васила вобастагиҳои замонии фосилаи дарозтар моделсозӣ мегарданд. Дар марҳилаи ниҳоӣ намояндагии муттаҳид бо шабакаи пурра пайваст ва фаъолсозии sigmoid ба таснифоти ду синф табдил дода мешавад: DME ҳаст ё DME нест.

Шакли 3 иҷроиши асосии таснифотро бе истифодаи афзоиши додаҳо нишон медиҳад. Каҷҳои омӯзиш ва санҷиши дохилӣ дар наздикии сатҳи дақиқии 0,80 ба ҳам наздик шуда, омӯзиши устуворро нишон медиҳанд. Аммо дар маҷмӯаи тасдиқии мустақил ROC-AUC 0,746 мебошад. Ҳассосият 0,704, махсусият 0,697, дақиқӣ 0,631, дақиқии пешгӯии мусбат 0,232, холҳои F1 0,357 ва Cohen kappa 0,194 оварда шудаанд. Дар матритсаи омехтагӣ 119 мусбати дуруст, 33 манфии бардурӯғ, 395 мусбати бардурӯғ ва 612 манфии дуруст мавҷуд аст. Баланд будани шумораи мусбатҳои бардурӯғ бо номутавозунии синфҳо ва табиати душвори таснифшавандаи сигнал мувофиқ аст.

Тағйири иҷроиш пас аз илова кардани афзоиши додаҳо дар Шаклҳои 4 ва 5 нишон дода шудааст. Муҳаққиқон барои ҳар намунаи воқеӣ тавлиди аз 1 то 10 сигнали синтетикиро санҷида, дарёфтанд, ки иҷроиш то панҷ сигнали синтетикӣ беҳтар мешавад, вале ҳангоми афзоиши бештар, махсусан дар тасдиқи мустақил, паст мегардад. Аз ин рӯ, муқоисаҳои назоратшуда дар доираи 1–5 сигнали синтетикӣ анҷом дода шудаанд. Ҳангоми истифодаи панҷ сигнали синтетикӣ талафоти омӯзиш аз 0,391 ба 0,329 ва талафоти санҷиши дохилӣ аз 0,395 ба 0,268 коҳиш ёфтааст. Дақиқии омӯзиш аз 0,819 ба 0,851 ва дақиқии санҷиши дохилӣ аз 0,810 ба 0,895 афзудааст.

Нуктаи муҳимтар он аст, ки иҷроиш дар маҷмӯаи тасдиқии мустақил афзоиш ёфтааст. Зеро ин маҷмӯа танҳо аз сигналҳои воқеӣ ва афзуданашуда иборат буда, барои омӯзиши модел ё тавлиди сигналҳои синтетикӣ истифода нашудааст. Бо афзоиши стохастикии додаҳо қиматҳои ROC-AUC бо зиёд шудани шумораи намунаҳои синтетикӣ боло рафтаанд: бе афзоиши додаҳо 0,746, дар афзоиши 1:1 0,751, дар 2:1 0,770, дар 3:1 0,786, дар 4:1 0,816 ва дар 5:1 0,826. Аз се намунаи синтетикӣ сар карда беҳбудӣ аз ҷиҳати оморӣ аҳамиятнок буда, дар чор ва панҷ намунаи синтетикӣ сатҳи аҳамиятнокӣ қавитар шудааст.

Ҳангоми истифодаи панҷ сигнали синтетикӣ барои ҳар намунаи воқеӣ, ҳассосият нисбат ба модели бе афзоиши додаҳо ба таври аҳамиятнок тағйир наёфтааст: 0,762 дар муқобили 0,749. Аммо махсусият аз 0,607 ба 0,777, дақиқӣ аз 0,631 ба 0,776, холҳои F1 аз 0,357 ба 0,474, дақиқии пешгӯии мусбат аз 0,231 ба 0,343 ва Cohen kappa аз 0,194 ба 0,358 афзудааст. Ин манзара нишон медиҳад, ки усул махсусан бо кам кардани мусбатҳои бардурӯғ ва беҳтар кардани қобилияти умумии фарқгузорӣ саҳм мегузорад. Қобилияти дарёфти ҳолатҳои DME, яъне ҳассосият, ба сатҳи аҳамиятнок баланд нашудааст; сабаби эҳтимолӣ маҳдуд будани шумораи сабтҳои воқеӣ дар синфи DME мебошад.

Шакли 6 усули пешниҳодшударо бо усулҳои классикии афзоиши додаҳои силсилаи замонӣ муқоиса мекунад. Бо тавлиди як шумораи баробар, яъне панҷ намунаи синтетикӣ барои ҳар намунаи воқеӣ, jittering, кӯчонидани вақт, тасодуфисозии фаза, интерполятсия ва MixUp санҷида шудаанд. Ҷолиб аст, ки ин усулҳои классикӣ метавонанд дар марҳилаҳои омӯзиш ва санҷиши дохилӣ талафоти камтар ё дақиқии баландтар нишон диҳанд. Аммо дар маҷмӯаи тасдиқии мустақил усули стохастикии пешниҳодшуда ба таври равшан беҳтар кор кардааст. AUC-и усули стохастикӣ 0,826 буд, дар ҳоле ки jittering 0,749, кӯчонидани вақт 0,733, тасодуфисозии фаза 0,729, интерполятсия 0,733 ва MixUp 0,735 буданд.

Ин натиҷа яке аз паёмҳои асосии илмии мақола мебошад: Усули афзоиши додаҳо, ки дар маҷмӯаи омӯзишӣ хуб менамояд, ҳатман дар додаҳои воқеии мустақили беморон беҳтарин умумисозиро таъмин намекунад. Усулҳои классикӣ ба сигнали аслӣ табдилҳои маҳаллӣ ё детерминистӣ татбиқ мекунанд; аз ин рӯ метавонанд баъзе садоҳо ё артефактҳои хоси синфро низ нигоҳ доранд. Усули стохастикии пешниҳодшуда бошад, бо моделсозии сохтори эҳтимолии гузариш ва профили басомадӣ кӯшиш мекунад намунаҳои нав, вале аз ҷиҳати физиологӣ қобили қабул тавлид кунад. Ин метавонад дар тасдиқи мустақил умумисозии қавитар таъмин намояд.

Аҳаммияти таърихии таҳқиқот дар он аст, ки барои мушкили камбуди додаҳо ва номутавозунии синфҳо дар таснифоти сигналҳои биотиббӣ роҳи ҳалли ба равандҳои физиологӣ мувофиқтар аз афзоиши классикии додаҳо пешниҳод мекунад. Махсусан барои сигналҳои ретина чун ERG пештар барои тавлиди додаҳои синтетикӣ моделҳое чун generative adversarial network, ки додаҳои зиёд талаб мекунанд, истифода шудаанд. Ин таҳқиқот бошад, чаҳорчӯбаи тавлиди стохастикии соддатар, тафсиршаванда ва қобили истифода дар маҷмӯаҳои хурду номутавозуни додаҳоро пешниҳод мекунад.

Аҳаммияти имрӯзаи он дар он аст, ки нишон медиҳад чӣ гуна додаҳои омӯзишии моделҳои зеҳни сунъӣ, ки метавонанд ба ошкорсозии барвақти мушкили клиникие чун варами макулаи диабетӣ ва аз даст рафтани биноӣ мусоидат кунанд, қавӣ гардонида шаванд. Азбаски bERG-ро бо дастгоҳҳои сайёр ба таври ғайриинвазивӣ гирифтан мумкин аст, дар дурнамо он метавонад ҳамчун сигнали иловагӣ дар скрининги ретина ва системаҳои дастгирии қарор истифода шавад. Аммо таҳқиқот нишон намедиҳад, ки чунин системаи клиникӣ аллакай омода аст; он танҳо нишон медиҳад, ки истифодаи додаҳои синтетикӣ дар омӯзиши модели таснифот метавонад иҷроишро беҳтар кунад.

Аз дидгоҳи оянда, таҳқиқот нишон медиҳад, ки равишҳои шабеҳи афзоиши додаҳои стохастикӣ ва бо назорати соҳаи басомад метавонанд на танҳо барои bERG, балки барои EEG, EKG, сигналҳои нафаскашӣ ё дигар силсилаҳои замонии физиологӣ низ санҷида шаванд. Аммо гуфтан мумкин нест, ки барои ҳар навъи сигнал, ҳар беморӣ ва ҳар протоколи сабт ҳамон параметрҳо дуруст хоҳанд буд. Муаллифон низ мегӯянд, ки агар усул ба дигар ҳолатҳои ретина, дастгоҳҳои дигар ё ҳадафҳои дигари ташхисӣ татбиқ шавад, эҳтимол параметрҳо бояд аз нав оптимизатсия гарданд.

Аз ҷиҳати таъсир ба зиндагии рӯзмарра, ин таҳқиқ нишон медиҳад, ки барои кори боэътимоди зеҳни сунъӣ дар тиб на танҳо алгоритмҳои қавӣ, балки додаҳои кофӣ ва мутавозуни омӯзишӣ низ лозиманд. Дар бемории паҳншудае чун диабет барои пешгирии аз даст рафтани биноӣ скрининги барвақт метавонад муҳим бошад. Аммо ҳар маркази клиникӣ маҷмӯаи бузург ва мутавозуни биосигнал надорад. Тавлиди сигналҳои синтетикии омӯзишӣ бе вайрон кардани сохтори додаҳои воқеӣ метавонад дар оянда ба рушди воситаҳои дастгирии қарор, ки дастрастар ҳастанд, мусоидат намояд. Бо вуҷуди ин, ин маънои онро надорад, ки бемор танҳо бар асоси натиҷаи зеҳни сунъӣ ташхис мегирад; арзёбии клиникӣ, OCT ва шарҳи табиби мутахассис ҳамоно ҳалкунандаанд.

Аз ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот тақсими додаҳо дар сатҳи бемор барои пешгирии ихроҷи додаҳо, истифодаи додаҳои синтетикӣ танҳо дар марҳилаи омӯзиш, иборат будани маҷмӯаи тасдиқии мустақил танҳо аз сигналҳои воқеӣ ва афзуданашуда, истифодаи метрикаҳои сершумори ҳамарзишӣ, муқоисаи мустақим бо усулҳои классикии афзоиши додаҳо ва гузориши метрикаҳои гуногуни иҷроиш мебошанд. Илова бар ин, азбаски усул кӯшиш мекунад ҳам хусусиятҳои замонӣ ва ҳам басомадии bERG-ро нигоҳ дорад, он стратегияи афзоиши додаҳоро пешниҳод мекунад, ки ба сохтори биосигнал эҳтироми бештар мегузорад.

Маҳдудиятҳо низ равшананд. Таҳқиқот preprint аст ва аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст. Дар маҷмӯаи додаҳо сабтҳои DME каманд: аз 430 сабт танҳо 74 ба синфи DME тааллуқ доранд. Ин номутавозунии синфҳо метавонад сабаби он бошад, ки ҳассосият ба таври аҳамиятнок афзоиш наёфтааст ва баъзе метрикаҳо дар сатҳи миёна мондаанд. Додаҳо аз ду маркази клиникӣ ва ду низоми гуногуни сабт гирифта шудаанд; ин метавонад тағйирёбии вобаста ба дастгоҳ ё марказро ба вуҷуд орад. Сигналҳои синтетикӣ дар сатҳи популятсия ҳамарзиш дониста шудаанд; аммо ин маънои онро надорад, ки ҳар як сигнали синтетикӣ воқеияти клиникии инфиродиро комилан намояндагӣ мекунад. Илова бар ин, усул танҳо барои таснифоти варами макулаи диабетӣ санҷида шудааст; умумисозии он ба дигар бемориҳои ретина нишон дода нашудааст.

Он чизе, ки таҳқиқот мегӯяд, чунин аст: Дар силсилаҳои замонии мураккаби физиологӣ чун bERG бо истифода аз матритсаи гузариши стохастикии дараҷаи дуюм ва ислоҳи спектралии бар FFT асосёфта метавон сигналҳои синтетикиеро тавлид кард, ки аз ҷиҳати оморӣ ба сигналҳои воқеӣ ҳамарзиш мебошанд. Вақте ин сигналҳои синтетикӣ ба таври назоратшуда ба додаҳои омӯзишӣ илова шуданд, иҷроиши таснифоти варами макулаи диабетӣ дар маҷмӯаи тасдиқии мустақил беҳтар гардид.

Аммо он чизе, ки таҳқиқот намегӯяд, чунин аст: Ин усул намегӯяд, ки варами макулаи диабетиро дар клиника мустақилона ва боэътимод ташхис мекунад. Намегӯяд, ки bERG ҷойи OCT ё арзёбии офталмологро мегирад. Намегӯяд, ки додаҳои синтетикӣ тамоми гуногунии биологии беморони воқеиро пурра намояндагӣ мекунанд. Ҳамчунин ҳанӯз исбот нашудааст, ки модел дар кишварҳои гуногун, дастгоҳҳо, популятсияҳои клиникӣ ё маҷмӯаҳои калонтари додаҳо ҳамон иҷроишро нишон медиҳад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Таҳқиқот як кори таҳия ва санҷиши усул барои тавлиди додаҳои синтетикии омӯзишӣ аз сигналҳои bERG барои таснифоти варами макулаи диабетӣ мебошад. Усул ҳадаф дорад омори гузариш дар соҳаи вақт ва сохтори спектралӣ дар соҳаи басомади сигналҳои воқеиро нигоҳ дорад.

Муносибати дарозии тавлид, ки дар таҳқиқот ошкоро дода шудааст, чунин аст:

\[ n = f_s \cdot s \]

Дар ин ҷо n шумораи намунаҳо дар сигнали синтетикӣ, f_s басомади намунагирӣ ва s давомнокии сигналро бо сония ифода мекунад. Дар таҳқиқот s = 20 сония муайян шудааст.

Мантиқи гузариши стохастикии дараҷаи дуюмро бо формулаи шарҳии зерин ҷамъбаст кардан мумкин аст:

\[ P(X_t = x_k \mid X_{t-1}=x_j, X_{t-2}=x_i) \]

Ин ифода нишон медиҳад, ки ҳолати сигнал дар вақти t бо эҳтимоле тавлид мешавад, ки на танҳо ба як ҳолати қаблӣ, балки ба ду ҳолати қаблӣ вобаста аст. Барои силсилаҳои замонӣ чун bERG, ки метавонанд таъсири хотираи физиологӣ дошта бошанд, ин фарзияи моделсозии воқеитар аст.

Муносибати асосии шарҳии FFT чунин мебошад:

\[ X_k = \sum_{n=0}^{N-1} x_n e^{-i2\pi kn/N} \]

Ин формула табдили намунаҳои сигнал аз соҳаи вақт ба ҷузъҳои соҳаи басомадро шарҳ медиҳад. Дар таҳқиқот ин табдил барои мувофиқ кардани бузургиҳои басомадии сигнали синтетикӣ ба ҳудудҳои мушоҳидашудаи сигналҳои воқеии bERG истифода шудааст.

Аз ҷиҳати ҳамарзишии сигналҳои воқеӣ ва синтетикӣ, таҳқиқот гузориш медиҳад, ки дар синфҳои DME ва бе DME фосилаҳои эътимодии %95 барои ҳамаи ченакҳо дар дохили ҳудудҳои ҳамарзишӣ қарор доштанд. Фарқҳои миёна дар аксари метрикаҳо аз 0,03 камтар, фарқҳои MSE ва MAE аз 0,003 камтар, фарқҳои Wasserstein тақрибан −0,003 ва фарқҳои метрикаҳои бар коррелятсия асосёфта аз 0,001 камтар буданд. Калонтарин инҳироф дар ченаки Hjorth complexity дида шуд, аммо ин қимат низ дар дохили ҳудудҳои пешакӣ муайяншудаи ҳамарзишӣ монд.

Ҳангоми муқоисаи метрикаҳои тасдиқии мустақили афзоиши стохастикии додаҳо бо панҷ намунаи синтетикӣ ва модели бе афзоиши додаҳо чунин манзара ҳосил мешавад:

Муқоиса бо усулҳои классикии афзоиши додаҳо низ ҷиҳати фарқкунандаи усули пешниҳодшударо нишон медиҳад:

Ин бозёфтҳо нишон медиҳанд, ки усули пешниҳодшуда махсусан дар додаҳои тасдиқии мустақил умумисозии беҳтар таъмин мекунад. Тафсири техникии таҳқиқот чунин аст: Дар биосигналҳои мураккабе чун bERG афзоиши муваффақи додаҳо на танҳо бо тағйир додану зиёд кардани сигнал, балки бо тавлиди намунаҳои наве муассиртар шуда метавонад, ки сохтори эҳтимолии гузариш, тақсимоти спектралӣ ва тағйирёбии физиологии сигналро ҳамзамон нигоҳ медоранд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Ин мақола бар асоси таҳқиқоти Jorge Armando Hughes-Cano, Héctor Flores-Arguedas, María de Ángeles Pacheco-Blas, Ulises Olivares-Pinto ва Stephan C. Thébault бо унвони “Synthetic basal electroretinograms for diabetic macular edema classification: a stochastic and frequency-domain modeling approach” омода шудааст.

Матни манбаъ мақолаи таҳқиқотии preprint мебошад. Дар матн ба таври ошкоро ибораи “This preprint research paper has not been peer reviewed” омадааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст ва натиҷаҳо набояд ҳамчун дастури амалияи клиникӣ ё стандарти қатъии ташхисӣ арзёбӣ шаванд.

Таҳқиқот кори табобатии клиникӣ барои гузоштани ташхиси варами макулаи диабетӣ нест. Дар таҳқиқот ташхиси DME аз ҷониби офталмологҳои сертификатдор мувофиқи натиҷаҳои OCT гузошта шуда, сигналҳои bERG барои омӯзиш ва арзёбии модели таснифот бар асоси ин тамғаҳо истифода шудаанд. Усули пешниҳодшуда равиши зеҳни сунъӣ ва коркарди сигнал барои тавлиди сигналҳои синтетикии омӯзишӣ аз додаҳои bERG мебошад.

Дар ин мундариҷа ягон иддао дар бораи таъсири клиникӣ, муваффақияти табобат, кафолати ташхис, бехатарии дастгоҳ, қобилияти тиҷоратӣ ё ҳисобкунии қатъии хавф дар сатҳи бемор, ки дар PDF мавҷуд нест, илова нашудааст. Натиҷаҳои пешниҳодшуда бозёфтҳои усулие мебошанд, ки дар маҷмӯаи муайяни додаҳо ва бо меъмории муайяни таснифот ба даст омадаанд. Ин таҳқиқот исбот намекунад, ки ҳамон иҷроиш барои дастгоҳҳои гуногун, марказҳои гуногуни клиникӣ, гурӯҳҳои гуногуни беморон ё дигар бемориҳои ретина низ дуруст хоҳад буд.

Ҷиҳати қавии таҳқиқот он аст, ки додаҳои синтетикӣ танҳо дар марҳилаи омӯзиш истифода шуда, маҷмӯаи тасдиқии мустақил аз сигналҳои воқеӣ ва афзуданашуда иборат аст. Бо вуҷуди ин, маҳдуд будани шумораи сабтҳои воқеии синфи DME, номутавозунии синфҳо, истифодаи ду дастгоҳи гуногуни сабт ва ҷамъоварии додаҳо аз ду маркази клиникӣ бояд ҳангоми тафсири натиҷаҳо ба назар гирифта шаванд.

Хулоса, таҳқиқот нишон медиҳад, ки дар силсилаҳои замонии физиологӣ чун bERG тавлиди додаҳои синтетикии воқеинамо бо матритсаҳои гузариши стохастикӣ ва танзими спектралии бар FFT асосёфта метавонад таснифоти DME-и бар зеҳни сунъӣ асосёфтаро дар додаҳои тасдиқии мустақил беҳтар кунад. Аммо ин бозёфт маънои як низоми тасдиқшудаи ташхисиро надорад, ки метавонад дар клиника мустақилона истифода шавад; ин саҳми усулиест, ки бояд дар таҳқиқоти калонтар, мутавозин ва бисёрмарказӣ тасдиқ гардад.