بخشی از مقاله
چکیده. کارایی غیر قابل انکار شبکه های عصبی مصنوعی باعث گشته است که این ساختار در ظاهر پیچیده اقتباس شده از فرم شبکه ای مغز انسان، به عنوان ابزار قدرتمند در حل انواع مختلف مدلهای ریاضی حاصل از پدیده های جهان واقعی مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله ما در نظر داریم که با ارائه الگویی از ساختار شبکه عصبی فاز نوع 3 رابطه حقیقی و معنی داری بین وجود این نارسایی و برخی پارامترهای آزمایشگاهی موجود در بیمار را به منظور پیش بینی بیماری های ناشی از کم کاری کلیه ها پیدا کنیم. معماری عصبی طراحی شده قادر است با استفاده از یک الگوریتم یادگیری نظارت شده به کمک فاکتورهای مؤثر در شکل گیری بیماری های کلیوی و ساختار شبکه عصبی فاز نوع 3 آنرا پیش بینی کند. نتایج حاصله نشان داده که استفاده از این روش در پیش بینی بهتر این بیماری و بالا بردن قابلیت اعتماد حاصله، مفید واقع میشود.
. 1 مقدمه
یکی از بیماری هایی که افراد بسیاری در نقاط مختلف جهان با آن دست و پنجه نرم می کنند، "بیماری کلیوی "است. افراد از زمان بروز این بیماری، باید به طور مرتب و مداوم تحت درمان قرار بگیرند و زمانی که دیگر هیچ دارویی جوابگوی آنها نباشد، پیوند کلیه تنها راه باقیمانده برای ادامه حیات این بیماران است .در حال حاضر 15000 بیمار دیالیزی وجود دارد که برای ادامه زندگی، هفته ای 3 بار دیالیز می شوند و سالانه 17 درصد به آنها افزوده می شود. بسیاری از افراد جامعه از بیماری حاد کلیوی خود اطلاع ندارند.
در حالی که با یک آزمایش خون به راحتی می توانند مسیر زندگی خود را قبل از گرفتار شدن در چنگال دیالیزی تغییر دهند.نرخ مرگ و میر سالانه بیماران دیالیزی در کشورهای پیشرفته بالای 20 درصد است، در حالی که این رقم در ایران کمتر از 16 درصد است که دلیل اصلی آن، بالا بودن سن گیرندگان دیالیز در آن کشورهاست. بیشتر بیماری های کلیوی به نفرون ها که بخش های کوچک تصفیه کننده در کلیه ها هستند، حمله می کنند و قدرت تصفیه را از آن ها سلب می کند.
ویژگی نفرون ها این است که در اثر جراحت یا مسمومیت به سرعت آسیب می بینند. حال آن که بیشتر بیماری های کلیوی، نفرون ها را به آرامی و در سکوت از بین می برند و با این که در هر دو کلیه پیش رفته اند، پس از سال ها و حتی دهه ها خود را نشان می دهند .دیابت و فشار خون بالا، دو دلیل عمده ی بیماری های کلیوی هستند که باعث نارسایی کلیه ها می شوند. نارسایی کلیه یا نارسایی کُلیَوی در پزشکی به شرایطی که در آن کلیه نتواند به طور بایسته عمل کند گفته میشود و به معنی کاهش شدید عملکرد کلیه است.
کلیه نقش مهمی در دفع مواد زائد و تعادل آب والکترولیتها در بدن دارد. نارسایی حاد کلیوی - ARF - در اثر تخریب کلیهها پدید میآید و با فقدان سریع عملکرد کلیوی مشخص میشود. این بیماری منجر به ناهنجاریهای الکترولیتی و بر پایه اسید و احتباس فراوردههای زاید نیتروژنی از قبیل اوره و کراتینین میگردد.علت اصلی بیماریهای کلیه مانند سندرمهای نفروتیک یا نفریتیک هستند. نارسایی کلیوی دو نوع مزمن و حاد تقسیم میگردد. هر یک از این دو نوع خود میتواند در نتیجه شمار زیادی از دیگر معضلات بدنی پدید آمده باشد. در مراحل انتهایی درمان نگهدارنده، دیالیز - صفاقی یا عروقی - و پیوند کلیه است.
.2 حل مساله پیش بینی بیماری های کلیوی به کمک شبکه های عصبی
شبکه های عصبی از تکنیک های محاسباتی هوشمند در مدل سازی فرآیند غیر خطی هستند که در سال های اخیر به موازات پیشرفت های ابزار محاسبات و پردازش اطلاعات، از جایگاه پراهمیتی برخوردار گشته و در علوم مختلف دارای پیشرفت های روز افزون و نتایج مطلوبی بوده است. شبکه های عصبی پیشخور، کاربردی ترین نوع شبکه های عصبی مصنوعی می باشند، چرا که شبکه های عصبی پیشخور با یک لایه پنهان، تابع فعال سازی مناسب در لایه پنهان و تعداد نرون های کافی در لایه پنهان، قادرند هر تابعی را با دقت دلخواه تقریب بزنند. شبکه عصبی پیشنهاد شده یک ساختار فازی پیشخور سه لایه ای با پنج نرون در لایه ورودی، n نرون در لایه مخفی و یک نرون خروجی است، به طوری که در آن ورودی و خروجی و وزنهای متناظر را اعداد فازی تشکیل می دهند. شکل - 2-3 - نمایشگر ساختار شبکه ای پیشنهادی مذکور است. متغیرهای تحت بررسی عبارت اند از: -1 کراتینین -2 اوره -3کلسترول -4 تری گلیسرید -5 گلوکز خون ناشتا.
1-2 ورودی های شبکه عصبی
: x 1 کراتینین ماده دفعی است که در نتیجه عملکرد ماهیچه ها در بدن آزاد می شود و کلیه با عمل تصفیه، کراتینین و اوره را از بدن دفع می کند. در بیماری های کلیه در نتیجه کاهش عملکرد کلیه، کراتینین در بدن انباشته شده و بدن را مسموم می کند بنابراین با اندازه گیری سطح کراتینین خون می توان عملکرد کلیه را سنجید.
: x 2 نیتروژن اوره خون شاخص مهم دیگری برای اندازه گیری عملکرد کلیه است. در نتیجه سوخت و ساز پروتئین، ذرات دفعی در ادرار آزاد می شوند. بنابراین سطح BUNموثر از رژیم غذایی روزانه و به خصوص جذب پروتئین است.
x 3 :کلسترول یکی از مولکولهای زیستی و از دسته چربیها - لیپیدها - است. این مولکول 27 کربنه ساختار چندحلقهای دارد. نقش عمده آن استحکام و انعطافبخشی به غشا سلولها است.
x 4 :تری گلیسرید یا تری آسیل گلیسرول از ترکیب یک الکل سه عامله به نام گلیسرول و سه اسید چرب ایجاد می شود. نام اختصاری آن T.G است. T.G. شکل مهمی از ذخیره انرژی است و نسبت به قندها دارای میزان انرژی نهفته بیشتری است. از طریق غذا وارد بدن می شود، علاوه بر این مقداری از آن در بدن نیز ساخته می شود. مقادیر بالای تری گلیسیرید یکی از علایم ابتلا به مقاومت به انسولین است. بدین معنا که بدن شما نمی تواند از انسولین استفاده کند - هورمونی که قند خون را کنترل می کند - . هنگامی که انسولین نتواند عملکرد خود را انجام دهد، گلوگز وارد سلول ها نمی شود. به همین دلیل مقادیر قند خون افزایش می یابد و در نهایت موجب بروز دیابت و بیماری های کلیوی می شود.
2-2 پارامترهای وزن و بایاس شبکه عصبی
پارامترهای وزن و بایاس شبکه عصبی یاد شده را اعداد فازی ذوزنقه ای تشکیل می دهند که در ابتدا هریک از اندیس های آن را با اعداد حقیقی مقدار کوچکی که از بازه [0,1] انتخاب می شوند، مقدار دهی می کنیم.
