[논문 리뷰] Identifying Similar Patients Using Self-Organising Maps: A Case Study on Type-1 Diabetes Self-care Survey Responses

Santosh Tirunagari, Norman Poh외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 21.

Diabetes Management and Research참고 문헌 9인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 자가관리 설문 응답을 바탕으로 유사한 타입-1 당뇨병 환자를 시각화하고 군집화하기 위해 자기조직화 맵(SOM)을 사용하는 것을 제안한다. 고차원 설문 데이터를 2차원 격자에 맵핑하여 의미 있는 환자 프로파일을 드러내며, 정확한 인슐린 복용량을 취하는 환자들은 또한 적절한 시간에 주사하는 경향이 있으며, 정시에 식사를 하는 환자들은 적절한 식량 섭취량을 취하는 경향이 있으며, 양조절이 잘 되는 환자들은 규칙적인 신체 활동에 참여하는 경향이 있음을 보여준다.

ABSTRACT

Diabetes is considered a lifestyle disease and a well managed self-care plays an important role in the treatment. Clinicians often conduct surveys to understand the self-care behaviors in their patients. In this context, we propose to use Self-Organising Maps (SOM) to explore the survey data for assessing the self-care behaviors in Type-1 diabetic patients. Specifically, SOM is used to visualize high dimensional similar patient profiles, which is rarely discussed. Experiments demonstrate that our findings through SOM analysis corresponds well to the expectations of the clinicians. In addition, our findings inspire the experts to improve their understanding of the self-care behaviors for their patients. The principle findings in our study show: 1) patients who take correct dose of insulin, inject insulin at the right time, 2) patients who take correct food portions undertake regular physical activity and 3) patients who eat on time take correct food portions.

연구 동기 및 목표

• 고차원 당뇨병 자가관리 설문 데이터에서 통찰을 도출하기 위해 자기조직화 맵(SOM)을 사용하는 것이 가능한지 평가하는 것.
• SOM이 생성한 환자 군집이 임상적으로 기대하는 바와 전문가의 자가관리 행동 이해와 일치하는지 평가하는 것.
• 데이터 기반 군집화와 시각화를 통해 임상의가 환자 행동 패턴을 더 잘 이해할 수 있도록 돕는 것.
• 대상 자가관리 간 interventions에 유익할 수 있는 고유한 환자 프로파일을 식별하는 것.
• 인슐린 사용, 식사 시기, 식량 섭취량, 신체 활동과 같은 자가관리 요소 간의 상관관계를 탐색하는 것.

제안 방법

• 고차원 환자 설문 응답을 2차원 위상적 격자에 맵핑하여 시각적 분석을 위한 자기조직화 맵(SOM) 적용.
• 611명의 타입-1 당뇨병 환자로부터 5점 리커트 척도(절대 안 함에서 항상)로 응답한 15개 요소의 자가관리 설문 사용.
• 설문 데이터셋의 누락치를 처리하기 위해 데이터 전처리 및 보간 수행.
• 인슐린 사용, 혈액 포도당 모니터링, 운동과 같은 특정 자가관리 요소에 대한 개인 응답 기반 환자 군집화 시각화.
• SOM 격자 내 공간 군집 분석을 통해 자가관리 행동 간 패턴과 상관관계 식별.
• 임상 타당성을 확인하기 위해 전문가 검토를 통해 발견 결과 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기조직화 맵이 환자의 자가관리 설문 응답을 바탕으로 유사한 타입-1 당뇨병 환자 군집을 효과적으로 식별하고 시각화할 수 있는가?
• RQ2 SOM이 식별한 환자 군집이 자가관리 행동의 임상적으로 예상되는 패턴과 일치하는가?
• RQ3 인슐린 관리, 식사 시기, 식량 섭취량, 신체 활동과 같은 핵심 자가관리 행동 간 상관관계는 무엇인가?
• RQ4 SOM이 대상 임상 간병 조치에 정보를 줄 수 있는 숨겨진 행동 패턴을 드러낼 수 있는가?
• RQ5 혈액 포도당 모니터링 및 인슐린 투여와 같은 특정 자가관리 요소에 따라 환자 프로파일은 어떻게 군집화되는가?

주요 결과

• 정확한 인슐린 복용량을 취하는 환자들은 항상 적절한 시간에 주사하는 환자들과 일관되게 함께 군집화되어 있어 강력한 행동 상관관계를 나타낸다.
• 정시에 식사를 하는 환자들은 적절한 식량 섭취량을 취하는 환자들과 군집화되어 있어 식사 시기와 식량 섭취량 간의 연관성이 있음을 시사한다.
• 적절한 식량 섭취량을 취하는 개인들은 규칙적인 신체 활동에 참여하는 사람들과 함께 군집화되어 건강 중심 행동의 군집을 강조한다.
• 90퍼센트 이상의 환자들이 일반적으로나 항상 혈액 포도당을 점검한다고 보고했으며, 소수의 환자 그룹(식별자: 260, 9, 24, 402, 435, 281, 139, 243)은 드물게 모니터링하는 행동을 보였다.
• 동일한 환자 그룹(식별자: 243, 281, 139, 404)이 잘못된 인슐린 복용량과 잘못된 주사 시기의 군집에 모두 자주 나타났다.
• SOM 시각화를 통해 분야 전문가들이 자가관리 행동 패턴에 대한 검증과 깊이 있는 이해를 확보하였으며, 이는 임상 의사결정 지원 도구로의 활용 가능성을 뒷받침한다.