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Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Cálculo de estadiamento, preditores de risco por meio da comparação de algoritmos de machine learning como estratégia de rastreio à doença renal crônica
Alternate title (s): Staging calculation, risk predictors through comparison of machine learning algorithms as a screening strategy for chronic kidney disease
Author: Meirelles, Leonardo Vecchi
First Advisor: Peretta, Igor Santos
First member of the Committee: Yamanaka, Keiji
Second member of the Committee: Cunha, Marcio José da
Summary: Um dos maiores desafios da Medicina Moderna está em trabalhar com a quantidade e disponibilidade de dados, pois a decisão por determinado tratamento ou a confirmação de diagnóstico são apoiados em várias abordagens metodológicas. Dentre as várias patologias existentes, passíveis e relevantes de uma abordagem através da utilização da Inteligência Artificial (IA) generativa estão as Doenças Renais Crônicas (DRC), com causas múltiplas no órgão ou no Sistema Urinário adjuntas a múltiplos fatores de risco previamente existentes no paciente. A realização de testes e uma avaliação dos resultados mais ágeis e precisas são extremamente necessárias. Posto isto, o objetivo desta pesquisa foi o de aplicar três técnicas supervisionadas de Machine Learning (ML) - Árvore de Decisão (DT), Perceptron Multicamadas (MLP), Rede de Kolmogorov-Arnold (KAN) e comparar suas performances (exatidão, precisão, recall, F1 score e ROC-AUC) das variáveis predisponentes e correlacionadas aos estadiamentos da DRC, utilizando a métrica da Inteligência Artificial Explicável (XAI). Utilizando-se de 24 variáveis disponibilizadas no The UCI Machine Learning Repository (2015); com 400 homens brancos, através de análise exploratória e transversal. Como resultado obteve-se que o modelo MLP superou os demais, alcançando a maior precisão média (87,2%) e pontuação ROC-AUC (0,98), indicando forte capacidade preditiva para esta população efetivamente estudada, no entanto o KAN forneceu um equilíbrio entre forte desempenho e explicabilidade moderada, mostrando-se promissor para um maior desenvolvimento como um modelo interpretável para a previsão de DRC. Esta pesquisa destaca a importância de considerar a precisão e a interpretabilidade na seleção de modelos para aplicações de saúde e posiciona o KAN como um modelo XAI potencial para predição dos estágios da DRC. Pesquisas futuras poderiam se concentrar em melhorar a interpretabilidade do KAN e explorar seu uso em outros conjuntos de dados médicos.
Abstract: One of the biggest challenges of Modern Medicine is working with the quantity and availability of data, as the decision for a certain treatment or confirmation of diagnosis is supported by various methodological approaches. Among the various existing pathologies that are subject to and relevant to an approach through the use of generative Artificial Intelligence (AI) are Chronic Kidney Diseases (CKD), with multiple causes in the organ or in the Urinary System combined with multiple risk factors previously existing in the patient. Faster and more accurate testing and evaluation of results are extremely necessary. That said, the objective of this research was to apply three supervised Machine Learning (ML) techniques - Decision Tree (DT), Multilayer Perceptron (MLP), Kolmogorov-Arnold Network (KAN) and compare their performances (accuracy, precision, recall, F1 score and ROC-AUC) of predisposing variables and correlated with CKD staging, using the Explainable Artificial Intelligence (XAI) metric. Using 24 variables available in The UCI Machine Learning Repository (2015); with 400 white men, through exploratory and transversal analysis. As a result, it was obtained that the MLP model outperformed the others, achieving the highest average precision (87.2%) and ROC-AUC score (0.98), indicating strong predictive capacity for this effectively studied population, however KAN provided a balance between strong performance and moderate explainability, showing promise for further development as an interpretable model for CKD prediction. This research highlights the importance of considering accuracy and interpretability when selecting models for healthcare applications and positions KAN as a potential XAI model for predicting CKD stages. Future research could focus on improving the interpretability of KAN and exploring its use in other medical datasets.
Keywords: Doença Renal Crônica
Aprendizado de máquina
Árvores de Decisões
Perceptron Multicamadas
Redes de Kolmogorov-Arnold
Inteligência Artificial Explicável
Chronic Kidney Disease
Machine Learning
Decision Trees
Multi Layer Perceptron
Kolmogorov-Arnold Networks
Explainable Artificial Intelligence
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: MEIRELLES, Leonardo Vecchi. Cálculo de estadiamento, preditores de risco por meio da comparação de algoritmos de machine learning como estratégia de rastreio à doença renal crônica. 2025. 77 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45984
Date of defense: 26-May-2025
Appears in Collections:TCC - Engenharia de Computação

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