Identification of COVID-19 from Cough Sounds Using Non-Linear Analysis and Machine Learning

Authors : Fatma Zehra SOLAK

Pages : 710-716

Doi:10.31590/ejosat.1010723

View : 24 | Download : 15

Publication Date : 2021-11-30

Article Type : Research Paper

Abstract :COVID-19'un otomatik teşhisi, insanlarla etkileşimi en aza indirerek hastalığın yayılmasını azaltmada aktif bir role sahiptir. Çeşitli sinyal ve görüntüleri kullanan makine öğrenmesi modelleri, otomatik tanılamanın temelini oluşturur. Bu çalışma, COVID-19 ve COVID-19 değil olarak etiketlenmiş öksürük ses sinyallerini içeren 'Virufy' veri setini kullanarak COVID-19 enfeksiyonunu tespit etmek için makine öğrenmesi tabanlı modeller sunmaktadır. Veri setindeki COVID pozitif öksürük sayısı, COVID negatif olanlardan daha az olduğu için çalışmada öncelikle ADASYN aşırı örnekleme tekniği ile veri dengeleme yapılmıştır. Ardından, Çokfraktallı Eğimden Arındırılmış Dalgalanma Analizi (Multifraktal Detrended Fluctuation Analysis - MDFA), Lempel-Ziv Karmaşıklığı (Lempel–Ziv Complexity-LZC) ve entropi ölçümleri kullanılarak öksürük seslerinin doğrusal olmayan analizi ile öznitelikler çıkarılmıştır. Daha sonra ReliefF yöntemi ile en etkili öznitelikler seçilmiştir. Son olarak, öksürük seslerini COVID-19 veya değil olarak tanımlamak için, Radyal Tabanlı Çekirdek fonksiyona sahip Destek vektör Makineleri (Support Vector Machine with Radial Basis Function-SVM-RBF), Rastgele Orman (Random Forest-RF), Adaboost, Yapay Sinir Ağları (Artificial Neural Network -ANN), k En Yakın Komşuluk (k Nearest Neighbor -kNN) olmak üzere beş makine öğrenme algoritması kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, radyal tabanlı çekirdek fonksiyonuna sahip destek vektör makinesi ve seçilen etkin öznitelikler sayesinde COVID-19 hastalarının ve COVID19 olmayan deneklerin öksürük sesleri %95.8 sınıflandırma doğruluğu ile belirlenmiştir. Bu sınıflandırıcı ile %93.1 duyarlılık, %98.6 özgüllük, %98.6 kesinlik, 0.92 kappa istatistik değerleri ve %93.2 ROC eğrisi altında kalan alan değeri elde edilmiştir.
Keywords : COVID 19, Öksürük Sesleri, Entropi, Makine Öğrenimi, MDFA, LZC, SVM