I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.  1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 ,   p p .   9 4 8 ~ 9 60   I SS N:  2252 - 8 8 1 4 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas . v 1 3 . i 4 . pp 948 - 9 60       948       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Ea rly  det ection  of  coro na ry  heart d isea se ba sed o n ri sk facto rs  using  int erp retab le ma chine l ea rni ng       Wiha rt o ,   F a ra h Na da   M ufida h   D e p a r t me n t   o f   I n f o r m a t i c s,   F a c u l t y   o f   I n f o r mat i o n   T e c h n o l o g y   a n d   D a t a   S c i e n c e ,   U n i v e r si t a s   S e b e l a s  M a r e t ,   S u r a k a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   6 ,   2 0 2 3   R ev is ed   J u l 9 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Au g   2 5 ,   2 0 2 4       Co ro n a r y   h e a rt  d ise a se   (CHD )  is t h e   lea d in g   c a u se   o f  d e a th   i n   t h e   wo rld .   Th e   risk   o f  c o r o n a r y   h e a rt  d ise a se   c a n   b e   re d u c e d   o r  e v e n   p re v e n te d   b y   e a rly   d e tec ti o n .   Earl y   d e tec ti o n   o f   CH D  h a s b e e n   wi d e ly   d e v e l o p e d   u si n g   m a c h in e   lea rn in g ,   b u t  t h e   m a c h in e   lea rn in g   a l g o ri th m s  u se d   s o m e ti m e s  h a v e   lo w   in terp re tab il it y .   Lo w   in ter p re tab il it y   m a k e s  it   d iffi c u l t  fo r   u se rs  t o   u n d e rs tan d   t h e   c a u se   o f  th e   d e c is io n .   Re fe rri n g   t o   t h is,  th is  re se a rc h   a ims   to   p ro p o se   a n   e a rl y   d e tec ti o n   m o d e l  u sin g   m a c h in e   lea rn in g   i n ter p re tab il it y ,   wh ich   is  imp lem e n ted   u si n g   t h e   C5 . 0   a l g o rit h m   a n d   i n terp r e ted   u sin g   S h a p ley   a d d it i v e   e x p lan a ti o n s   (S HA P ) .   Th i s  re se a rc h   m e th o d   is  d i v id e d   in t o   3   sta g e s,   n a m e ly   p re p ro c e ss in g ,   in ter p re tab le  m a c h in e   lea rn in g ,   a n d   p e rfo rm a n c e   e v a lu a ti o n .   Th is  stu d y   u se d   2 1 5   p a ti e n t  d a ta  fro m   Dr.   M o e wa rd i  S u ra k a rta  H o sp i tal.   Te stin g   t h e   re su lt i n g   m o d e l  u sin g   t h e   k - fo ld s   c ro ss - v a li d a t io n   m e th o d .   Th e   tes t   re su lt s   sh o w   t h a t  t h e   ris k   fa c to rs  th a t  m a k e   a   h ig h   c o n tri b u ti o n   t o   th e   o u t p u t  o f  t h e   c o r o n a r y   h e a rt  d ise a se   d e tec ti o n   m o d e l  a re   s y sto li c   b lo o d   p re ss u re ,   d ias to li c   b l o o d   p re ss u re ,   a n d   e m p lo y m e n t   lev e l,   with   t h e   re su lt i n g   a c c u ra c y   p e rfo rm a n c e   o f  8 4 . 6 4 % .   T h e   p ro p o se d   m o d e l  c a n   b e   a n   a lt e rn a ti v e   fo r  e a rly   p re d icti o n   o f  c o ro n a ry   h e a rt  d ise a se   wh ich   can   e x p lai n   t h e   i n flu e n c e   o f  e a c h   se lec ted   r isk   fa c to r   o n   th e   m o d e l   o u t p u t .   K ey w o r d s :   C 5 . 0   alg o r ith m   C o r o n ar y   h ea r t d is ea s e   E ar ly   d etec tio n   I n t er p r etab le  m ac h in e  lear n in g   R is k   f ac to r s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   W ih ar to   Dep ar tm en t o f   I n f o r m atics,  Facu lty   o f   I n f o r m atio n   T ec h n o l o g y   an d   Data   Scien ce   Un iv er s itas   Seb elas M ar et   I r .   Su tam i   St. ,   No .   3 6 A,   Ken ti n g an ,   J eb r es,  Su r ak ar ta,   I n d o n esia   E m ail:  wih ar to @ s taf f . u n s . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   C o r o n ar y   h ea r t  d is ea s e  ( C HD )   is   a  lead in g   g lo b al  ca u s e  o f   d ea th ,   with   m o r e  th a n   9   m ill io n   d ea th s   attr ib u ted   to   C HD  in   2 0 2 0   [ 1 ] .   T h e  C OVI D - 19   p an d em ic  h as  wo r s en ed   th is   alr ea d y   d ir e  s itu atio n .   Alth o u g h   th e  m o r tality   r ate  d u e  to   C OVI D - 19   v a r ies  wo r ld wid e,   r an g in g   f r o m   1 - 2 %,  m o s t  p a tien ts   ca n   r ec o v er .   No n eth eless ,   a  co n s id er ab le  a m o u n t  o f   ev id en ce   in d icate s   th at  C OVI D - 19   ca n   ca u s e  v ar i o u s   lo n g - ter m   h ea lth   is s u es,  in clu d in g   o n e   th at  h e ig h ten s   th e  p o s s ib ilit y   o f   h e ar t  p r o b lem s .   A  co m p r eh e n s iv e  s tu d y   o f   h ea lth   r ec o r d s   in   t h e  Un ited   States   r ev ea led   th at  in d iv id u als  wh o   co n tr ac ted   C OVI D - 19   h av e   a   5 5 %  g r ea ter   c h an ce   o f   ex p er ien cin g   ex ten d ed   ca r d io v ascu lar   co m p licatio n s .   C o m p licatio n s   o f   co r o n ar y   h ea r t  d is ea s e  co n s is t  o f   h ea r t  r h y th m   d is tu r b an ce s ,   h e ar t  in f lam m atio n ,   b lo o d   cl o ts ,   s tr o k e,   h ea r t  attac k ,   h ea r t  f ai lu r e,   an d   p o s s ib ly   d ea th .   T h e  s am p le  r eg is tr atio n   s y s tem   ( SR S)  s u r v ey   f r o m   2 0 1 4   d eter m i n ed   th at  c o r o n a r y   h ea r t d is ea s e  h as th e  s ec o n d   h i g h est  m o r tality   r ate   in   I n d o n esia,  f o llo win g   s tr o k e,   with   a   to tal  m o r tality   r at e  o f   1 2 . 9 %  o f   all   r ec o r d e d   d ea th s .   C o r o n ar y   a r ter y   d is ea s e  is   th e  p r im ar y   a n d   m o s t  p r ev alen t  ca u s e  o f   m o r tality   in   I n d o n esia,   ac co u n tin g   f o r   2 6 . 4 %  o f   all  d e ath s .   T h e  n u m b er   o f   d ea t h s   attr ib u ted   to   h ea r t  d is ea s e  o u twei g h s   th e  n u m b er   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E a r ly  d etec tio n   o f c o r o n a r y  h e a r t d is ea s e  b a s ed   o n   r is k  fa cto r s   u s in g   in terp r eta b le  ma ch in e  …  ( Wih a r to )   949   h ea r t  an d   b lo o d   v ess el  s p ec ialis ts   b y   a  s ig n if ican t  m ar g in   in   I n d o n esia,  with   o n ly   6 0 0   cu r r en tly   p r ac ticin g   in   th e  co u n tr y .     C o r o n ar y   ar ter y   d is ea s e  ( C A D)   is   ca u s ed   b y   th e  b u ild u p   o f   p laq u e  in   th e  co r o n ar y   ar ter i es,  lead in g   to   d ec r ea s ed   b lo o d   f lo w  to   t h e  h ea r t  an d   in cr ea s in g   th e  r is k   o f   h ea r t  attac k s   an d   ev en   m o r tality .   E ar ly   awa r en ess   o f   a  p er s o n ' s   lik eli h o o d   o f   ex p e r ien cin g   C AD  ca n   d ec r ea s e  r is k .   R eg u lar   m o n i to r in g   o f   C AD  r is k   f ac to r s ,   s u ch   as  ch o lest er o l  lev els,  b lo o d   s u g ar ,   b lo o d   p r e s s u r e,   an d   weig h t,  is   h elp f u l  f o r   ea r ly   d etec tio n .   Po p u latio n - b ased   C AD  p r ed ic tio n   m o d els  h av e   b ee n   d e v elo p ed   b ased   o n   r is k   f ac to r s .   Ma n y   p o p u latio n - b ased   m o d els  h av e  b ee n   d ev elo p ed   f o r   t h e  ea r l y   p r ed ictio n   o f   C HD,   in clu d in g   th e   Fra m in g h a m   r is k   s co r e   ( FR S),   p r o s p ec tiv e  ca r d io v ascu lar   M ü n s ter   ( PR OC A M) ,   an d   s y s tem atic  co r o n ar y   r is k   ev alu atio n   ( SC OR E ) .   T h es e   m o d els  p r o v id e  v a lu a b le  in s ig h t  in to   C HD  r is k   an d   ca n   ass is t  h ea lth ca r e  p r o v id er s   in   d eter m in in g   ap p r o p r iate  p r ev en tiv e   m ea s u r es.  Ho we v e r ,   it  is   im p o r tan t  t o   r ec o g n ize   th e  lim itatio n s   o f   s u ch   m o d e ls   an d   th e   n ee d   f o r   o n g o in g   r esear ch   in   th is   f ie ld .   Ho wev er ,   ce r tain   p o p u lat i on - b ased   m o d els  ar e  u n s u itab le  f o r   d etec tin g   d is ea s es  in   p o p u latio n s   d if f er e n t  f r o m   th e  o n e  th at  th e  m o d el   r ep r esen ts .   Fo r   in s tan ce ,   FR S   is   n o t  ap p r o p r iate  f o r   d etec tin g   h ea r t  d is ea s e  i n   J ap an ese  an d   Ko r ea n s ,   wh ile  Ko r ea n s   ca n n o t  u s e  PR O C AM   an d   S C OR E   m o d el s .   Ad d itio n ally ,   m o d els  b ased   o n   u r b a n   p o p u latio n s   p r o v e  in ef f ec tiv e  wh en   ap p lied   to   r u r al  p o p u latio n s   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h e   a s s ig n ed   r is k   s co r e  an d   QR I SK3   s co r e  m o d e ls   ar e  co m p a r ab le  to   PR OC A M,   wh ich   h as  o n ly   b ee n   v alid ate d   f o r   t h e  Ger m an   p o p u latio n .   T h e r ef o r e ,   it  m ay   n o t  b e   s u itab le  f o r   o th e r   p o p u latio n s .   T h e   C UO R E   ri s k   s co r e  m o d el  is   also   o n ly   ap p r o p r iate  f o r   th e  p o p u latio n   in   I taly   [ 4 ] .   T h e  r ap id   d ev elo p m en t  o f   a r tific ial  in tellig en ce ,   p ar ticu l ar ly   in   th e  d o m ain   o f   m ac h i n e  lea r n in g ,   h as  r esu lted   in   t h e  cr ea ti o n   o f   n u m er o u s   p r ed ictio n   m o d els  th a t  r ely   o n   m ac h in e   lear n in g   d a tasets   p er tain in g   to   r is k   f ac to r s   o f   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e.   C HD  p r ed ictio n   r esear ch   u tili zin g   a   d u o   o u tp u t  ar tific ial  n eu r al   n etwo r k   e n s em b le  ( DOAN NE )   h as  ac h ie v ed   a n   ac c u r ac y   lev el  o f   8 6 %  [ 5 ] .   T h is   ac cu r ac y   r ate  is   b ased   o n   th e   u s e  o f   1 2   r is k   f ac to r s .   Similar   r esear ch   h as  em p l o y ed   a   co m b in atio n   o f   p r in cip al   co m p o n en t  an aly s is   ( PC A)   an d   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in e  ( SVM)   [ 6 ]   to   p r ed ict  ea r l y   C HD.   T h e  s tu d y   id en tifie d   9   o u t  o f   th e  1 2   test ed   r is k   f ac to r s   as  in f lu en tial.  T h e   m o d el  ac h iev e d   a  s en s itiv ity   p er f o r m a n ce   o f   8 4 . 2 %.  Su b s eq u en t  d e v elo p m e n ts ,   r ef er en cin g   FR S,  wer e  m o d el ed   u s in g   a  M am d an i  f u zz y   in f er en ce   s y s tem .   T h e  m o d el  e m p lo y ed   a  G  m ed ical  ce n ter   d ataset  f r o m   Ko r ea ,   p r o v id i n g   a n   ac c u r ac y   p er f o r m an ce   o f   6 9 %  [ 3 ] .   A  s tu d y   s im ilar   to   th e   af o r em en tio n ed   r esear ch   was   co n d u cted   u tili zin g   th e  FR S .   A  p r ed ictiv e  m o d el  was  estab lis h ed   u s in g   th e  class if icatio n   an d   r e g r ess io n   t r ee   ( C AR T )   alg o r ith m   to   cr ea te  r u les,  wh ich   wer e   s u b s eq u e n tly   m o d eled   u s in g   f u zz y   r u le - b ased   m eth o d s .   T h e  r esu ltin g   m o d el  was  test ed   th r o u g h   T h e  Ko r ea   Natio n al  H ea lth   an d   Nu t r itio n   E x am in atio n   Su r v ey - VI   ( KN HANE S - VI )   d ataset,   also   k n o wn   as  th e  Ko r ea n   Natio n al  Hea lth   an d   Nu tr itio n   E x am in atio n   Su r v e y   VI .   Ko r e an   Natio n al  Hea lth   an d   Nu tr iti o n   E x am in atio n   Su r v ey   VI   ac h iev ed   an   ac cu r ac y   p er f o r m an ce   o f   6 9 . 5 1 %  an d   a  s en s itiv ity   o f   9 3 . 1 %.   Un f o r tu n ately ,   C 5 . 0   cu r r en tly   o u tp er f o r m s   th e  C AR T   alg o r ith m   [ 7 ] .   A  m o d el  f o r   th e  ea r ly   d etec ti o n   o f   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  h as  b ee n   d ev elo p ed   u s in g   9   r is k   f ac to r s   an d   So u th   Af r ican   h ea r t  d is ea s e  d ata - k n o wled g e   ex tr ac tio n   b ased   o n   ev o lu tio n a r y   lear n i n g   ( KE E L )  [ 8 ] .   T h e   m o d el  ev alu ated   th r ee   m ac h in e  lear n in g   al g o r ith m s :  J 4 8 ,   Naïv e  B ay esian ,   an d   SVM.   T h e  Naïv e  B ay esian   m o d el  s h o we d   h ig h er   s en s itiv ity   with   a   6 3 %  v alu e  c o m p a r e d   to   J 4 8   a n d   SVM  wh ich   r ec o r d ed   less   th a n   5 0 %  r esp ec tiv ely .   T h er e  was  n o   s ig n if ican t  d if f e r en ce   in   s p ec if i city   v alu e  am o n g   th e  th r ee   alg o r ith m s .   A  m o d el   h as  b ee n   d ev el o p ed   u tili zin g   th e  C AR T   alg o r ith m   an d   f u z zy   lo g ic   to   d etec t  co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  in   th e   Ko r ea n   p o p u latio n .   T h e  m o d e l  em p lo y s   n in e  r is k   f ac to r s   an d   was  test ed   with   r esu lt s   in d icatin g   an   ac cu r ac y   v alu e  o f   6 9 . 5 1 %,  a  s en s itiv ity   o f   9 3 . 1 %,  a   s p ec if icity   o f   2 5 . 6 4 %,  a  p o s itiv e  p r ed icti o n   v alu e   ( PP V)   o f   6 9 . 9 5 %,   a  n eg ativ e   p r e d ictio n   v alu e  ( NPV)   o f   6 6 . 6 7 %,  a n d   an   ar ea   u n d er   th e  cu r v e  ( AUC)  o f   0 . 5 9 4   [ 9 ] .  Siv ap r asad   et  al .  [ 1 0 ]   co n d u ct ed   a  s tu d y   o n   th e  d e v elo p m e n t  o f   d ee p   lear n in g ,   s p ec if icall y   tr an s f er   lear n in g ,   an d   co m p a r ed   th e  r esu lts   with   SVM,   n eu r al  n etwo r k s ,   an d   r an d o m   f o r est  alg o r ith m s .   I n   ad d itio n ,     Sar m a  et  a l.   [ 1 1 ]   an d   Gh asem ieh   et  a l.   [ 1 2 ]   d ev elo p e d   a  C HD  d etec tio n   m o d el  u s in g   en s em b le  s tack in g   an d   d ee p   lear n in g   tech n i q u es.   T h e  d ev el o p m e n t  o f   m ac h in e   lear n in g   m o d els  f o r   d etec tin g   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  h as  n o t   b ee n   a b le  to   ex p lain   th e  d ec is io n - m ak i n g   p r o ce s s   th at  it  p r o d u ce s ,   co m m o n ly   r e f er r e d   to   as  b lack - b o x .   T h is   is   s u p p o r ted   b y   a  s tu d y   co n d u cted   b y   Fra n k lin   an d   Mu th u k u m ar   [ 1 3 ] ,   wh ich   s h o we d   th at  m an y   o f   th e   d ev elo p e d   d etec tio n   m o d els  s till   r ely   h ea v ily   o n   b lac k - b o x   m eth o d s ,   in clu d i n g   th e  u s e  o f   d ee p   lear n in g   an d   n eu r al  n etwo r k s .   Mo n d al  et  a l .  [ 1 4 ]   a n d   Kim   et  a l .   [ 1 5 ]   p r o p o s ed   a  m o d el  f o r   d etec tin g   co r o n a r y   h ea r t   d is ea s e  u s in g   en s em b le  lear n in g   an d   a  s tatis tical  d ee p   b elief   n etwo r k   f o r   ca r d i o v ascu lar   r is k   p r ed ictio n .   T h e   p r o p o s ed   m o d els  d o   n o t  u s e  in ter p r etab le  m ac h in e  lear n in g .   T h is   m ak es  th e  m o d el  u n ab le  to   ex p lain   th e   r elatio n s h ip   b etwe en   m o d el  in p u t  an d   m o d el  o u tp u t.  T h e  r esu lt  o f   th is   co n d itio n   will  m ak e  th e  r esu ltin g   m o d el  n o t  g et   f u ll  tr u s t  b y   th e  u s er   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   T r u s t  is   th e   m ain   way   to   i n cr ea s e  u s er   c o n f id en ce   in   u s in g   m ac h in e  lear n i n g   [ 1 8 ] ,   as  well  as  th eir   c o m f o r t  wh e n   u s in g   a n d   m an a g in g   it   [ 1 9 ] .   T r u s t  is   r elate d   to   th e  eth ics   an d   in ten s ity   o f   r eg u lato r y   ac ti v ities .   T o   b e  ab le  to   p r o v i d e  a  h ig h   lev el  o f   co n f id en ce   in   th e  m o d el,   an   in ter p r eta b le  m ac h in e  lear n in g   ( I ML )   m o d el  was  d ev elo p ed .   T h e  im p lem e n tatio n   o f   I M L   is   b y   u s in g   a   n u m b er   o f   m ac h in e  lear n in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   948 - 9 60   950   alg o r ith m s   co m b i n ed   with   i n ter p r etab le  m eth o d s ,   s u ch   a s   S h ap ley   a d d itiv e  ex p la n atio n s   ( SHAP),   lo ca l  in ter p r etab le  m o d el - a g n o s tic  ex p lan atio n s   ( L I ME ) ,   an d   cla s s   ac tiv atio n   m ap p i n g   ( C AM )   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   SHAP,  L I ME ,   an d   C AM   ar e   ab le   to   e x p lain   th e   m ac h in e  lear n in g   m o d el  s o   th at  t h e  r elatio n s h ip   b etwe en   th e  in p u t   an d   o u tp u t   o f   th e   m o d el  ca n   b e  u n d er s to o d .   T h e  t h r ee   m eth o d s   h a v e  t h eir   r esp ec tiv e  ad v an tag es,  th e   C AM   m eth o d   is   wid ely   ap p lied   to   e x p lain   im ag e  p r o b lem s ,   L I M E   f o r   s o m e  class if ica tio n   p r o b lem s ,   wh ile  SHA P   ca n   b e   u s ed   f o r   v ar io u s   p r o b lem s ,   n o t  o n ly   lim ited   to   cla s s if icatio n   [ 2 2 ] .   I n   ad d itio n ,   SHAP  h as  a  s tr o n g   th eo r etica l  ex p lan atio n   ab ilit y ,   an d   a  f air   d is tr ib u tio n   in   its   p r ed ictio n s   [ 2 3 ] – [ 2 5 ] .   T h e  u s e  o f   SHAP  is   al s o   wid ely   ap p lied   in   v ar io u s   f ield s ,   o n e  o f   w h ich   is   h ea lth   [ 2 6 ] .   R ef er r in g   to   a  n u m b e r   o f   s tu d ies  th at  h av e  b ee n   ca r r ied   o u t,   th is   s tu d y   d ev elo p ed   a   m o d el  f o r   ea r l y   d etec tio n   o f   co r o n a r y   h ea r t  d i s ea s e  u s in g   in ter p r etab le  m ac h in e  lear n in g .   T h e  in ter p r etab le  m ac h in e  lear n in g   m o d el  is   im p lem en ted   u s in g   a  co m b in atio n   o f   C 5 . 0   an d   in te r p r eted   u s in g   SHAP.  T h e  ea r ly   d etec tio n   m o d el   was  d ev elo p e d   u s in g   r is k   f ac to r   m e d ical  r ec o r d   d ata.   T h e   r is k   f ac to r s   u s ed   wer e   tak e n   at  D r .   M o ewa r d i   H o s p ital Su r ak ar ta,   I n d o n esia.       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     Da t a s et   T h is   s tu d y   u tili ze s   m ed ical   r ec o r d s   o f   p atien ts   f r o m   th e  Hea r t  an d   Vascu lar   D is ea s e  P o ly clin ic  at  Dr .   Mo ewa r d i  H o s p ital  in   Su r ak ar ta,   I n d o n esia.  T h e  d ataset  co n s is ted   o f   2 1 5   p atien ts ,   with   1 3 3   d iag n o s ed   with   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  an d   8 2   with o u t.  No n - m o d if iab le  an d   m o d i f iab le  r is k   f ac to r s   wer e  in v esti g ated ,   r esu ltin g   in   1 2   r is k   f ac to r s   w h ich   ar e  ca te g o r ized   in   T a b le  1 .   T h e   d ata  f o r   th ese  r is k   f ac t o r s   wer e  s ep ar ated   in to   two   ty p es,  ca teg o r ical  an d   n u m er ical.       T ab le  1 .   R ep r esen tatio n   o f   cli n ical  d ata  f o r   r is k   f ac to r s   N o .   R i s k   F a c t o r s   C a t e g o r y   N u mb e r   ( %)   Me a n   ±   S D   N A  ( %)   1.   A g e       5 9 . 1 1   ±   1 4 . 0 7     2.   G e n d e r   M a l e   F e mal e   1 2 1   ( 5 6 . 2 8 )   9 4   ( 4 3 . 7 2 )       3.   Emp l o y me n t   l e v e l   Li g h t   M e d i u m   H e a v y   9 6   ( 4 4 . 6 5 )   8 5 ( 3 9 . 5 3 )   3 0   ( 1 3 . 9 5 )     4   ( 1 . 8 6 )   4.   To t a l   c h o l e s t e r o l       1 6 9 . 1 7   ±   4 5 . 4 7     5.   Lo w - d e n s i t y   l i p o p r o t e i n   ( LD L)       1 1 0 . 1 8   ±   3 5 . 8 8     6.   H i g h - d e n s i t y   l i p o p r o t e i n   ( H D L)       3 5 . 8 7   ±   1 2 . 5 5     7.   Tr i g l y c e r i d e       1 2 8 . 6 2   ±   8 7 . 1 8     8.   S y st o l i c   b l o o d   p r e ss u r e       1 3 8 . 6 1   ±   2 4 . 6 7     9.   D i a st o l i c   b l o o d   p r e ss u r e       8 6 . 9 6   ±   1 4 . 6 5     1 0 .   O b e si t y       2 0 . 7 0   ±   7 . 6 5     1 1 .   S mo k i n g   Y e s   No   7 2   ( 2 4 . 1 8 )   1 4 3   ( 3 4 . 0 6 )       1 2 .   D i a b e t e s  h i s t o r y   Y e s   No   3 0   ( 3 2 . 9 7 )   5 4   ( 5 9 . 3 4 )           2 . 2 .     M et ho d   T h e  s tu d y   was  ca r r ied   o u t  i n   th r ee   p h ases :  p r e - p r o ce s s in g ,   in ter p r eta b le  m ac h in e  lea r n in g ,   an d   p er f o r m an ce   ev alu atio n .   Fig u r e  1   d is p lay s   a   co m p lete  o v er v iew  o f   th ese  p h ases .   T h e   p r e - p r o ce s s in g   p h ase   co n tain ed   a  m is s in g   v alu e  im p u tatio n   p r o ce s s   an d   d ata  n o r m aliza tio n .   T h e  m is s in g   v alu e   im p u tatio n   p r o ce s s   ap p lied   th e   s in g le  ce n ter   im p u tatio n   f r o m   th e   m u ltip le  c h a in ed   eq u atio n s   ( SICE)   alg o r it h m   [ 2 7 ] .   T h e  SICE  alg o r ith m   is   an   ex ten s io n   o f   th e  m u ltip le  im p u tatio n   b y   ch ain ed   eq u atio n s   ( MI C E )   alg o r ith m   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .  Alg o r ith m   1   s h o ws th e  MI C E   alg o r ith m ,   a n d   Alg o r ith m   2   p r esen ts   th e  SICE  alg o r ith m .   I n   th e  SICE  alg o r ith m   p r esen ted   in   Alg o r ith m   2 ,   th e  im p u tat io n   p r o ce s s   is   p er f o r m e d   b y   c o n s id er in g   th e  d ata  ty p e  o f   th e  r is k   f ac to r .   I f   th e  r is k   f ac to r   is   ca teg o r ical,   th e  m o d e  is   u s ed   f o r   ca l cu latio n ,   wh ile  th e   av er ag e  is   u s ed   f o r   n u m er ical   d ata.   Fo llo win g   th e  im p u tati o n   p r o ce s s ,   th e  d ata  n o r m aliz atio n   p r o ce d u r e  is   ca r r ied   o u t  to   r escale  th e  d ata   b etwe en   0 - 1   [ 5 ] .   T h e  n o r m al izatio n   p r o ce s s   f o llo ws  th e  cr iter ia  p r esen ted   in   T ab le  2 .   I f   th e  d ata  m ee ts   th e  cr iter ia  co lu m n ,   th e  n o r m al izatio n   o u tco m es  ar e  th en   d is p lay ed   in   th e  v alu e   co lu m n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E a r ly  d etec tio n   o f c o r o n a r y  h e a r t d is ea s e  b a s ed   o n   r is k  fa cto r s   u s in g   in terp r eta b le  ma ch in e  …  ( Wih a r to )   951       Fig u r e  1 .   I n ter p r etab le  m o d el  o f   m ac h in e   lear n in g       Alg o r ith m   1 .   MI C E   1.   Simp le  m ea n   im p u tatio n   is   p er f o r m ed   f o r   ev er y   m is s in g   v alu e  wh ich   is   r ef er r e d   to   as p lace h o ld er s .   2.   T h e  p lace h o l d er   m ea n   v alu e  f o r   o n e   v ar iab le  is   s et  b ac k   t o   m is s in g   3.   Ap p r o p r iate  r eg r ess io n   is   d o n e  b etwe en   o b s er v ed   v alu es  o f   th e  m is s in g   v ar iab le  ag ain s t  o th er   v ar iab les.   4.   T h e  m is s in g   v alu e  is   th en   p r ed icted   u s in g   a  r e g r ess io n   m o d el   5.   I F o th er   m is s in g   v alu e ,   T HE N  to   s tep   2   E L SE  to   s tep   6   6.   I F iter atio n   en d   T HE N  t o   s tep   7   E L SE  to   s tep   2   7.   Re s u lts     Alg o r ith m   2 .   SICE   I NPUT :   x : in s tan ce s   with   m is s in g   v alu e s   ca teg o r ical  an d   n u m er ic  i n   m ed ical  r ec o r d s   y : in s tan ce s   with   n o   m is s in g   v alu e  d ata  in   th e  s am e  m ed ical  r ec o r d .   m : n u m b e r   o f   im p u tatio n s   d e f i n ed   b y   th e  u s er .   OUT PUT:    x ' : u p d ate  x   with   im p u ted   m is s in g   d ata   1.   FOR   ea ch   m is s in g   v alu e  in   x   DO   2.   u s e  Alg o r itm a  1   to   f in d   t h e  m i s s in g   v alu e;   3.   E ND   4.   R ep ea t f o r   m   tim es;   5.   m iceRes u lt[i] =im p u ted   d ata  f o r   ith   m is s in g   v alu e;   6.   FOR   ea ch   r o w  in   m iceRes u lt DO   7.   I F ty p e  d ata  o f   m iceRes u lt[i]   is   n u m er ic  T HE N   8.   s iceRe s u lt=m ea n ( m iceRes u lt[i, 1 :m ] )   9.   E L SE   10.   s iceRe s u lt=m o d u s ( m iceRes u lt [ i,1 :m ] )   11.   E ND   12.   x ' =x   u p d ate  with   s iceRes u lt   13.   E ND     Af ter   n o r m aliza tio n ,   th e  n ex t  s tep   in v o lv es  d iv id in g   th e  d at a  in to   tr ain in g   an d   test in g   s ets .   T h e  d ata  d iv is io n   p r o c ess   ap p lies   k - f o ld   cr o s s - va lid atio n ,   wh e r e  k   is   s et  to   1 0 .   Su b s eq u en tly ,   th e  d iv id ed   d ata  is   u s ed   t o   co n s tr u ct  a  m o d el   th at  in c o r p o r ates  in ter p r eta b le  m ac h i n e  l ea r n in g   ( I ML ) .   B y   u s in g   I ML ,   it  b ec o m es  s im p ler   f o r   u s er s   to   co m p r eh e n d   t h e  d ec is io n - m ak in g   p r o ce s s .   T h e  a lg o r ith m   u s ed   in   th e  I ML   m o d el  is   a  co m b i n atio n   o f   C 5 . 0   with   SHAP.  T h e  C 5 . 0   alg o r ith m   c r ea tes  a  tr ee   d iag r am   m o d el   th at  clar if ie s   th e  in p u t - o u tp u t   co n n ec tio n   a n d   s im p lifie s   d ec is io n - m ak in g   [ 2 1 ] .   C 5 . 0   m o d if ies  th e  iter ativ e  d ich o to m is er   3   ( I D3 )   a n d   C 4 . 5   alg o r ith m s .   W h en   b u ild in g   th e  d ec is io n   tr ee ,   t h e  r o o t  f o r   t h e  n ex t  n o d e   is   s elec ted   b ased   o n   th e  m a x im u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   948 - 9 60   952   in f o r m atio n   g ain   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   T h is   m eth o d   b e g in s   b y   c o n s id e r in g   all  d ata  as  th e  r o o t  o f   th e   d ec is io n   tr ee ,   with   th e  ch o s en   attr ib u te  s er v in g   as   th e  d iv id in g   f ac to r   f o r   th e  s a m p le  [ 3 0 ] .   T h e  f in al   s tag e  in v o lv es  ev alu atin g   th e  p er f o r m an ce   o f   th e  r esu ltan t  I ML   m o d el  b y   r e f er e n cin g   th e   co n f u s io n   m atr ix   [ 3 0 ] ,   wh ic h   is   d is p lay ed   in   T ab le  3 .   Usi n g   T ab le   3 ,   o n e   ca n   ca lc u late  th e  p e r f o r m an ce   p ar am eter s   in clu d in g   s en s itiv ity ,   s p ec if icity ,   ac cu r ac y ,   p o s itiv e  p r ed ictio n   v alu e  ( P PV) ,   an d   n eg ativ e   p r ed ictio n   v alu e  ( NPV) .   T h e s e  p ar am eter s   ar e  co m p u ted   b y   r ef er e n cin g   th e  co n f u s io n   m atr ix   g en er ated   d u r in g   th e  test in g   p h ase  an d   a p p ly in g   ( 1 ) - ( 5 )   f o r   p ar am eter   ca lcu latio n .     A c c ura c y = ACC = ( TP + TN ) ( TP + TN + FP + FN )   X   100%   ( 1 )     Sp e c ifi c ity = SEN =   TN ( TN + FP ) × 100%   ( 2 )     Se n s itivit y = SPE =   TP ( TP + FN ) × 100%   ( 3 )     PPV = TP ( TP + FP ) x100%   ( 4 )     N PV =    ( TN + FN ) × 100%   ( 5 )       T ab le  2 .   Data   n o r m aliza tio n   r e q u ir em en ts   No   R i s k   F a c t o r s   C r i t e r i a   V a l u e   No   R i s k   F a c t o r s   C r i t e r i a   V a l u e   1   A g e   < 4 1   41 – 50   51 – 60   61 – 70   71 – 80   ≥ 8 1   0   0 . 2   0 . 4   0 . 6   0 . 8   1   7   Tr i g l y c e r i d e   < 1 0 0   1 0 0 – 149   1 5 0 – 199   2 0 0 – 499   ≥ 5 0 0   0   0 . 2 5   0 . 5   0 . 7 5   1   2   G e n d e r   M a l e   F e mal e   1   0 . 5   8   S y st o l i c   b l o o d   p r e ss u r e   < 1 2 0   1 2 0 – 129   1 3 0 – 139   1 4 0 – 159   1 6 0 – 179   ≥ 1 8 0   0   0 . 2   0 . 4   0 . 6   0 . 8   1   3   Emp l o y me n t   l e v e l   Li g h t   M e d i u m   H e a v y   0   0 . 5   1   9   D i a st o l i c   b l o o d   p r e ss u r e   < 8 0   80 – 84   85 – 89   90 – 99   1 0 0 – 109   ≥ 1 1 0   0   0 . 2   0 . 4   0 . 6   0 . 8   1   4   To t a l   c h o l e s t e r o l   < 2 0 0   2 0 0 – 239   ≥ 2 4 0   0   0 . 5   1   10   O b e si t y   < 1 8 . 5   1 8 . 5 – 2 2 . 9   23 – 2 4 . 9   25 – 2 9 . 9   ≥ 3 0   0   0 . 2 5   0 . 5   0 . 7 5   1   5   LD L   < 1 0 0   1 0 0 – 129   1 3 0 – 159   1 6 0 – 189   ≥ 1 9 0   0   0 . 2 5   0 . 5   0 . 7 5   1   11   S mo k i n g   Y e s   No   1   0   6   HDL   < 4 0   40 – 59   ≥ 6 0   0   0 . 5   1   12   D i a b e t e s  h i s t o r y   Y e s   No   1   0       T ab le  3 .   C o n f u s io n   m atr ix   A c t u a l   C l a ss   P r e d i c t i o n   C l a ss   P o si t i v e   N e g a t i v e   P o si t i v e   Tr u e   p o si t i v e   ( TP )   F a l se   n e g a t i v e   FN   N e g a t i v e   F a l se   p o si t i v e   ( FP )   Tr u e   n e g a t i v e   TN           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E a r ly  d etec tio n   o f c o r o n a r y  h e a r t d is ea s e  b a s ed   o n   r is k  fa cto r s   u s in g   in terp r eta b le  ma ch in e  …  ( Wih a r to )   953   3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Resul t s   E ar ly   d etec tio n   m o d el  f o r   c o r o n ar y   h ea r t  d is ea s e  u tili zi n g   I ML ,   r u n   o n   h ar d war e  with   C P U  s p ec if icatio n s   o f   2 . 0 0   GHz ,   1 . 9 9   GHz ,   an d   4   GB   R AM .   T h e  I ML   m o d el  was  im p lem en t ed   u s in g   th e   lib r ar y   in   v er s io n   4 . 2 . 2   o f   th e  R   p r o g r am m in g   la n g u a g e  with   R   Stu d io   v e r s io n   2 0 2 2 . 0 7 . 2   B u ild   5 7 6   a n d   Mic r o s o f t   E x ce l  v er s io n   2 2 1 0   B u ild   1 5 7 2 6 . 2 0 2 0 2 .   T h is   r esear ch   f ir s t  p er f o r m ed   im p u tatio n   u s in g   th e  SICE  alg o r ith m ,   wh ich   is   an   ev o lu tio n   o f   MI C E .   T h e  MI C E   p r o ce d u r e  was  ex ec u ted   u tili zin g   th e  m ice  lib r ar y   in   R .     Alg o r ith m   1   d is p lay s   th e  o u tli n e  o f   th e  MI C E   alg o r ith m .   I n   o u r   s tu d y ,   MI C E   was  r u n   with   m =3 5   an d   iter ated   f o u r   tim es  to   g iv e   3 5   ap p r o x i m ated   v alu es   f o r   ea ch   m is s in g   v alu e.   T h is   e q u ates  to   3 5   MI C E   p r o ce s s es  ca r r ied   o u t  o n   th e  d ataset  an d   ea ch   p r o ce s s   was  r ep ea ted   f o u r   tim es.   T h e  f r eq u en cy   d is tr ib u tio n   o f   th e  m is s in g   v alu es   f o r   ea ch   r is k   f ac to r   ca n   b e  f o u n d   in   Fig u r e  2 .   T h e  im p u tati o n   p r o ce s s   is   ca teg o r ized   in to   two   ty p es  o f   r is k   f ac to r s : c ateg o r ical  an d   n u m er ical.           Fig u r e  2 .   Nu m b er   o f   m is s in g   d ata  v alu es       Fo r   ca teg o r ical   d ata,   s u c h   as  e m p lo y m e n t  lev el,   s m o k in g ,   an d   h is to r y   o f   d iab etes,  m is s in g   v alu es  ar e   im p u ted   u s in g   th e  m o d e  o f   th e  d ata.   Af ter war d ,   o n e  o f   th e  v alu es  is   ag ain   s e lecte d   to   b e  m is s in g .   T h en ,   all   d ata  f r o m   p atien ts   with   m is s in g   v al u es  u n d e r g o   r eg r ess io n   an aly s is   u s in g   th e  p o ly to m o u s   lo g is tic  r eg r ess io n   m eth o d   [ 2 7 ]   f o r   em p lo y m e n t  lev el  d ata,   a n d   t h e  lo g is tic  r e g r ess io n   m eth o d   f o r   s m o k i n g   a n d   d ia b etes  h is to r y   d ata.   T h is   r esu lts   in   an   esti m at ed   v alu e  f o r   th e  m is s in g   d ata  p o in t.  T h e  p r o ce d u r e  was sy s t em atica lly   ex ec u ted   u n til  all  ab s en t  v alu es  wer e  p o p u lated   with   th e  c o m p u te d   v alu es  f r o m   th e  r eg r ess io n .   Su b s eq u en tly ,   in   th e   en s u in g   r o u n d ,   all  u n d o n e  v alu es  wer e  p o p u lated   with   th e  m o d e  f r o m   th e  p r ec ed in g   r o u n d ’ s   o u tc o m es.  T h is   co m p lete  p r o ce s s   was iter ated   u n til th e  ter m in atio n   o f   t h e  ex ec u tio n .     Miss in g   v alu es  in   n u m er i ca l   d ata,   in cl u d in g   to tal  ch o lest er o l,  L DL ,   HDL ,   an d   tr ig ly c er id es,  ar e   r ep lace d   with   th ei r   r esp ec tiv e   m ea n .   Su b s eq u en tly ,   o n e   o f   t h e  m is s in g   v alu es  is   ch o s en   t o   b e  e m p tied   a g ain   an d   all  d ata  f r o m   th e  p atien t   with   th e  m is s in g   v alu e  is   r eg r ess ed   o n   o th er   d a ta  u s in g   t h e  p r ed ictiv e  m ea n   m atch in g   m eth o d .   T h is   p r o c ess   is   r ep ea ted   u n til  all  m is s in g   v alu es  ar e   r ep lace d   wit h   p r e d icted   v alu es  o b tain ed   th r o u g h   p r ed ictiv e  m ea n   m atch in g   [ 2 7 ] .   T h e n ,   i n   ea ch   s u b s eq u e n t  iter atio n ,   m is s in g   v alu es  ar e  r ep lace d   with   th e  m ea n   o f   t h e  p r ev io u s   iter atio n   r esu lts .   T h is   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u n til  th e  e n d   o f   t h e  iter atio n .   T h e  en tire   p r o ce s s   is   p er f o r m e d   3 5   tim es  s im u ltan eo u s ly ,   d e n o ted   b y   th e  v alu e  o f   m ,   r esu lt in g   in   3 5   co m p lete  d atasets   with o u t a n y   m is s in g   v alu es.    T h e  s tu d y   u tili ze d   th e  k - f o l d   c r o s s - v alid atio n   m eth o d   with   k =1 0   to   c o n d u ct  test in g .   T a b le  4   d is p lay s   th e  r esu lts   o f   th ese  tes ts ,   in cl u d in g   th e  p e r f o r m an ce   o f   ea c h   f o ld   o u t  o f   1 0   to tal.   T h e  9 t h   f o ld   h ad   th e  b est   p er f o r m an ce ,   b u t o v er all,   th e  I ML   m o d el  in co r p o r atin g   th e  C 5 . 0   alg o r ith m   y ield e d   an   8 4 . 6 4 % sen s itiv ity   r ate,   in d icatin g   its   ab ilit y   to   ac cu r at ely   d etec t  p o s itiv e  ca s es  o f   co r o n ar y   h ea r t   d is ea s e  [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   As  th e  s en s itiv ity   o f   th e  I ML   m o d el  in cr ea s es,  m o r e  p o s itiv e  C HD  te s t r esu lt s   ar e  o b tain ed   f r o m   p atien ts   alr ea d y   s u f f er in g   f r o m   C HD,   o r   f ewe r   n eg ativ e  C HD  ca s es  ar e  m is s ed   in   th is   g r o u p .   T h e  9 th   f o ld   r e v ea ls   th e  m o d el' s   n o tab le  p er f o r m an ce   in   ac c u r ately   d et ec tin g   C HD  p atien ts ,   ac h iev i n g   a   r ate   o f   9 3 . 3 3 %.   Alth o u g h   th is   r ate   is   h ig h er   wh en   ex am in i n g   th e  2 n d   f o ld s ,   o th er   p er f o r m an ce   p ar am eter s   r em ain   lo w.   T esti n g   with   1 0   f o ld s   also   g e n er ates  a  d ec is io n   tr ee   m o d el   f o r   ea c h   f o ld .   T h e   d ec is io n   tr ee   cr ea ted   with   th e  C 5 . 0   alg o r ith m   s er v e s   as  an   e m b ed d ed   f ea tu r e   s elec tio n   m eth o d ,   allo win g   th e   al g o r ith m   to   p er f o r m   th e  f ea tu r e  s ele ctio n   p r o ce s s   an d   u s e  th e  r esu lt  as  a  r is k   f a cto r   in   co m p ilin g   th e  d ec is io n   tr ee .   T h e  r esu ltin g   d ec is io n   tr ee   in   ea ch   f o ld   co n tain s   th e  s am e  n u m b er   o f   a ttrib u tes,  b u t  th e  s elec ted   r is k   f ac to r s   v a r y .   T h e  -5 5 15 25 35 4 8 1 6 4 32 7 T h e  n u m b e r   o f  mi ss i n g   v al u e s T h e   r i sk   f a c t o r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   948 - 9 60   954   f r eq u e n cy   o f   r is k   f ac to r   s elec tio n   in   ea ch   f o ld   is   d i s p lay ed   in   Fig u r e  3 .   E m p lo y m en t  le v el,   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e,   an d   d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e  ar e  attr ib u tes  p r esen t  i n   all  f o ld s .   I f   a  s am p le  is   tak e n   f r o m   th e  9 th   f o ld ,   it  y ield s   f iv e  s ig n if ican t  attr i b u tes  o u t  o f   th e  a v ailab le  twelv e.   T h e   f iv e  attr ib u tes   th at  p o s e  a  r is k   f ac to r   a r e   s m o k in g ,   ag e,   em p l o y m en t  l ev el,   d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e,   an d   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e.   R ef er r in g   to   th e  r esu lts   o f   th e  in f o r m atio n   g ai n   ca lcu latio n   in   t h e  C 5 . 0   alg o r ith m ,   th e  u s ef u ln ess   lev el  o f   th e  d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e  att r ib u te  is   1 0 0 %,  th e  u s ef u ln ess   lev el  o f   th e  s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  attr ib u te  is   4 8 . 9 7 %,  th e  u s ef u ln ess   lev el  o f   th e  wo r k   le v el  attr ib u te  is   3 7 . 1 1 %,  th e  u s ef u ln ess   lev el  o f   th e  s m o k in g   attr ib u te  is   1 0 . 3 1 %,   an d   th e  u s ef u ln ess   lev el  o f   th e   ag e  attr ib u te  is   9 . 9 7 %.        T ab le  4 .   Per f o r m an ce   o f   th e   C HD  ea r ly   d etec tio n   m o d el   N o .   F o l d   S EN     A C C   SPE   PPV   N P V   1   9 4 . 4 4 %   8 1 . 8 2 %   2 5 . 0 0 %   8 5 . 0 0 %   5 0 . 0 0 %   2   1 0 0 . 0 0 %   7 1 . 4 3 %   0 . 0 0 %   7 1 . 4 3 %   0 . 0 0 %   3   7 6 . 9 2 %   8 1 . 8 2 %   8 8 . 8 9 %   9 0 . 9 1 %   7 2 . 7 3 %   4   8 0 . 0 0 %   7 1 . 4 3 %   6 3 . 6 4 %   6 6 . 6 7 %   7 7 . 7 8 %   5   8 4 . 6 2 %   5 9 . 0 9 %   2 2 . 2 2 %   6 1 . 1 1 %   5 0 . 0 0 %   6   7 5 . 0 0 %   6 1 . 9 0 %   4 4 . 4 4 %   6 4 . 2 9 %   5 7 . 1 4 %   7   9 2 . 8 6 %   8 0 . 9 5 %   5 7 . 1 4 %   8 1 . 2 5 %   8 0 . 0 0 %   8   6 9 . 2 3 %   6 8 . 1 8 %   6 6 . 6 7 %   7 5 . 0 0 %   6 0 . 0 0 %   9   9 3 . 3 3 %   8 5 . 7 1 %   6 6 . 6 7 %   8 7 . 5 %   8 0 . 0 0 %   10   8 0 . 0 0 %   6 3 . 6 4 %   5 0 . 0 0 %   5 7 . 1 4 %   7 5 . 0 0 %   M e a n   8 4 . 6 4 %   7 2 . 6 0 %   4 8 . 4 7 %   7 4 . 0 3 %   6 0 . 2 7 %           Fig u r e  3 .   R is k   f ac to r s   in f l u en c in g   C HD  d etec tio n       T h e  d ec is io n   tr ee   d e p icted   in   Fig u r e  4   in d icate s   th at  th e   d ia s to lic  b lo o d   p r ess u r e  r is k   f ac t o r   attr ib u te   s er v es  as  th e  r o o t  with   attr ib u t e  v alu es  o f   0 . 2 ,   0 . 4 ,   0 . 8 ,   a n d   1 ,   o r   i n   s tan d ar d   m ea s u r em e n t  u n its .   T h is   lead s   to   p o s itiv e  C HD  p r ed ictio n   f o r   b lo o d   p r ess u r e  m ea s u r em en ts   o f   8 0 - 8 9   o r   ≥ 1 0 0 ,   r esu ltin g   in   t h e  class if icatio n   o f   C HD= 1 .   T h ese  f in d in g s   ar e   s u p p o r ted   b y   7 6   p o s itiv e  ca s es  o u t  o f   a   to tal  o f   9 9   ca s es,  with   a  c o n f id e n ce   le v el   o f   7 6 . 7 7 %.  Patien ts   with   d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e  r is k   f ac to r s   o f   0   an d   0 . 6 ,   o r   with   v alu e s   <8 0   o r   9 0 - 9 9   as  s p ec if ied   in   T ab le  2 ,   s h o u ld   h av e  th eir   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  ch ec k ed .   T h u s ,   d iast o lic  b l o o d   p r ess u r e  v alu es  o f   0   o r   0 . 6 ,   o r   r esu lts   m ea s u r in g   <8 0   o r   9 0 - 9 9 ,   wo u ld   p r e d ict  th at  p atien ts   with   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  r is k   f ac to r   v al u es  o f   0 . 4   o r   1 ,   o r   r e s u lts   m ea s u r in g   1 3 0 - 1 3 9   o r   ≥ 1 8 0 ,   wo u ld   h av e   a  n e g ativ e  p r e d ictio n   o f   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  o r   b e  p lace d   in   t h e  C HD= 0   class .   T h is   r esu lt  in d icate s   a  co n f id en ce   lev el  o f   8 6 . 9 6 %,  b ased   o n   2 0   ca s es  o f   C HD  n eg ativ ity   a m o n g   2 3   p atien ts   with   id en tic al  b lo o d   p r ess u r e  lev els.  I t  is   n ec ess ar y   to   ass ess   th e  o cc u p atio n al  r is k   f ac to r   f o r   p atien ts   with   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e   v alu es  o f   0 ,   0 . 2 ,   0 . 6 ,   a n d   0 . 8 ,   o r   wi t h   m ea s u r em en ts   o f   ≤ 1 2 9   o r   1 4 0 - 1 7 9 .   W h en   a   p atien t' s   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  is   f o u n d   to   b e  ≤ 1 2 9   o r   1 4 0 - 1 7 9   wh ile  h av in g   a  h ea v y   o r   wo r k   lev el  attr ib u te  wo r th   1 ,   th ey   will  lik ely   tes t  p o s itiv e  f o r   C HD  o r   b e  class if ied   u n d er   C HD= 1 .   T h e  p r e d ictio n   r esu lts   s h o w  an   8 1 . 8 2 %  co n f id en ce   lev el,   b ased   o n   9   p o s itiv e  ca s es  o f   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  o u t  o f   1 1   to tal  ca s es.  Fo r   p atien ts   wi th   lig h t  o r   m o d er ate   wo r k l o ad s ,   o r   s y s to lic  b l o o d   p r ess u r e  v alu es  o f   0   o r   0 . 5 ,   p r ed ictio n s   will  b e  m ad e  in   th e  n ex t  s tep   b ased   o n   th e  r is k   f ac to r s   f o r   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e.   0 5 10 7 1 10 2 2 0 2 10 10 1 8 1 T h e   f r e q u e n c y T h e   r i sk   f a c t o r s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E a r ly  d etec tio n   o f c o r o n a r y  h e a r t d is ea s e  b a s ed   o n   r is k  fa cto r s   u s in g   in terp r eta b le  ma ch in e  …  ( Wih a r to )   955   I f   a  p atien t' s   wo r k   lev el  is   lig h t  o r   m o d e r ate,   o r   if   th eir   attr ib u te  is   wo r th   0   o r   0 . 5   an d   th ey   h av e   a   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  attr ib u te  wo r th   0 . 2 ,   o r   if   th eir   m ea s u r em en t  r esu lts   ar e   b etwe en   1 2 0 - 1 2 9 ,   th en   th ey   wil l  b e  class if ied   as  C HD= 0   o r   p r ed icted   n eg ativ e .   T h is   p r ed ictio n   h as   a  6 2 . 5 %   co n f id e n ce   lev el,   s u p p o r ted   b y   1 0   n eg ativ e  ca s es  o u t  o f   a  to tal  o f   1 6   p atien t  ca s es  with   s im ilar   attr ib u te  v alu es.  I f   th e  p atien t' s   wo r k   lev el   is   lig h t  o r   m o d er ate,   o r   if   th e   attr i b u te  is   0   o r   0 . 5   with   a  s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  attr ib u t e  o f   0 . 8 ,   o r   if   t h e   m ea s u r em en t  r esu lt  f alls   b etw ee n   1 6 0 - 1 7 9 ,   th e n   th e   p atien t   is   p r ed icted   to   b e  p o s itiv e  f o r   C HD= 1   o r   to   h a v e  co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e.   T h is   p r ed ictio n   ca r r ies  a   co n f id en c e  lev el  o f   8 3 . 3 3 %  wh ich   is   b ac k ed   b y   5   p o s itiv e   ca s es  o u t  o f   a   to tal  o f   6   p atie n t  ca s es  with   th e   s am e  attr ib u te  v alu e.   Patien ts   with   a  s y s t o lic  b lo o d   p r ess u r e   attr ib u te  v alu e  o f   0   o r   m ea s u r em en t  r esu lts   <1 2 0   will  b e  p r ed icted   b ased   o n   th eir   s m o k i n g   attr ib u te  v al u e.   T h i s   is   d u e  to   th e  s m o k in g   r is k   f ac to r   attr ib u te  h av i n g   th e  lar g est in f o r m atio n   g ai n   r atio   v a lu e  in   th is   s u b s et  o f   p atien t  d ata.   Patien ts   with   a  s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  attr ib u te  v alu e  o f   0 . 6   o r   a  m ea s u r em en t  r esu lt  b etwe en   140 - 1 5 9   will  b e  p r ed icted   b a s ed   o n   th eir   ag e  attr ib u te  v al u e.   T h is   is   d u e  to   th e  ag e  attr ib u te  h av in g   t h e  h ig h est in f o r m atio n   g ai n   r atio   in   th is   s u b s et  o f   p atien t d ata.             Fig u r e  4 .   I ML   m o d el  f o r   c o r o n ar y   h ea r t d is ea s e  d etec tio n       W h en   th e  p atien t' s   s y s to lic  b l o o d   p r ess u r e  attr ib u te  is   l ess   th an   1 2 0   an d   th e  p atien t  d o es  n o t  s m o k e   o r   h as  a  s m o k in g   attr ib u te   v a lu e  o f   0 ,   th e y   ar e   ca teg o r ize d   in to   th e   C HD= 0   p r e d ictio n   class ,   in d icatin g   a  n eg ativ e  p r ed ictio n   f o r   co r o n ar y   h ea r t  d is ea s e.   T h is   p r ed ict io n   h as   a  c o n f id e n ce   le v el  o f   6 9 . 2 3 %,   s u p p o r te d  b y   9   n e g ativ e  ca s es  o u t  o f   a   to tal  o f   1 3   ca s es  with   th e   s am e  attr ib u te  v alu e.   Me a n wh il e,   if   th e   p atien t  is   a   s m o k er   o r   h as  a  s m o k in g   attr i b u te  v alu e  o f   1 ,   th ey   will  b e  p r ed icted   p o s itiv ely   to   s u f f er   f r o m   co r o n ar y   h ea r t  d is ea s e  o r   en ter   th e  C HD  p r ed ictio n   class =1 .   Patien ts   with   a  s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  att r ib u te  v alu e  o f   0 . 6   ( 1 4 0 - 1 4 9 )   an d   an   ag e  attr i b u t e  v alu e  o f   0   o r   0 . 8   ( p atie n ts   ag ed   <4 1   y ea r s   o r   7 1 - 8 1   y ea r s )   will  b e  in clu d e d   in   th e  C HD  p r ed ictio n   class =0   o r   p r ed icted   to   b e  " n eg ativ e"   f o r   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e.   T h is   p r ed ictio n   is   b ased   o n   6   ca s es  with   s im ilar   attr ib u te  v alu es,  all  o f   wh o m   test e d   n eg ativ e  f o r   co r o n a r y   h ea r t   d is ea s e.   Ho wev er ,   p atien ts   ag ed   4 1 - 7 0   o r   ≥ 8 1   y ea r s   o ld   ( ag e  attr ib u te  v alu e  0 . 2 ,   0 . 4 ,   0 . 6 ,   o r   1 )   ar e  lik ely   to   test   p o s itiv e  f o r   c o r o n a r y   h ea r t  d is ea s e  o r   h a v e  an   attr ib u te  v alu e  o f   1   f o r   t h e  C HD  p r ed ictio n   class .   T h i s   p r ed ictio n   h as  a   co n f id en ce   lev el  o f   7 6 . 9 2 %  wh ich   is   s u p p o r ted   b y   1 0   p o s itiv e  ca s es  o u t  o f   a  to tal  o f   1 3   p atien t  ca s es  with   s im ilar   attr ib u te  v alu es.   T h e  I ML   m o d el  b u ilt  u s in g   SHAP  ca n   b e  an aly ze d   f o r   th e  im p ac t  o f   ea ch   f ea tu r e  o n   th e   o u tp u t  o f   th e  s y s tem   m o d el.   T h e   im p ac t  o f   ea c h   f ea t u r e  ca n   b e   s h o w n   in   Fig u r e  5 .   R ef er r i n g   t o   Fi g u r e  6 ,   it  c an   s h o w   th e  co n tr ib u tio n   o f   f ea tu r es  f r o m   ea ch   d ata  to   th e  s y s t em   m o d el,   b esid es  th at,   th e  av er ag e   s h ap ley   v alu es  th at  s h o w  th e  co n tr ib u tio n   o f   f ea tu r es c an   also   b e  tak en ,   as sh o wn   in   Fig u r e  6 .   Fig u r e  6   s h o ws th at  b lo o d   p r ess u r e,   b o th   d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e   ( DB P )   an d   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e   ( SB P )   h av e  a  h ig h   im p ac t  o n   th e  s y s tem   m o d el.   I n   a d d itio n   to   t h ese  two   f ea tu r es,  th e  em p l o y m en t  r a te  f ea tu r e  also   h as  a  h ig h er   i m p ac t  th an   ag e  an d   s m o k in g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   1 3 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 2 4 :   948 - 9 60   956       Fig u r e  5 .   I m p ac t o n   m o d el  o u t p u t           Fig u r e  6 .   SHAP v alu e  ( a v er ag e  im p ac t o n   m o d el  o u tp u t)       3 . 2 .     Di s cus s io n   T h er e  is   an   a n o m aly   in   th e   p r e d ictio n   p atter n   o f   co r o n ar y   h e ar t  d is ea s e  in   th e  d e v elo p e d   I ML   m o d el .   Sp ec if ically ,   d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e  e x h ib its   a  h ig h er   n u m b er   o f   p o s itiv e  p r ed ict io n s   f o r   C HD  th an   ex p ec ted ,   d esp ite  b ein g   b el o w  th e  u s u al  th r esh o ld .   T h is   p atter n   is   o b s er v ed   in   o v er   5 0   ca s es.  T h e  u s e  o f   b lo o d   p r ess u r e  co n t r o l  m e d icatio n s   i n   co r o n ar y   h ea r t  d is ea s e  p atie n ts   m ay   r esu lt   in   a   lo w  d iast o lic  b lo o d   p r ess u r e   r ea d in g   d u r in g   b lo o d   p r ess u r e   m ea s u r em en t.  An o m alies  als o   o cc u r r e d   in   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  r is k   f ac to r s ,   with   2 0 - 4 9   ca s es  to tal.   Hig h   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  was  ass o ciate d   with   n eg ativ e  p r ed icti o n s ,   p ar tic u lar ly   in   y o u n g   p atien ts .   Hig h   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e  in   p atien ts   wit h o u t c o r o n ar y   h ea r t d is ea s e  m ay   r esu lt f r o m   er r o r s   d u r in g   b l o o d   p r ess u r e   m ea s u r em en t  wh e n   th e   p atien t   is   n o t  ad eq u ately   r ested .   Pro p er   d ia g n o s is   an d   life s ty le   m o d if icatio n s   ar e  cr u cial  f o r   m an ag in g   h ig h   b lo o d   p r ess u r e.   I n   y o u n g er   p atien ts   wh o   test   p o s itiv e  f o r   co r o n a r y   h ea r t  d is ea s e,   h er ed ity   an d   an   u n h ea lth y   life s ty le  m ay   b e  ca u s ativ e  f ac t o r s .   I n   p atien ts   with   h ig h   b lo o d   p r ess u r e,   th o s e  wh o   ar e  y o u n g er   h a v e  a  h i g h er   p r o b ab i lity   o f   d ev el o p in g   co r o n ar y   h e ar t d is ea s e  [ 3 3 ] .   Fro m   th e  ca lcu lated   r esu lts ,   th e  co r o n ar y   h ea r t  d is ea s e  ea r ly   d etec tio n   m o d el  d em o n s tr ated   a  s en s itiv ity   o f   8 4 . 6 4 %,  ac cu r ac y   o f   7 2 . 5 9 7 %,  s p ec if icity   o f   4 8 . 4 6 7 %,  p o s itiv e  p r e d ictiv e  v a lu e  o f   7 4 . 0 3 %,  an d   n eg ativ e  p r e d ictiv e  v alu e  o f   6 0 . 2 6 5 %.  T h e  m o d el' s   lo w  s p e cif icity   an d   n eg ativ e  p r ed ictiv e  v alu es  s te m   f r o m   an   im b alan ce   b etwe en   C HD - p o s itiv e  an d   n e g ativ e  p atien t  d a ta  u s ed   in   th e  ex p er im en t,   with   a  r atio   o f   5 :3 .   As  a  r esu lt,  th e   m o d el  class if ies  m an y   n eg ativ e   p atien ts   as  p o s itiv e,   lead in g   to   a  d ec r ea s e  in   tr u e  n e g ativ e  v alu e  an d   an   i n cr ea s e  in   f alse p o s i tiv e  v alu e.     T ab le  4   s h o ws  th at  th e   s en s itiv ity   m o d el  d e v elo p e d   in   th is   s tu d y   o u tp er f o r m s   p r ev io u s   s t u d ies  th at  u s ed   d ata  f r o m   th e  s am e  lo ca tio n   an d   o n l y   co n s id er ed   5   r is k   f ac to r s .   Ho wev er ,   th e  ac cu r ac y   o f   o u r   m o d el  is   lo wer   th an   th at   o f   p r ev io u s   s tu d ies  d u e   to   th e   u n e v en   d is tr ib u tio n   o f   p atien t   d ata   b etwe e n   p o s itiv e  C HD  an d   n eg ativ e  C HD   ca s es.  T h is   p h en o m en o n   h as  b ee n   o b s er v ed   in   v ar io u s   s tu d ies,  in clu d in g   r esear ch   co n d u cted   b y   C h awla   et  a l .   [ 3 4 ] ,   T h ab ta h   et  a l .   [ 3 5 ] ,   an d   L u q u e   et  a l .   [ 3 6 ] .   T h e   s tu d ies  em p h asize  th at  m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s   o f ten   p r io r itize  la b elin g   th e  m ajo r ity   class   in   p r ed ict ed   d ata,   lead i n g   to   n eg l ec t  o f   th e   m in o r ity   class .   As a  r esu lt,  th ese  alg o r ith m s   m o s tly   g en er ate  ac c u r ate  p r ed ictio n s   f o r   th e  m aj o r ity   cl ass .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E a r ly  d etec tio n   o f c o r o n a r y  h e a r t d is ea s e  b a s ed   o n   r is k  fa cto r s   u s in g   in terp r eta b le  ma ch in e  …  ( Wih a r to )   957   T ab le  4 .   C o m p a r is o n   o f   m o d el   p er f o r m an ce   with   p r ev io u s   r e s ea r ch   in   I n d o n esia   R e f e r e n c e s   M e t h o d   N u mb e r   o f   D a t a   # R i sk   f a c t o r   S EN   A C C   [ 6 ]   P C A + S V M   1 2 0   9   8 4 . 2 0 %   7 8 . 6 1 %   [ 5 ]   DOANNE   1 2 0   12   -   8 6 . 8 7 %   P r o p o se d   I M L  ( C 5 . 0 + S H A P )   2 1 5   5   8 4 . 6 4 %   7 2 . 5 9 7 %       Pre v io u s   r esear ch   u s in g   th e  P C A+ SVM  m eth o d   r esu lted   in   9   r is k   f ac to r s ,   wh e r ea s   C 5 . 0   p r o d u ce d   5   r is k   f ac to r s .   Fro m   b o th   tech n iq u es,  th e  C 5 . 0   alg o r ith m   elim in ated   4   r is k   f ac to r s ,   w h ich   in clu d e  to tal  ch o lest er o l,  L DL ,   tr i g ly ce r id e  lev els,  an d   g en d er .   T h e  r is k   f ac to r s   f o r   to tal  ch o lest er o l,  L DL ,   an d   tr ig ly ce r id e   lev els  ar e  in ter co n n ec te d ,   as  d em o n s tr ated   in   t h e  Frie d ewa ld   f o r m u la  [ 3 7 ]   p r esen ted   in   ( 6 )   an d   th e  Ma r tin - Ho p k in s   f o r m u la  [ 3 8 ]   d e p icted   in   ( 7 ) .   W h en   u tili zin g   th e  P C A+ SVM  m eth o d   to   elim in ate  HDL   r is k   f ac to r s ,   r ef er en ce   to   b o th   ( 6 )   an d   ( 7 )   r ev ea ls   th at  all  th r ee   r is k   f ac to r s   ar e  in ter co n n ec ted   an d   ca n   b e  elim in ated   u s in g   th e  C 5 . 0   alg o r ith m .   Desp ite   th e  r em o v al   o f   all  ch o lest er o l - r elate d   r is k   f ac to r s ,   th e  C 5 . 0   al g o r ith m   d em o n s tr ates  h ig h er   s en s itiv ity   th a n   th e   u s e   o f   ch o lest er o l   r is k   f ac to r s   al o n e.   T h ese  r esu lts   h ig h lig h t   th e   I ML   m o d el' s   ab ilit y   to   d etec t   C HD  p atien ts ,   with   a   d etec tio n   r ate  o f   8 4 . 6 4 %  f o r   C 5 . 0   co m p ar ed   t o   8 4 . 2 %  f o r   PC A+ S VM .      = 0 . 659 × ℎ      + 0 . 182 ×  − 0 . 117 ×         + 18 . 03   ( 6 )      = ℎ       −  −           ( 7 )     E ar ly   d etec tio n   u s in g   I ML ,   w h ich   is   im p lem en ted   u s in g   t h e  C 5 . 0   alg o r ith m   an d   in ter p r e ted   u s in g   SHAP,  is   ab le  to   p r o v id e  an   ex p lan atio n   th at  is   ea s y   f o r   u s er s   to   u n d er s tan d   th e  d ec is io n - m ak in g   p r o ce s s .   T h is   ab ilit y   is   b etter   th an   m o d els  th at  u s e  S VM   an d   DOAN NE   alg o r ith m s   in   p r ev io u s   s tu d ies.  T h e  ab ilit y   o f   th e  m o d el  to   ex p lain   th e  d e cisi o n - m ak in g   p r o ce s s   will  m ak e  I ML   with   C 5 . 0 ,   tr u s two r th in ess ,   ca u s ality ,   tr an s f er ab ili ty ,   in f o r m ativ e n ess ,   co n f id e n ce ,   an d   f air n ess .   I ML   m o d el  ca p ab ilit y   ca n   b e   an aly ze d   f o r   ea ch   in p u t  d ata,   f o r   e x am p le  as  s h o wn   in   Fig u r e   7 .   I n   Fig u r e   7 ,   ea ch   lin e  p lo tted   o n   th e   d ec is io n   p lo t  s h o ws  h o w   s tr o n g ly   ea c h   f ea tu r e   co n tr ib u tes  to   a  s in g le   m o d el  p r e d ictio n ,   t h u s   ex p lain in g   wh at  f ea tu r e  v al u es  d r i v e  th e   p r ed ictio n .   Fo r   th e  r e d   lin e  s h o win g   d ata  with   p o s itiv e  C HD,   th e  r ed   lin e  s h o ws  th at  DB P  h as  a  h ig h   in f lu en ce   in   d eter m in in g   th e  m o d el  o u tp u t,  as  well  as  S B P .   T h e  b lu e  lin e  s h o w s   wh en   t h e  d ata  is   n eg at iv e  C HD,   it is   al s o   h ig h ly   d eter m in ed   b y   th e  DB P a n d   SB P f ea tu r es.             Fig u r e  7 .   T esti n g   t h e  ef f ec t  o f   f ea tu r es f r o m   o n e  p atien t' s   d ata  o n   m o d el  p r e d ictio n       T h e  in f lu e n ce   o f   f ea tu r es o n   p r ed ictio n   r esu lts   ca n   also   b e  r e p r esen ted   in   a   f ac e  p l o t  g r a p h ,   as  s h o wn   in   Fig u r e s   8   an d   9 .   Fig u r e  8   s h o ws h o w  m u ch   i n f lu en ce   th e  SB P,  D B P,  an d   em p lo y m e n t r ate  f ea tu r es h av e  o n   p r ed ictio n   r esu lts ,   as  s h o wn   in   r ed .   Fo r   ag e   an d   s m o k in g   f ea tu r es,  th e  in f lu e n ce   is   lo w,   as  s h o wn   in   b l u e.   Fig u r e  9   s h o ws  th e  d ata  test ed   f o r   C HD  n eg ativ e   d ata,   w h er e  th e  r esu lts   s h o w   th at  DB P  an d   SB P  h av e   a  lo w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.