I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 7 ,   N o .   2 ,  F e b r ua r y   20 2 5 ,   pp.   1 07 7 ~ 1 08 4   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I :  10 . 11591/i j e e cs .v 3 7 . i 2 . pp 1 07 7 - 1 08 4             1077     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   L u n g c an c e r  p r e d ic t io n  w ith   ad v an c e d  gr ap h  n e u r al  n e t w o r k s       B in e e s h   M ooz h ip p u r at h ,   Jayap an d ia n   Nat ar aj an   D e pa r tm e nt   of  C o mput e r  S c i e n c e  a nd  E ngi n e e r in g, S c h oo l  of   E ngi ne e r in g a nd  T e c hn o l o g y ,  C H R I S T   ( D e e m e d t o  b e  U ni v e r s it y ) ,  K e nge r i  C a mpus , B a nga lo r e ,  I ndi a       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT     A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d  M a r   23 ,   202 4   R e vi s e d  S e p   18 ,   202 4   A c c e pt e d  S e p   30 ,   202 4       T h i s   re s e ar c h   a i m s   t o   e n h an ce  l u n g   c an ce r   p red i c t i o n   u s i n g   a d v a n ced   m a c h i n e  l e arn i n g   t ec h n i q u e s .   T h e   m a j o r   f i n d i n g   i s   t h at   i n t e g rat i n g   g rap h   c o n v o l u t i o n al   n e t w o rk s   (G CN s )  w i t h   g rap h   at t en t i o n   n e t w o rk s   (G A T s )  s i g n i fi c an t l y   i m p ro v e s   p r e d i c t i v e  a cc u ra cy .   T h e   p ro b l em  ad d r e s s ed   i s   t h e  n eed   f o r  e ar l y   a n d   a cc u rat e   d e t ec t i o n   o f  l u n g   c a n ce r,   l ev e rag i n g   a   d at as e t   fro m  K ag g l e 's   " L u n g   Ca n ce r  Pr ed i c t i o n   D at as e t , "   w h i ch   i n c l u d e s   3 0 9   i n s t an ce s   a n d   1 6   at t ri b u t e s .   T h e  p ro p o s ed   A - G CN   w i t h   G A T   mo d el   i s   me t i c u l o u s l y   en g i n ee r e d   w i t h   m u l t i p l e   l a y e rs   a n d   h i d d en   u n i t s ,   o p t i m i z ed   t h ro u g h   h y p e rp arame t e r  a d j u s t me n t s ,   e ar l y   s t o p p i n g   mec h a n i s m s ,   a n d   A d a m  o p t i mi zat i o n   t ec h n i q u e s .   E x p e ri men t al   re s u l t s   d emo n s t rat e   t h e   m o d e l 's   s u p e ri o r  p e rfo r m a n ce ,   a c h i e v i n g   an   a ccu ra cy   o f  0 . 9 4 5 4 ,   p re ci s i o n   o f  0 . 9 2 1 3 ,   rec al l   o f   0 . 9 7 4 3 ,   an d   an   F1   s co r e   o f  0 . 9 4 8 2 .   T h e s e  fi n d i n g s   h i g h l i g h t   t h e  mo d e l 's   e ff i c a cy   i n   c ap t u ri n g   i n t ri c at e   p at t e rn s   w i t h i n   p at i e n t   d at a,   fac i l i t at i n g   e arl y   i n t e rv en t i o n s   an d   p e rs o n a l i z ed   t reat m en t   p l a n s .   T h i s   re s e ar ch   u n d e rs c o r e s   t h e   p o t e n t i a l   o f  g rap h - b as e d   me t h o d o l o g i e s   i n   med i c a l   re s e ar ch ,   p art i c u l arl y   f o r  l u n g   c an ce r   p red i c t i o n ,   u l t i m at e l y   a i m i n g   t o   i m p ro v e  p at i en t   o u t co me s   a n d   s u rv i v a l   rat e s   t h r o u g h   p ro ac t i v e  h e al t h c ar e  i n t e r v e n t i o n s .   K e y w o r d s :   Gr a ph   a tt e n t i o n   n e t wo r k   Gr a ph   ne ur a l   n e t wo r k   L u n g  c a nc e r   M a c hi ne   l e a r ni ng   P r e d i c t i o n     Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   B i n e e s h   M o o z hi ppur a t h   De pa r t m e n t   o f   C o m put e r   S c i e n c e   a n d  E n g i ne e r i n g   S c h o o l   o f   E n g i ne e r i n g  a n d  T e c hn o l o g y   C HR I S T   ( De e m e d  to  b e   Uni ve r s i t y )   B a n ga l o r e ,   I n d i a     E m a i l :  bi ne e s h . m @ r e s . c h r i s t uni ve r s i t y . i n       1.   I NT RODU C T I ON     L u n g  c a n c e r   i s   a   s e r i o us   d i s e a s e   t h a t   i m po s e s   s i g nif i c a n t   f i na nc i a l   b ur de ns   o n   b o t h   t h e   he a l t h c a r e   s y s t e m   a n d  pa t i e n t s   g l o b a ll y .   I t s   pr e v a l e nc e   a n d  im pa c t   o n   publi c   h e a l t h   a r e   e vi de n t ,   a s   i t   r a n ks   a m o n g  t h e   m o s t   c o m m o n   a n d  de a d ly   m a l i g na n c i e s   wo r l dw i d e .   T h e   a l a r m i ng  i nc r e a s e   i n  l u n g  c a n c e r   c a s e s   u n d e r s c o r e s   t h e   i m po r t a n c e   o f   e f f e c t i ve   pr e v e n t i o n ,   e a r l y   de t e c t i o n ,   a n d  c utt i n g - e dge   t r e a t m e n t   t e c hni que s .   E a r ly   i de n t i f i c a t i o n   i s   c r uc i a l   f o r   e s t a bl i s hi ng  a   pa t i e n t 's   pr o gn o s i s   a n d  pot e n t i a l   o ut c o m e s ,   pa r t i c u l a r ly   b e c a us e   l u n g  c a n c e r   o f t e n   e xhi b i t s   m il d  o r   n o n e xi s t e n t   s y m pt o m s   i n   i t s   e a r ly   s t a ge s   [ 1] .   T i m e ly   a n d  a c c ur a t e   l u n g   c a nc e r   pr e d i c t i o n   p l a y s   a   p i v o t a l   r o l e   i n   i de n t i f yi n g  i n d i v i dua l s   a t   hi g h   r i s k  a n d  f a c il i t a t i n g  t h e   de ve l o p m e n t  o f   i n d i v i dua li z e d  t r e a t m e n t   p r o g r a m s ,   t h e r e by   e nh a n c i ng  pa t i e n t   qua l i t y   o f   li f e   a n d  s ur vi va l   r a t e s .   T h e   ut i li z a t i o n   o f   m o de r n   t e c hn o l o g i e s   f o r   c a n c e r   pr e d i c t i o n ,   i n c l ud i ng  c o m put a t i o n a l   m e t h o ds   a n d  t h e   a bun da n c e   o f   bi o m e d i c a l   da t a ,   h a s   ga i n e d  m o m e n t u m   [ 2] .   I n   th e   do m a i n   o f   c a nc e r   pr e d i c t i o n ,   gr a ph - ba s e d  de e p  l e a r ni ng   t e c h ni que s   h a v e   e m e r ge d  a s   pr o m i s i ng  t oo l s   f o r   pr o c e s s i n g  c o m p l e x   bi o l o g i c a l   da t a ,   s uc h   a s   ge n o m i c s ,   pr ot e o m i c s ,   a n d  m e t a b o l o m i c s   [ 3] .   T h e s e   t e c hniques   e n a bl e   t h e   m o de l i ng  o f   i n t r i c a t e   de pe n de nc i e s   a n d   i n t e r a c t i o n s   i nhe r e n t   i n   bi o l o g i c a l   s y s t e m s ,   whi c h   o f t e n   e xhi b i t   a   gr a ph - l i ke   n a t ur a l   s t r uc t ur e   [ 4] .   I n   o r de r   to  im pr o v e   t h e   pr e c i s i o n   a n d  e f f i c a c y   o f   pr e d i c t i ve   m o de l s ,   t hi s   r e s e a r c h   t a r ge t s   pr e di c t i n g  l u n g  c a n c e r   us i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   2 ,  F e b r ua r y   20 2 5 :   1 07 7 - 1 08 4   1078   gr a ph - ba s e d  de e p  l e a r ni ng  t e c hni que s   [ 5] ,   s pe c i f i c a l ly   s e e k i n g  t o   de v e l o p  a   r o b us t   pr e di c t i v e   m o de l   c a pa bl e   o f   c a pt ur i n g  hi dde n   l i nk a ge s   w i t hi n   t h e   da t a   us i n g   t h e   pot e n t i a l   o f   gr a ph   ne ur a l   n e t wo r ks ,   n ot a bl y   a dv a n c e d - gr a ph   c o nv o l ut i o n   n e t wor ks   ( a dv a n c e d - GC N)   w i t h   gr a p h   a t t e n t i o n   n e t wo r ks   ( GA T )   [ 6 ] .   T h e   c o m bin a t i o n   o f   t h e s e   t e c hni qu e s   a im s   t o  e n ha n c e   t h e   m o de l 's   c a pa c i t y   f o r   pr e di c t i o n ,   whi c h   c o u l d  r e v o l ut i o ni z e   t h e   a bil i t y   t o  f o r e c a s t   e a r l y   l u n g  c a n c e r   a n d,   a s   a   r e s u l t ,   h a ve   a   p o s i t i v e   e f f e c t   o n   pa t i e n t   o u t c o m e s .   I n   t hi s   a r t i c l e ,   i t   gi v e s   a   c o m pr e h e ns i ve   a n a ly s i s   o f   t h e   pr o p o s e d  m e t h o do l o g y   a n d  e x pe r i m e n t a l   f i nd i ng s ,   s h e dd i ng  l i g h t   o n   t h e   pot e n t i a l   a d v a n c e m e n t s   i n   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n   e n a bl e d  by   i nn o v a t i v e   gr a p h - ba s e d  de e p  l e a r ni ng   a l go r i t hm s   [ 7] .     D ue   to  th e   o n g o i n g  di f f i c u l t y   i n   p r e d i c t i n g ,   di a gn o s i n g ,   a n d   tr e a t i n g  l un g  c a n c e r ,   t h e r e   h a s   b e e n  e x ten s i v e   r e s e a r c h   a n d   t h e   us e   o f   v a r i o us   c o m pu tat i o n a l   te c h ni que s   [ 7 ] .   H e r e ,   i t  g i v e s   a n   i n - de p t h   a n a l y s i s   o f   r e l a t e d   r e s e a r c h   i n   l un g  c a n c e r   p r e di c t i o n ,   hi ghl i g h t i n g   v a r i ous   c o m pu ta t i o n a l   a p p r oa c h e s   th a t  h a v e   b e e n   us e d   to   i m pr o v e   p r e di c t i o n   p r e c i s i o n   a n d   e a r l y   di a gn o s i s   [ 8] .   A   f un da m e n t a l   r o l e   i n   p r e di c t i n g  l un g   c a n c e r   i s   pl a y e d   by   s i m p l e   m a c hi n e   l e a r ni n g   tec h ni que s ,   whi c h   p r o vi de   e f f i c i e n t  too l s   f or   da ta   a n a l y s i s   a n d   de c i s i o n - m a ki n g  [ 9 ] .   P r e di c t i v e   m ode l s   a r e   tr a i n e d   us i n g  s up e r v i s e d  l e a r ni n g  a l g or i t hm s ,   a   f un da m e n ta l   m e t h o d   [ 10 ] .   I n  or d e r   to   c a teg or i z e   l un g  c a n c e r   t y pe s   or   f or e c a s t  di s e a s e   p r og r e s s i o n ,   m e t h ods   l i ke   s up p or t  v e c tor   m a c hi n e s   ( S VM )   a n d  r a n d o m   f or e s ts   a r e   f r e q ue n t l y   us e d   [ 11 ] .   T h e s e   m e t h o ds   us e   i nf or m a t i o n   d e r i v e d   f r o m   m e d i c a l   i m a g i n g  or   g e n o m i c   da ta   [ 12 ] .   C l us t e r i n g   m e t h ods   l i ke   K - m e a n s   a r e   us e d   f or   pa t i e n t  c a te g or i z a t i o n   i n   un s u pe r vi s e d  l e a r ni n g,   wh i c h   e m p l o y s   unl a b e l e d   d a ta   [ 13 ] .   R e c u r s i v e   f e a tur e   e l i m i n a t i o n   i s   o n e   o f   t h e   f e a tu r e   s e l e c t i o n   te c h ni que s   t h a t   h e l ps   f i n d   ke y   p r e di c tor s   a n d   e n ha n c e   m o de l   p e r f or m a n c e   [ 1 4 ] .   T h e s e   f un da m e n ta l   m e t h ods   o f f e r   a   vi t a l   f r a m e w or k   f or   c r e a t i n g   f or e c a s t i n g  m ode l s   a n d   d r a w i n g  vi t a l   c o n c l us i o n s   f r o m   da ta  on   l un g    c a n c e r   [ 15 ] .   E n h a n c i n g  p r e di c t i o n   a c c u r a c y   t h r ough   i n t e gr a t i o n   wi t h   c u tt i n g - e dge   a l g or i t hm s   a n d   m u l t i - m oda l   d a ta   i s   a   p r o m i s i n g  wa y   to  i m pr o v e   l un g   c a n c e r   p r o gn os i s   a n d   tr e a t m e n t  p l a n ni n g  [ 16 ] .   T h e   a i m   o f   t hi s   r e s e a r c h   [ 17]   i s   to  i de n t i f y   p l a s m a   m e t a b o l i t e s   a s   p o s s i bl e   l u n g  c a n c e r   di a g n o s t i c   bi o m a r ke r s ,   e s pe c i a ll y   i n   t h e   C hi ne s e   po pu l a t i o n .   T h e   a ut h o r s   e x a mi ne d  a   da t a s e t   t h a t   i nc l ude d  11 0  pe o pl e   w i t h   l u n g  c a nc e r   a n d  43  h e a l t hy   pe o p l e   us i ng   a   c u tt i n g - e dge   m u l t i d i s c i p li na r y   s t r a t e gy   t h a t   c o m bi ne s   m e t a b o l o m i c s   a n d  m a c hi ne   l e a r ni n g.   61  pl a s m a   m e t a b o l i t e s   we r e   f o un d  by   t h e   a ut h o r s   us i n g  f o c us e d   m e t a b o l o m i c s   a n a ly s i s   [ 18] .   T h e   t h r e a t  p o s e d  by   l u n g  c a n c e r   to   t h e   w o r l d ' s   h e a l t h   i s   s i g ni f i c a n t ,   c a ll i ng  f o r   s pe c i a li z e d  a ppr o a c h e s   f o r   e a r l y   i d e n t i f i c a t i o n   a nd  e f f i c i e n t   t r e a t m e n t   [ 19] .   A   c r uc i a l   s t r a t e gy   i n  t hi s   e f f o r t  h a s   a r i s e n   i n   r e c e n t   y e a r s   w i t h   t h e   i n t e gr a t i o n   o f   ge n o m e s   a n d  m o l e c u l a r   da t a   [ 20] .   Un de r s t a n d in g  l u n g   c a nc e r   a t  b ot h   t h e   ge n e t i c   a n d  m o l e c u l a r   l e v e l s   ha s   b e e n   c o m p l e t e l y   t r a n s f o r m e d  by   g e n o m i c s   [ 21] ,   whi c h   i s   t h e   s t udy   o f   a n   o r ga ni s m 's   ge n e s   a n d  t h e i r   a c t i vi t i e s ,   a n d  m o l e c u l a r   da t a ,   whi c h   c o n t a i ns   c o m p l e x   i nf o r m a t i o n  a b o ut  m o l e c u l a r   i n t e r a c t i o ns   [ 22] .   T h i s   pa r a d i g m   s hi f t   h a s   m a de   i t   po s s i bl e   to  i de n t i f y   ge n e t i c   c h a n ge s ,   bi o m a r ke r s ,   a n d  m o l e c u l a r   pa t h wa y s   t h a t  a r e   c l o s e ly   c o nn e c t e d  to   t h e   o n s e t ,   pr o g r e s s i o n ,   a n d  r e s po n s e   to   t r e a t m e n t   o f   l u n g  c a nc e r   [ 23] .   U t i li z i ng  ge n e t i c   a n d  m o l e c u l a r   da t a   m a ke s   i t   e a s i e r   t o   c r e a t e   p r e d i c t i v e   m o de l s ,   e n a bli ng  l u n g  c a n c e r   e a r l y   de t e c t i o n   a n d  a c c ur a t e   pr o gn o s t i c a t i o n   [ 24] .   B y   e n a bli ng   pr o m pt   i n t e r v e n t i o n s   a n d  o p t i mi z i ng  t r e a t m e n t   pl a n s ,   t h e s e   m o de l s   h a v e   a   t r e m e n do us   pot e n t i a l   to   i m pr o v e   pa t i e n t   o u t c o m e s   a n d,   u l t i m a t e l y ,   s ur vi va l   r a t e s .   T h e   r e s e a r c h   c o n duc t s   a   c r i t i c a l   a n a ly s i s   o f   l u n g  c a n c e r ,   a   wi d e s p r e a d   di s e a s e   wi th   s i gn i f i c a n t  c l i ni c a l ,   h i s to l ogi c a l ,   a n d   m o l e c ul a r   v a r i a t i on   a n d   h i gh   m or ta l i t y   r a te s   [ 2 5 ] .   T h e   d i v e r s i t y   i n  l u n g  c a nc e r   un de r s c o r e s   t h e   n e e d  f o r   pe r s o n a l i z e d  t r e a t m e n t   p l a n s .   De e p  l e a r ni ng  a lgo r i t hm s   h a v e   r e v o l ut i o ni z e d  l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n   by   d e t e c t i n g  de e p  pa tt e r n s   a n d  c o nn e c t i o n s   i n   v a s t ,   c o m p l e x  da t a s e t s ,   pa r t i c u l a r ly   i n   ge ne t i c s   a n d  m e d i c a l   im a g i ng.   T h e y   e x c e l   a t   e x t r a c t i n g  c r i t i c a l   i nf o r m a t i o n   f r o m   C T   s c a n s   a n d  X - r a y s ,   a i d i n g  i n  e a r ly   de t e c t i o n   a n d  d i a gn o s i s   by   i d e n t i f yi ng  s u b t l e   a bn o r m a li t i e s   o f t e n   m i s s e d  b y   t h e   h u m a n   e y e .   A dd i t i o na l ly ,   de e p  l e a r ni ng  m o de l s   i n t e gr a t e   m u l t i - o m i c s   da t a ,   s uc h   a s   pr o t e omi c s   a n d   ge n o m i c s ,   pr o v i d i ng  a   c o m pr e h e ns i ve   un d e r s t a n d in g  o f   t h e   m o l e c u l a r   c a us e s   o f   l u n g  c a n c e r ,   whi c h   i s   c r uc i a l  f o r   t a i l o r i n g  t r e a t m e n t   pl a ns   a n d  i m pr o vi ng  o u t c o m e s .   T h e   r e s e a r c h   de l v e s   i n t o  ge n e - e nvir o nm e n t   i n t e r a c t i o n s   a f f e c t i n g  c e ll u l a r   h o m e o s t a s i s   a n d  c a n c e r   de v e l o p m e n t ,   hi g hli g h t i n g  t h e   po t e n t i a l   o f   bio m a r ke r s   a s   e a r l y   i nd i c a to r s   o f   d i s e a s e   pr o gr e s s i o n .   T h e   a dv e n t   o f   hi g h - t h r o ugh put  pr o f i li ng  m e t h o ds ,   l i ke   m a s s   s pe c t r o m e t r y   a n d  R N A   s e qu e n c i ng,   h a s   f a c il i t a t e d  da t a - dr i ve n   bi o m a r ke r   d i s c o v e r y .   W hil e   t r a d i t i o n a l   s t a t i s t i c a l   m e t h o ds   h a v e   l im i t a t i o n s ,   t h e   c o m bi na t i o n   o f   m a c hi ne   l e a r ni ng  ( M L )   a n d  de e p  l e a r ni ng  ( DL )   o f f e r s   a   po we r f u l   a ppr o a c h   i n   d i s e a s e   r e s e a r c h .   B y   i n t e gr a t i n g  M L /D L   t e c h ni que s   a n d  o pt i m i z i ng  t h e m   a c r o s s   m u l t i - o m i c s   da t a s e t s ,   r o b us t   pr e di c t i o n   m o de l s   e s s e n t i a l   f o r   pr e c i s i o n   m e d i c i ne   a r e   de v e l o p e d.   T h e   pa pe r   e x p l a i ns   r e c e n t   de v e l o p m e n t s   i n   M L /D L   m e t h o ds ,   e s pe c i a ll y   i n  t h e   i de n t i f i c a t i o n   o f   c a nc e r - r e l a t e d  bi o m a r ke r s   a n d  t h e i r   us e   i n   pr e c i s i o n   m e d i c i ne .   T h e   p o t e n t i a l   f o r   i n d i v i dua li z e d  pa t i e n t   tr e a t m e n t   pl a n s   ba s e d   o n   m e d i c a l   hi s t o r i e s   a n d  d i a g n o s t i c s   h a s   b e e n   s ho wn   by   t h e   w i de   r a n ge   o f   a pp l i c a t i o ns   o f   DL   t e c hni que s ,   pa r t i c u l a r l y   i n  t h e   d i a g n o s i s   a n d  t r e a t m e n t   o f   c a nc e r .   I n   o r de r   to   c a r r y   o ut   pr e c i s e   t h e r a pe ut i c   i n t e r v e n t i o ns   f o r   c a n c e r ,   t h e   r e vi e w  hi g hli g h t s   t h e   c r i t i c a l   ne e d  f o r   DL - b a s e d  m u l t im o da l   e ns e m b l e   t e c hni q ue s   t h a t  i n t e gr a t e   ge n e - pr ot e i n - m e t a b o l i t e   i n t e r a c t i o ns .   How e v e r ,   t h e r e   a r e   c e r t a i n   dr a wb a c ks   to  DL   m o de l s ,   s uc h   a s   s m a l l   s a m p l e   s i z e s ,   d i f f i c u l t i e s   w i t h   i n t e r pr e t a bil i t y ,   t h e   de m a n d  f o r   p r o c e s s i ng  r e s o ur c e s ,   a n d  t h e   r e qu i r e m e n t   f o r   e x pe r t  kn o wl e dg e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         L ung  c anc e r   pr e diction  w it h  adv anc e d  gr aph  ne ur al  ne t w or k s   ( B inee s h  M ooz hippur ath )   1079   Gr a ph   n e ur a l   n e t wo r ks   ( GN Ns )   h a v e   e m e r ge d  a s   a   pr o m i s i ng  a ppr o a c h   f o r   pr e di c t i n g  l u n g  c a n c e r   by  c a pt ur i n g  c o m p l e x   r e l a t i o n s hi p s   w i t hi n   bi o l o g i c a l   s y s t e m s .   R e pr e s e n t i n g  m o l e c u l a r   a n d  ge n e t i c   da t a   a s   gr a ph s — w he r e   n o de s   a r e   bi o l o g i c a l   e n t i t i e s   l i k e   ge n e s   o r   p r ot e i ns ,   a n d  e dge s   r e pr e s e n t  t h e i r   i n t e r a c t i o n s — GN Ns   e x c e l   i n   m o de li ng  t h e   i n t r i c a t e   m o l e c u l a r   ne t w o r ks   a n d  pa t h wa y s   c r i t i c a l   t o  l u n g  c a nc e r   pr o g r e s s i o n .  T h e y   c a n   i d e n t i f y   ke y   ge n e s   o r   p r ot e i ns   a s s o c i a t e d  w i t h   l u n g  c a n c e r ,   pr e di c t   c a nc e r   c e l l   b e h a vi o r ,   a n d   s ugge s t   pot e n t i a l   t r e a t m e n t   t a r ge t s .   T h e   i n t e gr a t i o n   o f   m u l t i - o m i c s   da t a ,   e n c o m pa s s i ng  ge n o m i c ,   e p i ge n e t i c ,   a n d   pr ot e o m i c   i nf o r m a t i o n ,   f ur t h e r   e nh a n c e s   pr e d i c t i o n   a c c ur a c y .   T hi s   s t udy   a l s o   l e v e r a ge s   m e d i c a l   im a ge   pr o c e s s i n g  t e c hni que s   t o   e x a m i ne   i n t e r n a l   a n a t omy   n o n - i nv a s i ve ly ,   a i d i ng  i n   m o r e   pr e c i s e   d i a g no s e s   a n d   b e t t e r   t r e a t m e n t   pl a nni ng.   S pe c i f i c a ll y ,   t h e   r e s e a r c h   f o c us e s   o n   l u n g  t um o r   pr e di c t i o n   us i n g  a   hy b r i d   e v o l ut i o n a r y   a ppr o a c h   t h a t   c o m bi ne s   b a c t e r i a l  f o r a g i n g  o pt i mi z a t i o n   w i t h   wha l e   o p t i mi z a t i o n .   B y   pr e pr o c e s s i ng  a n d  s e g m e n t i n g  150  C T   i m a ge s ,   t h e   n o v e l   W h a l e - B a c t e r i a l   f o r a g i ng  o p t i mi z a t i o n   t e c hni que   i s   a pp l i e d  t o  e x t r a c t   o p t i m a l   f e a t ur e s ,   de m o ns t r a t i n g  s upe r i o r   pe r f o r m a n c e   i n   d i s t i n gu i s hi ng  b e t we e n   c a n c e r o us   a n d  n o n - c a n c e r o us   n o du l e s   c o m pa r e d  to   tr a di t i o n a l  m e t h o ds .   T h e   o u t l i ne   o f   t h e   pr o p o s e d  r e s e a r c h   e n t a i l s   t h e   i n t e gr a t i o n   o f   gr a p h   n e ur a l   n e t wo r ks   ( GN Ns )   to  e nh a nc e   pr e c i s i o n   a n d  e a r l y   d i a g n o s i s   i n   l u n g  c a n c e r   pr e di c t i o n   a n d  tr e a t m e n t .   T hi s   a ppr o a c h   un de r s c o r e s   t h e   s i g nif i c a n c e   o f   pr o a c t i ve   pa t i e n t   c a r e   a n d  pe r s o n a li z e d  t r e a t m e n t   pl a ns   i n   im pr o vi ng  o u t c o m e s   a n d  s ur vi va l  r a t e s .   T h e   i ni t i a l   hy po t h e s i s   po s t ul a t e s   t h a t   by   i n t e gr a t i n g  GN Ns ,   pa r t i c u l a r ly   t h e   A - GC N  w i t h   th e   G A T   m o de l   t a i l o r e d  f o r   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n ,   i n c r e a s e d  a c c ur a c y   a n d  e f f i c a c y   c a n   b e   a c hi e v e d,   u l t i m a t e ly   l e a d i ng  t o  e n h a nc e d  pa t i e n t   o u t c o m e s   a n d  pr o a c t i ve   h e a l t h c a r e   i n t e r v e n t i o ns .       2.   M E T HO D    T h e   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n   da t a s e t ,   s o ur c e d  f r om   K a gg l e 's   " L u n g  C a n c e r   P r e d i c t i o n   Da t a s e t , "   c o m pr i s e s   309  i ns t a n c e s   w i t h   16  a tt r i b ut e s ,   i n c l ud i ng  de m o gr a phi c   a n d  l if e s t y l e   f a c t or s   s uc h   a s   ge nde r ,   a ge ,   s m o k i n g  h a bi t s ,   a l c o h o l   c o n s u m pt i o n ,   a n d  pe e r   pr e s s ur e .   Da t a   pr e p r o c e s s i ng  i s   a   c r i t i c a l   s t e p  a im e d  a t   e nh a nc i n g  t h e   s u i t a bil i t y   o f   t h e   da t a s e t  f o r   m a c hi n e   l e a r ni ng  a l go r i t hm s .   Dupl i c a t e   e n t r i e s   we r e   i de n t if i e d  a n d   r e m o v e d  to   m a i n t a i n   da t a   i n t e gr i t y ,   a n d  l a b e l   e n c o di n g  wa s   a pp li e d  to   c a t e g o r i c a l   f e a t ur e s   l i ke   " G E ND E R "   us i n g  s c i k i t - l e a r n' s   L a b e l E n c o d e r .   T o   a ddr e s s   c l a s s   i m ba l a n c e ,   R a n do m O ve r S a m p l e r   f r o m   i m ba l a nc e d - l e a r n  wa s   ut i l i z e d  to  e n s ur e   a   b a l a n c e d  t r a i ni ng  s e t .   T o  h a r n e s s   t h e   r e l a t i o n a l   i n f o r m a t i o n   i nh e r e n t   i n   t h e   da t a s e t,   a n   a d j a c e n c y   m a t r i x   wa s   c o n s t r uc t e d   to  r e p r e s e n t   pa t i e n t - pa t i e n t   r e l a t i o n s hi ps .   T h e   m a t r i x   va l ue s   we r e   s e t  to  1   if   b o t h   pa t i e n t s   h a d  l u n g  c a n c e r   a n d  0  ot h e r w i s e .   T r a ns f o r m i ng  t h e   a d j a c e n c y   m a t r i x   i n t o   e dge   i n d i c e s   a l l o we d   f o r   t h e   u t i li z a t i o n   o f   gr a p h - b a s e d  ne ur a l   n e t wor k  a r c hi t e c t ur e s ,   e nh a n c i ng  t h e   a n a ly s i s   a n d  pr e d i c t i o n  c a pa bi li t i e s .   T h e   f i na l   pr e pr o c e s s i ng  s t e ps   i nvo l v e d  c o nv e r t i n g  t h e   da t a s e t   i n t o  P y T o r c h   t e n s o r s   a n d   o r ga ni z i ng  i t   i n t o  da t a   o bj e c t s .   T h e s e   o bj e c t s ,   n a m e ly   " t r a i n _da t a "   a n d  " t e s t _da t a , "   h o us e   t h e   t r a i ni ng  a n d   t e s t i n g  da t a   a l o n g  w i t h   t h e i r   r e s p e c t i v e   e dge   in d i c e s .   F i gur e   1  i ll us t r a t e s   t h e   ge ne r a l   s t r uc t ur e   o f   t h e   pr e d i c t i o n   m o de l .             F i gur e   1 .  S tr uc t ur e   o f   pr e d i c t i o n   m o de l       A   c r uc i a l   s t a ge   i n   o ur   r e s e a r c h   m e t h o d  i s   m o de l   i n t e gr a t i o n ,   whi c h   u ni t e s   d i s pa r a t e   pr e d i c t i ve   m o de l s   i n t o   a   c o h e s i ve   f r a m e wo r k  f o r   i m pr o v e d  l un g  c a nc e r   pr e d i c t i o n .   E ns e m b l e   l e a r ni ng  t e c hni q ue s ,   s uc h  a s   s t a c k i n g  o r   a v e r a g i n g,   we r e   e m p l o y e d  t o  i n t e gr a t e   t h e   o u t pu t s   o f   i n d i vi du a l   m o de l s   a n d  r e duc e   bi a s e s .   R i go r o us   v a l i d a t i o n   a n d  c r o s s - v a l i d a t i o n   pr o c e dur e s   we r e   c o n duc t e d  to  f i ne - t un e   t h e   e n s e m bl e   a n d  a c hi e ve   a n   i de a l   b a l a n c e   b e t we e n   pr e d i c t i v e   po we r   a n d  m o de l   v a r i e t y .   F i gur e   2  i s   t h e   pr o p o s e d  a dv a n c e d  GC N  w i t h  GA T   a r c hi t e c t ur e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   2 ,  F e b r ua r y   20 2 5 :   1 07 7 - 1 08 4   1080       F i gur e   2 .  P r o p o s e d  a dv a n c e d  GC N - G A T   a r c hi t e c tur e       Gr a ph   c o n v o l ut i o n a l   n e t wo r ks   ( GC Ns )   a n d  g r a ph   a tt e n t i o n   n e t wo r ks   ( GA T s )   a r e   t h e   t w o  m o de l s   i n  t h e   e n s e m bl e   t h a t   s h o w  di s t i n c t   a dv a n t a ge s   i n   iden t i f yi ng  pa tt e r n s   i n   t h e   pa t i e n t   da t a s e t .   T h e   pr o p o s e d   a ppr o a c h   a i m s   t o  e n ha n c e   t h e   gr a ph   c o nv o l ut i o n a l   n e t wo r k   ( GC N)   s t r uc t u r e   a n d  c o m bi ne   i t   w i t h   G AT   m o de l .   T hi s   c o m pr e he n s i ve   m e t h o do l o gi c a l   a ppr o a c h   s e e ks   to  pr o vi de   a   hi g hly   a d v a n c e d  a n d  de pe n da bl e   t oo l   f o r   t h e   e a r l y   de t e c t i o n   a n d  t r e a t m e n t   o f   l u n g  c a n c e r .   T h e   pr o p o s e d  m o de l   s t r uc t ur e   i s   e l u c i d a t e d  i n   t h e   f o r m   o f   ps e udo c o de   i n   t h e   s u b s e que n t   s e c t i o n .     A l go r i t hm   1.   GC N - GA T   m o de l   de f i ni t i o n   Initialize Model Parameters:   1.1. Set in_features: Number of input features.   1.2. Set hidden_dim: Dimension of the hidden layer.   1.3. Set out_features: Number of output features.   1.4. Set heads: Number of attention head s in GAT (default: 4).   1.5. Set concat: Concatenate attention heads (default: True).   Define Model:   2.1. Create a class GCN_GAT that inherits from nn.Module.   2.2. Initialize the model parameters: in_features, hidden_dim, out_features, heads,  and concat.   Define Layers:   3.1. Define the first Graph Convolutional layer (GCN): gc1.   3.2. Define the second Graph Convolutional layer (GCN): gc2.   3.3. Define the Graph Attention layer (GAT): gat_layer.   3.4. Define an additional Graph Attention layer (GAT): gat_layer 1.   3.5. Define the fully connected layer: fc.   Forward Pass:   4.1. Define the forward method to perform the forward pass.   4.2. Apply ReLU activation to the output of the first GCN layer (gc1).   4.3. Apply ReLU activation to the output of the second GCN layer  (gc2).   4.4. Apply dropout for regularization.   4.5. Apply the first Graph Attention layer (GAT) (gat_layer).   4.6. Apply the second Graph Attention layer (GAT) (gat_layer1).   4.7. Flatten the tensor before passing it to the fully connected layer.   4.8. Apply t he fully connected layer (fc).   4.9. Apply the sigmoid activation for the output.   Return Output:   5.1. Return the sigmoid - activated output representing class probabilities.     I n t e r e s t i n g ly ,   a   s pe c if i c   c o l l e c t i o n   o f   s i x   m e t a b o l i c   v a r i a bl e s   de m o ns t r a t e d   e x c e pt i o n a l   d i s c r i mi na t i n g  po we r ,   e f f e c t i v e ly   d i f f e r e n t i a t i n g   b e t we e n   pa t i e n t s   w i t h   s t a ge   I   l u n g  c a n c e r   a n d   h e a l t hy  c o n t r o l s   ( A UC = 0. 989,   s e n s i t i v i t y = 98. 1% ,   s pe c if i c i t y = 100. 0% ) .   F ur t h e r m o r e ,   t h e   to p  f i ve   m e t a b o l ic   bi o m a r ke r s   i de n t i f i e d  by   t h e   F C B F   a l go r i t hm   de mo n s t r a t e d  p ot e n t i a l   a s   s c r e e ni ng  bi o m a r ke r s   f o r   l u ng  c a n c e r   e a r l y   de t e c t i o n .   I t  wa s   pr o p o s e d  t h a t   t h e   Na i v e   B a y e s   a l go r i t hm   m i g h t   b e   a   h e l p f u l   t oo l   f o r   e a r l y   l u ng  t um o r   pr e d i c t i o n .   T hi s   m u l t i d i s c i p li na r y   a ppr o a c h   n o t  o nl y   va l i d a t e s   bl o o d - b a s e d  s c r e e ni ng  b ut   a l s o   of f e r s   a n  a c c ur a t e ,   r a pi d,   a n d  c o m pr e h e n s i ve   d i a g n o s t i c   t ool   f o r   e a r l y   l u n g  c a n c e r   d i a g n o s i s .   B e y o n d  l u n g  c a n c e r ,   t hi s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         L ung  c anc e r   pr e diction  w it h  adv anc e d  gr aph  ne ur al  ne t w or k s   ( B inee s h  M ooz hippur ath )   1081   i n t e r d i s c i p li na r y   m e t h o do l o g y ' s   pot e n t i a l   a pp li c a t i o n s   o pe n   d oor s   f o r   i m pr o vi ng  e a r l y   c a n c e r   di a g no s i s   i n   a   w i de r   c o n t e x t .   T hi s   s t ud y   pr o v i d e d  a   gr o un d - b r e a k i n g  m u l t i d i s c i p li na r y   a ppr o a c h   t h a t   s uc c e s s f u l ly   c o m bi ne s   m e t a b o l o m i c s   a n d  m a c hi ne   l e a r ni ng  t o   i de n t i f y  e a r l y   l u n g  c a n c e r   d i a g n o s t i c   i nd i c a t or s .   T h e   d i s c o v e r e d   m e t a b o l i c   i n d i c a t o r s   e x hi b i t   i m pr e s s i ve   d i a g n o s t i c   po we r ,   e s pe c i a l ly   f o r   t h e   e a r l y   d i a g n o s i s   o f   l u n g  t u m o r s .   I t  i s   n e c e s s a r y   t o   c r e a t e   m o r e   pr e c i s e   pr e d i c t i o n   m e t h o ds   b e c a us e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   c ur r e n t   m o de l s   f o r   e a r l y - s t a ge   l u n g  c a n c e r   de t e c t i o n   de p e n d i n g  o n   g e r m li ne   v a r i a t i o n s   h a s   b e e n   f o u n d  t o   b e   r e s t r i c t e d.   T hi s   s t ud y   us e d   a   m u l t i c e n t e r   c a s e - c o n t r o l   s t ud y   to   m a ke   a   po we r f u l   pr e d i c t i v e   m e t h o d  f o r   e a r l y   l u n g  c a n c e r   d i a g n o s i s   us i ng   t h e   p o we r f u l   m a c hi ne   l e a r ni ng  t e c h ni que   o f   e x t r e m e   gr a d i e n t   b oo s t i n g  ( XG B oo s t) .   T h e   f i nd i ngs   s h o we d  a   s t r o n g  c o r r e l a t i o n   b e t we e n   c e r t a i n   s i ng l e   n uc l e o t i d e   p o l ym o r p hi s m s   ( S NPs ) ,   i n c l ud i ng  T YM S   r s 3819102  a n d  B AG 6  r s 1077393,   a n d  t h e   c h a nc e   o f   de ve l o p i n g  lun g  c a n c e r .   A dd i t i o na l ly ,   t h e   XG B o o s t   m o de l ' s   p r e d i c t i v e   pe r f o r m a n c e   wa s   gr e a t l y   e nh a nc e d  by   t h e   a dd i t i o n   o f   S NPs   a n d  e p i de mi o l o g i c a l   da t a ,   e x c e ll i ng  p a r t i c u l a r l y  i n  t h e   pr e d i c t i o n   o f   s qua m o us   c e l l   c a n c e r   ( S C C ) .   T hi s   c ut t i n g - e dg e   m u l t im o da l   s t r a t e gy   de m o ns t r a t e s   a   pr o m i s i ng  r o u t e   f o r   i m pr o vi ng  e a r l y   l u n g  c a nc e r   d i a g n o s i s   a n d  j u s t i f i e s   a dd i t i o n a l   i nve s t i ga t i o n   f o r   a pp l i c a t i o ns   o f   pr e c i s i o n   m e d i c i ne   i n   c a n c e r   d i a g no s t i c s .   T h e   r e s e a r c h   wa s   c a r e f u ll y   c r a f t e d  to   e x p l o r e   h o w  a dv a n c e d  gr a ph - b a s e d  n e ur a l   n e t wo r ks   pe r f o r m   i n   pr e d i c t i n g  d i f f e r e n t   l e v e l s   o f   l u n g  c a n c e r   s e v e r i t y .   Ut i li z i ng  t h e   l u n g  c a n c e r   da t a s e t  c o m pr is i n g  309  r e c o r ds ,   t h e   e x pe r i m e n t   e m p l o y e d  r a n do m   o v e r s a m p li ng  t e c h ni que s   to  e n s ur e   da t a   r o b us t n e s s .   T h e   t r a i ni ng   da t a s e t,   c o m pr i s i ng  380  i n s t a n c e s   ( 80% ) ,   a n d  t h e   t e s t i n g  da t a s e t ,   wi t h   96  i n s t a nc e s   ( 20% ) ,   we r e   c a r e f u l l y  s e l e c t e d.   T o   e n c o de   t h e   da t a ,   a   l a b e l   e n c o d i n g  a p pr o a c h   wa s   a do p t e d ,   a n d  m o de l s   we r e   c o n s t r uc t e d  wi t h   2  l a y e r s   e a c h   f o r   GC Ns   a n d  GA T s ,   a l o n g  w i t h   a n   e m b e dd i ng  d i m e ns i o n   ( d i m )   s e t   to  64.   T r a i ni ng  i t e r a t i o n s   s pa nn e d  100  e po c h s ,   ut i li z i ng  a n   i n i t i a l   l e a r ni ng  r a t e   o f   0. 01  a n d  a   dr o p o u t   r a t e   o f   0. 25.   T h e   e x pe r i m e n t a l   s e t up  l e v e r a ge d  P y t h o n   v e r s i o n   3. 10. 12   a n d  P y T o r c h   2. 0  s o f t wa r e ,   e x e c ut e d  o n   a   T e s l a   T 4  GPU   s e r v e r   w i t h  15  GB   o f   GPU  m e m o r y ,   o pe r a t i n g  un de r   U b u n t u  2 0. 04  L T S .       3.   RE S UL T S   AN D  DI S CU S S I ON    T h e   r e s u l t s   o f   t h e   A G C N - G A T   m o de l   we r e   f u r t h e r   r e i nf o r c e d  by   i n t e gr a t i n g  ot h e r   m o de l s   to   e s t a bli s h   a   r o b us t  c o m p a r i s o n   b a s e li ne   f o r   a   t h o r o ugh   a n a ly s i s .   I n   c o m p a r i n g  t h e   pe r f o r m a n c e   o f   v a r i o us   m o de l s   i n   pr e d i c t i n g  l u n g  c a n c e r   r i s k,   t h e   pr o p o s e d  a dv a n c e d  GC N  e m e r ge s   a s   a   s t a n do ut  pe r f o r m e r .   T h e   a dv a nc e d  GC N  de m o ns t r a t e s   s upe r i o r   pr e di c t i v e   c a pa bil i t i e s   w i t h   a n   a c c ur a c y   o f   0. 9454,   pr e c i s i o n   o f   0. 9213,   r e c a l l   o f   0. 9743,   a n d  a n   F 1  s c o r e   o f   0. 9482,   o u tper f o r m i ng  m o de l s   li ke   l i ne a r   r e gr e s s i o n ,   K NN ,   r a n do m   f o r e s t ,   a n d  n e ur a l   n e t wo r ks .   N ot a bl y ,   whil e   l i ne a r   r e gr e s s i o n   a c hi e v e d  hi g h   pr e c i s i o n ,   i t   f a l t e r e d  i n   r e c a l l ,   i nd i c a t i n g  po t e n t i a l   li mi t a t i o n s   i n  c a pt ur i n g  a ll   r e l e v a n t   i n s t a n c e s .   S i mi l a r l y ,   K NN   e xhi b i t e d  c o m p a r a t i v e ly   l o we r   a c c ur a c y   a n d  pr e c i s i o n ,   s ugge s t i n g  a   l e s s   r o b us t   p r e di c t i ve   pe r f o r m a n c e .   R a n do m   f o r e s t   a n d  n e ur a l   n e t wo r k   m o de l s   de m o n s t r a t e d   c o m m e n d a bl e   o v e r a l l   pe r f o r m a nc e ,   y e t   t h e i r   a c c ur a c y   a n d  pr e c i s i o n   f e ll   s h o r t  o f   t h e   a dv a n c e d  GC N.   T a bl e   1  i s   de l i be r a t e   t h e   e xpe r i m e n t a l   s e t up  de t a i l s .         T a bl e   1.   E x pe r i m e n t a l   s e t up  pa r a m e t e r s   P a r a me t e r s   V a lu e s   D a ta s e t   L ung C a n c e r  D a ta s e t   D a ta s e t  s iz e   309 r e c o r ds   D a ta  O v e r s a mpl in g   R a ndo m Ove r s a mpl in g   T r a in in g &  T e s ti ng da ta s e t  s iz e   380 ( 80% )  & 96 ( 20 % )   N umbe r   of   G C N  l a y e r s  & Att e nt i o n l a y e r s   2   E mbe ddi ng D i me ns i o n ( di m)   64   N umbe r   of   tr a in in g i t e r a ti o ns   100   I ni ti a l  le a r n in g r a t e  & Dr o p o ut  r a t e   0.01 & 0.25   S of twa r e   P y th o n 3.10.12,  P y T or c h 2.0       T h e   a dv a nc e d  GC N  m o de l 's   e x c e pt i o na l   pe r f o r m a n c e   u n de r s c o r e s   i t s   e f f e c t i v e ne s s   i n   c a pt ur i n g   i n t r i c a t e   pa tt e r n s   a n d  r e l a t i o n s hi ps   w i t hi n  t h e   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n   da t a s e t ,   s h o wc a s i n g  i t s   po ten t i a l   f o r   e nh a nc i n g  e a r l y   de t e c t i o n   e f f o r t s   a n d  pe r s o n a li z e d  r i s k  a s s e s s m e n t s .   T h e s e   r e s u l t s   hi g hli g h t   t h e   pr o m i s e   o f   a dv a nc e d  gr a ph - b a s e d  m e t h o do l o gi e s   i n   m e d i c a l   r e s e a r c h ,   pa r t i c u l a r ly   i n  t h e   r e a l m   o f   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n ,   o pe ni n g  a v e n u e s   f o r   f ur t h e r   e x p l o r a t i o n   a n d  de v e l o p m e n t   o f   pr e d i c t i v e   m o de l s   f o r   pr o a c t i v e   he a l t h c a r e   i n t e r v e n t i o n s .   T a bl e   2  i s   a   de li be r a t e   pe r f o r m a n c e   a n a ly s i s   o f   t h e   e xi s t i n g  a n d  pr o po s e d  m o de l s .   F igur e   3  i s   de l i be r a t e   c o m p a r i s o n   b e t we e n   a c c ur a c y   a n d  pr e c i s i o n   l e v e l s .   F i gur e   4  s h o ws   t h e   de l i be r a t e   r e c a l l   v a l ue   i n  c o m pa r i ng  t h e   pe r f o r m a n c e   o f   v a r i o us   m o de l s   i n   pr e d i c t i n g  l u n g  c a n c e r   r i s k ;   F i gur e   5  s h o ws   t h e   pr o p o s e d   m o de l ’ s   pr e c i s i o n ,   r e c a l l ,   a n d  F 1  s c o r e   pe r f o r m a n c e .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   2 ,  F e b r ua r y   20 2 5 :   1 07 7 - 1 08 4   1082   T a bl e   2 .   P e r f o r m a nc e   a na ly s i s   o f   e xi s t i n g  a n d  pr o p o s e d  m o de l   M o de l   A c c u r a c y   P r e c is i o n   R e c a ll   F 1 S c or e   L in e a r   r e g r e s s io n   0.91   0.90   1.00   0.95   K N N   0.79   0.79   1.00   0.88   R a ndo m  f o r e s t   0.89   0.90   0.98   0.93   N e ur a l  n e tw o r k   0.89   0.91   0.95   0.93   A dv a nc e d  G C N - G A T   0.95   0.92   0.97   0.95           F i gur e   3 .  A c c ur a c y   a n d   pr e c i s i o n   l e v e l   c o m pa r i s o n           F i gur e   4 .  R e c a l l   a n d   F 1  s c o r e   c o m p a r i s o n           F i gur e   5 .  P r o p o s e d  A GC N - GA T   m o de l   pe r f o r m a nc e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         L ung  c anc e r   pr e diction  w it h  adv anc e d  gr aph  ne ur al  ne t w or k s   ( B inee s h  M ooz hippur ath )   1083   T h e   a d v a n c e d  GC N  m o de l 's   e x c e pt i o na l   pe r f o r m a n c e   u n de r s c o r e s   i t s   e f f e c t i v e n e s s   i n  c a pt ur i n g   i n t r i c a t e   pa tt e r n s   a n d  r e l a t i o n s hi ps   w i t hi n  t h e   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n   da t a s e t ,   s h o wc a s i n g  i t s   po ten t i a l   f o r   e nh a nc i n g   e a r l y   de t e c t i o n   e f f o r t s   a n d  pe r s o n a li z e d  r i s k  a s s e s s m e n t s .   T h e s e   r e s u l t s   hi g hli g h t   t h e   pr o m i s e   o f   a dv a nc e d  gr a ph - b a s e d  m e t h o do l o gi e s   i n   m e d i c a l   r e s e a r c h ,   pa r t i c u l a r ly   i n  t h e   r e a l m   o f   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n ,   o pe ni n g  a v e n u e s   f o r   f ur t h e r   e x p l o r a t i o n   a n d  de v e l o p m e n t   o f   pr e d i c t i v e   m o de l s   f o r   pr o a c t i v e   he a l t h c a r e   i n t e r v e n t i o n s .   F ut ur e   r e s e a r c h   s h o u l d  f o c us   o n   e x pa n d i ng  da t a s e t s   to  i n c l ude   d i ve r s e   pa t i e n t   p o p u l a t i o n s ,   i n t e gr a t i n g  m u l t i - o m i c s   da t a   f o r   i m pr o v e d  pr e d i c t i v e   po we r ,   de v e l o p i n g  i n t e r pr e t a bi li t y   f r a m e w o r ks   f o r   GN Ns ,   a n d  c o n duc t i n g  l o n g i t ud i na l   s t ud i e s   t o  a s s e s s   r e a l - wo r l d  e f f i c a c y .   K e y   e x pe r im e n t s   s h o u l d   v a l i da t e   t h e   m o de l   o n   e x t e r n a l   da t a s e t s ,   o p t i m i z e   GN N  a r c hi t e c t ur e s   a n d  hy pe r pa r a m e t e r s ,   i n t e gr a t e   c l i n i c a l   t e x t   da t a   w i t h   s t r uc t ur e d   da t a ,   a n d  pe r f o r m   a bl a t i o n   s t ud i e s   to  un de r s t a n d  t h e   A GC N - G A T   m o de l 's   c o m po n e n t s .   De s p i t e   pr o m i s i ng  r e s u l t s ,   l i mi t a t i o ns   i n c l ude   r e l ian c e   o n   a   s m a l l   d a t a s e t ,   s i g nif i c a n t   c o m put a t i o n a l  r e s o ur c e   r e qu i r e m e n t s ,   a n d  c ha l l e nge s   i n  i n t e r pr e t a bi li t y .   A ddr e s s i ng  t h e s e   li mi t a t i o ns   i nv o l v e s   e nh a n c i n g  m o de l   i n t e r pr e t a bi li t y ,   e f f i c i e n c y ,   a n d  v a li da t i o n   a c r o s s   l a r ge r ,   m o r e   d i v e r s e   da t a s e t s .       4.   CONC L USI ON   T hi s   r e s e a r c h   i n t r o duc e s   a n   i nn o v a t i v e   a ppr o a c h   t o   l u n g  c a n c e r   pr e d i c t i o n ,   a i mi ng  t o   e n h a nc e   a c c ur a c y   a n d  e f f i c a c y   i n   t h e   e a r l y   de t e c t i o n   o f   l un g  c a nc e r .   B y   i n t e gr a t i n g  a n   a d v a n c e d  GC N  wi t h   GA T   a r c hi t e c t ur e ,   t h e   pr o p o s e d  m o de l   e xhi b i t s   r e m a r ka bl e   pe r f o r m a n c e   i m pr o v e m e n t s   o v e r   e xi s t i n g  m o d e l s ,   w i t h   a   s i g nif i c a n t   i n c r e a s e   i n  a c c ur a c y   by   6%   a n d  pr e c i s i o n   by   2% ,   c o m pa r e d  t o   t h e   b e s t - pe r f o r m i ng   b a s e li ne   m o de l .   T hi s   a d v a n c e m e n t   h o l d s   s i g nif i c a n t   pr o m i s e   f o r   i m pr o vi ng  pa t i e n t   o u t c o m e s   a n d  f a c il i t a t i n g  pr o a c t i v e   h e a l t h c a r e   i n t e r v e n t i o ns .   T h e   s uc c e s s f u l   i n t e gr a t i o n   o f   GC N  a n d  GA T   m e t h o do l o g i e s   de m o ns t r a t e s   t h e   pot e n t i a l   f o r   gr a ph - b a s e d  a ppr o a c h e s   to   t a c kl e   c o m p l e x   m e d i c a l   pr e d i c t i o n   t a s ks ,   e x t e n d i n g  b e yo n d  l u n g   c a nc e r   to   ot h e r   d i s e a s e s   w i t h   i n t r i c a t e   da t a   s t r uc t u r e s .   T h e s e   im pr o v e m e n t s   s ugge s t   a   c r uc i a l   r o l e   f o r   gr a ph - b a s e d  m o de l s   i n   p e r s o n a li z e d  m e d i c i ne ,   e na bl i ng   e a r l i e r   a n d  m o r e   a c c ur a t e   r i s k  i d e n t i f i c a t i o n   a n d   t a i l o r e d   i n t e r v e n t i o n s .   T hi s   s t ud y   u n de r s c o r e s   t h e   t r a n s f o r m a t i v e   po t e n t i a l   o f   a d v a n c e d  m a c hi ne   l e a r ni ng  t e c hni que s   i n   m e d i c a l   r e s e a r c h ,   s e tt i n g  t h e   s t a ge   f o r   f ut ur e   i nno v a t i o n s   i n   o nc o l o g y   a n d  b e y o n d .       RE F E R E NC E S   [ 1]   C.   M .  R udi n,  E .  B r a mbi ll a ,  C .  F a iv r e - F in n,  a nd   J .  S a ge ,  “ S ma l l - c e ll   lu ng  c a nc e r ,”   N at ur e   R e v ie w s   D is e as e   P r ime r s ,  v o l.   7,  n o .1,  pp. 1 - 12, 2021 , do i :1 0.1038/s 41572 - 020 - 00235 - 0.   [ 2]   A . S ha r ma   a nd   R . R a ni , “ A  s y s t e ma ti c  r e v i e w   of  a ppl i c a ti o ns   of   ma c hi n e  l e a r ni ng  in   c a n c e r  p r e di c ti o n  a nd dia gno s is ,”   A r c hi v e s  o f  C om put at io nal  M e th ods  i n E ngi ne e r in g , vo l.  28, n o .7, pp.4875 - 4896, 2021, do i: 10.1007/s 11831 - 021 - 09556 - z.   [ 3]   D .  A . - A r is ti z a ba l,   M .   A .  A r mi n,  S .  D e nma n,  C .  F oo k e s ,  a nd   L .  P e te r s s o n,  “ A   s ur ve y   o n  gr a ph - ba s e d  d e e p  l e a r ni ng  f or   c o mput a ti o na l  hi s t o pa th o l o g y ,”   C om put e r iz e d  M e di c al   I m agi ng  and  G r aphi c s ,  vo l.   95,  n o .1,   pp.  102027 - 1002039,   2022,  do i:   10.1016/j .c o mpm e di ma g.2021.102027.   [ 4]   S .  T a g o r e ,  N .  C h o w dhur y ,  a nd   R.   K .  D e ,  “ A na l y z in g  m e th o d s   f o r   pa th   mi ni ng  w it h  a ppl i c a ti o ns   in   m e ta b o l o mi c s ,”   G e ne ,  vo l.   534, no . 2, pp. 125 - 138, 2014 , d o i :  10.1016/j .g e ne .2013.10.056.   [ 5]   W .  Z ha ng,  J .  C hi e n,  J .  Y o ng,  a nd   R .   K ua ng,  “ N e twor k - ba s e d  ma c hi n e   l e a r ni ng  a nd  gr a ph  th e o r y   a lg o r it hms   f or   pr e c is io n   o n c o l o g y ,”   N P J  pr e c is io n onc ol ogy ,  v o l.  1, n o . 1, pp. 25 - 35, 20 17 , do i:  10.1038/s 41698 - 017 - 0029 - 7.   [ 6]   P .  W a ng   a nd   Z .  Z ha o ,  “ I mpr ov in g  c o nt e x t  a nd  s y nt a c ti c   d e p e nd e nc y   f or   a s pe c t - ba s e d  s e n ti m e nt   a na l y s is   us in g  a   f us e d  gr a ph   a tt e nt i o n n e tw o r k,”   E v ol ut io nar y  I nt e ll ig e nc e ,  vol . 17, n o .1, pp.  589 - 598, 2023 ,  do i :  10.1007/s 12065 - 023 - 00845 - z.   [ 7]   X .  L u o ,  X .  Z a ng,  L .  Y a ng,  J .  H ua ng,  F .  L ia ng,  J .  R o dr ig ue z - C a na le s ,  a nd   G .  X ia o ,  “ C o mpr e h e ns i ve   c o mput a ti o na l  pa th o l ogi c a l  im a ge   a na l y s is   pr e di c ts   lu ng  c a nc e r   p r o gn o s is ,”   J our nal   of   T hor ac ic   O nc ol ogy ,  v o l.   12,  n o .  3,  pp.  50 1 - 509 ,   2017,  do i:   10.1016/j .j th o .2016.10.017.   [ 8]   S .  G upt a   a nd   M .  K .  G upt a ,  “ A   c o mpa r a ti ve   a na l y s is   of   de e p  le a r ni ng   a ppr o a c h e s   f or   p r e di c ti ng   br e a s t  c a n c e r   s ur v i v a bi l it y ,”   A r c hi v e s  o f  C om put at io nal  M e th ods  i n E ngi ne e r in g ,  v o l.  29, n o. 5, pp. 2959 - 2975,  2022,  do i :  10.1007/s 11831 - 021 - 09679 - 3.   [ 9]   F .  J .  S ha ik h,  a nd   D.   S .  R a o ,  “ P r e di c ti o n   of   c a n c e r   di s e a s e   us in g  ma c hi n e   l e a r ni ng   a ppr o a c h,”   M at e r ia ls   T oday :   P r oc e e di ngs ,  vo l.   50, no . 1, pp. 40 - 47, 20 22, d o i :  10.1016/j .ma tp r .2021.03.625.   [ 10]   Y .  L in ,  K .  Z h o u,  a nd   J .  L i,   “ P r e d i c ti o n   of   s l o p e   s ta bi li t y   us in g  f o u r   s upe r v is e d  le a r ni ng   m e th o ds ,”   I E E E   A c c e s s ,  vo l.   6,  n o .   1,  pp.  31169 - 31179, 2018, do i :1 0.1109/a c c e s s .2018.2843787.   [ 11]   A .  K u r a ni ,  P .   D o s hi ,   A .  V a kha r ia ,  a nd   M .  S ha h,   “ A   c o mp r e h e ns iv e   c o mpa r a ti v e   s tu d y   of   a r ti f i c ia l   ne u r a l  n e tw o r k  ( A N N )   a nd   s uppo r t  ve c t o r   ma c hi n e s   ( S V M )   o n  s t oc k  f or e c a s ti ng,”   A n nal s   of   D at a  Sc ie nc e ,  vo l.   10,  n o .   1,  pp.   183 - 208,  2023,   do i:   10.1007/s 40745 - 021 - 00344 - x.   [ 12]   M.   L .   G ig e r ,   “ M a c hi ne   l e a r ni ng  in   m e di c a l  im a gi ng,”   J our nal   of   th e   A m e r ic an  C ol le ge   of   R adi ol ogy ,  vo l.   15,  n o .   3,  pp.   512 - 520,  2018 , do i:  10.1016/j . ja c r .2017.12.028.   [ 13]   C.   M .  E c kha r dt   e t  al . ,  “ U ns upe r v is e d  ma c hi n e   l e a r ni ng   m e th ods   a nd  e m e r gi ng  a ppl i c a ti o ns   in   he a lt h c a r e ,”   K ne e   Sur ge r y ,  Spor t s   T r aum at ol ogy , A r th r os c op y ,  v ol . 31, n o . 2, pp. 376 - 381, 2023,  do i:  10.1007/s 00167 - 022 - 07233 - 7.   [ 14]   X .  H ua ng,  L .  Z ha ng,  B .  W a ng,  F .  L i,   a nd   Z .  Z ha ng,  “ F e a tu r e   c lu s t e r in g - ba s e d  s uppo r t  ve c t o r   ma c hi n e   r e c ur s i v e   f e a tu r e   e li mi na ti o n  f or  g e ne  s e l e c t i o n,”   A ppl ie d I nt e ll ig e nc e ,  vol . 48, n o .1, p p. 594 - 607 , 2018, d o i :  10.1007/s 10489 - 017 - 0992 - 2.   [ 15]   A.   B .  P a w a r   e t  al .,   “ I mpl e me nt a ti o n  of   bl o c k c ha in   t e c hn ol o g y  us in g  e x t e nde d  C N N   f o r   lu ng  c a n c e r   pr e d ic t i o n,”   M e as ur e m e nt :   Se ns or s ,  v ol . 24, n o .1, pp . 100530 - 100545, 2022, d o i:  10.1016/j .me a s e n.2022.100530.   [ 16]   G .  H o u   e t  al . ,  “ D e e p  l e a r ni ng  a ppr o a c h  f o r   pr e di c ti ng  l y mph  n o d e   m e ta s ta s is   in   no n - s ma ll   c e ll   lu ng  c a nc e r   b y   f us in g  im a g e – ge n e   da ta ,”   E ngi ne e r in g  A ppl ic at io ns   of   A r ti f ic ia l  I nt e ll ig e nc e ,  vo l.   122,   n o .1,  pp.   106140 - 106153 ,  2023,   do i:   10.1016/j .e nga ppa i. 2023.106140.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   2 ,  F e b r ua r y   20 2 5 :   1 07 7 - 1 08 4   1084   [ 17]   Y .  X ie   e t  al . ,  “ E a r l y   lu ng   c a n c e r   d ia gno s ti c   bi oma r ke r   di s c ov e r y   b y   ma c hi n e   l e a r ni ng   me th o ds ,”   T r ans la ti onal   onc ol ogy ,  vo l.   14,  no . 1, pp:  100907 - 100918, 2021, d oi :  10.1016/j .t r a n o n.2020.10 0907.   [ 18]   Y .  Z ha o   e t  al . ,  “ M e ta bo li c   pr of i le s   c ha r a c t e r i z in g  di f f e r e nt   phe n o t y p e s   of   p o l y c y s ti c   ov a r y   s y ndr o m e :  pl a s ma   me ta bo l omi c s   a na l y s is ,”   B M C  m e di c in e ,  v ol . 10, n o .1, pp. 1 - 12 , 2012, d o i:  10. 1186/1741 - 7015 - 10 - 153.   [ 19]   A . K e r p e l - F r o ni us   e t  al .,   “ S c r e e ni ng   f o r  l ung  c a n c e r  i n i ndi vi du a ls  w ho  ne ve r  s m o k e d:  a n i nt e r na ti o na l  a s s oc ia ti o n  f or  t h e  s tu d y   of   lu ng  c a nc e r   e a r l y   de te c ti o n  a nd  s c r e e ni ng  c o mm it t e e   r e p o r t, ”   J our nal   of   T hor ac ic   O nc ol ogy ,  v o l.   17,  no .  1,  pp.  56 - 66,  2022,  do i:   10.1016/j .j th o .2021.07.031.   [ 20]   M.   U .   A h s a n,   Q .   L iu ,   J .   E .   P e r do mo ,   L .   F a n g,   a nd   K .   W a n g,   “ A   s u r v e y   of   a l go r it hm s   f o r   t he   de te c ti o n   o f   ge no mi c   s tr uc tu r a l   v a r ia n t s   f r o m l o n g - r e a d  s e que nc in g  da ta , ”   N at u r e  M e th od s ,  v o l.  2 0,  no .  8 , p p .  11 43 - 11 58 ,  20 23 ,  do i:   10 .1 03 8/ s 41 59 2 - 0 23 - 0 19 32 - w.   [ 21]     A .  R a v i  e t  al . ,  “ G e n o mi c   a nd  tr a ns c r ip t o mi c   a na l y s is   of   c he c k po in t  b l o c ka d e   r e s p o ns e   in   a dv a n c e d  n o n - s ma ll   c e ll   lu ng  c a n c e r ,”   N at ur e  ge ne ti c s ,  v o l.  55, n o . 5, pp. 807 - 819, 2023,  d o i:  10.1038 /s 41588 - 023 - 01355 - 5.   [ 22]   X .  H u,  Z .  Z e ng,  J .  Z ha ng,  D .  W u,  H .  L i,   a nd   F .  G e ng,  “ M ol e c ul a r   d y na mi c s   s im ul a ti o n  of   th e   in te r a c ti o n  of   f oo d  pr ot e in s   w it h  s ma ll  mo l e c u le s ,”   F ood C he m is tr y ,  v ol . 405, n o .1, pp. 134824 - 134838, 2023, do i:  10.1016/j . f ood c he m.2022.134824.   [ 23]   J .  H ua ng   e t  al . ,  “ I d e nt i f ic a ti o n   of   a   di s ul f id pt o s is - r e la t e d  g e n e s   s ig na tu r e   f or   p r o gn o s ti c   i mpl i c a ti o n  in   lu ng   a de n oc a r c in oma ,”   C om put e r s  i n B io lo gy  and M e di c in e ,  v o l.  165, n o .1, pp. 107402 - 107423 , 2023, do i :  10.1016/j . c o mpbi o m e d.2023.107402.   [ 24]   L .  M a nga na r o   e t  al . ,  “ C o ns e ns us   c lu s t e r in g  m e th o d o l o g y   t o   im pr ov e   m ol e c ul a r   s tr a ti f ic a ti o n  of   n o n - s ma ll   c e l l  lu ng  c a nc e r ,”   Sc ie nt if ic  R e por t s ,  v o l.  13, n o . 1, pp. 7759 - 7772, 2023, d o i:  10. 1038/s 41598 - 023 - 33954 - x.   [ 25]   M.   S .  H us s a in   e t  al . ,  “ L o ng  n o n - c o di ng   R N A s   in   lu ng  c a n c e r :  U n r a ve li ng  th e   m o le c ul a r   m o dul a t o r s   of   M A P K   s ig na li ng,”   P a th ol ogy - R e s e ar c h and P r ac ti c e ,  vo l.  249, n o . 1, pp. 154738 - 154750, 2023, do i:  10.1016/j .p r p.2023.154738.       B I OG RA P HI E S   OF   AU T HO RS          Bi n e e s h   M o o z h i ppu r a th           i s   c u rre n t l y   p u r s u i n g   a  Ph . D .   i n   t h e   d e p ar t m e n t   o f  c o m p u t e r  s c i e n ce   an d   e n g i n e e ri n g   a t   Ch ri s t   U n i v e r s i t y ,   B an g al o re ,   fo c u s i n g   o n   c an c e r  p re d i c t i o n   u s i n g   m e t a b o l o m i c s   &   m ac h i n e   l e a rn i n g .   H e   c o m p l e t e d   h i s   M. E .   ( c o m p u t e r   an d   c o mm u n i c at i o n )  f ro m   A n n a   U n i v e r s i t y ,   T am i l   N ad u   i n   2 0 1 1 .   Bi n e e s h   h o l d s   a  b ac h e l o r' s   d e g re e   i n   I n fo rm a t i o n   T e c h n o l o g y   (B . T e c h . )  f ro m   Co c h i n   U n i v e r s i t y   o f  Sc i e n ce   an d   T e c h n o l o g y ,   K e ral a  i n   2 0 0 6 .   H i s   re s e a rc h   i n t e re s t s   i n c l u d e   m ac h i n e   l e arn i n g ,   g r a p h   n e u ral   n e t w o rk s ,   an d   m e t a b o l o m i c s .   H e   c an   b e  c o n t ac t e d   a t   e m ai l :   b i n e e s h . m @ re s . c h ri s t u n i v e r s i t y . i n .         J a y a pa n di a n   N a ta ra j a n           i s   cu rr e n t l y   w o rk i n g   a s   as s o c i at e  p ro f e s s o r  i n   t h e  d e p art men t   o f   c o m p u t e r  s c i en ce   a n d   e n g i n ee ri n g   at   Ch ri s t   U n i v e rs i t y ,   Ba n g a l o r e .   H e  h as   rece i v e d   h i s   Ph . D .   fro m   A n n a  U n i v e rs i t y ,   Ch e n n ai .   H e   i s   a c t i v e   l i f e   m em b e r  o f  I ST E .   H e   i s   c u rr en t l y   d o i n g   h i s   re s e arch   i n   m a c h i n e   l e ar n i n g   a n d   c l o u d   c o m p u t i n g .   In   h i s   1 5   y e ars   o f   t e ach i n g   e x p e ri en ce   a n d   o n e  y e ar   o f   i n d u s t ry   e x p e r i en ce .   H i s   r e s e ar ch   i n t e r e s t s   are   g ri d   c o m p u t i n g   a n d   c l o u d   c o m p u t i n g .   H e   h as   p u b l i s h e d   i n   4   b o o k   c h ap t e rs ,   3 5   I n t e r n at i o n al   J o u rn a l   art i c l e s ,   1 0 0   i n t e r n at i o n al   a n d   N at i o n al   C o n f e r en ce s .   H e   c a n   b e   co n t a c t ed   at   em a i l :   j a y ap an d i an . n @ c h r i s t u n i v e rs i t y . i n .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.