Automatic medical decision for diagnosis of infectious diseases based on artificial intelligence approaches
| dc.contributor.author | MESSAI , Aya | |
| dc.contributor.author | DRIF , Ahlem Supervisor | |
| dc.contributor.author | OUYAHIA , Amel Co-supervisor | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-01T10:54:03Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | Infectious diseases present complex diagnostic challenges due to the overlapping clini- cal caused by diverse pathogens. Meningitis, in particular, remains a sig-nificant global health concern due to its high morbidity and mortality, especially when diagnosis and treatment are delayed. Traditional diagnostic methods often involve in-vasive procedures and extensive laboratory testing, which can be time-consuming and resource-intensive. This Ph.D. research investigates the integration of artificial intelli-gence (AI) into the diagnostic process, aiming to enhance accuracy, speed, and inter-pretability through the use of explainable AI (XAI) techniques.The first phase of this study examines cerebrospinal fluid (CSF) biomarker vari-ations across different age groups—children, adults, and the elderly—within various types of meningitis. By analyzing these patterns, we aim to improve the understand-ing of diagnostic and clinical and their implications for treatment strategies. This analysis establishes a foundational understanding of how biomarkers behave in different populations and infection contexts. Our next contribution focuses on diagnosing multiple meningitis types using ensem- ble models and SHapley Additive exPlanations (SHAP) to interpret feature . Using data from Setif Hospital (Algeria) and Brazil’s SINAN database, we validated our findings across diverse populations. Extreme Gradient Boosting achieved strong performance (accuracy: 0.90, AUROC: 0.94, F1-score: 0.98). SHAP revealed distinct biomarker profiles such as elevated in meningococcal, high in tuberculous, and dominance in H. influenzae , along with clin-ically relevant diagnostic patterns. These results highlight the model’s ability to distin- bacterial, viral, and pathogen-specific meningitis, increasing trust in AI-driven diagnostics. Our third develops specialized models for meningococcal meningitis, emphasizing local explainability for precise diagnosis. We tested several models on 934 cases, with gradient boosting performing best (accuracy: 0.88, AUROC: 0.93, F1-score: 0.87). Using XAI tools like ELI5 and LIME, we provided local explanations that highlighted key diagnostic factors, including Neisseria meningitidis presence, CSF WBC count, patient age, and neutrophil levels. These insights support clinical trust by aligning model with medical reasoning. | |
| dc.description.sponsorship | Les maladies infectieuses posent des défis en raison des man- ifestations cliniques qui se et de la diversité des agents pathogènes. La méningite, en particulier, demeure un problème de santé publique majeur à l’échelle mondiale en raison de sa forte morbidité et mortalité, notamment le diagnostic et le traitement sont retardés. Les méthodes de diagnostic traditionnelles reposent sou- vent sur des procédures invasives et des analyses approfondies, ce qui peut être long et coûteux. Cette recherche doctorale explore de l’intelligence artificielle (IA) dans le processus diagnostique, avec pour objectif d’améliorer la pre-cision, la rapidité et grâce aux techniques d’Explainable AI (XAI). La première phase de l’étude s’intéresse aux variations des dans le liquide (LCR) selon les tranches d’âge — enfants, adultes et person- nes âgées — pour différents types de méningite. En analysant ces profils, nous visons à mieux comprendre les variations et cliniques et leurs implications pour les stratégies de traitement. Cette analyse pose les bases d’une compréhension appro-fondie du comportement des biomarqueurs en fonction des populations et des contextes infectieux. Notre contribution suivante porte sur le diagnostic de plusieurs types de méningite à l’aide de modèles ensemblistes et de SHapley Additive exPlanations (SHAP) pour interpréter l’importance des variables. À partir de données issues de l’hôpital de Sétif (Algérie) et de la base SINAN (Brésil), nous avons validé nos résultats sur des pop- ulations diversifiées. Le modèle Extreme Gradient Boosting a obtenu de très bonnes performances (accuracy : 0.90, AUROC : 0.94, F1-score : 0.98). L’analyse SHAP a mis en évidence des profils distincts de : neutrophiles élevés dans la méningite à , lymphocytes élevés dans la méningite , et pré- dominance des neutrophiles dans la méningite à H. influenzae, ainsi que des motifs diagnostiques cliniquement pertinents. Ces résultats soulignent la capacité du modèle à différencier les méningites bactériennes, virales et spécifiques à un agent pathogène, renforçant la confiance dans les diagnostics pilotés par l’IA. | |
| dc.identifier.uri | https://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/1801 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Sciences | |
| dc.subject | Black box model | |
| dc.subject | Infectious Diseases | |
| dc.subject | Meningitis diagnosis | |
| dc.subject | Artificial Intelligence (AI) in Clinical Diagnostics | |
| dc.subject | Explainable AI (XAI) | |
| dc.subject | Interpretable Diagno- | |
| dc.title | Automatic medical decision for diagnosis of infectious diseases based on artificial intelligence approaches | |
| dc.type | Thesis |
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