Enhancing lung cancer diagnostics through Raman spectroscopy and machine learning

拉曼光谱 肺癌 光谱学 癌症 材料科学 计算机科学 医学物理学 纳米技术 光学 医学 物理 病理 内科学 天文
作者
Rahat Ullah,Kiran Parveen,Imran Rehan,Saranjam Khan
出处
期刊:Physica Scripta [IOP Publishing]
卷期号:100 (4): 046015-046015 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1402-4896/adc214
摘要

Abstract This study investigates the use of machine learning to distinguish between lung cancer patients and healthy individuals by analyzing the chemical composition of serum samples via Raman spectroscopy. Sera samples from confirmed lung cancer patients alongside control samples from healthy individuals were collected. Notable spectral differences were observed at different Raman shifts between the cancerous and healthy samples. Dimensionality reduction was performed using Principal Component Analysis (PCA), and the biochemical variations were analyzed using an advanced ensemble learning method—specifically, the Extreme Gradient Boosting (XGBoost) algorithm. The model’s predictions were validated through cross-checking with the K-Nearest Neighbors (KNN) algorithm. The XGBoost model, evaluated through 10-fold cross-validation, outperformed KNN, achieving 97% accuracy, 98% sensitivity, and a precision and specificity of 96%. These results highlight the potential of Raman spectroscopy combined with machine learning as an effective, non-invasive tool for early detection and screening of lung cancer.
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