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A Comparative Study of Transformer-Based Models for Multi-Horizon Blood Glucose Prediction

Created by
  • Haebom

저자

Meryem Altin Karagoz, Marc D. Breton, Anas El Fathi

개요

본 논문은 1형 당뇨병 치료를 위한 정확한 혈당 예측 모델 개발을 목표로, 트랜스포머 기반 아키텍처의 잠재력을 탐구한다. 공개 데이터셋인 DCLP3 (n=112) 와 OhioT1DM (n=12)을 사용하여 최대 4시간 예측, 최대 1주 입력 데이터를 갖는 다양한 트랜스포머 모델(point-wise, patch-wise, series-wise, hybrid embedding)을 비교 분석하였다. CGM, 인슐린, 식사 데이터를 입력으로 사용하여 단기(30분) 및 장기(1시간, 2시간, 4시간) 혈당 예측 성능을 평가한 결과, patch-wise 트랜스포머 모델인 Crossformer (단기)와 PatchTST (장기)가 가장 우수한 성능을 보였다. 특히, 패치 기반 토큰화를 사용한 모델은 입력 데이터 크기가 클수록 정확도가 향상되었으며, 1주일의 입력 데이터를 사용했을 때 최상의 결과를 얻었다. 이는 트랜스포머 모델이 다변량 시계열 데이터의 계절적 패턴을 활용하여 혈당 예측 정확도를 향상시킬 수 있음을 시사한다.

시사점, 한계점

시사점:
트랜스포머 기반 아키텍처, 특히 patch-wise 접근법이 다변량 시계열 혈당 예측에 효과적임을 보여줌.
1주일의 장기 입력 데이터를 사용하는 것이 예측 정확도 향상에 기여함.
Crossformer와 PatchTST 모델이 단기 및 장기 혈당 예측에서 우수한 성능을 달성함.
본 연구 결과는 개인 맞춤형 인슐린 및 식단 조절 등 1형 당뇨병 치료를 위한 새로운 개입 전략 개발에 기여할 수 있음.
한계점:
상대적으로 작은 외부 검증 데이터셋(OhioT1DM, n=12) 사용으로 일반화 성능에 대한 추가 검증 필요.
다양한 당뇨병 환자 특성 및 치료 방식을 고려한 추가 연구 필요.
모델의 해석성 및 임상 적용 가능성에 대한 추가 연구 필요.
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