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Tipo: Tese
Título: Descritor de características em componentes espectrais baseado em dígrafo para detecção de doenças neurodegerativas
Título em inglês: Digraph-based spectral component feature descriptor for detecting neurodegenerative diseases
Autor(es): Medeiros, Aldísio Gonçalves
Orientador: Rebouças Filho, Pedro Pedrosa
Palavras-chave em português: Processamento de imagem assistida por computador;Inteligência artificial;Doenças neurodegenerativas;Aprendizado estruturado profundo
Palavras-chave em inglês: Image processing, computer-assisted;Artificial Intelligence;Neurodegenerative diseases;Deep learning
Data do documento: 2024
Citação: MEDEIROS, Aldísio Gonçalves. Descritor de características em componentes espectrais baseado em dígrafo para detecção de doenças neurodegenerativas. 2024. 155 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024
Resumo: Esta pesquisa apresenta um método para descrição de sinais biomédicos com uma abordagem baseada na construção de um grafo direcionado, sugere também um processamento sobre os coeficientes espectrais do sinal. Tal processamento baseia-se nas transições dos coeficientes identificados quanto aos diferentes níveis de magnitude, por meio do marcador espectral escolhido. Neste contexto são propostos quatro diferentes marcadores espectrais que conduzem a análise das componentes de frequência e são baseados em diferentes pontos locais do sinal. A metodologia apresenta uma implementação simples e adaptativa, com capacidade de representar um ou mais sinais do mesmo paciente na mesma estrutura, sendo adequada para aplicações monocanal e multicanal. No contexto de doenças neurodegenerativas, foram escolhidas três aplicações dentre as patologias mais incidentes. Na primeira, o método extrai características de sinais de voz dos pacientes, para a tarefa de classificação dos saudáveis em relação aos portadores da Doença de Huntington; nessa aplicação foi utilizado um dataset com registros de voz. Além do teste estatístico baseado na análise de variância, também considerou-se medidas de acerto da matriz de confusão. Já a segunda aplicação avalia o método em um cenário multicanal, em especial para sinais de eletroencefalograma para a classificação de pacientes saudáveis em relação aos portadores da Doença de Alzheimer, foram utilizados cinco diferentes datasets, sendo os dois primeiros para classificação binária (saudáveis e doentes), já os três últimos apresentavam amostras com outras doenças neurodegenerativas e foram considerados para o cenário multiclasse. Por fim, a terceira aplicação investiga o desempenho do método na representação de pacientes com a Doença de Parkinson, neste cenário foram utilizados dois diferentes datasets já avaliados em estudos anteriores com pacientes saudáveis e doentes. Em todos os casos, como resultado do processamento do sinal a metodologia produz um tensor tridimensional, composto por três diferentes perspectivas do digrafo. O tensor espectral combinado com redes neurais profundas obteve resultados iguais ou superiores quando comparado com abordagens especialistas em cada aplicação, apresentando taxas de acerto superiores a 95% em todos os oito datasets considerados. Evidenciando que o grafo direcionado consegue capturar informações relevantes e a estrutura em tensor viabiliza uma combinação promissora com redes neurais profundas além de oferecer uma alternativa a extração de atributos associados às doenças neurodegenerativas.
Abstract: This research presents a method for describing biomedical signals based on constructing a directed graph, which also suggests processing the signal's spectral coefficients. This processing is based on the transitions of the coefficients identified in terms of the different levels of magnitude using the spectral marker chosen. In this context, four different spectral markers are proposed to analyze the frequency components and are based on different local points in the signal. The methodology has a simple and adaptive implementation. It can represent one or more signals from the same patient in the same structure, making it suitable for single-channel and multichannel applications. In the context of neurodegenerative diseases, three applications were chosen from among the most common pathologies. At first, the method extracts characteristics from patients' voice signals to classify healthy patients in relation to those with Huntington's disease; in this application, a dataset with voice records was used. In addition to the statistical test based on analysis of variance, measures of the correctness of the confusion matrix were also considered. The second application evaluates the method in a multichannel scenario, particularly for electroencephalogram signals for classifying healthy patients about those with Alzheimer's disease. Five different datasets were used, the first two for binary classification (healthy and sick). At the same time, the last three had samples with other neurodegenerative diseases and were considered for the multiclass scenario. Finally, the third application investigates the method's performance in representing patients with Parkinson's disease. In this scenario, two datasets were used that had already been evaluated in previous studies with healthy and sick patients. In all cases, as a result of signal processing, the methodology produces a three-dimensional tensor made up of three different perspectives of the digraph. The spectral tensor combined with deep neural networks obtained equal or better results when compared to expert approaches in each application, with hit rates above 95% in all eight datasets considered. This shows that the directed graph can capture relevant information, and the tensor structure makes a promising combination with deep neural networks feasible and offers an alternative to extracting attributes associated with neurodegenerative diseases.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77492
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/8841156817863019
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4347965302097614
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DETE - Teses defendidas na UFC

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