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Tipo: TCC
Título: Detecção de crises epilépticas a partir de sinais de eletroencefalograma usando redes neurais autocodificadoras
Autor(es): Albuquerque, Paulo Davi Ramos
Orientador: Barreto, Guilherme de Alencar
Palavras-chave em português: Crises epilépticas;Eletroencefalograma;Modelagem;Autoencoder;Detecção de anomalias;Detecção em tempo real
Palavras-chave em inglês: Seizures;Electroencephalogram;Modeling;Autoencoder;Anomaly detection;Real time detection
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Data do documento: 2025
Citação: ALBUQUERQUE, Paulo Davi Ramos. Detecção de crises epilépticas a partir de sinais de eletroencefalograma usando redes neurais autocodificadoras. 2025. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Crises epilépticas são condições anômalas no cérebro de um indivíduo que podem causar espasmos, convulsões ou até complicações maiores. Uma das formas de identificar essas anomalias é com a realização de um encefalograma (EEG), exame responsável por captar a atividade cerebral do paciente. Com esses dados, modelos de reconhecimento de padrões podem ser utilizados para determinar se os sinais recebidos são normais ou não. Este trabalho propõe o a modelagem de tais sinais com redes neurais autocodificadoras (do inglês, autoencoders), algoritmos capazes de detectar anomalias no sinal de EEG a partir do erro de reconstrução do modelo. Além disso, foi utilizada uma abordagem de treino que simulasse a aquisição em tempo real dos sinais, possibilitando a extensão da aplicação para esse tipo de uso. Foram avaliados na tarefa de detecção de anomalias os seguintes modelos: autoencoder linear (PCA) e redes autocodificadoras com 1 e 3 camadas ocultas. Vários cenários de simulação foram desenvolvidos, a saber: (i) Cenário 1: Treino e teste offline usando todos os conjuntos de dados do paciente. O treino é executado apenas com dados negativos (i.e., não convulsivos); (ii) Cenário 2: Similar ao Cenário 1, porém, o treinamento inclui algumas instâncias positivas (esquema Open Set); e (iii) Cenário 3: Treino offline com uma única realização do sinal de EEG. Teste online com o restante dos sinais de EEG do paciente. Dentre os modelos treinados, o que apresentou o melhor desempenho para as métricas utilizadas foi a rede autocodificadora de 3 camadas ocultas, alcançando 91% (acurácia), 93% (sensibilidade) e 91% (especificidade).
Abstract: Seizures are abnormal conditions in an individual’s brain that can cause spasms, convulsions, or even more serious complications. One way to identify these anomalies is through an encephalogram , a test responsible for capturing the patient’s brain activity. With this data, pattern recognition models can be used to determine whether the received signals are normal or not. This work proposes the modeling of such signals with autoencoder neural networks, algorithms capable of detecting anomalies in the EEG signal based on the model’s reconstruction error. Additionally, a training approach was used to simulate the real-time acquisition of signals, enabling the extension of the application for this type of use. The following models were evaluated in the anomaly detection task: linear autoencoder (PCA) and autoencoder networks with 1 and 3 hidden layers. Several simulation scenarios were developed, namely: (i) Scenario 1: Offline training and testing using all patient datasets. Training is performed only with negative (i.e., non-seizure) data; (ii) Scenario 2: Similar to Scenario 1, however, training includes some positive instances (Open Set scheme); and (iii) Scenario 3: Offline training with a single realization of the EEG signal. Online testing with the remaining patient EEG signals. Among the trained models, the one that presented the best performance for the metrics used was the 3-hidden-layer autoencoder network, achieving 91% (accuracy), 93% (sensitivity) and 91% (specificity).
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82377
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-7002-1216
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/8902002461422112
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO - Monografias

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