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Type: Dissertação
Title: Métodos de extração de atributos para detecção de crises epiléticas: uma abordagem comparativa
Authors: Silva Júnior, Júlio Peixoto da
Advisor: Cavalcante, Charles Casimiro
Co-advisor: Barreto, Guilherme de Alencar
Keywords: Teleinformática;Diagnóstico por computador;Epilepsia - Classificação;Epilepsy;Features extraction;Power spectral density;Linear predictive coding;Extreme learning machine;Minimal learning machine;Random kitchen sinks;Suport vector machine
Issue Date: 2019
Citation: SILVA JÚNIOR, J. P. Métodos de extração de atributos para detecção de crises epiléticas: uma abordagem comparativa. 2019. 155 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Brazilian Portuguese: A Epilepsia é um distúrbio cerebral, caracterizado por crises epiléticas recorrentes, que afeta aproximadamente mais 50 milhões de pessoas em todo o mundo, tornando-se uma das doenças neurológicas mais comuns. O eletroencefalograma (EEG) é um método de monitoramento eletrofisiológico que registra a atividade elétrica do cérebro e é amplamente utilizado na detecção e análise de crises epilépticas. No entanto, muitas vezes, é difícil identificar mudanças sutis, mas críticas, na forma de onda do EEG através de uma inspeção visual. A natureza não linear e não estacionária do EEG contribui para as complexidades relacionadas à sua interpretação e à detecção de atividades normais e anormais (interictais e ictais). Portanto, há uma necessidade de um sistema de diagnóstico auxiliado por computador para identificar automaticamente as atividades anormais. Nessa dissertação, é proposto um sistema de auxílio ao diagnóstico paciente em especifico, no qual foi realizado uma comparação entre quatro métodos de extração de características: a densidade espectral de potência, os coeficientes da codificação linear preditiva (LPC, do inglês Linear Predictive Coding) e coeficientes mel-cepstrais (MFCC, do inglês MelFrequency Cepstral Coefficients), e o uso da matriz de covariância. Esses métodos de extração foram combinados em cenários com três tipos de classificadores com propostas randomizadas: Maquina de Aprendizado Extremo (ELM, do inglês Extreme Learning Machine), Random Kitchen Sinks (RKS) e a Máquina de Aprendizado Mínimo (MLM, do inglês Minimal Learning Machine). E, para efeito de comparação, foi utilizado o classificador Máquina de Vetores de Suporte (SVM, do inglês Support Vector Machines). Nas simulações realizadas, os cenários propostos utilizaram arquivos com cerca de uma hora (em alguns caso até quatro horas), e os resultados apontaram que os classificadores aleatorizados são dependentes do método de extração de características utilizado. E verificou-se que os uso do vetor de atributos com os coeficientes mel-cepstrais apresentou o melhor desempenho dentre os métodos de extração, obtendo uma sensibilidade de 97%, especificidade de 98% e acurácia média de 99,8% em todos os classificadores.
Abstract: Epilepsy is a brain disorder characterized by recurrent epileptic seizures that affects approximately 50 million people worldwide, making it one of the most common neurological diseases. The electroencephalogram (EEG) is an electrophysiological monitoring method that records the electrical activity of the brain and is widely used in the detection and analysis of epileptic seizures. However, it is often difficult to identify subtle but critical changes in the EEG waveform through visual inspection.The EEG signals are nonlinear and non-stationary in nature, which contribute to further complexities related to their manual interpretation and detection of normal and abnormal (interictal and ictal) activities. Therefore, there is a need for a computer aided diagnostic system to automatically identify the anormal activities. It was found that the use of the attribute vector with the MFCC coefficients presented the best performance among the extraction methods, obtaining a sensitivity of 97%, specificity of 98% and a mean of 99.8% in all classifiers.In this dissertation we propose a system to aid the patient diagnosis in specific, in which a comparison was made between four methods of extraction of aracteriststicas: Power Spectral Density, Linear Predictive Coding, Mel-Frequency Cepstral Coefficients and covariance matrix. These extraction methods were combined in scenarios with three types of randomized pattern classifiers: Extreme Learning Machine, Random Kitchen Sinks and Minimal Learning Machine. And for the purpose of comparison was used the classifier Support Vector Machine. In the simulations performed, the proposed scenarios used files with about one hour (in some cases up to four hours), were used and the results pointed out that the random classifiers are dependent on the method of extraction of characteristics used. It was found that the use of the attribute vector with MFCC coefficients presented the best performance among the extraction methods, obtaining a sensitivity of 97%, specificity of 98% and a mean of 99.8% in all classifiers.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40928
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