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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43692
ORCID: | http://orcid.org/0009-0000-6048-2791 |
Document type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Redes neurais convolucionais baseadas em filtros espaciais para prognóstico de pacientes em coma via sinais EEG |
Author: | Oliveira, Gustavo Borges Silva |
First Advisor: | Carneiro, Murillo Guimarães |
First member of the Committee: | Travençolo, Bruno Augusto Nassif |
Second member of the Committee: | Bissaro, Lucas Zago |
Summary: | Nos últimos anos, houveram avanços significativos na detecção e recuperação de pacientes que sofrem de diferentes graus de perda de consciência. No entanto, a obtenção de um prognóstico confiável continua sendo um desafio. O desenvolvimento de novas arquiteturas, bem como o uso de arquiteturas existentes de aprendizado de máquina, aplicados aos exames de EEG, podem beneficiar a tarefa de obtenção de prognósticos mais confiáveis para pacientes em coma. Portanto, o objetivo deste trabalho foi o de desenvolver e avaliar modelos de aprendizado profundo com o intuito de gerar prognósticos confiáveis para pacientes em coma utilizando dados de EEG. Foram utilizadas 121 amostras de traçado de EEG, que consistiu em 42 amostras com desfecho favorável e 79 com desfecho desfavorável. Dentro de cada registro, os neurologistas segmentaram 10 trechos considerados significativos para a elaboração do prognóstico do paciente. Estes trechos, com duração de 2 segundos cada, apresentam diferentes resoluções temporais, com a frequência de amostragem dos exames variando entre 100Hz e 600Hz. Foram investigadas duas abordagens para o processamento dos dados. Na primeira, foram usados 9 de 10 trechos previamente separados pelos especialistas. Na segunda, foram selecionados aleatoriamente 9 trechos diretamente do traçado original, sem possibilidade de sobreposição. Em ambos os casos, as amostras passaram por um processo de reamostragem, padronizando a frequência de amostragem do conjunto de dados em 100Hz e 200Hz. As arquiteturas escolhidas para o desenvolvimento dos modelos foram a Deep ConvNet, Shallow ConvNet e EEGNet, todas apoiadas, majoritariamente, em camadas convolucionais para aprendizado de padrões temporais e espaciais relevantes para o problema em estudo. Simulações foram conduzidas considerando validação cruzada com 10 pastas, sendo que em cada iteração o conjunto de treino foi submetido a um algoritmo de aumento de dados realizado por uma implementação da técnica FTSurrogate. As métricas de avaliação utilizadas foram a acurácia, especificidade, sensibilidade e F1-Score. As três arquiteturas apresentaram bom desempenho, principalmente quando submetidas à classificação de trechos de EEG selecionados por especialistas. Nesse contexto, a arquitetura Shallow ConvNet obteve destaque nos experimentos que consideraram a frequência de amostragem dos exames em 100Hz e 200Hz, enquanto a Deep ConvNet se destacou quando a frequência foi padronizada em 200Hz. Os modelos desenvolvidos e avaliados neste trabalho apresentaram bom desempenho, com potencial de contribuir significativamente para a prática clínica, como ferramentas auxiliares, eficazes e confiáveis, no prognóstico de pacientes em estado de coma. |
Abstract: | In recent years, there have been significant advances in the detection and recovery of patients suffering from varying degrees of loss of consciousness. However, obtaining a reliable prognosis remains a challenge. The development of new architectures, as well as the use of existing machine learning architectures, applied to EEG exams, can benefit the task of obtaining more reliable prognoses for coma patients. Therefore, the objective of this work was to develop and evaluate deep learning models with the aim of generating reliable prognoses for coma patients using EEG data. 121 EEG tracing samples were used, which consisted of 42 samples with a favorable outcome and 79 with an unfavorable outcome. Within each record, the neurologists segmented 10 sections considered significant for preparing the patient’s prognosis. These excerpts, lasting 2 seconds each, have different temporal resolutions, with the sampling frequency of the exams varying between 100Hz and 600Hz. Two approaches to data processing were investigated. In the first, 9 out of 10 excerpts previously separated by experts were used. In the second, 9 sections were randomly selected directly from the original route, without the possibility of overlapping. In both cases, the samples went through a resampling process, standardizing the sampling frequency of the data set at 100Hz and 200Hz. The architectures chosen for the development of the models were Deep ConvNet, Shallow ConvNet and EEGNet, all mainly supported by convolutional layers for learning temporal and spatial patterns relevant to the problem in question. study. Simulations were conducted considering crossvalidation with 10 folders, and in each iteration the training set was subjected to a data augmentation algorithm performed by an implementation of the FTSurrogate technique. The evaluation metrics used were accuracy, specificity, sensitivity and F1-Score. The three architectures performed well, especially when subjected to classification of EEG excerpts selected by experts. In this context, the Shallow ConvNet architecture stood out in experiments that considered the sampling frequency of exams at 100Hz and 200Hz, while Deep ConvNet stood out when the frequency was standardized at 200Hz. The models developed and evaluated in this work showed good performance, with the potential to contribute significantly to clinical practice, as effective and reliable auxiliary tools in the prognosis of patients in a state of coma. |
Keywords: | Aprendizado de máquina Aprendizado profundo Sinais de EEG Prognóstico de pacientes em coma Machine learning Deep learning EEG signals Prognosis of patients in coma |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE INFORMACAO |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Quote: | OLIVEIRA, Gustavo Borges Silva. Redes neurais convolucionais baseadas em filtros espaciais para prognóstico de pacientes em coma via sinais EEG. 2024. 52 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Sistemas de Informação) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43692 |
Date of defense: | 2-May-2024 |
Appears in Collections: | TCC - Sistemas de Informação (Uberlândia) |
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