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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46780| ORCID: | http://orcid.org/0009-0000-9801-7086 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| Título: | Machine learning applied for the motor pattern classification of pen-and-paper spiral drawings in Parkinson’s disease |
| Título (s) alternativo (s): | Aprendizado de máquina aplicado à classificação de padrões motores de desenhos em espiral feitos à mão em pacientes com doença de Parkinson |
| Autor: | Milken, Pedro Henrique Bernardes Caetano |
| Primer orientador: | Andrade, Adriano de Oliveira |
| Primer coorientador: | Nóbrega, Lígia Reis |
| Primer miembro de la banca: | Mendes, Luanne Cardoso |
| Segundo miembro de la banca: | Delis, Alberto López |
| Resumen: | A doença de Parkinson (DP) é um distúrbio neurodegenerativo progressivo caracterizado por comprometimento do controle motor voluntário, manifestando-se mais comumente como tremores, bradicinesia e rigidez muscular. Apesar dos avanços significativos na compreensão da DP, a avaliação clínica continua sendo o principal método para diagnóstico e monitoramento da doença, muitas vezes dependendo de avaliações subjetivas. A análise de espirais surgiu como uma técnica promissora, de baixo custo e não invasiva para a quantificação objetiva dos sintomas motores através do estudo de espirais desenhadas à mão. Ao contrário de estudos anteriores que utilizaram tablets de digitalização e canetas digitais, a presente pesquisa investiga a viabilidade do uso de espirais tradicionais em papel e caneta em um ambiente clínico. Este estudo tem como objetivo desenvolver ferramentas objetivas para auxiliar os profissionais de saúde na tomada de decisões clínicas. Faz parte de um projeto mais amplo chamado PARKINSON BRASIL, que busca desenvolver um banco de dados nacional abrangente contendo aspectos multidimensionais de indivíduos com doença de Parkinson. Quatro arquiteturas de deep learning—VGG16, ResNet50, MobileNetV2 e Xception—foram empregadas para a extração de características, seguidas pela classificação usando códigos de saída de correção de erro (ECOC). Os participantes foram classificados em grupos de PD ou controle, e os participantes com PD foram ainda categorizados em estágios da doença de acordo com a escala de Hoehn e Yahr. O desempenho do modelo foi avaliado usando métricas padrão, incluindo precisão e F1-score. Xception obteve o melhor desempenho geral. ResNet50 e VGG16 também demonstraram alta precisão em seu desempenho. Os resultados demonstram que a análise de espiral em papel e caneta, quando integrada com técnicas de aprendizado de máquina, possui um potencial significativo como uma ferramenta complementar para o diagnóstico e monitoramento da doença de Parkinson em ambientes clínicos. |
| Abstract: | Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by impaired voluntary motor control, most commonly manifesting as tremors, bradykinesia, and muscle rigidity. Despite significant advancements in the understanding of PD, clinical evaluation remains the primary method for diagnosis and disease monitoring, often relying on subjective assessments. Spiral analysis has emerged as a promising, low-cost, and noninvasive technique for the objective quantification of motor symptoms through the study of hand-drawn spirals. Unlike previous studies that utilized digitizing tablets and digital pens, the present research investigates the feasibility of using traditional pen-and-paper spirals in a clinical setting. This study aims to develop objective tools to assist healthcare professionals in clinical decision-making. It is part of a broader project called PARKINSON BRASIL, which seeks to develop a comprehensive national database containing multidimensional aspects of individuals with Parkinson’s disease. Four deep learning architectures— VGG16, ResNet50, MobileNetV2, and Xception—were employed for feature extraction, followed by classification using error-correcting output codes (ECOC). Participants were classified into either PD or control groups, and PD participants were further categorized into disease stages according to the Hoehn and Yahr scale. Model performance was evaluated using standard metrics, including accuracy and F1-score. Xception achieved the best overall performance. ResNet50 and VGG16 also demonstrated high precision in their performance.The findings demonstrate that pen-and-paper spiral analysis, when integrated with machine learning techniques, holds significant potential as a complementary tool for the diagnosis and monitoring of Parkinson’s disease in clinical environments. |
| Palabras clave: | Parkinson’s disease Deep Learning Spiral Analysis Convolutional Neural Network Machine learning |
| Área (s) del CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS |
| Tema: | Engenharia biomédica |
| Idioma: | eng |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica |
| Cita: | MILKEN, Pedro Henrique Bernardes Caetano. Machine learning applied for the motor pattern classification of pen-and-paper spiral drawings in Parkinson’s disease. 2025. 64 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.488. |
| Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.488 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46780 |
| Fecha de defensa: | 8-ago-2025 |
| Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. |
| Aparece en las colecciones: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Biomédica |
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| MachineLearningApplied.pdf | Dissertação | 18.18 MB | Adobe PDF | ![]() Visualizar/Abrir |
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