Electroencephalogram signal analysis based on the improved k-nearest neighbor network

Yu, Xian; Liu, Chengcheng; Wang, Jun; Dai, Jiao; Li, Jin; Hou, Fengzhen

doi:10.1109/cisp-bmei.2016.7852953

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“…Essa técnica, que se mostrou robusta, também foi capaz de distinguir a doença com respeito a sua severidade. Yu et al (2016) faz a comparação dos coeficientes de aglomeração com o espectro de potência de EEG de pacientes saudáveis e com epilepsia com o espectro para determinar qual é o mais discriminativo. Os coeficientes de aglomeração são extraídos de uma rede k vizinhos mais próximos adaptativos construída do EEG.…”

Section: Análise De Séries Temporais Por Meio De Redes Complexasunclassified

Classificação de sinais de epilepsia utilizando redes complexas

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Contexto: Epilepsia não é uma única doença, mas uma família de síndromes que compartilham a recorrência de crises. Estima-se que 3% da população em geral terá epilepsia em algum momento em suas vidas. A detecção de crises epiléticas é frequentemente feita através da análise de exames de eletroencefalografia. Há várias dificuldades na detecção de crises, variabilidade entre pessoas, localização do conteúdo espectral, interferências, dentre outras. Motivação: Há um crescente uso com bons resultados de redes complexas para análise de séries temporais, mas poucos destes são voltados à análise de sinais de epilepsia. Os trabalhos que analisam epilepsia, em geral, negligenciam uma análise estatística rigorosa. Ainda há dúvida quanto à utilização de algoritmos prospectivos para predição de crises. Métodos: As séries temporais são analisadas utilizando 7 tamanhos diferentes de janelas, 256, 303, 512, 910, 1.024, 2.048, e 2.730 pontos. São utilizados 6 algoritmos de conversão de série temporal em rede complexa, redes de k vizinhos mais próximos, redes de k vizinhos mais próximos adaptativos, redes de epsilon vizinhança, redes cíclicas, redes de transição, e grafos de visibilidade. Cada um desses algoritmos têm seus parâmetros, e no total são realizadas 75 conversões. Para cada rede complexa gerada, são extraídas 21 medidas que as caracterizam. Com a extração dessas medidas, um novo conjunto de dados é formado e utilizado para treinar 37 classificadores diferentes, divididos em 4 classes, análise de discriminante linear, árvore de decisão, k vizinhos mais próximos, e máquina de vetores de suporte. É utilizada uma validação cruzada com 10-folds numa parte do conjunto de dados separada para o treino dos classificadores, e apenas o melhor classificador dentre os 37 foi selecionado em cada conversão realizada. No conjunto de teste, é feita a estimativa de desempenho do melhor classificador, que é então comparado à um preditor aleatório e ao estado da arte. Resultados: A rede de epsilon vizinhança obteve o melhor resultado, com 100% de acurácia no conjunto de teste em quase todos os cenários, com janelas de tamanho pequeno e com a análise de discriminante linear. As outras redes também tiveram bons resultados, comparáveis ao estado da arte, exceto a rede de transição cujo desempenho foi ruim. Conclusão: Foi possível desenvolver um algoritmo prospectivo com classificador linear utilizando a rede de epsilon vizinhança, com desempenho comparável ao estado da arte e com rigorosa avaliação estatística, e não apenas utilizando a acurácia como medida de desempenho. Palavras-chave: Classificação, Redes Complexas, EEG, Epilepsia. ABSTRACT CESTARI, D. M. Classification of epileptic signals using complex networks. 2017. 192 p. Dissertação (Mestrado em Ciências -Context: Epilepsy is not a single disease, but a family of syndromes that share recurrent seizures. It is estimated that 3% of the population will have epilepsy at some moment of their life. Seizure detection is frequently done through EEG analysis. There are several difficulties i...

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