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Título: Classificação diagnóstica de Doença de Alzheimer e demência fronto-temporal a partir da análise de eletroencefalograma por algoritmos de aprendizado de máquina
Título(s) alternativo(s): Diagnostic classification of Alzheimer’s Disease and dementia fronto-temporal from electroencephalogram analysis by machine learning algorithms
Autor(es): Silva, Weber Cláudio Francisco Nunes da
Orientador(es): Mantovani, Rafael Gomes
Palavras-chave: Aprendizado do computador
Alzheimer, Doença de
Processamento de dados
Machine learning
Alzheimer's disease
Data processing
Data do documento: 15-Fev-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Dois Vizinhos
Citação: SILVA, Weber Cláudio Francisco Nunes da. Classificação diagnóstica de Doença de Alzheimer e demência fronto-temporal a partir da análise de eletroencefalograma por algoritmos de aprendizado de máquina. 2024. Monografia (Especialização em Ciência de Dados) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Dois Vizinhos, 2024.
Resumo: A Doença de Alzheimer (DA) é a mais prevalente demência entre os idosos. É uma patologia multifatorial designada como um transtorno neurocognitivo de desenvolvimento gradativo. Uma das primeiras manifestações da doença é a perda de memória e, com sua progressão, tende a afetar outros domínios cognitivos como linguagem, praxia, atenção, funções executivas e orientações espaciais. O diagnóstico da DA é majoritariamente clínico e o tratamento é feito essencialmente com inibidores de acetilcolinesterase e antagonistas dos receptores NMDA (N-metil-D-aspartato). Visando contribuir com uma ferramenta objetiva para auxiliar no diagnóstico, foram desenvolvidos classificadores de doença de Alzheimer e de demência frontotemporal, baseados em análise de dados eletroencefalográficos por algoritmos de aprendizado de máquina. Os dados de eletroencefalogramas foram obtidos já pré-processados de uma base de dados pública, e os classificadores foram elaborados a partir dos seguintes algoritmos de aprendizado de máquina: árvore de decisão, MLP (multi layer perceptron), KNN (knearest neighbour), Random Forest e SVM (support vector machine). O algoritmo de classificação Random Forest obteve a melhor acurácia média (0,6033 ± 0,0985) e a maior média da área sob a curva ROC (0,7189 ± 0,0586) pós validação cruzada (5 folds). O desempenho geral não foi bom, e em parte isso pode se dever ao baixo tamanho amostral (88), afetando todos os algoritmos testados. Ainda, foram extraídas apenas duas características, a média e a entropia. Talvez a extração de mais características possa resultar em uma maior acurácia dos algoritmos.
Abstract: Alzheimer’s disease (AD) is the most prevalent dementia among the elderly. It is a multifactorial pathology designated as a neurocognitive disorder that develops gradually. One of the first manifestations of the disease is memory loss, and as it progresses, it tends to affect other cognitive domains such as language, praxis, attention, executive functions and spatial orientation. The diagnosis of AD is primarily clinical, and treatment is essential with acetylcholinesterase inhibitors and NMDA (N-methyl-D-aspartate) receptor antagonists. In order to provide an objective tool to aid diagnosis, Alzheimer’s disease and frontotemporal dementia classifiers were developed based on analysis of electroencephalographic data using machine learning algorithms. The electroencephalogram data was obtained pre-processed from a public database, and the classifiers were developed using the following machine learning algorithms: decision tree, MLP (multi-layer perceptron), KNN (k-nearest neighbour), Random Forest and SVM (support vector machine). The Random Forest classification algorithm obtained the best average accuracy (0.6033 ± 0.0985) and the highest average area under the ROC curve (0.7189 ± 0.0586) after cross-validation (5 folds). The overall performance was not good, and in part, this may be due to the low sample size (88), affecting all the algorithms tested. In addition, only two features were extracted: the mean and the entropy. Perhaps extracting more features could result in greater accuracy for the algorithms.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40327
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