Modelo Híbrido Inception-XGB para Discriminação de Padrões Artefatuais em Eletroencefalografia de Pacientes com Epilepsia

dc.contributor.advisor-co1ROCHA, Fernando Allan de Farias
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3882851981484245
dc.contributor.advisor-co1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-6148-1050
dc.contributor.advisor1DUARTE, Bruno Gomes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9683781944622076
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-3995-3696
dc.contributor.memberPEREIRA JÚNIOR, Antônio
dc.contributor.memberSOUZA, Givago da Silva
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1402289786010170
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5705421011644718
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-0808-1058
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-4525-3971
dc.creatorSILVA, Arthur Gonsales da
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6368185321786772
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0009-0008-8384-6381
dc.date.accessioned2026-09-15T11:41:07Z
dc.date.available2026-09-15T11:41:07Z
dc.date.issued2022-03-28
dc.description.abstractThe aim of this study is to compare the performance of different machine learning algorithms for the task of discriminating four artifactual patterns of common occurrence in electroencephalography (EEG) recordings. These patterns were processed by an Inception Convolutional Neural Network (CNN) from EEG recorded from epilepsy patients. The EEG was part of a public available dataset. A total of 200 patients participated in the study, 100 men and 100 women, with varying ages and associated comorbidities. For feature engineering we used the Hilbert-Huang Transform (HHT) to obtain instantaneous power and phase from EEG samples comprising one second of recording each. They contained artifacts distributed in four classes: a) eye movement, b) muscle movement, c) electrostatic noise, and d) shivering. The two-dimensional samples composed of power and phase were processed by the Inception architecture where they were reduced to a one-dimensional vector and then fed to four different machine learning algorithms, namely: a) Extreme Gradient Boosting (XGB), b) Random Forest Classifier (RFC), c) K-Neighbors Classifier (k-NN), and d) Logistic Regression (LR). The average accuracy of each model, per training instance, was compared using ANOVA in order to verify the existence of statistical difference among models. The results demonstrated that the XGB algorithm had the best performance, reaching an accuracy score of 94.82%, outperforming the baseline model, which reached an accuracy score of 83.97% when trained with raw EEG data. This established an unprecedented Inception-XGB hybrid model together with an efficient feature extraction process.
dc.description.resumoO objetivo deste trabalho foi comparar o desempenho de diferentes algoritmos de aprendizado de máquina em uma tarefa de classificação de quatro tipos de padrões artefatuaiscomumente encontrados em registros de Eletroencefalografia (EEG). Os padrões foramprocessados usando uma Rede Neural Convolucional (CNN) do tipo Inception. Foram usados registros de pacientes portadores de Epilepsia de uma base pública de dados. Um total de 200 pacientes participaram do estudo, sendo 100 homens e 100 mulheres, comidades e comorbidades associadas variadas. Na engenharia de dados nós utilizamos a Transformada de Hilbert-Huang (HHT) para extração de potência e fase instantâneas de amostras correspondendo à 1 segundo de registro cada, distribuídas em quatro classes de padrões artefatuais. Sendo estas: a) movimento ocular, b) movimento muscular, c) ruído eletrostático, e d) tremores musculares. As amostras bidimensionais compostas por potência e fase foram processadas pela arquitetura Inception, reduzidas à um vetor unidimensional e então alimentaram quatro diferentes algoritmos de aprendizado de máquina, sendo estes: a) Extreme Gradient Boosting (XGB), b) Random Forest Classifier (RFC), c) K-Neighbors Classifier (k-NN) e d) Logistic Regression (LR). A média das acurácias de cada modelo, por instancia de treinamento (fold), foi comparada através do teste estatístico ANOVA, para verificar diferenças estatísticas entre os modelos. Os resultados mostraram que o algoritmo XGB obteve melhor performance, com acurácia de 94.82% aproximadamente 13% mais preciso que o modelo linha de base, que teve acurácia de 83.97% quando treinado nos dados brutos. Foi estabelecido assim um modelo final híbrido Inception-XGB inédito, em conjunto com um eficiente processo de extração de características.
dc.identifier.citationSILVA, Arthur Gonsales da. Modelo Híbrido Inception-XGB para Discriminação de Padrões Artefatuais em Eletroencefalografia de Pacientes com Epilepsia. Orientador: Bruno Gomes Duarte. 2022. 44 f. Dissertação (Mestrado em Neurociências e comportamento) - Núcleo de Teoria e Pesquisa do Comportamento, Universidade Federal do Pará, Belém, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18704. Acesso em: .
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18704
dc.languagePORTUGUÊSpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentNúcleo de Teoria e Pesquisa do Comportamentopt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Neurociências e Comportamentopt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.sourcePDF
dc.source.urihttps://ppgnc.propesp.ufpa.br/index.php/br/teses-e-dissertacoes/dissertacoes/299-2022
dc.subjectAprendizado de máquina
dc.subjectClassificação
dc.subjectClassification
dc.subjectEletro encefalografia
dc.subjectEpilepsia
dc.subjectEpilepsy
dc.subjectElectroencephalography
dc.subjectMachine learning
dc.subjectSérie temporal
dc.subjectTime-series
dc.subject.areadeconcentracaoNEUROCIÊNCIAS E COMPORTAMENTOpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS HUMANAS::PSICOLOGIA
dc.subject.linhadepesquisaProcessos Comportamentais Complexos
dc.titleModelo Híbrido Inception-XGB para Discriminação de Padrões Artefatuais em Eletroencefalografia de Pacientes com Epilepsia
dc.typeDissertaçãopt_BR

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