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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6494
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | ANÁLISE DA CLASSIFICAÇÃO DE CRISES EPILÉPTICAS COM BASE EM CARACTERÍSTICAS ESTATÍSTICAS DOS MOMENTOS CONJUNTOS DA DISTRIBUIÇÃO TEMPO-FREQUÊNCIA DE SINAIS EEG UTILIZANDO TRANSFORMADA WAVELET CONTÍNUA E REDES NEURAIS PROFUNDAS |
Título(s) alternativo(s): | Analysis of the Classification of Epileptic Seizures Based on Statistical Characteristics of the Joint Moments of the Time-Frequency Distribution of EEG Signals Using Continuous Wavelet Transform and Deep Neural Networks |
Autor: | SAMPAIO, Diego Dutra ![]() |
Primeiro orientador: | BARROS FILHO, Allan Kardec Duailibe |
Primeiro coorientador: | ROCHA, Priscila Lima |
Primeiro membro da banca: | BARROS FILHO, Allan Kardec Duailibe |
Segundo membro da banca: | ROCHA, Priscila Lima |
Terceiro membro da banca: | SOUZA, Francisco das Chagas de |
Quarto membro da banca: | SILVA, Washington Luis Santos |
Resumo: | A epilepsia é uma condição neurológica crônica caracterizada por crises recorrentes, decorrentes de descargas elétricas cerebrais anormais, excessivas e sincrônicas. A adequada classificação dessas crises é essencial para a acurácia diagnóstica e a definição de condutas terapêuticas eficazes. Contudo, a análise visual de sinais de eletroencefalograma (EEG) permanece um procedimento laborioso, sujeito à subjetividade e à variabilidade entre observadores. Neste contexto, esta dissertação propõe uma abordagem automatizada baseada em aprendizado profundo para a classificação de quatro tipos de crises epilépticas: Generalized Non-Specific Seizure (GNSZ) – crise epiléptica generalizada não específica, Complex Partial Seizure (CPSZ) – crise parcial complexa, Focal Non-Specific Seizure (FNSZ) – crise epiléptica focal não específica e Tonic-Clonic Seizure (TCSZ) – crise tônico-clônica, a partir de características estatísticas extraídas de representações tempo-frequência obtidas por meio da Transformada Wavelet Contínua, aplicada a sinais da base pública Temple University Hospital Seizure Corpus (TUSZ). Foram utilizadas três funções wavelet (Morse, Morlet e Bump), e extraíram-se os momentos estatísticos de média, variância, assimetria e curtose nos domínios temporal, espectral e conjunto, os quais serviram de entrada para modelos baseados em Redes Neurais Convolucionais (CNN, do inglês Convolutional Neural Network), Memória de Longo Curto Prazo (LSTM, do inglês Long Short-Term Memory) e em uma arquitetura híbrida CNN-LSTM. Os experimentos indicaram que a combinação da função wavelet Morse com a arquitetura CNN-LSTM e os momentos de variância e curtose resultou no melhor desempenho geral, com acurácia média de 96,8%, precisão de 96,5%, sensibilidade de 96,9% e F1-score de 96,7%. Destaca-se o desempenho na identificação da classe TCSZ, com acurácia de 98,2% e F1-score de 98,0%. A função Morse obteve desempenho superior entre as wavelets avaliadas (acurácia média de 95,2%), superando Bump (93,7%) e Morlet (91,8%), resultado atribuído à sua maior capacidade de representar componentes de baixa frequência. Em relação aos atributos estatísticos, a variância demonstrou maior poder discriminativo (94,3%), seguida pela curtose (92,7%), enquanto a média apresentou desempenho inferior (acurácia abaixo de 84%). Os resultados demonstram o potencial da integração entre análise tempo-frequência e redes neurais profundas no desenvolvimento de sistemas inteligentes de apoio ao diagnóstico clínico da epilepsia. |
Abstract: | Epilepsy is a chronic neurological condition characterized by recurrent seizures resulting from abnormal, excessive, and synchronous brain discharges. Accurate classification of these seizures is essential for diagnostic precision and the establishment of effective therapeutic strategies. However, the visual analysis of electroencephalogram (EEG) signals remains a laborious process, subject to subjectivity and inter-observer variability. In this context, this dissertation proposes an automated deep learning-based approach for classifying four types of epileptic seizures: Generalized Non-Specific Seizure (GNSZ), Complex Partial Seizure (CPSZ), Focal Non-Specific Seizure (FNSZ), and Tonic-Clonic Seizure (TCSZ). Statistical features were extracted from time-frequency representations obtained through the Continuous Wavelet Transform (CWT), applied to signals from the public Temple University Hospital Seizure Corpus (TUSZ) database. Three wavelet functions (Morse, Morlet, and Bump) were evaluated, from which statistical moments of mean, variance, skewness, and kurtosis were calculated in temporal, spectral, and joint domains. These features were used as input for models based on Convolutional Neural Networks (CNN), Long Short-Term Memory (LSTM) networks, and a hybrid CNN-LSTM architecture. The results showed that the combination of the Morse wavelet with the CNN-LSTM architecture and the variance and kurtosis features achieved the best overall performance, with an average accuracy of 96.8%, precision of 96.5%, sensitivity of 96.9%, and F1-score of 96.7%. The TCSZ class stood out, with accuracy of 98.2% and F1-score of 98.0%. Among the evaluated wavelets, Morse achieved the best performance (95.2%), outperforming Bump (93.7%) and Morlet (91.8%), a result attributed to its greater ability to represent low-frequency components. Regarding statistical features, variance demonstrated the highest discriminative power (94.3%), followed by kurtosis (92.7%), while the mean showed inferior performance (accuracy below 84%). These findings highlight the potential of integrating time-frequency analysis and deep neural networks in the development of intelligent systems to support the clinical diagnosis of epilepsy. |
Palavras-chave: | Tipos de epilepsia; sinais EEG; transformada wavelet contínua; redes neurais de aprendizagem profunda; análise tempo-frequência Epilepsy types; EEG signals; continuous wavelet transform; deep learning neural networks; time-frequency analysis |
Área(s) do CNPq: | Modelos Analíticos e de Simulação |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
Sigla da instituição: | UFMA |
Departamento: | DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET |
Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET |
Citação: | SAMPAIO, Diego Dutra. Análise da classificação de crises epilépticas com base em características estatísticas dos momentos conjuntos da distribuição tempo-frequência de sinais eeg utilizando transformada wavelet contínua e redes neurais profundas. 2025. 130 f. Dissertação( Programa de Pós-graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6494 |
Data de defesa: | 18-Ago-2025 |
Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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DIEGO DUTRA SAMPAIO.pdf | Dissertação de Mestrado | 3,79 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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