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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.55.2019.tde-27032019-111111
Documento
Autor
Nome completo
Jefferson Tales Oliva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Rosa, João Luis Garcia (Presidente)
Carvalho, André Carlos Ponce de Leon Ferreira de
Gudwin, Ricardo Ribeiro
Silva Filho, Antonio Carlos Roque da
Título em português
Geração automática de laudos médicos para o diagnóstico de epilepsia por meio do processamento de eletroencefalogramas utilizando aprendizado de máquina
Palavras-chave em português
Aprendizado de máquina
Classificação multiclasse
Eletroencefalograma
Laudos médicos
Processamento de sinais
Resumo em português
A epilepsia, cujas crises são resultantes de distúrbios elétricos temporários no cérebro, é a quarta enfermidade neurológica mais comum, atingindo aproximadamente 50 milhões de pessoas. Essa enfermidade pode ser diagnosticada por meio de eletroencefalogramas (EEG), que são de elevada importância para o diagnóstico de enfermidades cerebrais. As informações consideradas relevantes desses exames são descritas em laudos médicos, que são armazenados com o objetivo de manter o histórico clínico do paciente e auxiliar os especialistas da área médica na realização de procedimentos futuros, como a identificação de padrões de determinadas enfermidades. Entretanto, o crescente aumento no armazenamento de dados médicos inviabiliza a análise manual dos mesmos. Outra dificuldade para a análise de EEG é a variabilidade de opiniões de especialistas sobre um mesmo padrão observado, podendo aumentar a dificuldade para o diagnóstico de enfermidades cerebrais. Também, os exames de EEG podem conter padrões relevantes difíceis de serem observados, mesmo por profissionais experientes. Da mesma forma, nos laudos podem faltar informações e/ou conter erros de digitação devido aos mesmos serem preenchidos apressadamente por especialistas. Assim, neste trabalho foi desenvolvido o método computacional de geração de laudos médicos (automatic generation of medical report AutoGenMR), que tem o propósito de auxiliar especialistas da área médica no diagnóstico de epilepsia e em tomadas de decisão. Esse processo é aplicado em duas fases: (1) construção de classificadores por meio de métodos de aprendizado de máquina e (2) geração automática de laudos textuais. O AutoGenMR foi avaliado experimentalmente em dois estudos de caso, para os quais, em cada um foi utilizada uma base de EEG disponibilizada publicamente e gratuitamente. Nessas avaliações foram utilizadas as mesmas configurações experimentais para a extração de características e construção de classificadores (desconsiderando que um dos problemas de classificação é multiclasse e o outro, binário). No primeiro estudo de caso, os modelos preditivos geraram, em média, 89% das expressões de laudos. Na segunda avaliação experimental, em média, 76% das sentenças de laudos foram geradas corretamente. Desse modo, os resultados de ambos estudos são considerados promissores, constatando que o AutoGenMR pode auxiliar especialistas na identificação de padrões relacionados a eventos epiléticos, na geração de laudos textuais padronizados e em processos de tomadas de decisão.
Título em inglês
Automatic Generation of Medical Reports for Epilepsy Diagnosis through Electroencephalogram Processing using Machine Learning
Palavras-chave em inglês
Electroencephalogram
Machine learning
Medical reports
Multiclass classification
Signal processing
Resumo em inglês
Epilepsy, which seizures are due to temporary electrical disturbances in the brain, is the fourth most common neurological disorder, affecting 50 million people, approximately. This disease can be diagnosed by electroencephalograms (EEG), which have great importance for the diagnosis of brain diseases. The information considered relevant in these tests is described in textual reports, which are stored in order to maintain the patients medical history and assist medical experts in performing such other procedures as the standard identification of certain diseases. However, the increasing medical data storage makes it unfeasible for manual analysis. Another challenge for the EEG analysis is the diversity of expert opinions on particular patterns observed and may increase the difficulty in diagnosing diseases of the brain. Moreover, the EEG may contain patterns difficult to be noticed even by experienced professionals. Similarly, the reports may not have information and/or include typographical errors due to its rushed filling by experts. Thereby, in this work, the automatic generation of medical report (AutoGenMR) method was developed in order to assist medical experts in the diagnosis of epilepsy and decision making. This method is applied in two phases: (1) classifier building by machine learning techniques and (2) automatic report generation. The AutoGenMR was computed in two case studies, for which, a public and freely available EEG database was used in each one. In both studies, the same experimental settings for feature extraction and classifier building were used. In the first study case, the classifiers correctly generated, on average, 89% of the report expressions. In the second experiment, on average, 76% of the report sentences were successfully generated. In this sense, the results of both studies are considered promising, noting that the AutoGenMR can assist medical experts in the identification of patterns related to epileptic events, standardized textual report generation, and in decision-making processes.
 
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Data de Publicação
2019-03-27
 
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