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Critères spatial et spectral pour la détection des fuseaux du sommeil en EEG

Godbout, Jonathan (2013). Critères spatial et spectral pour la détection des fuseaux du sommeil en EEG. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les fuseaux du sommeil sont des oscillations relativement rapides d’environ une seconde qui caractérisent le stade 2 du sommeil observé en EEG. Cette activité sporadique aurait un rôle dans la protection du sommeil et les processus de mémoire et de plasticité cérébrale. Plusieurs détecteurs automatiques ont été proposés pour assister ou remplacer l’expert dans l’identification des fuseaux. La problématique persistante est que ces algorithmes détectent en général trop d’évènements et que le compromis entre sensibilité (Se) et spécificité (Sp) est délicat à atteindre. Dans le présent travail, on propose un détecteur semi-automatique et supervisé qui ajoute une phase de spécificité spatiale et fréquentielle à une phase sensible basée sur des critères validés dans la littérature.

Dans la phase sensible, les évènements candidats sélectionnés (bande 10Hz-16Hz) sont ceux dont les caractéristiques d’amplitude et de rapport spectral rejettent une hypothèse nulle (p < 0.1), soit l’évènement considéré n’est pas un fuseau. Cette hypothèse nulle est construite à partir des évènements se manifestant durant les stades REM identifiés par un expert. Dans la phase spécifique, une classification hiérarchique des candidats est faite sur les caractéristiques de fréquence et de position spatiale (axe antéro-postérieur). La classe sélectionnée est celle regroupant la majorité d’un ensemble de fuseaux marqués par l’expert. À la première phase, on obtient Se = 93.2% et Sp = 89.0%. À la deuxième phase, on obtient Se = 85.4% et Sp = 95.5%. Les résultats suggèrent que l’aspect spatio-fréquentiel est caractéristique des fuseaux et peut contribuer à perfectionner les méthodes de détection automatique.

Résumé traduit

Sleep spindles are short bursts of relatively high frequency oscillations occurring mainly during stage 2 sleep as observed in EEG. This sporadic activity is thought to have a role in sleep integrity protection, memory processes and plasticity. Many automatic detectors have been proposed to assist or replace the expert in the task of identifying sleep spindles. The persistent problem is that these algorithms usually detect too many events and that the compromise between sensitivity (Se) and specificity (Sp) is difficult to achieve. In this work, we propose a semi-automatic and supervised detector which adds a specificity phase, using spatial and frequency criteria, to a sensitivity phase based on proven criteria in the literature.

In the sensitivity phase, selected candidate events (10Hz-16Hz band) are those whose amplitude and spectral ratio characteristics reject a null hypothesis (p <0.1), which is that the considered event is not a spindle. This null hypothesis is constructed from events occurring during REM stages identified by an expert. In the specificity phase, a hierarchical clustering of the candidates is done on the frequency and spatial position (anterior-posterior)characteristics. The selected class is the one grouping the majority of a set of spindles marked by an expert. In the first phase, we obtain Se = 93.2% and Sp = 89.0%. In the second phase, we obtain Se = 85.4% and Sp = 95.5%. Results suggest that spatio-frequency criteria are characteristic to spindles and can help improve automatic detection methods.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration personnalisée" Bibliogr. : p. [103]-108.
Mots-clés libres: Sommeil. Électroencéphalographie. Rythme sigma. classification, critère, détection, fréquence, hiérarchique, spatial, spectral, temps, fuseaux du sommeil
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lina, Jean-Marc
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Carrier, Julie
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 18 juin 2013 17:38
Dernière modification: 10 mars 2017 01:49
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1173

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