De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing

Pieter Buteneers de proef burgerlijk elektrotechnisch ingenieur: optie ICT

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing Promotoren: prof. dr. ir. Dirk Stroobandt prof. dr. ir. Jan Van Campenhout Begeleiders: dr. ir. Benjamin Schrauwen ir. David Verstraeten De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing 1. Inleiding 2. SWD detectie 3. Tonisch-clonische aanvallen 4. Verder werk 5. Besluit De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Waarom aanvalsdetectie? De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Waarom aanvalsdetectie? Medicatie heeft vele bijwerkingen: gevoel van dronkenschap duizeligheid slaperigheid traagheid gebrek aan eetlust misselijkheid... De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Waarom aanvalsdetectie? Medicatie heeft vele bijwerkingen Oplossing: Snelwerkende medicatie toedienen bij een opkomende aanval De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Een voorbeeld van een aanval: De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Start aanval

1. Inleiding De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers nervusvagusstimulatiemedicatiehersenstimulatie

1. Inleiding Reservoir Computing De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Reservoir Computing Voor classificatie Aanval - Geen aanval De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Reservoir Computing Voor classificatie Aanval - Geen aanval Analoge neuronen Met laagdoorlaat filter Instelbare dynamiek van het netwerk De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Het neuron De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Het neuron De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Het neuron De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

1. Inleiding Reservoir opstelling De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing 1. Inleiding 2. SWD detectie 3. Tonisch-clonische aanvallen 4. Verder werk 5. Besluit De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2. SWD detectie 2.1.Inleiding 2.2.De reservoir opstelling 2.3.Naverwerking 2.4.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.1. Inleiding Wat zijn SWD’s? Spike-Wave Discharges Veralgemeende niet-tonische epileptische aanvallen Absence epilepsie Goed te behandelen met medicatie 8 tot 130 seconden Quasi periodisch - Harmonische structuur ± 8, 16 en 24 Hz De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.1. Inleiding De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.1. Inleiding De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2. SWD detectie 2.1.Inleiding 2.2.De reservoir opstelling 2.3.Naverwerking 2.4.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.2. De reservoir opstelling 200 Neuronen De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Ingang Uitgang

2.2. De reservoir opstelling Geoptimaliseerd voor maximale spreiding De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers samples = 1,6 minuten

2. SWD detectie 2.1.Inleiding 2.2.De reservoir opstelling 2.3.Naverwerking 2.4.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.3. Naverwerking Gemiddelde niet-overlappende intervallen Lengte = 1,2 seconden De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.3. Naverwerking Gemiddelde niet-overlappende intervallen Lengte = 1,2 seconden Detectievoorwaarde: Tenminste 2,9 seconden boven threshold De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2. SWD detectie 2.1.Inleiding 2.2.De reservoir opstelling 2.3.Naverwerking 2.4.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.4. Evaluatie ROC-curves Receiver Operating Characteristic Sensitiviteit tegen specificiteit Reactiesnelheid Tijd nodig om aanval te detecteren De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.4. Evaluatie ROC curves Receiver Operating Characteristic Sensitiviteit tegen specificiteit De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.4. Evaluatie ROC curves Sensitiviteit: Kans dat test positief is als er effectief wel een aanval is Specificiteit: Kans dat test negatief is als er effectief geen aanval is Grotere oppervlakte – Betere prestatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.4. Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.4. Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Van Hese – TSM0γ

2.4. Evaluatie ROC curves Sensitiviteit tegen specificiteit Reactiesnelheid Tijd nodig om aanval te detecteren De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

2.4. Evaluatie The detection of epileptic seizures using Reservoir ComputingPieter Buteneers Gemiddelde reactietijd: 31 samples ± 0,3 seconde Standaardafwijking: 19 samples ± 0,2 seconden Met naverwerking => Gemiddelde reactietijd > 1,5 seconden !!!

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing 1. Inleiding 2. SWD detectie 3. Tonisch-clonische aanvallen 4. Verder werk 5. Besluit De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3. Tonisch-clonische aanvallen 3.1.Inleiding 3.2.De reservoir opstelling 3.3.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.1. Inleiding Wat zijn tonisch-clonische aanvallen? De gekende stuiptrekkingen Minder goed te behandelen met medicatie Veel kans op foute val voor patiënt Duren 40 seconden tot 13 minuten Geen duidelijke harmonische structuur => Detectiesysteem kan veel voordelen bieden De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.1. Inleiding De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers 50 seconden

3.1. Inleiding De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.1. Inleiding 3.2.De reservoir opstelling 3.3.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.2. De reservoir opstelling 200 Neuronen De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Ingang Uitgang

3.2. De reservoir opstelling De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3. Tonisch-clonische aanvallen 3.1.Inleiding 3.2.De reservoir opstelling 3.3.Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.3. Evaluatie ROC curves Sensitiviteit tegen specificiteit Reactiesnelheid Tijd nodig om aanval te detecteren De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.3. Evaluatie De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Oppervlakte = 0,973 Oppervlakte = 0,993

3.3. Evaluatie ROC curves Sensitiviteit tegen specificiteit Reactiesnelheid Tijd nodig om aanval te detecteren De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

3.3. Evaluation De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Eerste afgeleide: Gemiddelde reactietijd: 153 samples ± 1,5 seconden Standaardafwijking: 155 samples ± 1,5 seconden Niet-voorverwerkte data: Gemiddelde reactietijd: 103 samples ± 1 seconde Standaardafwijking: 207 samples ± 2 seconden

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing 1. Inleiding 2. SWD aanvallen 3. Tonisch-clonische aanvallen 4. Verder werk 5. Besluit De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

4. Verder werk Algemeen: Menselijke EEG’s Scalp-EEG Voorspelling Extra inputs: ECG,... … De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

4. Verder werk Meer onderzoek naar tonisch-clonische aanvallen Doel: Oppervlakte onder ROC verder vergroten De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

4. Verder werk Meer onderzoek naar tonisch-clonische aanvallen Doel: Oppervlakte onder ROC verder vergroten Middel: Voorverwerking Naverwerking Tweede sneller reservoir... De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing 1. Inleiding 2. SWD aanvallen 3. Tonisch-clonische aanvallen 4. Verder werk 5. Besluit De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

5. Besluit Detectie van epileptische aanvallen met Reservoir Computing geeft goede resultaten. Er is zeker nog werk voordat alle mogelijkheden benut zijn... De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers

De detectie van epileptische aanvallen met Reservoir ComputingPieter Buteneers Bedankt voor uw aandacht! Vragen? Bedankt voor uw aandacht! Vragen?