Caracterização e detecção automática de eventos epileptiformes em sinais de eletroencefalograma por dinâmica simbólica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012.O presente trabalho apresenta uma nova metodologia para caracterização, detecção e classificação de sinais de exames de eletroencefalografia (EEG), visando o aprimoramento e agilidade na obtenção de diagnósticos com o objetivo de auxiliar o profissional de saúde, uma vez que os exames de EEG são caracterizados por longos trechos de registros temporais da atividade elétrica do cérebro, que devem ser minuciosamente examinados pelos médicos. Devido à dificuldade associada à caracterização e à detecção de sinais epileptiformes e à importância do diagnóstico, existem na literatura vários métodos desenvolvidos para abordar este problema, tais como: Métodos Auto-Regressivos (AR), Aproximação da Energia (TEO), Análise de Domínio de Freqüência, Análise de Tempo-Frequência, Transformada de Wavelets e Métodos Não- Lineares como os modelos estatísticos. Porém, nenhum modelo não foi capaz de atingir uma performance inteiramente confiável em seus resultados, onde a média de acertos entre os trabalhos expostos na literatura fica em torno de 80,7%, um índice de acertos que apesar de significativo, ainda não é satisfatório para este tipo de exame. A fim de contribuir para o estudo do problema, propôs-se neste trabalho a aplicação da Dinâmica Simbólica para caracterização dos sinais, que se baseia na representação por seqüências de símbolos do estado do sistema e operadores de mudança de estado, e algoritmos genéticos para a otimização da representação, de forma que os sinais epileptiformes pudessem ser distinguidos dos sinais considerados normais por uma rede neural artificial, treinada para este fim. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia fornece 92,4% de precisão e 96% de acerto. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTThis paper presents a new technique for characterization and classification of signals of tests electroencephalography (EEG), seeking to improve agility and make a diagnosis in order to assist the professional, since the EEG tests are characterized by long stretches of time records electrical activity of the brain that should be thoroughly examined by doctors. Due to the difficulty associated with the characterization and detection of epileptiform signs and the importance of diagnosis exist in literature several methods developed to address this problem, such as autoregressive method (AR), Energy Approach (TEO), Domain Analysis Frequency, Time-Frequency Analysis, Wavelet Transform and Non-Linear methods such as statistical models. But no model has not been able to achieve a performance fully confident in their results, where the mean score among the works exhibited in the literature is around 80.7%, although a number is not a significant acceptable value for this type of examination. To contribute to the study of the problem, proposed in this paper the application of symbolic dynamics for the characterization of signals, which is based on representation by sequences of symbols of the state of the system and operators of state change, and genetic algorithms for optimization of the representation, so that the signals could be distinguished from epileptiform signals considered normal for an artificial neural network trained for this purpose. The results demonstrate that the method provides 92.4% precision and 96% accuracy

Avaliação neurológica de crianças microcefálicas com síndrome da zika e infecção congênita por citomegalovirus

Introdução: A infecção pelo vírus Zika foi considerada uma doença benigna até outubro de 2015, quando se detectou um aumento no número de neonatos nascidos com microcefalia. A associação entre a infecção pré-natal pelo vírus Zika e distúrbios do sistema nervoso central está bem estabelecida, sendo descrita a síndrome congênita associada ao vírus Zika (SCZ). No entanto, a evolução neurológica dessas crianças ainda é objeto de estudo. Sabe-se que as crianças com SCZ, além do atraso grave no desenvolvimento motor, frequentemente apresentam epilepsia e outros distúrbios neurológicos importantes. O principal diagnóstico diferencial é o citomegalovírus (CMV). Objetivo: Contribuir na descrição do acometimento neurológico de pacientes microcefálicos com infecção congênita pelo vírus Zika ou CMV. Metodologia: Foram coletados dados a partir do prontuário dos pacientes microcefálicos do Hospital de Clínicas de Porto Alegre, com data de nascimento a partir do ano de 2016, e com diagnóstico de infecção congênita confirmada ou presumida. Os dados pesquisados foram: tipo de infecção congênita, perímetro cefálico ao nascimento, presença de epilepsia, tipos de crises epilépticas, tratamento por mono ou politerapia, padrão eletroencefalográfico, exame físico neurológico e avaliação do desenvolvimento motor grosso. Resultados: Foram incluídas 21 crianças microcefálicas com as seguintes síndromes infecciosas congênitas: 9 por citomegalovírus (43%), 6 por vírus Zika (29%) e 6 por infecção presumida por Zika vírus (29%). Destas, 13 (62%) apresentavam diagnóstico de epilepsia, todas com crises generalizadas e 9 (69%) em uso de politerapia. Todas também apresentavam ritmos de base desorganizados e assimétricos. Quanto à atividade epileptiforme, cinco apresentaram atividade multifocal, quatro apresentaram atividade generalizada. Apenas uma apresentou atividade focal, e três apresentaram hipsarritmia. Todos os pacientes realizaram neuroimagem (1 ecografia transfontanelar, 13 tomografia computadorizada e 7 ressonância magnética): 12 (57%) apresentavam calcificações e 5 (24%) hidrocefalia. No exame neurológico, 17 (81%) apresentavam tônus axial diminuído e apendicular aumentado. Os reflexos miotáticos fásicos estavam aumentados em 16 (76%). Crianças com menor perímetro cefálico apresentaram maior comprometimento motor e gravidade da epilepsia. Não houve diferença na frequência de epilepsia entre as crianças com SCZ e CMV. Conclusão: A epilepsia se confirma como uma das mais importantes complicações das infecções congênitas por SZC e CMV. Nosso estudo reforça a importância dos exames de imagem e eletroencefalográficos nas crianças nascidas com microcefalia e suspeita de infecção congênita.Introduction: The infection caused by the Zika Virus was considered a benign disease until October 2015 when a new increase in the number of newborns with microcephaly had been detected. The association between the virus prenatal infection and central nervous system disorders has been well established and it has been described as the Congenital Syndrome Associated to the Zika Virus (CSZ). However, the neurological development in those patients is still an object of study. It is already known that children developing CSZ, beyond having a severe delay in motor development, could often develop epilepsy besides other significant neurological disorders. The main differential diagnosis is the Cytomegalovirus (CMV). Objective: Describe the involvement of microcephalic’ patients affected by the congenital infection by the Zika Virus or CMV. Methodology: Data has been collected from microcephalic patients records at the Porto Alegre Hospital of Clinics whose birth took place after 2016 and which also had the congenital infection confirmed or presumed. The researched data consists in: congenital infection, head circumference from birth, presence of epilepsy, treatment by mono or polytherapy, electroencephalographic patterns, neurological physical examination and evaluation of gross motor development. Results: 21 microcephalic children have been included showing the following congenital infectious syndromes: 9 were affected by cytomegalovirus (43%), 6 by the Zika virus (29%) and 6 ones by presumed infection due to the Zika virus (29%). From those ones, 13 (62%) presented epilepsy diagnosis including generalized crises and 9 (69%) were in current use of polytherapy. All of them also showed disorganized and asymmetrical base rhythms. Concerning the epileptiform activity, 5 presented multifocal activity and 3 ones hypsarrhythmia. All of the patients went under neuroimaging exams (1 transfontanellar ultrasound, 13 computed tomography and 7 MRI): 12 (57%) of them presented calcifications and 5 (24%) hydrocephalus. On the neurological exam, 17% presented a decreased axial tone and an enlarged appendicular. The phasic myotatic reflexes were increased in 16 (76%). Smaller head circumference children had greater motor impairment and severity in the epilepsy. There was no difference in the frequency of epilepsy between children with CSZ and CMV. Conclusion: Epilepsy is confirmed as one of the most important complications of congenital infections by CSZ and CMV. Our study reinforces the importance of imaging and electroencephalographic examinations in children born with microcephaly and suspected congenital infection

Análise espectral com wavelets do ECoG em crises epilépticas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia BiomédicaA epilepsia é uma das doenças neurológicas com maior incidência, atingindo cerca de 60 milhões de pessoas em todo o Mundo, sendo que cerca de 30% não apresentam sucesso no tratamento farmacológico. Sobretudo nestes casos, é fundamental localizar com precisão a zona epileptogénica, para possível remoção cirúrgica. Um dos instrumentos usado para a localização precisa do foco epileptogénico consiste no registo intracraniano (electrocorticograma, ECoG). Para o fim acima indicado, várias técnicas de análise do electroencefalograma (EEG) são usadas, nomeadamente análise visual das séries temporais, fMRI-EEG e análise espectral. Em tempos recentes os investigadores têm dirigido a sua atenção para uma análise espectral que inclua também informação temporal, as representações tempo- frequência. A ideia é investigar a evolução da dinâmica espectral do sinal na transição para a crise epiléptica, no sentido de encontrar marcadores mais precisos que possam localizar o eléctrodo mais próximo do foco epileptogénico. Tem sido sugerida a necessidade de uma análise de alta resolução no domínio da frequência que habitualmente não é contemplada, principalmente porque os sistemas de aquisição típicos de EEG têm uma frequência de amostragem na ordem das centenas de Hz. Parece clara a necessidade de estender a análise espectral para o domínio dos milhares de Hz e relativamente à amplitude do sinal, para o domínio dos micro sinais. Neste sentido, a análise com Wavelets tem sido reconhecida pelos investigadores em processamento de sinal biomédico como uma ferramenta poderosa para a análise em alta resolução no tempo e na frequência. Neste trabalho é desenvolvida uma ferramenta para a visualização do ECoG como série temporal e também no espaço tempo- frequência, usando Wavelets. O objectivo a implementar consiste na representação dos canais do ECoG simultaneamente, usando Wavelets de análise facilmente seleccionados pelo utilizador. Será a versão beta de um sistema que se possa aperfeiçoar progressivamente

Manifestações epileptiformes em animais de companhia

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina VeterináriaAs manifestações epileptiformes são a sintomatologia neurológica com maior relevância na clínica veterinária de animais de companhia. Os episódios epilépticos são períodos transitórios paroxísticos de actividade neuronal excessiva e/ou sincrónica no córtex cerebral que podem surgir sob diversas formas clínicas. A falta de uma classificação padrão para as manifestações epileptiformes em animais de companhia origina incoerências na utilização de termos específicos por diferentes autores. A partir da classificação utilizada em medicina humana, as manifestações epileptiformes são classificadas segundo a forma como se iniciam em generalizadas e focais, e segundo a etiologia em genéticas, metabólicas/estruturais e de causa desconhecida. Nem sempre é possível obter um diagnóstico final em pacientes com manifestações epileptiformes. O plano de diagnóstico passa pela exclusão de doenças que requeiram tratamento médico ou cirúrgico específico, para além da terapêutica anti-epiléptica. Neste trabalho é feita uma caracterização das manifestações epileptiformes. A informação foi reunida a partir de pacientes que tiveram pelo menos um episódio epiléptico durante a sua vida e que se apresentaram há consulta no Instituto Veterinário do Parque, no período compreendido entre 2 de Fevereiro de 2009 e 31 de Julho de 2010. Os dados obtidos foram depois comparados com a literatura de referênciaABSTRACT - SEIZURES IN SMALL ANIMALS - Seizures are the most frequent neurologic symptom in small animals practice. They represent excessive or synchronic paroxistic neuronal activity in the cerebral cortex that can arise in different clinical forms. At the present, there is no defined standard classification for seizures in small animals, which may result in inconsistence use of specific terms by different authors. Based on human classification, seizures are said to be generalized or focal regarding on how they arise and genetic, metabolic/structural or of unknown cause regarding their etiology. A final diagnosis is not always possible for patients with seizures. The diagnostic plan is then guided by the exclusion of diseases which may require specific treatment, other than anti-epileptic drug therapy. In this study a characterization of seizures is made. Information was gathered from patients that have had seizures in their life, presented at the Instituto Veterinário do Parque during the period between 2 of February of 2009 and 31 of July of 2009. The information was then compared to data from reference literatur

O manejo da epilepsia na atenção primária à saúde e o que mudou com a pandemia da COVID-19?

A epilepsia é uma doença neurológica bastante comum, acometendo aproximadamente 4 milhões de pessoas no Brasil e com uma estimativa de 150.000 novos casos diagnosticados todos os anos. Uma condição tão prevalente não poderia ser manejada apenas por especialistas focais, sendo imprescindível que a Atenção Primária à Saúde (APS) exerça um papel forte e resolutivo, ordenando as redes de atenção à saúde. Neste contexto, é de fundamental importância o papel do Médico de Família e Comunidade (MFC) no diagnóstico e tratamento da condição, bem como a participação da APS, desempenhando maior articulação com os diferentes pontos de atenção, a fim de garantir a integralidade do cuidado da pessoa com epilepsia

Microestrutura do EEG no plano tempo-frequência na transição para a crise epiléptica

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia BiomédicaMais de 50 milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de epilepsia, doença do sistema nervoso central. Esta é frequentemente definida como sendo tendencial à ocorrência de crises (convulsões). As crises são causadas por um aumento súbito da actividade eléctrica no cérebro. Tipicamente a detecção das crises epilépticas é feita pela análise do EEG, por um técnico especializado, habitualmente um médico neurologista. A crise epiléptica é um sintoma neurológico ocasionado pela actividade anormal dos neurónios cerebrais. Geralmente as crises epilépticas são sintomas de alguma doença orgânica subjacente. (Lopes da Silva, 2005) Em tempos recentes tem-se registado a procura de algoritmos para detecção automática da epilepsia. Para obtenção destes algoritmos afigura-se necessária a compreensão detalhada da estrutura espectral do EEG ictal e interictal. Este trabalho pretende ser uma contribuição para esse estudo. Foram usados seis EEG‟s relativos a três doentes. O número limitado de doentes usados neste estudo tem a ver com a distribuição temporal das diversas fases do projecto. Numa primeira fase procedeu-se à adaptação do software WaveScan, inicialmente desenvolvido num contexto de análise de sinais genérico, para análise do EEG epiléptico. Esta plataforma foi desenvolvida em ambiente MatLab que ocupou uma parte significativa deste projecto. WaveScan inclui a análise espectral clássica e paramétrica, representação tempo-requência e representação tempo-escala com wavelets. Usando estes instrumentos modernos de análise de sinais foi possível detectar estruturas espectrais muito interessantes na transição para o ritmo ictal. A identificação destas estruturas constitui uma contribuição para a detecção automática da crise epiléptica

Diagnóstico da doença de Alzheimer com base no electroencefalograma

A Doença de Alzheimer (DA) é a forma mais comum de demência. A esperança média de vida está a aumentar e esta patologia surge associada à idade, o que é preocupante. Para se alcançar um diagnóstico precoce e preciso desta doença é necessário optimizar os métodos da sua detecção. A análise de sinais do electroencefalograma (EEG) pode ser reveladora de deficiências estruturais e funcionais associadas à DA. Por conseguinte, este trabalho teve por finalidade a análise de EEGs da actividade espontânea de doentes com diagnóstico provável de DA e um grupo de controlo, usando diferentes parâmetros espectrais, bem como a criação de um sistema baseado em Redes Neuronais Artificiais (RNA), de modo a discriminar sinais de EEG, entre pacientes com probabilidade de DA e sujeitos de controlo. Assim, foram aplicadas três metodologias diferentes e variações, consoante o tipo de processamento de sinal aplicado. A análise dos registros de EEGs foi realizada recorrendo à função Densidade Espectral de Potências (PSD) baseada na Transformada de Fourier de Curta Duração (STFT), à PSD baseada na Transformada de Wavelet (WT) e à aplicação da Transformada Discreta de Wavelet (DWT). A PSD baseada na WT apresentou-se neste trabalho, como uma técnica pioneira no processamento do sinal EEG e permitiu obter melhores resultados do que os conseguidos por técnicas tradicionais, como a PSD baseada na STFT e a DWT. A melhor classificação foi realizada pela RNA usando a PSD WT Biortogonal 3.5, com 0.97 de AROC, sensibilidade de 92.1%, especificidade de 90.8% e 91.5% de precisão. Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. The average life expectancy is increasing and this disease arise associated with aging, which is worrying. To achieve an early and accurate diagnosis of this disease is necessary to optimize the methods of detection. The signal analysis of the electroencephalogram (EEG) may reveal structural and functional disability associated with AD. Therefore, this work aimed at the analysis of spontaneous EEGs activity of patients diagnosed with probable AD and a control group, using different spectral parameters, as well as the creation of a system based on Artificial Neural Networks (ANN) in order to discriminate the EEG signals, among patients with AD and control subjects. Three different methodologies and variations were applied, depending on the type of signal processing applied. The EEG recording analisys was performed using the Power Spectral Density (PSD) function based on Short Time Fourier Transform (STFT), the PSD based on Wavelet Transform (WT) and the application of Discrete Wavelet Transform (DWT). The PSD obtained by WT was presented in this work as a pioneer technique in the EEG signal processing and achieve better results than those obtained by traditional techniques, such as the PSD based on STFT and DWT. The best classification was performed by the ANN using PSD of WT Biorthogonal 3.5 with 0.97 of AROC , 92.1% of sensitivity, 90.8% of specificity and 91.5% of accuracy

A Epilepsia em psiquiatria : Contribuição para o seu estudo

Dissertação de Doutoramento em Medicina, área de especialização em Psiquiatria, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade do Port

Epilepsia e gravidez : frequencia de crises epilepticas na gestação e puerperio

Orientador : Carlos Alberto Mantovani GuerreiroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências MédicasResumo: Estima-se que 0,3 a 0,6% das gestações ocorram em mulheres epilépticas. Estas gestações são consideradas como de alto risco por serem acompanhadas de maiores complicações materno-fetais. Os objetivos deste trabalho foram avaliar o comportamento da freqüência de crises epilépticas durante os três momentos estudados (pré-gestacional, gravídico, puerperal) e determinar se existe correlação entre aumento na freqüência em algumas pacientes com características clínicas das gestantes (idade, peso, escolaridade e paridade) e epilepsias (tipo de crise, freqüência pré-gestacional de crises, tipo de epilepsia, etiologia e duração das epilepsias). Avaliamos no período de julho de 1991 a setembro de 1999, 109 pacientes encaminhadas consecutivamente ao ambulatório e incluídas dentro dos critérios 50 gestantes epilépticas com até 19 semanas de gravidez, diagnóstico de epilepsia anterior a gestação e manutenção do seguimento por 3 trimestres gestacionais e 3 meses no puerpério. Excluímos as pacientes com crises gestacionais, toxemia gravídica, aborto espontâneo ou provocado até 24a semana e crise única. Todas as pacientes foram acompanhadas com consultas periódicas a cada 60 dias. Quarenta e sete pacientes faziam uso de DAE no início do seguimento e foram orientadas a manter o mesmo tipo de medicação. Três gestantes estavam e foram mantidas sem uso de DAE, sem crises. A dose foi ajustada em 7 pacientes para controle de crises tipo tônico-clônica generalizada. Quarenta e uma gestantes foram mantidas sob monoterapia e 6 em politerapia com 2 DAE. Carbamazepina foi mais usada em mono (58,5%) e politerapia (66,7%). A freqüência de crises no período pré-gestacional foi obtida através de informações das pacientes e familiares ou prontuários médicos. Durante a gestação e puerpério a freqüência foi avaliada com calendário de crises. Adotamos os critérios modificados do estudo de Milão (CANGER et al., 1992) para modificação da freqüência. A idade variou de 16 a 45 anos (média 25,24 anos), 96% gestantes eram de regiões urbanas e 50 pacientes tiveram de 1 a 8 gestações (média 1,88, mediana 1). O tempo do início da epilepsia até a gestação variou de 7 meses a 37 anos (média 140,18 meses). Epilepsia foi classificada como criptogênica em 35 casos, sintomática em 9 e idiopática em 6. Quarenta e seis por cento das pacientes mantiveram-se livres de crises ou com freqüência inalterada, 28% pioraram e 26% melhoraram durante a gestação.Não identificamos em nosso estudo relação entre piora na freqüência de crises e tipo de crise, tipo de epilepsia, ganho de peso materno, etiologia, idade materna, duração da epilepsia, freqüência prévia de crises e anormalidades no eletrencefalograma. Não observamos ocorrência de estado de mal convulsivo na amostra. Concluímos que a gestação e o puerpério no presente estudo não demonstraram influência significativa sobre a evolução das crises epilépticasAbstract: Patients with epilepsy have been estimated to constitute 0.3 to 0.6% of all pregnancy. Patients with epilepsy are at substantial risk for a variety of complications during pregnancy. Objectives. i) To evaluate the changes in seizure frequency during pre-gestational, pregnancy and puerperium periods, and ii) To identify factors related to increase in seizure frequency. Methods. We followed 50 pregnant women with epilepsy prospectively. The mean age was 25 years (range 16 - 45), and the mean duration of epilepsy was 11 years (range from 7 months to 37 years). Nine had symptomatic, 35 had probably symptomatic, and six had idiopathic epilepsies. All patients were evaluated every 60 days. Forty-seven were keeping with the same pre-gestational anti-epileptic drug (AED). Three had no AED therapy. Drug dosages were increased to control tonic-clonic seizures in seven patients. Forty-one patients were on monotherapy and six on two AEDs. The subjects were classified according to seizure frequency into six groups based on modified report of Milan study (CANGER et al., 1982). Results. The seizure frequency in 23 patients (46%) remained unchanged, in 14 (28%) worsened and in 13 (26%) improved. Comparison of seizure frequency among prepregnancy, gestational and puerperium periods showed no difference (Friedman, p=0.073). We found no significant correlation in seizure frequency during pregnancy and risk factors such as type of seizure and epilepsy, aetiology, age, maternal weight gain, duration of epilepsy, prepregnancy seizure frequency and electroencephalogram abnormalities. None of patients had status epilepticus. Conclusions. Gestational and puerperium periods did not influence seizure controlMestradoNeurologiaMestre em Ciências Médica