論文の概要: Automatic detection of abnormal EEG signals using wavelet feature extraction and gradient boosting decision tree

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.10034v1
• Date: Fri, 18 Dec 2020 03:36:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2021-05-01 18:20:55.973234
• Title: Automatic detection of abnormal EEG signals using wavelet feature extraction and gradient boosting decision tree
• Title（参考訳）: ウェーブレット特徴抽出と勾配増強決定木を用いた異常脳波信号の自動検出
• Authors: Hezam Albaqami, Ghulam Mubashar Hassan, Abdulhamit Subasi and Amitava Datta
• Abstract要約: 多チャンネル脳波記録における脳信号の自動二分分類フレームワークを提案する。 本稿では,抽出した特徴量の品質を損なうことなく,特徴空間の次元を小さくする手法を提案する。 CatBoostは87.68%のバイナリ分類精度を達成し、同じデータセットの最先端の技術を上回る。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.924868086534434
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Electroencephalography is frequently used for diagnostic evaluation of various brain-related disorders due to its excellent resolution, non-invasive nature and low cost. However, manual analysis of EEG signals could be strenuous and a time-consuming process for experts. It requires long training time for physicians to develop expertise in it and additionally experts have low inter-rater agreement (IRA) among themselves. Therefore, many Computer Aided Diagnostic (CAD) based studies have considered the automation of interpreting EEG signals to alleviate the workload and support the final diagnosis. In this paper, we present an automatic binary classification framework for brain signals in multichannel EEG recordings. We propose to use Wavelet Packet Decomposition (WPD) techniques to decompose the EEG signals into frequency sub-bands and extract a set of statistical features from each of the selected coefficients. Moreover, we propose a novel method to reduce the dimension of the feature space without compromising the quality of the extracted features. The extracted features are classified using different Gradient Boosting Decision Tree (GBDT) based classification frameworks, which are CatBoost, XGBoost and LightGBM. We used Temple University Hospital EEG Abnormal Corpus V2.0.0 to test our proposed technique. We found that CatBoost classifier achieves the binary classification accuracy of 87.68%, and outperforms state-of-the-art techniques on the same dataset by more than 1% in accuracy and more than 3% in sensitivity. The obtained results in this research provide important insights into the usefulness of WPD feature extraction and GBDT classifiers for EEG classification.
• Abstract（参考訳）: 脳波検査は、その優れた分解能、非侵襲性、低コストにより、様々な脳関連疾患の診断にしばしば用いられる。 しかし、脳波信号の手動分析は困難であり、専門家にとっては時間がかかる。 医師が専門知識を身につけるのに長い訓練時間が必要であり、また専門家は相互契約(IRA)が低い。 そのため,コンピュータ支援診断(CAD)に基づく多くの研究は,脳波信号の解釈を自動化して作業負荷を軽減し,最終診断を支援することを検討した。 本稿では,多チャンネル脳波記録における脳信号の自動二分分類フレームワークを提案する。 我々は、ウェーブレットパケット分解(WPD)技術を用いて、脳波信号を周波数サブバンドに分解し、選択した各係数から統計的特徴の集合を抽出する。 さらに,抽出された特徴の品質を損なうことなく,特徴空間の次元を小さくする新しい手法を提案する。 抽出した特徴は,CataBoost,XGBoost,LightGBMという,GBDT(Gradient Boosting Decision Tree)ベースの分類フレームワークを用いて分類される。 テンプル大学病院における脳波異常コーパスv2.0.0を用いて実験を行った。 CatBoost分類器は87.68%のバイナリ分類精度を達成し、同じデータセット上の最先端技術よりも1%以上、感度は3%以上向上することがわかった。 本研究は,脳波分類におけるWPD特徴抽出とGBDT分類器の有用性について重要な知見を提供する。

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