Stroke classification in simulated electromagnetic imaging

Strokes are ranked internationally as the fifth greatest threat to human health, after heart disease and cancer. Undoubtedly, one of the greatest threats to human health is Covid-19, the scourge of modern times, which seems to be able to cause sudden blood clots, possibly leading to stroke. The incr...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Πεσλή, Κωνσταντίνα
Άλλοι συγγραφείς: Pesli, Konstantina
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15812
id nemertes-10889-15812
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Strokes
Hemorrhage
Ischemia
Electromagnetic simulation
Imaging techniques
Graphs
Machine learning
Classification
Support vector machine
Neural networks
Εγκεφαλικά επεισόδια
Αιμορραγία
Ισχαιμία
Ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση
Τεχνικές απεικόνισης
Γράφοι
Μηχανική μάθηση
Ταξινόμηση
Μηχανή διανυσμάτων υποστήριξης
Νευρωνικά δίκτυα
spellingShingle Strokes
Hemorrhage
Ischemia
Electromagnetic simulation
Imaging techniques
Graphs
Machine learning
Classification
Support vector machine
Neural networks
Εγκεφαλικά επεισόδια
Αιμορραγία
Ισχαιμία
Ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση
Τεχνικές απεικόνισης
Γράφοι
Μηχανική μάθηση
Ταξινόμηση
Μηχανή διανυσμάτων υποστήριξης
Νευρωνικά δίκτυα
Πεσλή, Κωνσταντίνα
Stroke classification in simulated electromagnetic imaging
description Strokes are ranked internationally as the fifth greatest threat to human health, after heart disease and cancer. Undoubtedly, one of the greatest threats to human health is Covid-19, the scourge of modern times, which seems to be able to cause sudden blood clots, possibly leading to stroke. The increase in pandemic cases combined with the increased incidence of more severe and worse in outcome strokes in otherwise healthy and younger individuals, exacerbates the need for a diligent search for new methods to improve stroke management. The severity of stroke disease is exacerbated if anyone considers the high rates of physical disability and mortality that occur in people regardless the ages. Recent developments in medicine make it possible to treat strokes with better results, but speed remains a key factor in diagnosis and treatment. A typical example of the effort to improve diagnostic tools was the study entitled "Stroke Classification in Simulated Electromagnetic Imaging Using Graph Approaches" which presents a novel graph degree mutual information (GDMI) approach to distinguishing the basic stroke subtypes of: intracranial hemorrhage (ICH) from ischemic stroke (IS), without the need to use expensive brain image reconstruction algorithms that require a lot of time and resources. According to the research that was a source of interest for writing this essay, ICH and IS signals are generated that are simulated using a 16-antenna electromagnetic imaging head system and analyzed for GDMI evaluation. The data collected from each computable human model consists of 256 reflected and received signals. Each signal is converted to a graph to avoid the variable amplitudes of the signal, while for each pair of graphs the relationship between them is calculated by finding the mutual information. These results are forwarded to a support vector machine to determine the stroke subtype. Noise is also injected into the collected signals to test the robustness of the algorithm. The results of the present study show 84% accuracy in detecting ICH from IS and vice versa, while the execution time required to export and classify graph features, depends on the computing capabilities of the computer. Therefore, it can be assumed that by using powerful computer systems to find the key features that distinguish hemorrhagic from ischemic stroke, stroke management can be short enough to meet emergency requirements. In addition, it can be concluded that the detection of subtypes of strokes through the proposed method provides quite optimistic results, as it is considered more economical in contrast to frequency-based electromagnetic imaging systems that use radar or computed tomography algorithms which are computationally expensive.
author2 Pesli, Konstantina
author_facet Pesli, Konstantina
Πεσλή, Κωνσταντίνα
author Πεσλή, Κωνσταντίνα
author_sort Πεσλή, Κωνσταντίνα
title Stroke classification in simulated electromagnetic imaging
title_short Stroke classification in simulated electromagnetic imaging
title_full Stroke classification in simulated electromagnetic imaging
title_fullStr Stroke classification in simulated electromagnetic imaging
title_full_unstemmed Stroke classification in simulated electromagnetic imaging
title_sort stroke classification in simulated electromagnetic imaging
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15812
work_keys_str_mv AT peslēkōnstantina strokeclassificationinsimulatedelectromagneticimaging
AT peslēkōnstantina taxinomēsēenkephalikōnepeisodiōnmechrēsēprosomoiōseōnēlektromagnētikēsapeikonisēs
_version_ 1799945004834095104
spelling nemertes-10889-158122022-09-06T05:14:43Z Stroke classification in simulated electromagnetic imaging Ταξινόμηση εγκεφαλικών επεισοδίων με χρήση προσομοιώσεων ηλεκτρομαγνητικής απεικόνισης Πεσλή, Κωνσταντίνα Pesli, Konstantina Strokes Hemorrhage Ischemia Electromagnetic simulation Imaging techniques Graphs Machine learning Classification Support vector machine Neural networks Εγκεφαλικά επεισόδια Αιμορραγία Ισχαιμία Ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση Τεχνικές απεικόνισης Γράφοι Μηχανική μάθηση Ταξινόμηση Μηχανή διανυσμάτων υποστήριξης Νευρωνικά δίκτυα Strokes are ranked internationally as the fifth greatest threat to human health, after heart disease and cancer. Undoubtedly, one of the greatest threats to human health is Covid-19, the scourge of modern times, which seems to be able to cause sudden blood clots, possibly leading to stroke. The increase in pandemic cases combined with the increased incidence of more severe and worse in outcome strokes in otherwise healthy and younger individuals, exacerbates the need for a diligent search for new methods to improve stroke management. The severity of stroke disease is exacerbated if anyone considers the high rates of physical disability and mortality that occur in people regardless the ages. Recent developments in medicine make it possible to treat strokes with better results, but speed remains a key factor in diagnosis and treatment. A typical example of the effort to improve diagnostic tools was the study entitled "Stroke Classification in Simulated Electromagnetic Imaging Using Graph Approaches" which presents a novel graph degree mutual information (GDMI) approach to distinguishing the basic stroke subtypes of: intracranial hemorrhage (ICH) from ischemic stroke (IS), without the need to use expensive brain image reconstruction algorithms that require a lot of time and resources. According to the research that was a source of interest for writing this essay, ICH and IS signals are generated that are simulated using a 16-antenna electromagnetic imaging head system and analyzed for GDMI evaluation. The data collected from each computable human model consists of 256 reflected and received signals. Each signal is converted to a graph to avoid the variable amplitudes of the signal, while for each pair of graphs the relationship between them is calculated by finding the mutual information. These results are forwarded to a support vector machine to determine the stroke subtype. Noise is also injected into the collected signals to test the robustness of the algorithm. The results of the present study show 84% accuracy in detecting ICH from IS and vice versa, while the execution time required to export and classify graph features, depends on the computing capabilities of the computer. Therefore, it can be assumed that by using powerful computer systems to find the key features that distinguish hemorrhagic from ischemic stroke, stroke management can be short enough to meet emergency requirements. In addition, it can be concluded that the detection of subtypes of strokes through the proposed method provides quite optimistic results, as it is considered more economical in contrast to frequency-based electromagnetic imaging systems that use radar or computed tomography algorithms which are computationally expensive. Τα εγκεφαλικά κατατάσσονται διεθνώς ως η πέμπτη μεγαλύτερη απειλή για την ανθρώπινη υγεία, μετά τις καρδιακές παθήσεις και τον καρκίνο. Αναμφίβολα, μια από τις μεγαλύτερες απειλές για την ανθρώπινη υγεία είναι ο Covid-19, η μάστιγα της σύγχρονης εποχής, που φαίνεται ότι μπορεί να προκαλέσει ξαφνικούς θρόμβους αίματος, με πιθανή συνέπεια την εκδήλωση εγκεφαλικού. Η αύξηση των κρουσμάτων σε συνδυασμό με την αυξημένη συχνότητα εμφάνισης πιο σοβαρών και χειρότερων εγκεφαλικών επεισοδίων σε κατά τα άλλα υγιή και νεότερα άτομα, επιτείνει την ανάγκη για επιμελή αναζήτηση νέων μεθόδων για τη βελτίωση της διαχείρισης του εγκεφαλικού. Η σοβαρότητα του εγκεφαλικού επεισοδίου επιδεινώνεται αν σκεφτεί κανείς τα υψηλά ποσοστά σωματικής αναπηρίας και θνησιμότητας που εμφανίζονται σε άτομα ανεξάρτητα από την ηλικία. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην ιατρική καθιστούν δυνατή την αντιμετώπιση των εγκεφαλικών με καλύτερα αποτελέσματα, αλλά η ταχύτητα παραμένει βασικός παράγοντας για τη διάγνωση και τη θεραπεία. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της προσπάθειας βελτίωσης των διαγνωστικών εργαλείων αποτέλεσε η έρευνα με τίτλο «Ταξινόμηση εγκεφαλικών επεισοδίων σε προσομοιωμένη ηλεκτρομαγνητική απεικόνιση με χρήση γραφικών προσεγγίσεων» η οποία παρουσιάζει μια νέα προσέγγιση βαθμού γραφήματος αμοιβαίας πληροφόρησης (GDMI) για τη διάκριση των βασικών υποτύπων εγκεφαλικού επεισοδίου: ενδοκρανιακή αιμορραγία (ICH) από ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο (IS), χωρίς την ανάγκη χρήσης ακριβών αλγορίθμων αναδόμησης εικόνων του εγκεφάλου που απαιτούν πολύ χρόνο και πόρους Σύμφωνα με την έρευνα που αποτέλεσε πηγή ενδιαφέροντος για τη συγγραφή αυτού του δοκιμίου, παράγονται σήματα ICH και IS τα οποία προσομοιώνονται με τη χρήση ενός συστήματος ηλεκτρομαγνητικής κεφαλής απεικόνισης 16 κεραιών και αναλύονται για την αξιολόγηση του GDMI πίνακα. Τα δεδομένα που συλλέγονται από κάθε υπολογιστικό ανθρώπινο μοντέλο αποτελούνται από 256 ανακλώμενα και ληφθέντα σήματα. Κάθε σήμα μετατρέπεται σε γράφημα για να αποφευχθούν τα μεταβλητά πλάτη του σήματος, ενώ για κάθε ζεύγος γραφημάτων η σχέση μεταξύ τους υπολογίζεται με την εύρεση της αμοιβαίας πληροφορίας. Αυτά τα αποτελέσματα προωθούνται σε μια μηχανή διανύσματος υποστήριξης για τον προσδιορισμό του υποτύπου της διαδρομής. Ο θόρυβος εγχέεται επίσης στα συλλεγόμενα σήματα για να ελεγχθεί η ευρωστία του αλγορίθμου. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης υποδεικνύουν ακρίβεια 84% στην ανίχνευση ICH από IS και αντίστροφα, ενώ ο χρόνος εκτέλεσης που απαιτείται για την εξαγωγή και ταξινόμηση των χαρακτηριστικών του γραφήματος εξαρτάται από τις υπολογιστικές δυνατότητες του υπολογιστή. Ως εκ τούτου, μπορεί να υποτεθεί ότι με τη χρήση ισχυρών συστημάτων υπολογιστών για την εύρεση των βασικών χαρακτηριστικών που διακρίνουν το αιμορραγικό από το ισχαιμικό εγκεφαλικό, η διαχείριση του εγκεφαλικού μπορεί να είναι αρκετά σύντομη για να καλύψει τις απαιτήσεις έκτακτης ανάγκης. Επιπλέον, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ανίχνευση υποτύπων εγκεφαλικών επεισοδίων μέσω της προτεινόμενης μεθόδου παρέχει αρκετά αισιόδοξα αποτελέσματα, καθώς θεωρείται πιο οικονομική σε αντίθεση με συστήματα ηλεκτρομαγνητικής απεικόνισης βασισμένα στη συχνότητα που χρησιμοποιούν ραντάρ ή αλγόριθμους υπολογιστικής τομογραφίας που είναι υπολογιστικά ακριβοί. 2022-02-22T12:02:47Z 2022-02-22T12:02:47Z 2022-02-16 http://hdl.handle.net/10889/15812 en application/pdf