CARACTERIZACIÓN DEL TEMBLOR DE MANOS EN PACIENTES CON PARKINSON UTILIZANDO UN ESQUEMA DE APRENDIZAJE CONVOLUCIONAL PROFUNDO
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Date
2022-09-08
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Actualmente, más de 6 millones de personas alrededor del mundo padecen la enfermedad de Parkinson (EP) y se estima que para el año 2040 el número de personas diagnosticadas ascienda a 17 millones. Este trastorno neurodegenerativo está relacionado con el déficit de dopamina, afectando principalmente condiciones motoras, tales como: lentitud de los movimientos, inestabilidad postural, temblor en las extremidades, rigidez, disminución en la amplitud del movimiento, afectaciones en la expresión facial y en la voz. El temblor siendo un movimiento rítmico y no controlado es el síntoma de mayor prevalencia en la EP afectando principalmente las extremidades. En la rutina clínica, la valoración y cuantificación de la enfermedad se puede lograr mediante la detección y caracterización del temblor en las manos siguiendo esquemas posturales y de reposo. En la configuración de reposo, las manos descansan sobre una superficie, limitando la percepción del temblor, especialmente en estadios tempranos. Por otra parte, en la configuración postural el paciente mantiene perpendicularmente sus brazos respecto al tronco, de esta manera, la amplitud del temblor se amplifica debido a la fuerza gravitacional. Este tipo de configuración, sin embargo, añade contracciones musculares voluntarias, resultando en señales ruidosas respecto a la caracterización motora propia del temblor. Estas valoraciones son además subjetivas y dependen de la experticia de los profesionales para determinar si el temblor está asociado a la EP. Hoy en día, en la literatura se reportan alternativas para la cuantificación del temblor, siendo un soporte para la caracterización de este patrón. Sin embargo, estas herramientas por lo general son invasivas y reportan una descripción limitada de los patrones motores del temblor.
En este trabajo se presenta una representación profunda volumétrica para la caracterización de los patrones de temblor asociados a la EP, registrados en secuencias de video bajo esquemas de reposo y postural. La estrategia incluye un esquema convolucional que extrae patrones espacio-temporales, correlacionados con el temblor, los cuales son propagados a través de una arquitectura jerárquica que se ajusta respecto a una regla de discriminación entre pacientes con la EP y sujetos control. Además, se logró extraer características aprendidas en la representación profunda, permitiendo generar mapas de atención que permiten establecer las principales regiones temporales que se destacan en el video para realizar la clasificación y servir como soporte en la caracterización de la enfermedad. El método fue evaluado sobre un conjunto total de 80 videos (5 pacientes con la EP y 5 sujetos control), utilizando un esquema de validacion cruzada de tipo "leave one patient out", es decir, dejando un paciente fuera para evaluación y el resto para entrenamiento. En está validación se reporto una exactitud promedio de 92.5 % y una sensibilidad de 100 % en un esquema de reposo. En cuanto a un esquema postural, el método propuesto logra una exactitud promedio de 90 % y una sensibilidad de 80 %.
Description
Keywords
Enfermedad de Parkinson, Temblor postural, Temblor en reposo, Análisis de video, Representaciones profundas, Redes convolucionales