Epileptik preiktal aktivitelerin EEG-Aura tabanlı evrişimsel sinir ağları ve topoğrafik haritalama yaklaşımı ile değerlendirilmesi

Bu tez çalışmasında, medikal alanda tanımlanan epileptik auralardan esinlenerek, nöbet öncesi uyarı semptomlarının EEG işareti üzerine yansımaları derin evrişimsel sinir ağları (ESA) ile değerlendirilmiş ve preiktal dönem için EEG-Aura yaklaşımı öne sürülmüştür. Değerlendirme işlemi, üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Bu aşamalar sırasıyla hastaya özgü EEG-Aura süreci tespiti, EEG-Aura sürecinde etkin frekans bant analizi ve EEG-Aura sürecinde meydana gelen sistematik değişimlerin beyin yüzeyindeki yansımalarının haritalandırılmasından oluşmaktadır. Epilepsi, beyin içerisinde hipersenkronize deşarjlara bağlı olarak tekrar eden nöbetlere neden olan ve gerçekleşen bu nöbetler neticesinde nörobiyolojik, kognitif, psikolojik ve sosyal sonuçlarla tanımlanan kronik bir bozukluktur. Epilepsi hastalığının genel olarak belirsiz doğası ve nöbetlerin çoğu zaman önceden kestirilememesi, bu hastalığa maruz kişilerin yaşam kalitelerine ket vurmaktadır. Gerçekleşecek herhangi bir nöbetin önceden kestirilmesi açısından diğerlerine göre şanslı sayılabilecek hastalar mevcuttur. Bunlar, epileptik auralara sahip hastalardır. Retrospektif bir his olan auralar ile hastalar tarafından bazı konvulsif nöbetlerin önceden kestirimi yapılabilir. Bu çalışmada, epilepsi tanısında ve ameliyat öncesi değerlendirilmesinde uygulanan ana yöntemlerden biri olan elektroensefalografi (EEG) işaretlerindeki potansiyel aura fenomenlerinin yansımaları incelenmiş ve hastaya özgü EEG-Aura süreçleri belirlenmiştir. EEG-Aura sürecinin belirlenmesinin yanı sıra söz konusu süreçte etkin frekans bandı analizi ve frekans bantlarına ilişkin aktivitelerin topoğrafik haritalandırılması da yapılmıştır. Hastaya özgü EEG-Aura süreci tespitinde, bir boyutlu EEG işaretleri kısa zaman Fourier dönüşümü (KZFD) tabanlı spektrogram ve sürekli dalgacık dönüşümü (SDD) tabanlı skalogram görüntü formunda temsil edilmiştir. Böylelikle, beynin elektriksel aktivitelerinin zamana göre aldığı genlik değerlerini yansıtan EEG işaretleri zaman-frekans alanında enerji yoğunluk fonksiyonları türünden temsil edilerek, uzamsal boyutları artırılmıştır. Görüntü formunda temsil edilen EEG işaretlerine önerilen ESA algoritması uygulanarak, epileptik nöbet öncesi meydana gelen sistematik değişimler tanımlanmış ve her hasta için öznel EEG-Aura süreci tespit edilmiştir. Ayrıca, EEG-Aura tespitinde spektrogram ve skalogram tabanlı elde edilen performanslar karşılaştırılmıştır. Değerlendirilmeye alınan bütün hastalar dikkate alındığında, her iki yöntem için belirlenen hastaya özgü EEG-Aura süreçleri arasında tutarlılık olduğu gözlemlenmiştir. Bütün hastalar için elde edilen bulgular dikkate alındığında, nöbet öncesi 2. dakikadan, 3. dakikaya kadar geçen süreyi kapsayan bir dakikalık zaman aralığının nöbet öncesi sistematik değişimlerin tespiti için en yüksek ortalamaya ve en düşük varyansa sahip olduğu belirlenmiştir. EEG-Aura süreci için ortalama başarı doğruluk, özgüllük, duyarlılık, kesinlik ve f-skor model başarım ölçütleri türünden değerlendirilmiştir. Spektrogram ve skalogram tabanlı ESA modeli ile EEG-Aura tespitinde ortalama doğruluk değerleri, sırasıyla %90.81 ± 5.60 ve %90.55 ± 5.40 olarak elde edilmiştir. EEG-Aura sürecinde etkin frekans bandı analizinde, farklı frekans batlarının ayrı bir şekilde değerlendirilmesi ile sınıflandırma aşamasında baskın frekans aralıkları belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca, etkin frekans bant tespitinde, spektrogram ve skalogram görüntülerine ilişkin elde edilen bulgular karşılaştırılmıştır. EEG-Aura süreci için 0.5-30Hz ve gama bant aktivitelerinin başarılı bir performans sergileyerek, etkin frekans aralıkları olarak değerlendirilebileceği gözlemlenmiştir. 0.5-30Hz ve gama bandı için spektrogram ve skalogram tabanlı ortalama sınıflandırma doğrulukları sırasıyla %94.09 ± 5.77, % 97.42 ± 2.48 ve %97.26 ± 3.39, %96.62 ± 3.57 olarak elde edilmiştir. EEG-Aura sürecinde meydana gelen nörofizyolojik değişimlerin beyin yüzeyindeki yansımaları topoğrafik haritalandırılarak, değişimlerin vuku bulduğu beyin bölgeleri de belirlenmiştir. Bütün hastalar için elde edilen bulgular irdelendiğinde, alçak frekanslı aktivitelerin genel olarak frontal lobda etkinlik gösterdiği, yüksek frekanslı aktivitelerin ise temporal lobda etkinlik gösterdiği gözlemlenmiştir. Ancak, epileptik aura ile EEG-Aura ilişkisinin irdelenmesi için yansımaların hastaya özgü olarak ele alınması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında önerilen özgün yaklaşım tabanlı preiktal aktivitelerin kapsamlı olarak değerlendirilmeye alınması ile elde edilen bulguların özellikle nöbet tahmin çalışmaları için önemli bir referans niteliğinde olacağı düşünülmektedir. Ayrıca, önerilen model aracılığıyla medikal tedavi yöntemlerine cevap vermeyen epilepsi hastalarının hayata daha konforlu bir şekilde entegre olacakları sistemlerin geliştirilebileceği öngörülmektedir.