Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-06-29T12:58:59Z No. of bitstreams: 1 Anthony Jose da Cunha Carneiro Lins.pdf: 4504349 bytes, checksum: 5196fa4bef76b0d9f4a5c0c0d1f77199 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T12:58:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anthony Jose da Cunha Carneiro Lins.pdf: 4504349 bytes, checksum: 5196fa4bef76b0d9f4a5c0c0d1f77199 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Aid to the Diagnosis of Cognitive Decline and Alzheimer’s Dementia using Machine Learning based on Cognitive Tests and Genetic Markers A large number of solutions based on computer systems have recently been developed for the classification of cognitive abnormalities in the elderly, so that individuals at high risk of developing neurodegenerative diseases, such as Mild Cognitive Impairment (MCI) and Alzheimer’s Dementia (AD), can be Identified before the onset of disease. Several factors are related to these pathologies, making the diagnostic process a process of high complexity to be solved. This paper proposes the use of a computer model based on machine learning to perform data regression and pattern classification processes in a real database of elderly individuals. The proposal takes into account data on the gender, age, level of education of the individuals and the scores resulting from cognitive tests (Mental State Mini-Exam, Verbal and Semantic Fluency Test, Clinical Dementia Rating - And Dementia Determination Test - Ascertaining Dementia). Using nonlinear regression models, we can design classifiers to distinguish when aging is being healthy and / or pathological. The primary objective of this research is to use a regression model to analyze the data set to verify which parameters are most relevant to achieve high accuracy in the diagnosis of neurodegenerative disorders. One of the conclusions indicates that the diagnostic process based only on the results of the cognitive tests, can obtain a high rate of performance, compared to the use of all factors, including socio-cultural data. In this analysis, it is demonstrated that the use of cognitive tests produces better average values. Other analyzes were performed including genetic markers (CYP46A1 and ApoE4), without influencing the results in relation to the accuracy of the analyzes, comparing with the performance of the cognitive tests. Statistical analyzes show that the best performance in terms of sensitivity is above 97% when the settings have only cognitive tests. The approach presented can be encapsulated as a tool to support the clinical diagnostic process to identify patients with dementia or cognitive decline. / Um grande número de soluções baseadas em sistemas computacionais tem sido desenvolvido recentemente para a classificação de anormalidades cognitivas em idosos, de modo que indivíduos com alto risco de desenvolver doenças neurodegenerativas, como Declínio Cognitivo (DC) e Demência de Alzheimer (DA), podem ser identificados antes da manifestação das doenças. Vários fatores estão relacionados a essas patologias, tornando o processo de diagnóstico de alta complexidade para ser resolvido. Este trabalho propõe utilização de modelo computacional baseado em aprendizagem de máquina para realizar processos de regressão de dados e classificação de padrões, em uma base de dados reais de indivíduos idosos. A proposta leva em conta dados sobre o gênero, a idade, o nível de instrução dos indivíduos e os escores resultantes dos testes cognitivos (Mini-Exame do Estado Mental, Teste de Fluência Verbal e Semântica, Taxa de Demência Clínica - Clinical Dementia Rating - e Teste de Determinação de Demência - Ascertaining Dementia). Usando modelos de regressão não-linear, que permitem projetar classificadores para distinguir quando o envelhecimento está sendo saudável e/ou patológico. O objetivo primário desta pesquisa é utilizar um modelo de regressão para analisar o conjunto de dados para verificar quais parâmetros são mais relevantes para alcançar alta precisão no diagnóstico de distúrbios neurodegenerativos. Uma das conclusões indica que o processo de diagnóstico baseado apenas nos resultados dos testes cognitivos, podem obter uma alta taxa de desempenho, em comparação a utilização de todos os fatores, incluindo dados sócio-culturais. Nesta análise, demonstra-se que o uso de testes cognitivos produz melhores valores médios. Outras análises foram realizadas incluindo marcadores genéticos (CYP46A1 e ApoE4), sem influenciar os resultados com relação à acurácia das análises, comparando com a performance dos testes cognitivos. Análises estatísticas mostram que o melhor desempenho em termos de sensibilidade é acima de 97% quando as configurações têm apenas testes cognitivos. A abordagem apresentada pode ser encapsulada como uma ferramenta de suporte ao processo de diagnóstico clínico, para identificar pacientes com demência ou declínio cognitivo.

O Acidente Vascular Cerebral (AVC) é uma das maiores preocupações da saúde no mundo, sendo a segunda maior causa de morte no mundo e a terceira maior de incapacitação. Sendo a cognição uma das capacidades que são afetadas pelo AVC, é comum o uso de exames para verificar em que nível de estado mental o paciente se encontra. Os pacientes que apresentam incapacidades passam por um longo e complexo programa de reabilitação. Esses indivíduos tornam-se limitados na realização das Atividades de Vida Diárias (AVDs), como caminhar, devido a problemas envolvendo alterações da motricidade em um lado do corpo. O tornozelo é uma articulação importante pois está diretamente ligada à capacidade de caminhar e se manter em pé. Existem diversos exames cognitivos e motores para avaliar o dano causado aos indivíduos, bem como sua melhora ao longo da terapia, porém a área da saúde carece de ferramentas que possam unir a avaliação com os recursos de reabilitação. Portanto, este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um jogo voltado para reabilitação motora para o membro inferior e cognitiva para pessoas que sofreram AVC baseado em um exame de análise cognitiva e interface com temática familiar, utilizando um mecanismo projetado especificamente para reabilitação de tornozelo. O principal objetivo deste projeto é desenvolver um jogo que o desempenho do jogador se correlacione com o desempenho do mesmo no Addenbrooke\'s Cognitive Examination Revised (ACE-R). Pensando no público de maior incidência do AVC, o jogo tem uma temática de familiaridade visando a fácil identificação e imersão do indivíduo no processo de reabilitação, para esse fim foi desenvolvido um jogo baseado em cartas de baralho. Dessa forma o projeto focou em três frentes principais: a articulação a ser reabilitada, a patologia e o perfil de usuário. Este trabalho seguiu uma metodologia para seu desenvolvimento desde a fase de estratégia, especificações e planejamento, concepção e homologação. Os resultados se mostraram satisfatórios dentro dos objetivos estabelecidos dando abertura para diversas frentes de estudo em relação a desenvolvimento de jogos, imersão e desempenho de indivíduos em jogos virtuais, cinemática do tornozelo e níveis cognitivos. Este trabalho também pode ser utilizado como guia para novos desenvolvimentos de jogos sérios integrado com mecanismos robóticos para reabilitação. / The Cerebrovascular Accident (CVA) or Stroke is one of the greatest health concerns in the world, being the second largest cause of death in the world and the third largest cause of disability. Since cognition is one of the capacities that are affected by stroke, it is common to use tests to find out what level of the patient\'s mental state is. Patients with disabilities experiences need a long and complex rehabilitation program. They become limited in performing Daily Life Activities (DLA), such as walking, due to problems involving the movement alterations in one body\'s side. The ankle is directly linked to to walk and stand ability. There are several cognitive and motor tests to evaluate the damage caused to subjects, as well as their improvement throughout therapy, but the health care area lacks tools that can integrate the evaluation with the rehabilitation tools. Therefore, this project aims to develop an ankle rehabilitation game for people who have suffered from stroke, based on a cognitive analysis examination that has interface with family thematic, using a mechanism designed specifically for ankle rehabilitation. The main goal of this project is to develop a specifically game that correlates with Addenbrookes Cognitive Examination (ACE-R). Thinking about the audience of higher incidence of CVA, the game will have a familiar theme for the easy identification and immersion of the individual in the rehabilitation process, for this purpose a game based on playing cards was developed. In this way the project was focused on three main fronts: the articulation, the pathology and the user\'s profile. This work followed a methodology to be developed since its strategy, specifications and planning, conception, testing and homologation. The results proved to be satisfactory within the stated objectives, opening up several study fronts in relation to game development, immersion and performance of individuals in virtual games, ankle kinematics and cognitive levels. This work also can be used as a guide for new serious game development integrated with robotic mechanisms for rehabilitation.

O Acidente Vascular Cerebral (AVC) é uma das maiores preocupações da saúde no mundo, sendo a segunda maior causa de morte no mundo e a terceira maior de incapacitação. Sendo a cognição uma das capacidades que são afetadas pelo AVC, é comum o uso de exames para verificar em que nível de estado mental o paciente se encontra. Os pacientes que apresentam incapacidades passam por um longo e complexo programa de reabilitação. Esses indivíduos tornam-se limitados na realização das Atividades de Vida Diárias (AVDs), como caminhar, devido a problemas envolvendo alterações da motricidade em um lado do corpo. O tornozelo é uma articulação importante pois está diretamente ligada à capacidade de caminhar e se manter em pé. Existem diversos exames cognitivos e motores para avaliar o dano causado aos indivíduos, bem como sua melhora ao longo da terapia, porém a área da saúde carece de ferramentas que possam unir a avaliação com os recursos de reabilitação. Portanto, este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um jogo voltado para reabilitação motora para o membro inferior e cognitiva para pessoas que sofreram AVC baseado em um exame de análise cognitiva e interface com temática familiar, utilizando um mecanismo projetado especificamente para reabilitação de tornozelo. O principal objetivo deste projeto é desenvolver um jogo que o desempenho do jogador se correlacione com o desempenho do mesmo no Addenbrooke\'s Cognitive Examination Revised (ACE-R). Pensando no público de maior incidência do AVC, o jogo tem uma temática de familiaridade visando a fácil identificação e imersão do indivíduo no processo de reabilitação, para esse fim foi desenvolvido um jogo baseado em cartas de baralho. Dessa forma o projeto focou em três frentes principais: a articulação a ser reabilitada, a patologia e o perfil de usuário. Este trabalho seguiu uma metodologia para seu desenvolvimento desde a fase de estratégia, especificações e planejamento, concepção e homologação. Os resultados se mostraram satisfatórios dentro dos objetivos estabelecidos dando abertura para diversas frentes de estudo em relação a desenvolvimento de jogos, imersão e desempenho de indivíduos em jogos virtuais, cinemática do tornozelo e níveis cognitivos. Este trabalho também pode ser utilizado como guia para novos desenvolvimentos de jogos sérios integrado com mecanismos robóticos para reabilitação. / The Cerebrovascular Accident (CVA) or Stroke is one of the greatest health concerns in the world, being the second largest cause of death in the world and the third largest cause of disability. Since cognition is one of the capacities that are affected by stroke, it is common to use tests to find out what level of the patient\'s mental state is. Patients with disabilities experiences need a long and complex rehabilitation program. They become limited in performing Daily Life Activities (DLA), such as walking, due to problems involving the movement alterations in one body\'s side. The ankle is directly linked to to walk and stand ability. There are several cognitive and motor tests to evaluate the damage caused to subjects, as well as their improvement throughout therapy, but the health care area lacks tools that can integrate the evaluation with the rehabilitation tools. Therefore, this project aims to develop an ankle rehabilitation game for people who have suffered from stroke, based on a cognitive analysis examination that has interface with family thematic, using a mechanism designed specifically for ankle rehabilitation. The main goal of this project is to develop a specifically game that correlates with Addenbrookes Cognitive Examination (ACE-R). Thinking about the audience of higher incidence of CVA, the game will have a familiar theme for the easy identification and immersion of the individual in the rehabilitation process, for this purpose a game based on playing cards was developed. In this way the project was focused on three main fronts: the articulation, the pathology and the user\'s profile. This work followed a methodology to be developed since its strategy, specifications and planning, conception, testing and homologation. The results proved to be satisfactory within the stated objectives, opening up several study fronts in relation to game development, immersion and performance of individuals in virtual games, ankle kinematics and cognitive levels. This work also can be used as a guide for new serious game development integrated with robotic mechanisms for rehabilitation.