An e-health system for personalized automatic sleep stages classification

par Chen Chen

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Patrick Garda.

Soutenue le 12-12-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Paris 6 (laboratoire) .

Le président du jury était Marie-Christine Jaulent.

Le jury était composé de Jérôme Boudy, Christophe Marsala, Andrea Pinna.

Les rapporteurs étaient Kurosh Madani, Etienne Sicard.

  • Titre traduit

    Système d'e-santé personnalisé pour la classification automatique des stades de sommeil


  • Résumé

    Dans cette thèse, un système personnalisé de stadification automatique du sommeil est proposé, combinant fusion symbolique et système de contrôle rétroactif. La fusion symbolique est inspirée par le processus décisionnel mis en œuvre par les cliniciens experts du sommeil lors la reconnaissance visuelle des stades de sommeil. Il commence par l'extraction de paramètres numériques à partir des signaux polysomnographiques bruts. L'interprétation symbolique de haut niveau se fait par l'intermédiaire de l'extraction de caractéristiques à partir des paramètres numériques. Enfin, la décision est générée en utilisant des règles inspirées par les recommandations internationales en médecine du sommeil. Les symboles et les valeurs des caractéristiques dépendent d'un ensemble de seuils, dont la détermination est une question clé. Dans cette thèse, deux algorithmes de recherche différents, Differential Evolution et Cross Entropy ont été étudiés pour calculer la valeur de ces seuils automatiquement. La variabilité individuelle a souvent été ignorée dans les systèmes automatiques de stadification du sommeil existants. Cependant, elle a été démontrée dans plusieurs travaux de recherche vis à vis de nombreux aspects du sommeil (comme les enregistrements polysomnographiques, les habitudes de sommeil, l'architecture du sommeil, la durée du sommeil, les événements liés au sommeil, etc.). Afin d'améliorer l'efficacité des classificateurs des stades de sommeil, un système automatisé de sommeil automatique adapté aux différentes personnes et tenant compte de la variabilité individuelle a été exploré et évalué.


  • Résumé

    In this thesis, a personalized automatic sleep staging system is proposed by combining symbolic fusion and feedback system control technique. Symbolic fusion is inspired by the decision-making process of clinical sleep staging. It starts from the extraction of digital parameters from raw polysomnography signals and it goes up to a high-level symbolic interpretation through a features extraction process. At last, the decision is generated using rules inspired by international guidelines in sleep medicine. Meanwhile, the symbols and the features computations depend on a set of thresholds, whose determination is a key issue. In this thesis, two different search algorithms, Differential Evolution and Cross Entropy, were studied to compute these thresholds automatically.Individual variability was often ignored in existing automatic sleep staging systems. However, an individual variability was observed in many aspects of sleep research (such as polysomnography recordings, sleep patterns, sleep architecture, sleep duration, sleep events, etc.). In order to improve the effectiveness of the sleep stages classifiers, a personalized automatic sleep staging system that can be adapted the different persons and take individual variability into consideration was explored and evaluated.The perspectives of this work are based on evaluating the complexity and the performances of these algorithms in terms of latencies and hardware resource requirements, in order to target a personalized automated embedded sleep staging system.


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