Publications · 2000 · Journal article

Automated Sleep Stage Scoring Using Hybrid Rule- and Case-Based Reasoning

Hae-Jeong Park, Jung-Su Oh, Do-Un Jeong, Kwang-Suk Park

Computers and Biomedical Research 33(5), 330-349

Abstract

We propose an automated method for sleep stage scoring using hybrid rule- and case-based reasoning. The system first performs rule-based sleep stage scoring, according to the Rechtschaffen and Kale's sleep-scoring rule (1968), and then supplements the scoring with case-based reasoning. This method comprises signal processing unit, rule-based scoring unit, and case-based scoring unit. We applied this methodology to three recordings of normal sleep and three recordings of obstructive sleep apnea (OSA). Average agreement rate in normal recordings was 87.5% and case-based scoring enhanced the agreement rate by 5.6%. This architecture showed several advantages over the other analytical approaches in sleep scoring: high performance on sleep disordered recordings, the explanation facility, and the learning ability. The results suggest that combination of rule-based reasoning and case-based reasoning is promising for an automated sleep scoring and it is also considered to be a good model of the cognitive scoring process.

Korean summary

수면다원검사 기록에서 수면 단계를 자동으로 판정하기 위해 규칙기반 추론과 사례기반 추론을 결합한 방법을 제안한 연구입니다. 표준 판정 규칙(Rechtschaffen과 Kales 기준)에 따라 먼저 단계를 판정한 뒤, 규칙만으로 처리하기 어려운 예외 상황을 과거 사례와 비교해 보완하는 구조로 설계했습니다. 정상 수면과 폐쇄성 수면무호흡 기록에 적용한 결과 사람 판정자와의 일치율이 높았고, 사례기반 추론을 더하면 일치율이 추가로 향상되었습니다. 이 방식은 수면장애 기록에서도 성능이 안정적이고 판정 근거를 설명할 수 있으며 새로운 사례를 학습할 수 있다는 점에서, 사람이 수면 단계를 판정하는 인지 과정을 모사하는 자동화 모델로 의미가 있습니다.

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