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???metadata.dc.type???: Dissertação
Title: Abordagem de aprendizado profundo para extração de quadros significativos em volumes de tomografia computadorizada
???metadata.dc.creator???: Silva, Lucas Almeida da 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Giusti, Rafael
First advisor-co: Santos, Eulanda Miranda dos
???metadata.dc.contributor.referee1???: Souto, Eduardo James Pereira
???metadata.dc.contributor.referee2???: Cuevas Rodriguez, Luis
???metadata.dc.contributor.referee3???: Bentes Gatto, Bernardo
???metadata.dc.description.resumo???: A análise de imagens médicas em dados volumétricos normalmente é feita com a utilização de redes neurais convolucionais profundas 2D (CNN 2D), o que implica na análise independente e quadros individuais. Em grande parte, isso é devido aos desafios impostos pela natureza de dados tridimensionais, tais como: tamanho de volume variável, altos requisitos de memória (GPU e RAM), otimização de parâmetros, dentre outros. No entanto, lidar com os quadros individuais de forma independente em CNNs 2D descarta, deliberadamente, as informações temporais que constituem a profundidade dos volumes, o que pode resultar em baixo desempenho para a tarefa pretendida. Portanto, é importante desenvolver métodos que superem os requisitos computacionais impostos para que se aproveite as informações 3D. Para isso, neste trabalho é proposto um método não supervisionado baseado em \textit{Grad-Cam} para seleção dos segmentos mais relevantes em volumes de tomografia computadorizada, por meio da avaliação do mapa de ativação na última camada convolucional de uma CNN3D projetada para esse fim. Mesmo que o diagnóstico por métodos de Aprendizado de Máquina já mostre resultados promissores por meio do uso de redes neurais para avaliação de imagens radiológicas dos pulmões, a grande maioria dos métodos utiliza imagens pré-selecionadas por profissionais humanos para compor uma base de dados adequada, e isso se agrava quando são utilizados volumes de tomografia computadorizada, onde se faz necessária a separação de quadros mais significativos para avaliação clínica, uma vez que a análise de volume completo é computacionalmente cara e demorada. Experimentos extensivos com volumes de tomografia computadorizada demonstraram o êxito da metodologia proposta. A eficácia do método Grad-Cam Slice Selection (GSS) se evidenciou ao superar técnicas atuais do estado da arte, tanto em termos de área sob a curva ROC (AUC) quanto de F1 Score, em todas as configurações testadas.
Abstract: A common approach for analyzing medical images on volumetric data employs deep 2D convolutional neural networks (2D CNN), which imply the use of individual frames. This is largely attributed to the challenges posed by the nature of three-dimensional data: variable volume size, sufficient GPU and RAM allocation, parameter optimization, and more. However, handling the individual frames independently in 2D CNNs deliberately discards the temporal information that constitutes the depth of the volumes, which results in poor performance for the intended task. Therefore, it is important to develop methods that go beyond the computational requirements imposed in order to take advantage of 3D information. For this, we propose an unsupervised method based on Grad-Cam to select key-frames in computed tomography volumes by evaluating the activation map in the last convolutional layer of a CNN3D designed for this purpose. The diagnosis of coronavirus disease was used as a case study for this first stage of the project. Even though the diagnosis by Machine Learning methods already shows promising results through the use of neural networks for the evaluation of radiological images of the lungs, the vast majority of methods use images pre-selected by human professionals to compose an adequate database and this is aggravated when computed tomography volumes are used, where it is necessary to separate more significant frames for clinical evaluation because the full volume analysis is computationally expensive and time-consuming. Extensive experiments with computed tomography volumes demonstrated the success of the proposed methodology. The effectiveness of the Grad-Cam Slice Selection (GSS) method was shown to outperform current state-of-the-art techniques, both in terms of area under the ROC curve (AUC) and F1 Score, in all configurations tested.
Keywords: Tomografia
Redes neurais (Computação)
Computação evolutiva
Engenharia de sistemas
???metadata.dc.subject.cnpq???: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: CIENCIA DA COMPUTACAO: TEORIA DA COMPUTACAO: COMPUTABILIDADE E MODELOS DE COMPUTACAO
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: CIENCIA DA COMPUTACAO: SISTEMAS DE COMPUTACAO: ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO
???metadata.dc.subject.user???: Extração de quadros em tomografia
Grad-CAM
Aprendizado profundo
Tomografia computadorizada
Redes neurais convolucionais
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Amazonas
???metadata.dc.publisher.initials???: UFAM
???metadata.dc.publisher.department???: Instituto de Computação
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-graduação em Informática
Citation: SILVA, Lucas Almeida da. Abordagem de aprendizado profundo para extração de quadros significativos em volumes de tomografia computadorizada. 2023. 66 f. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2023.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/9593
Issue Date: 30-Jun-2023
Appears in Collections:Mestrado em Informática

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