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Tipo: Tese
Título: Triagem Automática do Exame de Papanicolaou com base em Atenção Visual
Autor(es): Ferreira, Daniel Silva
Orientador: Medeiros, Fátima Nelsizeuma Sombra de
Coorientador: Ramalho, Geraldo Luis Bezerra
Palavras-chave: Papanicolaou;Diagnóstico por imagem
Data do documento: 25-Nov-2020
Citação: FERREIRA, D. S. Triagem Automática do Exame de Papanicolaou com base em Atenção Visual. 2020. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza. 2020.
Resumo: O câncer de colo do útero é um grave problema de saúde pública, sendo a quarta neoplasia maligna que mais afeta mulheres. Pesquisadores têm proposto técnicas computacionais para auxiliar o especialista na identificação de lesões pré-cancerígenas em imagens de exames de Papanicolaou. A abordagem clássica consiste na busca exaustiva por alterações celulares na imagem, classificando células sem considerar características da região em análise. Comumente, essa metodologia tem seu desempenho reduzido por falhas de classificação em regiões com sobreposição celular, ruído e artefatos sem interesse clínico. Esta tese apresenta o modelo Attention Guided Model for inspection of cells (AGMic) que analisa imagens de células cervicais a partir da triagem de regiões por um mecanismo de atenção. O modelo proposto identifica áreas que são atrativas a especialistas humanos, ou seja, salientes, e, então, foca a computação na classificação de células dessas sub-imagens específicas. A captura da atenção visual de citopatologistas ocorreu por experimentos de rastreamento ocular, e os dados coletados disponibilizados como uma nova base de dados, chamada CRIC Visual Attention (CRICVA). Esta tese introduz ainda a Region-based Structural Co-occurrence Matrix (rSCM) para modelar a textura do núcleo e do seu entorno, como parte de um algoritmo que associa as regiões salientes a células potencialmente anormais. Testes em imagens do Sistema Único de Saúde (SUS) revelaram que o modelo AGMic reduz falsos positivos na classificação das imagens e alcança Acurácia (ACC) de 0,955 e índice de concordância Kappa (K) de 0,919 em três classes (negativa, baixo risco e alto risco) usando apenas as três regiões de maior saliência. Esses resultados superaram a abordagem clássica, a qual obteve ACC: 0,775, K: 0,611 quando todos os núcleos são corretamente detectados. Uma vez que se processam menos células, o tempo médio de execução do AGMic foi de ∼ 5,26 segundos por imagem, sem GPU, representando uma redução de tempo de ∼ 46,54% para detecção de regiões com base na segmentação de núcleo. Experimentos complementares em 4.867 imagens de citologia de meio líquido da base pública Deep Cervical Cytological Lesions (DCCL) confirmaram o potencial do AGMic para a seleção de regiões de interesse clínico. Estes achados destacam o modelo proposto, habilitando-o ao uso em ferramentas para a análise de exames de Papanicolaou em laboratórios citopatológicos.
Abstract: Cervical cancer is a severe public health problem, being the fourth malignant neoplasm that most affects women. Researchers have proposed computational techniques to assist the clinician in identifying pre-cancerous lesions in Pap smears. The classical approach consists of an exhaustive search for cellular changes in the image, classifying cells with no considering region features under analysis. Commonly, this methodology has its performance reduced by classification failures into regions with cell overlap, noise, and artifacts with no clinical interest. This thesis presents AGMic, which analyzes images of cervical cells from the screening of regions by an attention mechanism. The proposed model identifies conspicuous areas to human specialists, i.e., salients, and then focuses computation on cell classification of these specific sub-images. The acquisition of cytopathologists’ visual attention occurred through eye-tracking experiments, and the collected data made available as a novel database called CRICVA. This thesis also introduces rSCM to model the nucleus texture and its surroundings, as part of an algorithm that associates the salient regions to potentially abnormal cells. Tests on images from the Brazilian Universal Health System (SUS) revealed that AGMic reduces false positives on image classification and achieves Accuracy (ACC) of 0.955 and Kappa concordance index (K) of 0.919 in three classes (negative, low risk, and high risk) using only the three highest salient regions. These results overperformed the classical approach performance, which obtained ACC: 0.775, K: 0.611 when all nuclei are correctly detected. Since fewer cells are processed, the average runtime for AGMIC was ∼ 5.26 seconds per image, with no GPU, representing a time reduction of ∼ 46.54% for region detection based on nuclei segmentation. Complementary experiments on 4,867 liquidbased cytology images from the public dataset DCCL confirmed the potential of AGMic to select clinical interest regions. These findings highlight the proposed model, enabling it to be used in Papanicolaou screening tools in cytopathological laboratories.
Descrição: FERREIRA, Daniel Silva. Triagem Automática do Exame de Papanicolaou com base em Atenção Visual. 2020. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/66503
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