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Type: Tese
Title: Emprego de Equações Booleanas e Vetor de Filtros na Detecção de Nódulos Pulmonares em Tomografias Computadorizadas do Tórax
Authors: Mesquita, Vitor Alencar de
Advisor: Cortez, Paulo César
Co-advisor: Albuquerque, Victor Hugo Costa de
Keywords: Assistência à saúde;Prestação de cuidados á saúde;Inteligência artificial;Nódulo pulmonar solitário;Internet das coisas
Issue Date: 31-May-2022
Citation: MESQUITA, V. A. de. Emprego de Equações Booleanas e Vetor de Filtros na Detecção de Nódulos Pulmonares em Tomografias Computadorizadas do Tórax. 2022. 79 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: Nesta tese, é apresentado um novo método que utiliza um Vetor de Filtros de Pré-processamento, combinado com equações relacionais e Booleanas simples para detecção de nódulos pulmonares. Para isolar nódulos de outras estruturas pulmonares, é proposto um modelo com 16 filtros de janelas medianas multi-escala, limiares baseados em métricas estatísticas e operações morfológi- cas 3-D. Na etapa Redução Booleana de Falsos Positivos, as equações relacionais e booleanas selecionam candidatos a nódulos oriundos dos filtros de pré-processamento, por meio de um descritor com 20 atributos ora proposto. Finalmente, uma Rede Neural Convolucional (CNN) classifica as estruturas restantes como sendo nódulos ou não. Esse método atingiu 92,75% de sensibilidade para uma média de 8 falsos positivos por exame usando todos os exames da base pública LIDC (Lung Image Database Consortium) com o parâmetro de espessura do slice menor do que 2 mm, contendo qualquer lesão maior do que 3 mm marcada como “nódulo” por pelo menos 3 radiologistas. Para uma referência menos consensual, esse método atinge o maior nível de sensibilidade entre os resultados de outros trabalhos encontrados na literatura pesquisada. Mesmo adotando uma “verdade de campo” que dificulta a detecção de nódulos e a redução de falsos positivos, os resultados estão de acordo com os padrões recentes da literatura mostrando que o método é capaz de detectar nódulos pulmonares de modo eficaz. As principais contribuições desta tese são o Vetor de Filtros de Pré-processamento, o método de Redução Booleana de Falsos Positivos e a inclusão nos métodos de lesões desconsideradas por padrões de referência que consideram apenas a opinião da maioria dos especialistas.
Abstract: Detection of lung cancer in the early stages significantly increases the chances of survival. This work presents a novel method that uses a Vector of Pre-processing Filters combined with simple relational and Boolean equations for pulmonary nodule detection. To isolate nodules from other lung structures, we propose a 16 filter scheme endowed with multiscale median masks, statistical- based thresholds, and 3-D morphological operations. In the Boolean False Positive Reduction stage, relational and Boolean equations select nodule candidates from pre-processing filters using our descriptor with 20 attributes. Finally, a Convolutional Neural Network (CNN) classifies the remaining structures into nodule or no nodule. The method reached 92.75% sensitivity for an average of 8 false positives per exam using all exams in the public Lung Image Database Consortium (LIDC) with a slice thickness of less than 2 mm that contains lesions larger than 3 mm marked “nodule” by at least 3 radiologists. For a less consensual reference, our method reaches the highest sensitivity levels among listed results. Even adopting a “ground truth” which hinders nodule detection and false positive reduction tasks, our results are in line with recent literature standards showing the method is able to detect lung nodules effectively. The major contributions of this thesis are the inclusion in the methods of lesions disregarded by reference standards that consider only the opinion of the majority of specialists.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/68982
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