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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79301
Tipo: | Tese |
Título: | SHAPEDNET: a regression convolutional neural network approach for body composition assessment based oninterpretable DBF-SCAN techniques |
Título em inglês: | SHAPEDNET: a regression convolutional neural network approach for body composition assessment based oninterpretable DBF-SCAN techniques |
Autor(es): | Nascimento, Navar de Medeiros Mendonça e |
Orientador: | Rebouças Filho, Pedro Pedrosa |
Palavras-chave em português: | Composição Corporal - Avaliação;Distribuição da gordura corporal;Absorciometria de fóton;Aprendizado multitarefa;Aprendizagem profunda;Inteligência artificial |
Palavras-chave em inglês: | Body composition evaluation;Body fat distribution;Absorptiometry, Photon;Multi-task learning;Deep learning;Artificial intelligence |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Data do documento: | 2023 |
Citação: | NASCIMENTO, Navar de Medeiros Mendonça e. SHAPEDNET: a regression convolutional neural network approach for body composition assessment based oninterpretable DBF-SCAN techniques. 2023. 122 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023 |
Resumo: | A estimativa precisa da composição corporal é essencial para avaliar a saúde e o bem-estar. Esta tese apresenta uma nova técnica para avaliação da composição corporal, o ShapedNet. Este método é uma rede neural profunda de aprendizado multitarefa que simultaneamente estima o Percentual de Gordura Corporal (PGC), identifica e localiza indivíduos usando uma única foto. Para valida-lo, foram feitas comparações com o método de referência padrão, a Absortometria de Raio-X de Dupla Energia (DXA). O processo de validação envolveu um conjunto de dados de 1273 adultos, variando em idade (18 a 65 anos), sexo (54,59% mulheres) e níveis de PGC (DXA 9,3%- 57,6%). A avaliação incluiu medidas de PGCusando DXAeduasseções fotográficas. Além disso, criou-se um conjunto de dados de acompanhamento, no que foram repetidos todos os exames e fotos com os participantes após três meses. Esta abordagem superou os melhores resultados relatados para estimativa de gordura corporal baseada em visão computacional usando fotos, em uma margem de 1,19 a 1,89 pontos. O ShapedNet obteve um Erro Percentual Absoluto Médio (MAPE) de 4,91% e um Erro Absoluto Médio (MAE) de 1,42. Foi avaliado o uso de abordagens baseadas em gênero e não baseadas em gênero, sendo que a última superou a primeira em uma margem de 1,07 a 2,12 pontos. O ShapedNet estima a PGC com 95% de confiança, dentro de uma margem de erro de 4,01% a 5,81%, ou uma diferença de 1,18 a 1,66 em relação às estimativas do DXA. Coeficientes de correlação acima de 0,9 foram observados entre o ShapedNet e o DXA em todos os experimentos realizados. Para aprimorar a interpretabilidade do método proposto, foi criada a técnica de visualização DBF-SCAN. Esta fornece visualizações valiosos sobre a distribuição e composição da gordura corporal, destacando a importância relativa de diferentes regiões do corpo na determinação da gordura corporal. Essa visualização orientada ao paciente complementa a estimativa quantitativa fornecida pelo ShapedNet. Esta pesquisa apresenta um método para a avaliação da composição corporal, avaliado por análises de erro, correlação e técnicas de visualização. O método ShapedNet está alinhado com o método de dois compartimentos na teoria da avaliação da composição corporal e oferece uma abordagem indireta inovadora. Além da estimativa da composição corporal, os avanços apresentados nesta tese contribuem para o desenvolvimento de modelos de Inteligência Artificial Explicável (XAI) e ampliam as aplicações do aprendizado multitarefa em diversos domínios. |
Abstract: | Accurate body composition estimation is essential for assessing health and well-being. This thesis introduces a novel techniques for improving body composition assessment, the ShapedNet. This method is a multi-task learning deep neural network that simultaneously estimates Body Fat Percentage (BFP), identifies, and localizes individuals using a single photo. To validate its accuracy, rigorous comparisons were made against the gold standard reference method, Dual-Energy X-ray Absorptiometry (DXA). The validation process involved a dataset of 1273 healthy adults, ranging in ages (18-65 years old), sexes (54.59% women), and BFP levels (DXA 9.3%- 57.6%). The evaluation included BFP measurements using DXA, two photo sections, and other clinical exams. Additionally, a follow-up dataset was created by repeating all exams and photos with the participants three months later. Our approach outperformed the best reported results for computer vision-based body fat estimation using photos by a margin of 1.19 to 1.89 points. ShapedNet achieved a Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of 4.91% and Mean Absolute Error (MAE) of 1.42. We also evaluated using both gender-based and non-gender-based approaches, the later outperformed the gender-based by a margin of 1.07 to 2.12 points. ShapedNet estimates BFP with 95% confidence, within an error margin of 4.01% to 5.81%, or a difference of 1.18 to 1.66 in DXA estimates. High correlation coefficients greater than 0.9 were observed between ShapedNet and DXA in all experiments conducted. To enhance the interpretability of the proposed method, we design the DBF-SCAN visualization technique. DBF-SCAN provides valuable visual insights into the distribution and composition of body fat, highlighting the relative importance of different body regions in determining body fatness. This subject-oriented visualization complements the quantitative estimation provided by ShapedNet. This research introduces a robust and accurate method for body composition assessment, supported by rigorous validation, correlation analysis, and visualization techniques. The ShapedNet method aligns with the two-compartment method in body composition assessment theory and offers an innovative indirect approach. Beyond body composition estimation, the advancements presented in this thesis contribute to the development of Explainable AI (XAI) models, and broaden the applications of multi-task learning in various domains. |
Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79301 |
ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0001-8803-6793 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/5138926459515902 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-1878-5489 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/4347965302097614 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DETE - Teses defendidas na UFC |
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