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Tipo: Dissertação
Título: Análise do desempenho de redes neurais profundas na classificação e segmentação de tumores cerebrais em imagens de ressonância magnética
Autor(es): Moreira, Andressa Gomes
Orientador: Paula Júnior, Ialis Cavalcante de
Coorientador: Ferreira, Fischer Jônatas
Palavras-chave em português: Deep Learning;Ressonância Magnética;Tumor Cerebral;Classificação;Segmentação
Palavras-chave em inglês: Deep Learning;Magnetic Resonance Imaging;Brain Tumor;Classification;Segmentation
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Data do documento: 2024
Citação: MOREIRA, Andressa Gomes. Análise do desempenho de redes neurais profundas na classificação e segmentação de tumores cerebrais em imagens de ressonância magnética. 2024. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação), Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, 2024.
Resumo: O desenvolvimento de tumores cerebrais malignos caracteriza o câncer cerebral. De acordo com o Instituto Nacional de Câncer (INCA), no Brasil são registrados cerca de 11 mil novos casos todos os anos, com um índice de mortalidade em aproximadamente 84% dos casos. Nesse contexto, a detecção precoce de tumores cerebrais pode elevar consideravelmente a taxa de sobrevivência dos pacientes. Os avanços em Inteligência Artificial (IA) têm aprimorado a análise de imagens médicas. Entretanto, a classificação e a segmentação de tumores cerebrais, por meio de imagens de ressonância magnética (RM), ainda são tarefas desafiadoras por diversos fatores, como, alterações de contraste, tamanho, formato, posição e variação da região tumoral, dependendo do paciente. Portanto, o principal objetivo deste trabalho é desenvolver um fluxo de processamento do treinamento e a análise do desempenho de arquiteturas de redes neurais profundas na classificação de tumores cerebrais em Meningioma, Glioma, Hipofisário, além de casos sem tumor e a detecção e segmentação da região tumoral. Para isso, foram utilizados três conjuntos de dados disponíveis publicamente da literatura de imagens de ressonância magnética. Na etapa de classificação, realizou-se o treinamento de quinze modelos de aprendizado profundo pré-treinados. Com a validação, assumiu-se métricas quantitativas amplamente aplicadas em problemas de classificação. Em seguida, foi conduzida uma análise minuciosa, por meio de testes estatísticos para verificar diferenças significativas entre as arquiteturas. Além disso, para realizar a segmentação dos tumores cerebrais, foram aplicadas as redes UNet, UNet++ e FPN combinadas com as codificadoras de melhor desempenho. Logo, os resultados indicaram que a EfficientNetB7 apresentou o melhor desempenho na classificação, com uma acurácia de 97,68%, precisão de 97,63%, recall de 97,69%, F1-Score de 97,64% e especificidade de 99,21%. Na segmentação, a combinação de EfficientNetB7 com FPN foi a mais eficaz, alcançando 99,52% de acurácia, 85,23% em F1-Score, 74,29% para a métrica Interseção sobre União e 4,56 na Distância de Hausdorff. O estudo apresentou resultados significativos frente ao que é explorado na literatura, evidenciando a eficácia na detecção e classificação de tumores cerebrais.
Abstract: The development of malignant brain tumors characterizes brain cancer. According to the National Cancer Institute (INCA), approximately 11,000 new cases are registered in Brazil every year, with a mortality rate of approximately 84% of cases. In this context, early detection of brain tumors can considerably increase the survival rate of patients. Advances in Artificial Intelligence (AI) have improved the analysis of medical images. However, the classification and segmentation of brain tumors, using magnetic resonance imaging (MRI), are still challenging tasks due to several factors, such as changes in contrast, size, shape, position and variation of the tumor region, depending on the patient. Therefore, the main objective of this work is to develop a training processing flow and analyze the performance of deep neural network architectures in the classification of brain tumors in Meningioma, Glioma, Pituitary, as well as cases without tumor and the detection and segmentation of the tumor region. For this, three publicly available datasets from the literature of magnetic resonance images were used. In the classification stage, fifteen pre-trained deep learning models were trained. For validation, quantitative metrics widely applied in classification problems were assumed. Then, a thorough analysis was conducted using statistical tests to verify significant differences between the architectures. In addition, to segment the brain tumors, the UNet, UNet++, and FPN networks were applied in combination with the best-performing encoders. Therefore, the results indicated that EfficientNetB7 presented the best classification performance, with an accuracy of 97.68%, precision of 97.63%, recall of 97.69%, F1-Score of 97.64%, and specificity of 99.21%. In segmentation, the combination of EfficientNetB7 with FPN was the most effective, achieving 99.52% accuracy, 85.23% in F1-Score, 74.29% for the Intersection over Union metric and 4.56 in Hausdorff Distance. The study presented significant results compared to what is explored in the literature, evidencing the effectiveness in the detection and classification of brain tumors.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84733
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/1735685284258819
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-2374-4817
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/5022453748409432
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-3643-8720
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/1412888913678183
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:PPGEEC - SOBRAL - Dissertações defendidas na UFC

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