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Tipo: TCC
Título: Sistema leve colaborativo com redes neurais convolucionais e vision transformers para segmentação de imagens médicas
Autor(es): Lourenço, Bruna Stefanie Costa
Orientador: Albuquerque, Victor Hugo Costa de
Palavras-chave em português: Segmentação médica;Redes neurais convolucionais;Vision transformers;Sistema leve colaborativo
Palavras-chave em inglês: Medical segmentation;Convolutional neural networks;Vision transformers;Lightweight collaborative system
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Data do documento: 2025
Citação: LOURENÇO, Bruna Stefanie Costa. Sistema leve colaborativo com redes neurais convolucionais e vision transformers para segmentação de imagens médicas. 2026. 47 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A segmentação de imagens médicas é fundamental para fornecer informações visuais claras sobre estruturas anatômicas e anomalias. Atualmente, as tarefas de extração de regiões de interesse dependem cada vez mais do aprendizado profundo, que supera as limitações dos métodos tradicionais. Nos últimos anos, as Redes Neurais Convolucionais (CNNs) estiveram presentes em muitos estudos, por conta da sua habilidade em capturar padrões locais presentes nas imagens. No entanto, elas apresentam limitações quando o objetivo é compreender relações globais entre diferentes regiões da imagem. Para contornar isso, surgiu uma nova linha de pesquisa com Vision Transformers (ViTs), que tiveram ótimo desempenho em tarefas de visão computacional. Neste trabalho, proponho unir as capacidades das CNNs e dos ViTs em uma abordagem promissora para a segmentação de imagens de tomografia computadorizada do tórax com lesões pulmonares associadas à COVID-19. A proposta combina CNNs e Vision Transformers em um sistema colaborativo formado por três agentes especializados. Cada agente atua de forma complementar, analisando aspectos distintos da imagem para aprimorar a segmentação. O sistema foi projetado para ser leve, o que o torna útil para sistemas de saúde de países em desenvolvimento e clínicas com recursos limitados. A eficácia do sistema foi validada em um conjunto de dados público de segmentação de imagens de CT de pulmão, utilizando métricas amplamente adotadas na literatura, como Dice Coefficient, Jaccard Index, Hausdorff Distance, ASD e bAHD. O framework proposto obteve desempenho consistente, alcançando valores de Dice Coefficient = 0,8260, Jaccard Index = 0,7330, Hausdorff Distance = 9,3301, ASD = 1,3401 e bAHD = 5,7430. Esses resultados demonstram não apenas a viabilidade da abordagem colaborativa leve, mas também um desempenho superior quando comparado a um modelo de referência baseado em uma CNN tradicional, implementado exclusivamente para fins comparativos.
Abstract: Medical image segmentation is fundamental for providing clear visual information about anatomical structures and anomalies. Currently, tasks related to the extraction of regions of interest increasingly rely on deep learning approaches, which overcome the limitations of traditional methods. In recent years, Convolutional Neural Networks (CNNs) have been widely adopted in numerous studies due to their ability to capture local patterns present in images. However, CNNs exhibit limitations when the objective is to model global relationships among different image regions. To address this issue, a new research direction based on Vision Transformers (ViTs) has emerged, achieving strong performance in various computer vision tasks. In this work, I propose to combine the complementary strengths of CNNs and ViTs in a promising approach for the segmentation of chest computed tomography (CT) images with pulmonary lesions associated with COVID-19. The proposed method integrates CNNs and Vision Transformers within a collaborative system composed of three specialized agents. Each agent operates in a complementary manner, focusing on distinct image characteristics to improve segmentation quality. The system is designed to be lightweight, making it suitable for healthcare systems in developing countries and clinical environments with limited computational resources. The effectiveness of the proposed system was validated on a public lung CT image segmentation dataset using evaluation metrics widely adopted in the literature, including the Dice Coefficient, Jaccard Index, Hausdorff Distance, ASD, and bAHD. The framework achieved consistent performance, reaching Dice Coefficient = 0.8260, Jaccard Index = 0.7330, Hausdorff Distance = 9.3301, ASD = 1.3401, and bAHD = 5.7430. These results demonstrate not only the feasibility of the proposed lightweight collaborative approach but also superior performance when compared to a reference model based on a traditional CNN, implemented exclusively for comparative purposes.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86733
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0004-6082-6530
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/8380749230282266
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-3886-4309
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4186515742605446
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO - Monografias

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