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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74715
Tipo: | Tese |
Título : | Método Automático de Detecção de Nódulos Pulmonares em Imagens de Tomografia Computadorizada do Tórax Usando Redes Neurais Convulocionais |
Título en inglés: | AUTOMATIC METHOD FOR PULMONARY NODULE DETECTION IN CHEST COMPUTED TOMOGRAPHY IMAGES USING CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORKS |
Autor : | Valente, Igor Rafael Silva |
Tutor: | Cortez, Paulo César |
Co-asesor: | Soares, José Marques |
Palabras clave en portugués brasileño: | Detecção de nódulos pulmonares.;Câncer de pulmão.;Tomografia computadorizada.;Redes neurais convolucionais.;SVM.;LUNA16.;LIDC-IDRI. |
Palabras clave en inglés: | Pulmonary nodule detection.;Lung cancer.;Computed tomography.;Convolutional neural networks.;SVM.;LUNA16.;LIDC-IDRI. |
Áreas de Conocimiento - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Fecha de publicación : | 2023 |
Citación : | VALENTE, I. R. S. Método Automático de Detecção de Nódulos Pulmonares em Imagens de Tomografia Computadorizada do Tórax Usando Redes Neurais Convulocionais. 2019. 143f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019. |
Resumen en portugués brasileño: | O câncer é a segunda principal causa de morte no mundo. Entre todos os tipos, o câncer de pulmão permanece como o mais frequente e a principal causa de morte por câncer, cuja maior dificuldade para o tratamento está relacionada ao estágio do diagnóstico. Em muitos casos a doença é identificada em estágio avançado, quando os tratamentos atuais não são efetivos. Apesar das iniciativas para promover o diagnóstico precoce, os médicos nem sempre fazem o melhor uso das informações obtidas a partir de dispositivos de imagens médicas. Limitações do sistema visual humano, treinamento e experiência insuficientes, fatores como fadiga e distração podem contribuir para o uso ineficiente da informação disponível. Neste contexto, técnicas automáticas de análise e processamento de imagens médicas podem ser aplicadas como uma ferramenta de auxílio ao diagnóstico. A presente tese tem como objetivo propor um método automático de detecção de nódulos pulmonares em imagens de tomografia computadorizada do tórax usando redes neurais convolucionais. Inicialmente são utilizadas as técnicas de limiarização ótima, análise de componentes conectados e operações de morfologia matemática com o objetivo de isolar os pulmões do restante da imagem. Em seguida, os pulmões são analisados com o objetivo de identificar as regiões internas de maior densidade. Amostras de nódulos pulmonares e regiões sadias são extraídas dos planos axial, sagital e coronal do exame e são concatenadas para formar uma imagem ortogonal, utilizada no treinamento da rede neural convolucional. Posteriormente, um conjunto de quarenta características extraídas dos nódulos candidatos é utilizado para reduzir a quantidade de falsos positivos em um classificador de padrões SVM. As principais contribuições desta tese são a proposta de um sistema de validação composto por quatro conjuntos de padrões ouro gerados a partir da base de imagens LIDC-IDRI, a criação de um método automático de redução da área de interesse a partir da segmentação dos pulmões, a proposta de uma topologia de redes neurais convolucionais para treinamento e detecção de nódulos pulmonares, a proposta de um conjunto de características extraídas de nódulos candidatos para redução de falsos positivos e, por fim, a detecção e segmentação de nódulos pulmonares. A performance do método é avaliada utilizando a técnica de validação cruzada 10-fold nas bases de imagens LUNA16 e LIDC-IDRI, obtendo sensibilidade de 84,56% e 74,04–81,54%, respectivamente. Os resultados permitem concluir que as redes neurais convolucionais são efetivas na detecção de nódulos pulmonares. |
Abstract: | Cancer is the second leading cause of death in the world. Among all types, lung cancer remains the most frequent and the leading cause of death due to cancer, whose greater difficulty in treatment is related to the stage of diagnosis. In many cases, the disease is identified at an advanced stage, when current treatments are not effective. Despite initiatives to promote early diagnosis, physicians do not always make the best use of information obtained from medical imaging devices. Limitations of the human visual system, insufficient training and experience, factors such as fatigue and distraction may contribute to the inefficient use of available information. In this scenario, automatic techniques for the analysis and processing of medical images can be applied as a diagnostic tool. The main goal of this thesis is to propose an automatic method to detect pulmonary nodules from thorax computed tomography images using convolutional neural networks. Initially, optimal thresholding, connected component analysis, and mathematical morphology operations are used to isolate the lungs from the whole image. The lungs are then analyzed to identify the higher density internal regions. Samples of pulmonary nodules and healthy regions are extracted from axial, sagittal, and coronal examination planes and concatenated to compose an orthogonal image used for training of a convolutional neural network. Subsequently, a set of forty features extracted from nodule candidates is used for false-positive reduction in an SVM pattern classifier. The main contributions of this thesis are the proposal of a validation system composed of four sets of gold standards created from the LIDC-IDRI database, the creation of an automatic method for reducing the area of interest from the lung segmentation, the proposal of a convolutional neural network topology for training and detection of pulmonary nodules, the proposal of a set of characteristics extracted from nodule candidates to reduce false positives, and finally, pulmonary nodule detection and segmentation. The method's performance is evaluated using the 10-fold cross-validation technique at LUNA16 and LIDC-IDRI databases, obtaining a sensitivity of 84.56% and 74.04–81.54%, respectively. The results allow us to conclude that convolutional neural networks are effective in the detection of pulmonary nodules. |
Descripción en portugués brasileño : | Valente, I. R. S. Método automático de detecção de nódulos pulmonares em imagens de tomografia computadorizada do tórax usando redes neurais convolucionais. 2019. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)– Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019. |
URI : | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74715 |
Lattes del autor: | http://lattes.cnpq.br/8985146977783787 |
Lattes del tutor: | http://lattes.cnpq.br/5024602152304064 |
Lattes del co-asesor: | http://lattes.cnpq.br/3186709749685737 |
Derechos de acceso: | Acesso Aberto |
Aparece en las colecciones: | DETE - Teses defendidas na UFC |
Ficheros en este ítem:
Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
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2019_tese_irsvalente.pdf | Tese | 7,77 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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