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dc.creatorCosta, Cícero Lima-
dc.date.accessioned2024-09-30T16:50:16Z-
dc.date.available2024-09-30T16:50:16Z-
dc.date.issued2024-08-26-
dc.identifier.citationCOSTA, Cícero Lima. Ensemble architectures and fusion techniques for convolutional neural networks applied to medical image analysis. 2024. 97 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.618.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43533-
dc.description.abstractComputer vision algorithms such as convolutional neural networks are used to automate processes in medicine and support diagnosis. These algorithms minimize human error during medical image analysis and reduces inter-operator variability. In this study, to support the diagnosis, three strategies involving fusion of convolutional neural networks were proposed. First, ensemble architectures were used in the gastrointestinal image classification task. Second, through the fusion of convolutional models, a new model was proposed to detect landmarks in images of lateral cephalograms, hand X-rays and lung X-rays. The third analysis tested whether image preprocessing would help convolutional models in the task of landmark detection and region segmentation. The proposed strategies were evaluated based on common metrics in the literature such as mean radial error and F1-score. In addition, aligning with the concepts of green computing, resource consumption and pollutant emissions were also evaluated. For the classification task, the proposed ensemble achieved an F1-score of 0.910, matching the literature, however, using lower cost equipment. For landmark detection, through model fusion, considering the success detection rate (SDR) between the predicted landmarks and the original landmarks, we achieved SDR of 95.72% for the lateral cephalogram and 99.56% for the hand x-rays, both considering a distance up to 4mm. For lung x-rays, we obtained an SDR 84.21% considering 6 pixels of distance. Our proposal also reduced execution time, energy consumption and carbon emissions by around 65%. The preprocessing strategy showed no with significant improvements over the results.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/*
dc.subjectDeep learningpt_BR
dc.subjectEnsamblept_BR
dc.subjectFusionpt_BR
dc.subjectClassificationpt_BR
dc.subjectX-rayspt_BR
dc.subjectAprendizagem profundapt_BR
dc.subjectComitêspt_BR
dc.subjectFusãopt_BR
dc.subjectClassificaçãopt_BR
dc.subjectRaios Xpt_BR
dc.subjectComputaçãopt_BR
dc.titleEnsemble architectures and fusion techniques for convolutional neural networks applied to medical image analysispt_BR
dc.title.alternativeArquiteturas de comitê e técnicas de fusão para redes neurais convolucionais aplicadas à análise de imagens médicaspt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Barcelos, Celia Aparecida Zorzo-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2734447981764714pt_BR
dc.contributor.advisor1Travençolo, Bruno Augusto Nassif-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2590427557264952pt_BR
dc.contributor.referee1Backes, André Ricardo-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8590140337571249pt_BR
dc.contributor.referee2Couto, Leandro Nogueira-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9500586005920379pt_BR
dc.contributor.referee3Mari, João Fernando-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3582704696209050pt_BR
dc.contributor.referee4Borges, Vinicius Ruela Pereira-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/1841593572448050pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6902000855783609pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoAlgoritmos de visão computacional, como redes neurais convolucionais, são usados para automatizar processos na medicina e apoiar o diagnóstico. Esses algoritmos minimizam o erro humano durante a análise de imagens médicas e reduzem a variabilidade interoperador. Neste estudo, para apoiar o diagnóstico, foram propostas três estratégias envolvendo fusão de redes neurais convolucionais. Primeiro, comitês de redes neurais convolucionais foram utilizados na tarefa de classificação de imagens gastrointestinais. Em segundo lugar, através da fusão de modelos convolucionais, foi proposto um novo modelo para detectar pontos de referência em imagens de cefalogramas laterais, radiografias de mãos e radiografias de pulmão. A terceira análise testou se o pré-processamento de imagens ajudaria os modelos convolucionais na tarefa de detecção de pontos de referência e segmentação de regiões. As estratégias propostas foram avaliadas com base em métricas comuns na literatura, como erro radial médio e F1-score. Além disso, alinhado aos conceitos de computação verde, também foram avaliados o consumo de recursos e as emissões de poluentes. Para a tarefa de classificação, o comitê proposto obteve F1-score de 0,910, correspondendo à literatura, porém, utilizando equipamentos de menor custo. Para detecção de pontos de referência, por meio de fusão de modelos, considerando a taxa de detecção de sucesso, success detection rate (SDR), entre os pontos de referência previstos e os pontos de referência originais, alcançamos SDR de 95,72% para o cefalograma lateral e 99,56% para as radiografias de mão, ambos considerando uma distância de até 4 mm. Para radiografias de pulmão, obtivemos um SDR de 84,21% considerando 6 pixels de distância. Nossa proposta também reduziu o tempo de execução, o consumo de energia e as emissões de carbono em cerca de 65%. A estratégia de pré-processamento não apresentou melhorias significativas nos resultados.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Ciência da Computaçãopt_BR
dc.sizeorduration97pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.618pt_BR
dc.orcid.putcode168654773-
dc.crossref.doibatchid02fcf5da-2524-4de2-9f55-17683b16b872-
dc.subject.autorizadoComputaçãopt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.pt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.pt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.pt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.pt_BR
Appears in Collections:TESE - Ciência da Computação

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