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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7955-5786
Tipo do documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Determinação da concentração de oxi e deoxihemoglobina a partir de imagens de luz difusa utilizando redes neurais artificiais e sfdi
Título(s) alternativo(s): DETERMINATION OF OXY AND DEOXYHEMOGLOBIN CONCENTRATION FROM DIFFUSE LIGHT IMAGES USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS AND SFDI
Autor(es): Goncalves, Murillo Rodrigues
Primeiro orientador: Cunha, Diego
Primeiro membro da banca: dos Santos, Adamo
Segundo membro da banca: Ricardo, Sergio
Resumo: A aquisição de imagem de domínio de frequência espacial (SFDI) é uma tecnologia que possibilita a obtenção de mapas de cromóforos de forma rápida, não invasiva e em um campo amplo. Esse método consiste em iluminar uma área ampla do tecido com uma luz modulada espacialmente. A luz refletida pelo tecido varia conforme suas propriedades ópticas, permitindo identificar sua composição. Neste trabalho, empregamos uma combinação de Análise de Componentes Principais (PCA) e Redes Neurais Artificiais (RNA) para computar as concentrações de oxi e deoxihemoglobina em tecidos da pele, a partir de valores de reflectância difusa obtidos pelo SFDI. A base de dados utilizada foi gerada conforme os parâmetros do tecido humano e simulações de Monte Carlo, totalizando 850.500 amostras - distribuídas em conjuntos de treino, teste e validação na proporção 70:15:15. Para minimizar o risco de overfitting durante o treinamento da rede neural, aplicou-se regularização Bayesiana, baseada na otimização de Levenberg-Marquardt. Os resultados demonstraram que o modelo desenvolvido conseguiu prever as concentrações de oxi e deoxihemoglobina com coeficientes de correlação de 0,997 e 0,982, respectivamente. Os erros médios relativos em relação aos valores esperados foram de 0,98% para oxihemoglobina e 0,99% para deoxihemoglobina, sendo que a 90% das amostras apresentou erros médios relativos inferiores a 4%. O modelo também foi aplicado a um estudo in vivo para determinar as concentrações de hemoglobina na mão de um voluntário. Os resultados mostram que o modelo desenvolvido apresenta um bom desempenho na determinação das concentrações destes cromóforos, mostrando-se uma ferramenta promissora para medições in vivo e com potencial para auxiliar no diagnóstico.
Abstract: Spatial frequency domain imaging (SFDI) is a technology that allows obtaining chromophore maps quickly, noninvasively and in a wide field. This method consists of illuminating a large area of the tissue with a spatially modulated light field. The light reflected by the tissue varies according to its optical properties, allowing its composition to be identified. In this work, we used a combination of Principal Component Analysis (PCA) and Artificial Neural Networks (ANN) to compute the concentrations of oxy and deoxyhemoglobin in skin tissues, from diffuse reflectance values obtained by SFDI. The database used was generated according to the parameters of human tissue and Monte Carlo simulations totaling 850,500 samples - distributed in training, test and validation sets in the proportion 70:15:15. To minimize the risk of overfitting during the training of the neural network, Bayesian regularization was applied, based on the Levenberg-Marquardt optimization. The results demonstrated that the developed model was able to predict the concentrations of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin with correlation coefficients of 0.997 and 0.982, respectively. The mean relative errors in relation to the expected values were 0.98% for oxyhemoglobin and 0.99% for deoxyhemoglobin, with 90% of the samples presenting mean relative errors below 4%. The model was also applied to an in vivo study to determine the hemoglobin concentrations in the hand of a volunteer. The results show that the developed model performs well in determining the concentrations of these chromophores, proving to be a promising tool for in vivo measurements and with potential to aid in diagnosis.
Palavras-chave: redes neurais artificiais; aquisição de imagens no domínio das frequências espaciais.
artificial neural networks; spatial frequency domain imaging.
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Referência: GONÇALVES, Murilo Rodrigues. Determinação da concentração de oxi e deoxihemoglobina a partir de imagens de luz difusa utilizando redes neurais artificiais e sfdi. 2024. 45 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Biomédica ) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43852
Data de defesa: 12-Nov-2024
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