Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45229
ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-8999-1135
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Comitês de Redes Neurais Convolucionais para a Segmentação de Núcleos em Imagens Histológicas de Displasias Epiteliais Orais
Alternate title (s): Ensembles of Convolutional Neural Networks for Nuclei Segmentation in Histological Images of Oral Epithelial Dysplasias
Author: Silva, Adriano Barbosa
First Advisor: Nascimento, Marcelo Zanchetta do
First coorientator: Faria, Paulo Rogério de
First member of the Committee: Marques, Fátima de Lourdes dos Santos Nunes
Second member of the Committee: Andrade, Cleverton Roberto de
Summary: O diagnóstico precoce de distúrbios potencialmente malignos é a maneira mais confiável para reduzir a incidência de carcinoma na cavidade oral. Condições como leucoplasia e eritroplasia possuem risco de transformação maligna e frequentemente se manifestam em conjunto com Displasias Epiteliais Orais (DEOs), que são alterações no tamanho e formato das estruturas celulares. A segmentação de núcleos celulares é importante para o diagnóstico, possibilitando a extração de informações dessas estruturas sem interferências da região do epitélio. Nos últimos anos, Redes Neurais Convolucionais (CNN) têm recebido destaque devido ao seu desempenho em tarefas de segmentação de núcleos. Entretanto, alcançar alta precisão na segmentação permanece um desafio. Este trabalho propõe uma metodologia baseada em sistemas de comitês de CNN para aprimorar a segmentação de núcleos celulares em imagens de DEOs. Modelos de segmentação foram combinados usando regras como a soma ponderada, buscando minimizar erros individuais dos modelos de CNN e aprimorar o desempenho global da segmentação. Três tipos de comitês foram propostos: um composto por segmentadores semânticos, outro por segmentadores de instâncias e um comitê híbrido, combinando ambas as abordagens. A abordagem proposta foi avaliada em uma nova base de imagens criada para este estudo, contendo casos de DEOs, e em bases públicas. Além disso, foram investigadas técnicas de aumento de dados, RCAug e HistoGAN, para analisar seu impacto na segmentação. A metodologia proposta alcançou resultados expressivos, com acurácia de 95,07% e coeficiente Dice de 0,91 na base de DEOs. Nas bases públicas, o método apresentou coeficiente Dice de 0,89, mostrando-se competitivo em relação aos demais métodos da literatura. Esses resultados evidenciam a robustez da abordagem proposta e seu potencial para ser utilizada como ferramenta de apoio ao diagnóstico em casos de DEO, contribuindo para a identificação precoce de distúrbios celulares.
Abstract: Early diagnosis of potentially malignant disorders is the most reliable way to reduce the incidence of carcinoma in the oral cavity. Conditions such as leukoplakia and erythroplakia carry a risk of malignant transformation and often manifest alongside oral epithelial dysplasias (OEDs), which are alterations in the size and shape of cellular structures. The segmentation of cell nuclei is essential for diagnosis, allowing the extraction of information from these structures without interference from the epithelial region. In recent years, convolutional neural networks (CNN) have gained prominence due to their performance in nucleus segmentation tasks. However, achieving high segmentation accuracy remains a challenge. This work proposes a methodology based on ensemble neural network systems to improve the segmentation of cell nuclei in OED images. Segmentation models were combined using rules such as weighted sum, aiming to minimize individual errors of CNN models and enhance overall segmentation performance. Three types of ensembles were proposed: one composed of semantic segmenters, another using instance segmenters, and a hybrid ensemble combining both approaches. The proposed approach was evaluated on a newly created dataset for this study, containing OED cases, as well as on public datasets. Additionally, data augmentation techniques, RCAug and HistoGAN, were investigated to analyze their impact on segmentation. The methodology achieved remarkable results, with an accuracy of 95.07% and a Dice coefficient of 0.91 on the OED dataset. On public datasets, the method obtained a Dice coefficient of 0.89, demonstrating competitiveness compared to other methods in the literature. These results highlight the robustness of the proposed approach and its potential as a diagnostic support tool for OED cases, contributing to the early identification of cellular disorders.
Keywords: Displasia Epitelial Oral
Processamento Digital de Imagens
egmentação de Núcleos
Redes Neurais Convolucionais
Comitês de Segmentadores
Oral Epithelial Dysplasia.
Digital Image Processing
Nuclei Segmentation
Convolutional Neural Networks
Segmentation Ensemble
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: SILVA, Adriano Barbosa. Comitês de Redes Neurais Convolucionais para a Segmentação de Núcleos em Imagens Histológicas de Displasias Epiteliais Orais. 2025. 109 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.180.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.180
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45229
Date of defense: 10-Mar-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Appears in Collections:TESE - Ciência da Computação

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