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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48088| ORCID: | http://orcid.org/0009-0009-7278-4362 |
| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Detecção de Maturidade Óssea utilizando algoritmo YOLO e Redes Neurais Convolucionais |
| Alternate title (s): | Bone Maturity Detection using YOLO algorithm and Convolutional Neural Networks |
| Author: | Oliveira, Bianca Bertoldo de |
| First Advisor: | Veiga, Antônio Cláudio Paschoarelli |
| First coorientator: | Carneiro, Milena Bueno Pereira |
| First member of the Committee: | Silva, Ederson Rosa da |
| Second member of the Committee: | Bernadelli, Cláriton Rodrigues |
| Third member of the Committee: | Cardoso, Cristiane de Fátima dos Santos |
| Fourth member of the Committee: | Silva, Rafael Augusto da |
| Summary: | A avaliação da idade óssea é uma ferramenta diagnóstica essencial na prática pediátrica e endocrinológica, utilizada para monitorar a maturação esquelética e auxiliar no diagnóstico de distúrbios de crescimento. Os métodos tradicionais de avaliação, como os atlas de Greulich and Pyle (GP) ou o sistema de pontuação de Tanner-Whitehouse (TW), dependem da análise visual de radiografias da mão e punho. Contudo, esses métodos manuais são reconhecidamente demorados, subjetivos e suscetíveis a uma variabilidade inter e intraobservador considerável, o que pode impactar a consistência do acompanhamento clínico. O aprendizado de máquina surge como uma solução para reduzir essas limitações, oferecendo o potencial de serem objetivos, rápidos e reprodutíveis. Este trabalho propõe uma metodologia híbrida e automatizada para a avaliação. O fluxo desenvolvido consiste em três etapas principais: primeiramente, as imagens passam por uma fase de pré-processamento, onde a equalização de histograma é aplicada para normalizar o brilho e o contraste. Em seguida, um modelo de detecção de objetos (YOLO) é utilizado para localizar e segmentar automaticamente três regiões de interesse ósseas (articulação, metacarpo e carpo). Por fim, uma arquitetura de regressão customizada é empregada, onde três Redes Neurais Convolucionais (CNNs) independentes processam as imagens. As saídas dessas redes são então fundidas, através de uma média ponderada ajustada, e combinadas com a informação demográfica do sexo do paciente, servindo como entrada para um Perceptron de Múltiplas Camadas (MLP) que realiza a predição final. A avaliação final do modelo, conduzida em um conjunto de teste isolado, resultou em um Erro Médio Absoluto (MAE) de 6,13 meses e um Erro Percentual Absoluto Médio (MAPE) de 6,45%. Estes resultados validam a eficácia da arquitetura híbrida proposta, demonstrando que a fusão de características regionais especializadas e dados demográficos produz um modelo com alta capacidade de generalização e precisão competitiva em relação ao estado da arte, sendo clinicamente relevante para o apoio diagnóstico. |
| Abstract: | Bone age assessment is an essential diagnostic tool in pediatric and endocrinological practice, used to monitor skeletal maturation and assist in the diagnosis of growth disorders. Traditional assessment methods, such as the Greulich and Pyle (GP) atlas or the Tanner-Whitehouse (TW) scoring system, rely on the visual analysis of hand and wrist radiographs. However, these manual approaches are known to be time-consuming, subjective, and prone to considerable inter- and intra-observer variability, which may compromise the consistency of clinical follow-up. Machine learning emerges as a solution to reduce these limitations, offering the potential to be objective, fast, and reproducible. This work proposes a hybrid and fully automated methodology for bone age evaluation. The developed pipeline consists of three main stages: first, the images undergo a pre-processing phase, in which histogram equalization is applied to normalize brightness and contrast. Next, an object detection model (YOLO) is used to automatically locate and segment three bone regions of interest (joint, metacarpal, and carpal). Finally, a custom regression architecture is employed, in which three independent Convolutional Neural Networks (CNNs) process the images. The outputs of these networks are then fused through an adjusted weighted average and combined with the patient’s sex information, serving as input to a Multilayer Perceptron (MLP) that performs the final prediction. The final evaluation of the model, conducted on an isolated test set, resulted in a Mean Absolute Error (MAE) of 6.13 months and a Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of 6.45%. These results validate the effectiveness of the proposed hybrid architecture, demonstrating that the integration of specialized regional features with demographic data yields a model with high generalization capability and competitive accuracy compared to the state of the art, making it clinically relevant for diagnostic support. |
| Keywords: | aprendizado de máquina machine learning detecção de objetos object detection idade óssea bone age python processamento digital de imagens digital image processing redes neurais convolucionais convolutional neural networks YOLO |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO |
| Subject: | Engenharia elétrica |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
| Quote: | OLIVEIRA, Bianca Bertoldo de. Detecção de Maturidade Óssea utilizando algoritmo YOLO e Redes Neurais Convolucionais. 2025. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.661. |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.661 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48088 |
| Date of defense: | 12-Dec-2025 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica |
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