Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50157
ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-2074-4596
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Segmentação semântica de núcleos em leucoplasia bucal por meio de comitês de modelos de aprendizagem profunda
Alternate title (s): Semantic segmentation of nuclei in oral leukoplakia using deep learning model ensembles
Author: Saar, Lucas Nardelli de Freitas Botelho
First Advisor: Nascimento, Marcelo Zanchetta do
First coorientator: Silva, Adriano Barbosa
First member of the Committee: Travençolo, Bruno Augusto Nassif
Second member of the Committee: Ramos, Rodrigo Pereira
Summary: A avaliação histopatológica das desordens orais potencialmente malignas, com destaque para a leucoplasia bucal, depende fortemente da análise da morfologia nuclear. Esse processo, entretanto, é marcado por subjetividade e por expressiva divergência interobservador. Nesse contexto, a segmentação precisa dos núcleos celulares constitui uma etapa fundamental para sistemas computacionais de apoio à análise histopatológica. Apesar de sua relevância, a segmentação de núcleos especificamente em imagens de leucoplasia bucal permanece pouco explorada, assim como o uso de comitês construídos a partir de arquiteturas heterogêneas. Esta dissertação propõe e avalia comitês de modelos heterogêneos de aprendizagem profunda para a segmentação semântica de núcleos celulares em imagens histopatológicas de leucoplasia bucal. Foram investigadas dez arquiteturas representativas de três paradigmas: convolucional, híbrido e baseado em atenção. Os modelos foram avaliados individualmente e combinados por meio de cinco estratégias de \textit{ensemble learning}, considerando diferentes configurações de aumento de dados. A avaliação empregou métricas tradicionais de segmentação e validação estatística. Como contribuição metodológica, foram propostas e formalizadas nesta dissertação três métricas específicas de contribuição individual: \textit{kept rate}, \textit{discarded rate} e \textit{error mitigation}. Essas métricas permitem quantificar, respectivamente, a preservação dos acertos individuais, a perda desses acertos após a combinação e a correção, pelo comitê, dos erros cometidos pelos modelos isolados. Entre os modelos individuais, o melhor desempenho foi obtido pela ResNeSt-Unet++, com coeficiente Dice de 0,8853. As estratégias de combinação baseadas em média probabilística mostraram-se as mais eficazes, com o \textit{soft voting} atingindo coeficiente Dice de 0,8924 e superando de forma estatisticamente significativa os modelos individuais. A aplicação das métricas propostas indicou que arquiteturas de paradigmas distintos apresentam padrões de erro complementares, favorecendo a preservação de acertos e a mitigação de erros individuais. Observou-se ainda que o ganho dos comitês tende a saturar a partir de três a quatro modelos. Esses resultados demonstram que comitês heterogêneos constituem uma estratégia eficaz para a segmentação de núcleos em leucoplasia bucal.
Abstract: The histopathological assessment of oral potentially malignant disorders, particularly oral leukoplakia, relies heavily on the analysis of nuclear morphology. However, this process is marked by subjectivity and substantial interobserver variability. In this context, accurate cell nuclei segmentation is a fundamental step for computer-aided histopathological analysis systems. Despite its relevance, nuclei segmentation specifically in oral leukoplakia images remains underexplored, as does the use of ensembles built from heterogeneous architectures. This dissertation proposes and evaluates ensembles of heterogeneous deep learning models for the semantic segmentation of cell nuclei in histopathological images of oral leukoplakia. Ten architectures representing three paradigms were investigated: convolutional, hybrid, and attention-based. The models were evaluated individually and combined using five \textit{ensemble learning} strategies under different data augmentation configurations. The evaluation employed traditional segmentation metrics and statistical validation. As a methodological contribution, three individual-contribution metrics were proposed and formalized in this dissertation: \textit{kept rate}, \textit{discarded rate}, and \textit{error mitigation}. These metrics quantify, respectively, the preservation of an individual model's correct predictions, the loss of those correct predictions after combination, and the correction of individual errors by the ensemble. Among the individual models, the best performance was achieved by ResNeSt-Unet++, with a Dice coefficient of 0.8853. Combination strategies based on probabilistic averaging proved to be the most effective, with \textit{soft voting} achieving a Dice coefficient of 0.8924 and statistically significant gains over the individual models. The application of the proposed metrics indicated that architectures from distinct paradigms exhibit complementary error patterns, favoring the preservation of correct predictions and the mitigation of individual errors. In addition, the gain provided by the ensembles tended to saturate when three to four models were combined. These results demonstrate that heterogeneous ensembles constitute an effective strategy for nuclei segmentation in oral leukoplakia.
Keywords: Segmentação de núcleos celulares
Cell nuclei segmentation
Leucoplasia buca
Oral leukoplakia
Aprendizagem profunda
Deep learning
Comitês de modelos
Ensemble learning
Imagens histopatológicas
Histopathological images
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Subject: Computação
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: SAAR, Lucas Nardelli de Freitas Botelho. Segmentação semântica de núcleos em leucoplasia bucal por meio de comitês de modelos de aprendizagem profunda. 2026. 108 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.622.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.622
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50157
Date of defense: 11-Aug-2026
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:DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação

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