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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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| SegmentaçãoSemânticaNúcleos.pdf | Dissertação | 13.27 MB | Adobe PDF | ![]() View/Open |
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