EXPLAINABLE ARTIFICIAL INTELLIGENCE FOR MEDICAL IMAGE CLASSIFIERS

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: IAM PALATNIK DE SOUSA
• Orientador(a): EDUARDO COSTA DA SILVA
• Banca de defesa: MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO, WOUTER CAARLS, KARLA TEREZA FIGUEIREDO LEITE, CARLOS ROBERTO HALL BARBOSA, EDUARDO COSTA DA SILVA
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
• Programa de Pós-Graduação: PPG EM ENGENHARIA ELÉTRICA
• País: BR
• Link de acesso: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53517@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53517@2

A inteligência artificial tem gerado resultados promissores na área médica, especialmente na última década. Contudo, os modelos de melhor desempenho apresentam opacidade em relação ao seu funcionamento interno. Nesta tese, são apresentadas novas metodologias e abordagens para o desenvolvimento de classificadores explicáveis de imagens médicas. Dois principais métodos, Squaregrid e EvEx, foram desenvolvidos. O primeiro consiste em uma geração mais grosseira, porém rápida, de heatmaps explicativos via segmentações em grades quadrados, enquanto o segundo baseia-se em otimização multi-objetivo, baseada em computação evolucionária, visando ao ajuste fino de parâmetros de segmentação. Notavelmente, ambas as técnicas são agnósticas ao modelo, o que facilita sua utilização para qualquer tipo de classificador de imagens. O potencial destas abordagens foi avaliado em três estudos de caso de classificações médicas: metástases em linfonodos, malária e COVID-19. Para alguns destes casos foram analisados modelos de classificação existentes, publicamente disponíveis. Por outro lado, em outros estudos de caso, novos modelos tiveram que ser treinados. No caso do estudo de COVID-19, a ResNet50 treinada levou a F-scores acima de 0,9 para o conjunto de teste de uma competição para classificação de coronavirus, levando ao terceiro lugar geral. Adicionalmente, técnicas de inteligência artificial já existentes como LIME e GradCAM, bem como Vanilla, Smooth e Integrated Gradients também foram usadas para gerar heatmaps e possibilitar comparações. Os resultados aqui descritos ajudaram a demonstrar e preencher parcialmente lacunas associadas à integração das áreas de inteligência artificial explicável e medicina. Eles também ajudaram a demonstrar que as diferentes abordagens de inteligência artificial explicável podem gerar heatmaps que focam em características diferentes da imagem. Isso por sua vez demonstra a importância de combinar abordagens para criar um panorama mais completo sobre os modelos classificadores, bem como extrair informações sobre o que estes aprendem.