Segmentação de vasos sanguíneos utilizando redes neurais convolucionais: investigação da prevalência de descontinuidades e desenvolvimento de técnicas para mitigá-las

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Parella, João Pedro
Orientador(a): Comin, Cesar Henrique lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20559
Resumo: With the current advancements in technology and medical techniques, the pursuit of improving diagnostic methods and scientific analyses brings forth a significant challenge: the efficiency and effectiveness in processing clinical data. In the field of medical image processing, there is a crucial phase that can influence all subsequent steps and even the final diagnosis, which is the segmentation phase. Particularly, segmentation is vital in examinations involving images of blood vessels, as these structures pose a great difficulty in analysis due to their complex and thin nature. Seeking improvements in segmentation techniques is of paramount importance, considering it is a highly sensitive phase of analysis, and a simple change of lens or imaging acquisition device can compromise the quality of the samples. Literature studies focus on quantifying the quality of segmentation methods using global metrics such as accuracy, precision, and recall, but often this focus may lead to problems in vessel geometry, where important information such as bifurcations, continuity, and diameter are lost, thereby causing various diagnostic issues. This work focuses on the analysis of continuity problems in vessel segmentation, i.e., cases in which parts of vessels are not correctly detected. An accuracy metric is defined to specifically quantify the segmentation quality in regions of vessels that are difficult to segment. It is demonstrated that this metric enables more precise quantification of the quality of low-saliency vessel detection in images than traditional metrics. Additionally, a data augmentation technique is defined for training neural networks, enabling improved segmentation quality of low-saliency vessels. The technique involves the creation of regions with drops in intensity and vessel discontinuities. Based on the analyses conducted, it is expected that the developed techniques can assist in improving diagnoses and future research in biology, creating new possibilities for addressing segmentation problems.
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In the field of medical image processing, there is a crucial phase that can influence all subsequent steps and even the final diagnosis, which is the segmentation phase. Particularly, segmentation is vital in examinations involving images of blood vessels, as these structures pose a great difficulty in analysis due to their complex and thin nature. Seeking improvements in segmentation techniques is of paramount importance, considering it is a highly sensitive phase of analysis, and a simple change of lens or imaging acquisition device can compromise the quality of the samples. Literature studies focus on quantifying the quality of segmentation methods using global metrics such as accuracy, precision, and recall, but often this focus may lead to problems in vessel geometry, where important information such as bifurcations, continuity, and diameter are lost, thereby causing various diagnostic issues. This work focuses on the analysis of continuity problems in vessel segmentation, i.e., cases in which parts of vessels are not correctly detected. An accuracy metric is defined to specifically quantify the segmentation quality in regions of vessels that are difficult to segment. It is demonstrated that this metric enables more precise quantification of the quality of low-saliency vessel detection in images than traditional metrics. Additionally, a data augmentation technique is defined for training neural networks, enabling improved segmentation quality of low-saliency vessels. The technique involves the creation of regions with drops in intensity and vessel discontinuities. Based on the analyses conducted, it is expected that the developed techniques can assist in improving diagnoses and future research in biology, creating new possibilities for addressing segmentation problems.Com os avanços atuais de tecnologias e técnicas de medicina, a incessante busca por melhorar os métodos de diagnósticos e análises científicas traz a tona um grande desafio, a eficiência e eficácia nos processamentos de dados de exames e testes. Na área de processamento de imagens desses exames, há uma fase muito importante que pode influenciar todos os seguintes passos e até mesmo o diagnóstico final, que é a fase de segmentação. Em particular, a segmentação é importante em exames envolvendo imagens de vasos sanguíneos, pois estes possuem uma grande dificuldade de análise por serem estruturas complexas e finas. Buscar melhorias de técnicas de segmentação é algo de grande importância, levando em conta que é uma fase muito sensível da análise, e que a simples mudança de lente ou aparelho de aquisição de imagens pode comprometer a qualidade das amostras. Estudos da literatura focam em quantificar a qualidade de métodos de segmentação utilizando métricas globais de acurácia, precisão e revocação, mas muitas vezes esse foco pode acarretar problemas na geometria dos vasos, onde são perdidas informações importantes como bifurcações, continuidade e diâmetro, podendo assim causar diversos problemas no diagnóstico. Este trabalho concentra-se na análise de problemas de continuidade na segmentação de vasos, ou seja, casos nos quais partes de vasos não são detectadas corretamente. Uma métrica de acurácia é proposta para quantificar especificamente a qualidade de segmentação em regiões de vasos difíceis de serem segmentadas. A métrica consiste no cálculo da tradicional medida de revocação, mas apenas em regiões nas quais os vasos são menos salientes. É mostrado que essa métrica possibilita quantificar com maior precisão do que métricas tradicionais a qualidade de detecção de vasos de pouca saliência em imagens. Também é definida uma técnica de aumento de dados para o treinamento de redes neurais que possibilita aumentar a qualidade de segmentação de vasos de baixa saliência. A técnica consiste em criar regiões com quedas de intensidade e descontinuidades para tornar a segmentação mais desafiadora. Com base nas análises realizadas, é esperado que as técnicas desenvolvidas possam auxiliar na melhoria de diagnósticos e futuras pesquisas em biologia, criando possibilidades de análises para correção de problemas de segmentação.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSegmentaçãoVasos sanguíneosInterrupçõesDescontinuidadesImagens artificiaisSegmentationBlood vesselInterruptionsDiscontinuitiesArtificial imagesCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOSegmentação de vasos sanguíneos utilizando redes neurais convolucionais: investigação da prevalência de descontinuidades e desenvolvimento de técnicas para mitigá-lasBlood vessel segmentation using convolutional neural networks: investigation of the prevalence of discontinuities and development of techniques to mitigate theminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTDissertação_João_.pdf.txtDissertação_João_.pdf.txtExtracted texttext/plain104137https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/22d9d2ce-96ee-49f2-aea8-1515eecab437/download936c62f6f5320c23663bbde4b9d0f96bMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação_João_.pdf.jpgDissertação_João_.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4514https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/95875280-e5fc-45db-a96b-ff2e5dadf052/downloade7d8376fd7d828fee5bffdd570ada67aMD54falseAnonymousREADORIGINALDissertação_João_.pdfDissertação_João_.pdfDissertaçãoapplication/pdf8749762https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f04307f5-1cc3-4c51-a6e5-a1a3a06f52a6/download2fed24a2130faf06bad941e94778637bMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8913https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/848ff110-69b7-4141-9324-d68615c356ab/download3185b4de2190c2d366d1d324db01f8b8MD52falseAnonymousREAD20.500.14289/205592025-06-18 10:24:59.582http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/Attribution 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20559https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-06-18T13:24:59Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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