Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Souza Júnior, Luis Antonio de
Orientador(a): Papa, João Paulo lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
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/20.500.14289/15820
Resumo: Esophageal adenocarcinoma is an illness that is usually hard to detect at the early stages in the presence of Barrett's esohagus. The development of automatic evaluation systems of such illness may be very useful, thus assisting the experts in the neoplastic region detection. With the strong growth of machine learning techniques aiming to improve the effectivess of medical diagnosis, the use of such approaches characterizes a strong scenario to be explored for the early diagnosis of esophageal adenocarcinoma. Barrett's esophagus as a predecessor of adenocarcinoma can be explained by some risk factors, such as obesity, smoking, and late medical diagnosis. This project proposes the development of new computer vision and machine learning techniques to assist the automatic diagnosis of the esophageal adenocarcinioma based on the evaluation of two kind of features: (i) handcrafted features, calculated by means of human knowledge using some image processing technique and; (ii) deeply-learnable features, calculated exclusively based on deep learning techniques. From the extensive application of global and local protocols for the models proposed in this work, the description of cancer-affected images and Barrett's esophagus-affected samples were generalized and deeply evaluated using, for example, classifiers such as Support Vector Machines, ResNet-50 and the combination of descriptions by handcrafted and deeply-learnable features. Also, the behavior of the automatic definition of key-points within the evaluated techniques was observed, something of a paramount importance nowadays to guarantee transparency and reliability in the decisions made by computational techniques. Thus, this project contributes to both the computational and medical fields, introducing new classifiers, approaches and interpretation of the class generalization process, in addition to proposing fast and precise manners to define cancer, delivering important and novel results concerning the accurate identification of cancer in samples affected by Barrett's esophagus, showing values ​​around 95% of correct identification rates and arranged in a collection of scientific works developed by the author during the research period and submitted/published to date.
id SCAR_a8bb6012986747fe182bbe2885b1c34e
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/15820
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str
spelling Souza Júnior, Luis Antonio dePapa, João Paulohttp://lattes.cnpq.br/9039182932747194Palm, Christophhttp://lattes.cnpq.br/0576836756526956e513414a-7dd7-4c44-a44e-ba28fd1540a42022-04-07T17:12:13Z2022-04-07T17:12:13Z2022-03-28SOUZA JÚNIOR, Luis Antonio de. Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina. 2022. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15820.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15820Esophageal adenocarcinoma is an illness that is usually hard to detect at the early stages in the presence of Barrett's esohagus. The development of automatic evaluation systems of such illness may be very useful, thus assisting the experts in the neoplastic region detection. With the strong growth of machine learning techniques aiming to improve the effectivess of medical diagnosis, the use of such approaches characterizes a strong scenario to be explored for the early diagnosis of esophageal adenocarcinoma. Barrett's esophagus as a predecessor of adenocarcinoma can be explained by some risk factors, such as obesity, smoking, and late medical diagnosis. This project proposes the development of new computer vision and machine learning techniques to assist the automatic diagnosis of the esophageal adenocarcinioma based on the evaluation of two kind of features: (i) handcrafted features, calculated by means of human knowledge using some image processing technique and; (ii) deeply-learnable features, calculated exclusively based on deep learning techniques. From the extensive application of global and local protocols for the models proposed in this work, the description of cancer-affected images and Barrett's esophagus-affected samples were generalized and deeply evaluated using, for example, classifiers such as Support Vector Machines, ResNet-50 and the combination of descriptions by handcrafted and deeply-learnable features. Also, the behavior of the automatic definition of key-points within the evaluated techniques was observed, something of a paramount importance nowadays to guarantee transparency and reliability in the decisions made by computational techniques. Thus, this project contributes to both the computational and medical fields, introducing new classifiers, approaches and interpretation of the class generalization process, in addition to proposing fast and precise manners to define cancer, delivering important and novel results concerning the accurate identification of cancer in samples affected by Barrett's esophagus, showing values ​​around 95% of correct identification rates and arranged in a collection of scientific works developed by the author during the research period and submitted/published to date.O câncer no esôfago é uma doença de difícil detecção nos estágios iniciais, especialmente na presença do esôfago de Barrett. O desenvolvimento de sistemas automáticos de avaliação de tal doença podem ser muito úteis, auxiliando os especialistas na detecção da região cancerígena. Com o forte crescimento das técnicas de aprendizado de máquina e, visando melhorar a eficácia do diagnóstico médico, seu uso caracteriza um cenário forte a ser explorado para o diagnóstico precoce do adenocarcinoma de esôfago. O esôfago de Barrett como antecessor do adenocarcinoma pode ser explicado por alguns fatores de risco, como obesidade, tabagismo e diagnóstico médico tardío. Este projeto visa o desenvolvimento de novas técnicas de visão computacional e aprendizado de máquina para o auxílio do diagnóstico automático de câncer esofageal baseado na avaliação de dois tipos de características: (i) extraídas a mão (handcrafted features), calculadas com base no conhecimento humano usando técnicas de processamento de imagens e (ii) extraídas por aprendizado em profundidade (deeply-learnable features), calculadas exclusivamente com base em técnicas de aprendizado em profundidade. Pela extensa aplicação de protocolos globais e locais para os modelos propostos neste trabalho, a descrição de imagens acometidas por câncer e esôfago de Barrett foram generalizadas e profundamente avaliadas utilizando, por exemplo, classificadores como Support Vector Machines, ResNet-50 e a combinação de descrições por handcrafted e deeply-learnable features. Ainda, observou-se o comportamento da definição automática dos pontos de interesse dentro das técnicas avaliadas, algo de suma importância nos dias atuais para garantir transparência e confiabilidade as decisões tomadas por técnicas computacionais. Assim, este projeto contribui com ambas as aŕeas computaonal e médica, introduzindo novos classificadores, abordagens e interpretação do processo de generalização das classes, além de propor formas precisas e rápidas de definir câncer, entregando resultados importantes e de caráter inovador no que permeia a acurada identificação de câncer em amostras acometidas por Barrett, com valores que aproximam-se de taxas de 95% de correta identificação, e dispostos em uma coletânea de trabalhos científicos elaborados pelo autor durante o período de pesquisa e submetidos/publicados até a presente data.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)2017/04847-92019/08605-5engUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAprendizado de máquinaEsôfago de BarrettAprendizado em profundidadeRedes neurais convolucionaisInterpretabilidadeMachine learningBarrett’s esophagusDeep learningConvolutional neural networksInterpretabilityHandcrafted featuresDeeply-learnable featuresCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::LINGUAGENS DE PROGRAMACAOAuxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquinaComputer-assisted diagnosis of Barretts`s esophagus using machine learning techniques.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600a26a6b97-f6e5-4bd7-9c5a-876ad8cf02fdreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTtese_luisSouza.pdf.txttese_luisSouza.pdf.txtExtracted texttext/plain579216https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/71129940-f7b6-4c1c-9b35-c0c6b9e6fcb4/download70413691496b33fbc43b4f7cd0068a49MD58falseAnonymousREADPPGCC_Template_dec_BCO_signed_Papa.pdf.txtPPGCC_Template_dec_BCO_signed_Papa.pdf.txtExtracted texttext/plain1511https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c5bf9ae4-fcc5-4402-ad3e-08fc4b05e552/download347950abaf24d256f036641c5eb66efdMD510falseTHUMBNAILtese_luisSouza.pdf.jpgtese_luisSouza.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5958https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/03e69854-17d3-4575-8299-27f190326008/download4faf0a0b9bbbb536f8f1e777813e2a58MD59falseAnonymousREADPPGCC_Template_dec_BCO_signed_Papa.pdf.jpgPPGCC_Template_dec_BCO_signed_Papa.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg14332https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/63ddbbfe-61b8-4e51-b6cf-01be3247d87b/downloadaf3bdc4888274fdae21cf1422c06adf9MD511falseORIGINALtese_luisSouza.pdftese_luisSouza.pdfTese de Doutoradoapplication/pdf14563712https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/45ae2de4-8b63-43dc-82a1-7dc547cda1ba/download598e605450b2724d4c63489075e58f71MD51trueAnonymousREADPPGCC_Template_dec_BCO_signed_Papa.pdfPPGCC_Template_dec_BCO_signed_Papa.pdfapplication/pdf88109https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/927a9a2d-b374-481f-ae5c-ff045de559ed/download6129be20a66c75957a96e0a288150c00MD52falseCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/73623cbc-2fb4-42f9-83d1-48c6e64f50fb/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53falseAnonymousREAD20.500.14289/158202025-02-05 21:04:58.44http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/15820https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T00:04:58Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Computer-assisted diagnosis of Barretts`s esophagus using machine learning techniques.
title Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
spellingShingle Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
Souza Júnior, Luis Antonio de
Aprendizado de máquina
Esôfago de Barrett
Aprendizado em profundidade
Redes neurais convolucionais
Interpretabilidade
Machine learning
Barrett’s esophagus
Deep learning
Convolutional neural networks
Interpretability
Handcrafted features
Deeply-learnable features
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::LINGUAGENS DE PROGRAMACAO
title_short Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
title_full Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
title_fullStr Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
title_full_unstemmed Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
title_sort Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina
author Souza Júnior, Luis Antonio de
author_facet Souza Júnior, Luis Antonio de
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0576836756526956
dc.contributor.author.fl_str_mv Souza Júnior, Luis Antonio de
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Papa, João Paulo
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9039182932747194
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Palm, Christoph
dc.contributor.authorID.fl_str_mv e513414a-7dd7-4c44-a44e-ba28fd1540a4
contributor_str_mv Papa, João Paulo
Palm, Christoph
dc.subject.por.fl_str_mv Aprendizado de máquina
Esôfago de Barrett
Aprendizado em profundidade
Redes neurais convolucionais
Interpretabilidade
topic Aprendizado de máquina
Esôfago de Barrett
Aprendizado em profundidade
Redes neurais convolucionais
Interpretabilidade
Machine learning
Barrett’s esophagus
Deep learning
Convolutional neural networks
Interpretability
Handcrafted features
Deeply-learnable features
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::LINGUAGENS DE PROGRAMACAO
dc.subject.eng.fl_str_mv Machine learning
Barrett’s esophagus
Deep learning
Convolutional neural networks
Interpretability
Handcrafted features
Deeply-learnable features
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::LINGUAGENS DE PROGRAMACAO
description Esophageal adenocarcinoma is an illness that is usually hard to detect at the early stages in the presence of Barrett's esohagus. The development of automatic evaluation systems of such illness may be very useful, thus assisting the experts in the neoplastic region detection. With the strong growth of machine learning techniques aiming to improve the effectivess of medical diagnosis, the use of such approaches characterizes a strong scenario to be explored for the early diagnosis of esophageal adenocarcinoma. Barrett's esophagus as a predecessor of adenocarcinoma can be explained by some risk factors, such as obesity, smoking, and late medical diagnosis. This project proposes the development of new computer vision and machine learning techniques to assist the automatic diagnosis of the esophageal adenocarcinioma based on the evaluation of two kind of features: (i) handcrafted features, calculated by means of human knowledge using some image processing technique and; (ii) deeply-learnable features, calculated exclusively based on deep learning techniques. From the extensive application of global and local protocols for the models proposed in this work, the description of cancer-affected images and Barrett's esophagus-affected samples were generalized and deeply evaluated using, for example, classifiers such as Support Vector Machines, ResNet-50 and the combination of descriptions by handcrafted and deeply-learnable features. Also, the behavior of the automatic definition of key-points within the evaluated techniques was observed, something of a paramount importance nowadays to guarantee transparency and reliability in the decisions made by computational techniques. Thus, this project contributes to both the computational and medical fields, introducing new classifiers, approaches and interpretation of the class generalization process, in addition to proposing fast and precise manners to define cancer, delivering important and novel results concerning the accurate identification of cancer in samples affected by Barrett's esophagus, showing values ​​around 95% of correct identification rates and arranged in a collection of scientific works developed by the author during the research period and submitted/published to date.
publishDate 2022
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2022-04-07T17:12:13Z
dc.date.available.fl_str_mv 2022-04-07T17:12:13Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2022-03-28
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv SOUZA JÚNIOR, Luis Antonio de. Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina. 2022. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15820.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15820
identifier_str_mv SOUZA JÚNIOR, Luis Antonio de. Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina. 2022. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15820.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15820
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.confidence.fl_str_mv 600
600
dc.relation.authority.fl_str_mv a26a6b97-f6e5-4bd7-9c5a-876ad8cf02fd
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/71129940-f7b6-4c1c-9b35-c0c6b9e6fcb4/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c5bf9ae4-fcc5-4402-ad3e-08fc4b05e552/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/03e69854-17d3-4575-8299-27f190326008/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/63ddbbfe-61b8-4e51-b6cf-01be3247d87b/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/45ae2de4-8b63-43dc-82a1-7dc547cda1ba/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/927a9a2d-b374-481f-ae5c-ff045de559ed/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/73623cbc-2fb4-42f9-83d1-48c6e64f50fb/download
bitstream.checksum.fl_str_mv 70413691496b33fbc43b4f7cd0068a49
347950abaf24d256f036641c5eb66efd
4faf0a0b9bbbb536f8f1e777813e2a58
af3bdc4888274fdae21cf1422c06adf9
598e605450b2724d4c63489075e58f71
6129be20a66c75957a96e0a288150c00
e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv repositorio.sibi@ufscar.br
_version_ 1851688741296406528