Um Novo Sistema Automático para Detecção e Classificação de Nódulos Pulmonares em Imagens de Tomografia Computadorizada do Tórax Usando uma Única Rede Neural Convolucional

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Ribeiro, Alyson Bezerra Nogueira
Orientador(a): Cortez, Paulo César
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61105
Resumo: The Computer Vision use to aid diagnosis in imaging exams has a great advancesis in scientific community. Due this context, lung cancer identification and treatment research stands out. Considered one of biggest world preventable causes of death, this cancer type is included in 10 diseases group of most deaths cause in Brazil. Numerous studies are carried out to provide a detection and analysis of lung nodules using Computer Vision algorithms and other methodologies. For nodule detection, convolutional neural networks application stands out among strategies. On the other hand, they are also applied image processing techniques in literature to segmento nodules and attributes extaction. The Hessian matrix use is recurrent as analysis factor for nodule segmentation and nodule candidate detection algorithms. These surveys are generally based on very specific conditions or dependent on preliminary step executions. In this case, gold standard works contained lung segmentation and candidate selection to generate nodule detection results. In this context, this thesis propose a new methodology for nodules detection, classification and a data external independency. It is also a complete framework divided into three steps: the first use the 3D image curvedness combined with Otsu thresholding for candidate detection, the second is a convolutional neural network application using a new architecture for candidate classification and, finally, texture, malignancy, contour margin and size of lung nodules classification in thorax CT images. The nodules detection results has a 0.902 sensitivity for a 8 false positives per exam. In case of attribute classification, the malignancy classification has sensitivity 0.940.
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spelling Ribeiro, Alyson Bezerra NogueiraCortez, Paulo César2021-10-13T11:16:48Z2021-10-13T11:16:48Z2021RIBEIRO, Alyson Bezerra Nogueira. Um novo sistema automático para detecção e classificação de nódulos pulmonares em imagens de tomografia computadorizada do tórax usando uma única rede neural convolucional. 2021. 82 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Teleinformática, Fortaleza, 2021.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61105The Computer Vision use to aid diagnosis in imaging exams has a great advancesis in scientific community. Due this context, lung cancer identification and treatment research stands out. Considered one of biggest world preventable causes of death, this cancer type is included in 10 diseases group of most deaths cause in Brazil. Numerous studies are carried out to provide a detection and analysis of lung nodules using Computer Vision algorithms and other methodologies. For nodule detection, convolutional neural networks application stands out among strategies. On the other hand, they are also applied image processing techniques in literature to segmento nodules and attributes extaction. The Hessian matrix use is recurrent as analysis factor for nodule segmentation and nodule candidate detection algorithms. These surveys are generally based on very specific conditions or dependent on preliminary step executions. In this case, gold standard works contained lung segmentation and candidate selection to generate nodule detection results. In this context, this thesis propose a new methodology for nodules detection, classification and a data external independency. It is also a complete framework divided into three steps: the first use the 3D image curvedness combined with Otsu thresholding for candidate detection, the second is a convolutional neural network application using a new architecture for candidate classification and, finally, texture, malignancy, contour margin and size of lung nodules classification in thorax CT images. The nodules detection results has a 0.902 sensitivity for a 8 false positives per exam. In case of attribute classification, the malignancy classification has sensitivity 0.940.A utilização de Visão Computacional para auxílio ao diagnóstico em exames por imagem é uma atividade que ultimamente obteve grandes avanços na comunidade científica. Nesse contexto, a pesquisa para identificação e tratamento de câncer de pulmão é um dos exemplos que se destacam. Considerada umas das maiores causas de óbito evitável em todo o mundo, dados do Instituto Nacional do Câncer (2018) e Ministério Da Saúde (2014) indicam que este tipo de câncer está contido no grupo das 10 doenças que mais causam mortes no Brasil. Devido a essa importância, são realizados inúmeros estudos que proporcionam a detecção e análise de nódulos presentes no pulmão por meio de algoritmos de Visão Computacional e outras metodologias, sobretudo visando sua automatização. A aplicação de redes neurais convolucionais se destaca entre as estratégias para esse fim. Nesse contexto, esta tese propõe um sistema automático completo para detecção, classificação de nódulos e independente de dados externos usando uma única CNN, dividido em quatro etapas: a primeira é a segmentação do pulmão, a segunda executa o cálculo do grau de curvatura de um objeto 3D combinado com a limiarização de Otsu para seleção de candidatos, a terceira é uma aplicação de uma nova arquitetura de rede neural convolucional para classificação para a detecção e seleção de candidatos e, por fim, a quarta etapa é responsável pela classificação de textura, malignidade, margem do contorno e dimensões de nódulos pulmonares em imagem de TC do tórax. Os resultados obtidos para a detecção de nódulos atinge um valor de sensibilidade igual a 0,902 para uma média de 8 falsos positivos por exame e no caso da classificação de atributos, destaca-se a classificação da malignidade com sensibilidade igual a 0,940. Assim, pode-se concluir que, a partir dos resultados obtidos das métricas, o sistema proposto permite a classificação automática de atributos de nódulos partindo do processo de detecção destes.TC do TóraxRede neural convolucionalDetecção de nódulos pulmonaresVisão computacionalUm Novo Sistema Automático para Detecção e Classificação de Nódulos Pulmonares em Imagens de Tomografia Computadorizada do Tórax Usando uma Única Rede Neural Convolucionalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2021_tese_abnribeiro.pdf2021_tese_abnribeiro.pdfapplication/pdf1845990http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/61105/1/2021_tese_abnribeiro.pdfd412674d480d1d4956cc5d79c7ce5c87MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/61105/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/611052023-03-30 10:30:43.791oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-03-30T13:30:43Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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