Uma Abordagem Totalmente Automática para Diagnóstico de COVID-19 em Imagens de TC: Integrando Segmentação de Pulmões, Fine-Tuning e Visualização em Grad-CAM
Ano de defesa: | 2025 |
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Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
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País: |
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Palavras-chave em Português: | |
Link de acesso: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80552 |
Resumo: | The pandemic caused by the COVID-19 virus has highlighted the need for efficient and automated medical diagnostic tools to assist healthcare professionals in the fast and accurate identification of the disease. This study introduces a fully automatic approach for classifying COVID-19 in thoracic computed tomography (CT) images from the SARS-CoV-2 CT-scan dataset, employing deep learning, automatic lung segmentation, and fine-tuning models to the specific problem. In the first experiment, transfer learning experiments were performed, which revealed that the deep MobileNet model was the most effective architecture for extracting features from these exams. After choosing the model, Detectron2 was integrated for lung segmentation. With the segmented exams, the previously selected MobileNet model was fine-tuned. As a result, the classification performance improved significantly, which was confirmed through a visual analysis of the model's interpretability using Grad-CAM. As a result, the proposed fully automatic method achieved superior evaluation metrics compared to other methods in the literature, reaching values of 99.60% for accuracy, precision, and F1-Score, along with 99.59% for recall and 99.20% for the Matthews Correlation Coefficient (MCC). This demonstrated that the network focused on the lung regions with segmented images and the refined model, improving the model's diagnostic understanding. |
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Uma Abordagem Totalmente Automática para Diagnóstico de COVID-19 em Imagens de TC: Integrando Segmentação de Pulmões, Fine-Tuning e Visualização em Grad-CAMTransferência de AprendizadoCOVID-19Tomografia Computadorizada (TC)Aprendizado ProfundoSegmentação ProfundaAjuste FinoFine-Tuning;Transfer LearningComputed Tomography (CT)Deep LearningCOVID-19Deep SegmentationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThe pandemic caused by the COVID-19 virus has highlighted the need for efficient and automated medical diagnostic tools to assist healthcare professionals in the fast and accurate identification of the disease. This study introduces a fully automatic approach for classifying COVID-19 in thoracic computed tomography (CT) images from the SARS-CoV-2 CT-scan dataset, employing deep learning, automatic lung segmentation, and fine-tuning models to the specific problem. In the first experiment, transfer learning experiments were performed, which revealed that the deep MobileNet model was the most effective architecture for extracting features from these exams. After choosing the model, Detectron2 was integrated for lung segmentation. With the segmented exams, the previously selected MobileNet model was fine-tuned. As a result, the classification performance improved significantly, which was confirmed through a visual analysis of the model's interpretability using Grad-CAM. As a result, the proposed fully automatic method achieved superior evaluation metrics compared to other methods in the literature, reaching values of 99.60% for accuracy, precision, and F1-Score, along with 99.59% for recall and 99.20% for the Matthews Correlation Coefficient (MCC). This demonstrated that the network focused on the lung regions with segmented images and the refined model, improving the model's diagnostic understanding.A pandemia causada pelo vírus COVID-19 destacou a necessidade de ferramentas de diagnóstico médico eficientes e automatizadas para auxiliar os profissionais de saúde na identificação rápida e precisa da doença. Este estudo apresenta uma abordagem totalmente automática para classificar COVID-19 em imagens de tomografia computadorizada (TC) torácica do conjunto de dados SARS-CoV-2, empregando aprendizado profundo, segmentação pulmonar automática e modelos de ajuste fino para o problema específico. Em um primeiro momento, foram realizados experimentos de transferência de aprendizado que revelaram que o modelo deep MobileNet se mostrou como a arquitetura mais eficaz para extração de características desses exames. Após escolha do modelo, a Detectron2 foi integrada para a segmentação pulmonar. Com os exames segmentados, foi realizado o ajuste fino do modelo MobileNet previamente selecionado. Com isso, o desempenho da classificação melhorou significativamente, o que foi comprovado através de uma análise visual da interpretabilidade do modelo usando Grad-CAM. Como resultado, o método totalmente automático proposto alcançou métricas de avaliação superiores em comparação a outros métodos na literatura, atingindo valores de 99,60% para acurácia, precisão e F1- Score, juntamente com 99,59% para recall e 99,20% para o Coeficiente de Correlação de Matthews (MCC). Isso demonstrou que, com imagens segmentadas e o modelo refinado, a rede se concentrou nas regiões pulmonares, melhorando a compreensão do diagnóstico do modelo.Rebouças Filho, Pedro PedrosaPeixoto, Solon AlvesSantos, Matheus Araújo dos2025-04-23T13:41:19Z2025-04-23T13:41:19Z2025info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSANTOS, Matheus Araújo dos. Uma Abordagem Totalmente Automática para Diagnóstico de COVID-19 em Imagens de TC: Integrando Segmentação de Pulmões, Fine-Tuning e Visualização em Grad-CAM. 2025. 62 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80552info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFC2025-04-23T13:43:41Zoai:repositorio.ufc.br:riufc/80552Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-04-23T13:43:41Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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The pandemic caused by the COVID-19 virus has highlighted the need for efficient and automated medical diagnostic tools to assist healthcare professionals in the fast and accurate identification of the disease. This study introduces a fully automatic approach for classifying COVID-19 in thoracic computed tomography (CT) images from the SARS-CoV-2 CT-scan dataset, employing deep learning, automatic lung segmentation, and fine-tuning models to the specific problem. In the first experiment, transfer learning experiments were performed, which revealed that the deep MobileNet model was the most effective architecture for extracting features from these exams. After choosing the model, Detectron2 was integrated for lung segmentation. With the segmented exams, the previously selected MobileNet model was fine-tuned. As a result, the classification performance improved significantly, which was confirmed through a visual analysis of the model's interpretability using Grad-CAM. As a result, the proposed fully automatic method achieved superior evaluation metrics compared to other methods in the literature, reaching values of 99.60% for accuracy, precision, and F1-Score, along with 99.59% for recall and 99.20% for the Matthews Correlation Coefficient (MCC). This demonstrated that the network focused on the lung regions with segmented images and the refined model, improving the model's diagnostic understanding. |
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