Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Carvalho, Rafael Henrique de Oliveira
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso embargado
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
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: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43129
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077
Resumo: Lesions in the oral cavity can be classified into different grades by specialists. However, due to workload and level of experience, this task may be subject to subjectivity. One way to assist the specialist in this task in recent years has been the use of computational systems as supplementary tools for decision-making. In this work, an approach is presented to classify lesions in the oral cavity based on descriptors obtained from fractal geometry, models of convolutional neural networks, and ensemble learning. In the first step, the gliding-box algorithm was applied to obtain local descriptors of fractal geometry in a multiresolution analysis. This attribute vector was reshaped into a 2D matrix using representations based on recurrence plot, Markov transition field, and self-similarity matrix. The 2D matrices were used as input for the ResNet-50 and EfficientNet convolutional networks. In this study, the impact of optimizing the fully connected layers of these structures was investigated. Finally, ensemble learning models of classifiers with the sum rule were applied to the datasets. The efficiency of the proposed methodology was analyzed on a dataset composed of 74 regions of interest in oral epithelial dysplasia categorized into healthy, mild, moderate, and severe classes. The proposed method used cross-validation technique and achieved accuracy rates of up to 98.6%. This approach becomes a complementary tool for application in clinical practice, aiding the specialist in decision-making regarding lesion classification.
id UFU_293d973c8fa7e33291e54e9f2e18ad64
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/43129
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learningClassification of oral cavity dysplasia based on fractal and ensemble learningComitês de classificadoresDisplasiaImagens HistológicasRedes Neurais ConvolucionaisProcessamento Digital de ImagensEnsemble LearningDysplasiaHistological Images.Digital Image ProcessingConvolutional Neural NetworksCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOComputaçãoRedes neurais (Computação)FractaisBoca - CâncerODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.Lesions in the oral cavity can be classified into different grades by specialists. However, due to workload and level of experience, this task may be subject to subjectivity. One way to assist the specialist in this task in recent years has been the use of computational systems as supplementary tools for decision-making. In this work, an approach is presented to classify lesions in the oral cavity based on descriptors obtained from fractal geometry, models of convolutional neural networks, and ensemble learning. In the first step, the gliding-box algorithm was applied to obtain local descriptors of fractal geometry in a multiresolution analysis. This attribute vector was reshaped into a 2D matrix using representations based on recurrence plot, Markov transition field, and self-similarity matrix. The 2D matrices were used as input for the ResNet-50 and EfficientNet convolutional networks. In this study, the impact of optimizing the fully connected layers of these structures was investigated. Finally, ensemble learning models of classifiers with the sum rule were applied to the datasets. The efficiency of the proposed methodology was analyzed on a dataset composed of 74 regions of interest in oral epithelial dysplasia categorized into healthy, mild, moderate, and severe classes. The proposed method used cross-validation technique and achieved accuracy rates of up to 98.6%. This approach becomes a complementary tool for application in clinical practice, aiding the specialist in decision-making regarding lesion classification.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)As lesões da cavidade oral podem ser classificadas em diferentes graus pelo especialista. No entanto, devido a carga de trabalho e nível de experiência essa tarefa pode estar sujeita a subjetividade. Uma forma de auxiliar o especialista nessa tarefa nos últimos anos, tem sido o emprego de sistemas computacionais como ferramenta suplementar para tomada de decisão do especialista. Neste trabalho, é apresentado uma abordagem para classificar lesões da cavidade oral com base em descritores obtidos da geometria fractal, modelos de redes neurais convolucionais e um ensemble learning. Na primeira etapa, o algoritmo gliding-box foi aplicado para obtenção dos descritores locais da geometria fractal em uma análise em multiresolução. Esse vetor de atributos foi remodelado para uma matriz 2D usando representações baseadas em gráfico de recorrência, markov transition field e self-similarity matrix. As matrizes 2D foram utilizadas como entrada para as redes convolucionais ResNet-50 e EfficientNet. Nesse estudo, foi investigado o impacto da otimização das camadas totalmente conectadas dessas estruturas. Finalmente, os modelos ensemble learning dos classificadores com a regra da soma foram aplicados aos conjuntos de dados. A eficiência da metodologia proposta foi analisada em um conjunto de dados composto por 74 regiões de interesse em displasia epitelial oral categorizadas entre as classes saudável, leve, moderada e grave. O método proposto utilizou a técnica de validação cruzada e obteve taxas de acurácia de até 98,6%. Essa abordagem torna-se uma ferramenta complementar para aplicação na prática clínica, auxiliando o especialista na tomada de decisão em relação à classificação das lesões2026-06-05Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Ciência da ComputaçãoNascimento, Marcelo Zanchetta dohttp://lattes.cnpq.br/5800175874658088Escarpinati, Mauricio Cunhahttp://lattes.cnpq.br/5939941255055989Zampirolli, Francisco de Assishttp://lattes.cnpq.br/4127260763254001Carvalho, Rafael Henrique de Oliveira2024-08-26T15:04:51Z2024-08-26T15:04:51Z2024-06-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCARVALHO, Rafael Henrique de Oliveira. Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning. 2024. 108 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43129http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-09-03T14:26:33Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/43129Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-09-03T14:26:33Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
Classification of oral cavity dysplasia based on fractal and ensemble learning
title Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
spellingShingle Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
Carvalho, Rafael Henrique de Oliveira
Comitês de classificadores
Displasia
Imagens Histológicas
Redes Neurais Convolucionais
Processamento Digital de Imagens
Ensemble Learning
Dysplasia
Histological Images.
Digital Image Processing
Convolutional Neural Networks
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
Computação
Redes neurais (Computação)
Fractais
Boca - Câncer
ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
title_short Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
title_full Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
title_fullStr Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
title_full_unstemmed Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
title_sort Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning
author Carvalho, Rafael Henrique de Oliveira
author_facet Carvalho, Rafael Henrique de Oliveira
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Nascimento, Marcelo Zanchetta do
http://lattes.cnpq.br/5800175874658088
Escarpinati, Mauricio Cunha
http://lattes.cnpq.br/5939941255055989
Zampirolli, Francisco de Assis
http://lattes.cnpq.br/4127260763254001
dc.contributor.author.fl_str_mv Carvalho, Rafael Henrique de Oliveira
dc.subject.por.fl_str_mv Comitês de classificadores
Displasia
Imagens Histológicas
Redes Neurais Convolucionais
Processamento Digital de Imagens
Ensemble Learning
Dysplasia
Histological Images.
Digital Image Processing
Convolutional Neural Networks
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
Computação
Redes neurais (Computação)
Fractais
Boca - Câncer
ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
topic Comitês de classificadores
Displasia
Imagens Histológicas
Redes Neurais Convolucionais
Processamento Digital de Imagens
Ensemble Learning
Dysplasia
Histological Images.
Digital Image Processing
Convolutional Neural Networks
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
Computação
Redes neurais (Computação)
Fractais
Boca - Câncer
ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
description Lesions in the oral cavity can be classified into different grades by specialists. However, due to workload and level of experience, this task may be subject to subjectivity. One way to assist the specialist in this task in recent years has been the use of computational systems as supplementary tools for decision-making. In this work, an approach is presented to classify lesions in the oral cavity based on descriptors obtained from fractal geometry, models of convolutional neural networks, and ensemble learning. In the first step, the gliding-box algorithm was applied to obtain local descriptors of fractal geometry in a multiresolution analysis. This attribute vector was reshaped into a 2D matrix using representations based on recurrence plot, Markov transition field, and self-similarity matrix. The 2D matrices were used as input for the ResNet-50 and EfficientNet convolutional networks. In this study, the impact of optimizing the fully connected layers of these structures was investigated. Finally, ensemble learning models of classifiers with the sum rule were applied to the datasets. The efficiency of the proposed methodology was analyzed on a dataset composed of 74 regions of interest in oral epithelial dysplasia categorized into healthy, mild, moderate, and severe classes. The proposed method used cross-validation technique and achieved accuracy rates of up to 98.6%. This approach becomes a complementary tool for application in clinical practice, aiding the specialist in decision-making regarding lesion classification.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-08-26T15:04:51Z
2024-08-26T15:04:51Z
2024-06-05
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv CARVALHO, Rafael Henrique de Oliveira. Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning. 2024. 108 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43129
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077
identifier_str_mv CARVALHO, Rafael Henrique de Oliveira. Classificação de displasia da cavidade oral baseada em descritores fractais e ensemble learning. 2024. 108 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43129
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5077
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/
info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1827843453707354112