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Desenvolvimento de Abordagens Baseadas em Redes Neurais Profundas para Detecção e Segmentação de Instância de Lesões Retinianas
dc.creator | Santos, Carlos Alexandre Silva dos | |
dc.date.accessioned | 2024-07-24T12:54:05Z | |
dc.date.available | 2024-07-23 | |
dc.date.available | 2024-07-24T12:54:05Z | |
dc.date.issued | 2023-12-15 | |
dc.identifier.citation | SANTOS, Carlos Alexandre Silva dos. Desenvolvimento de Abordagens Baseadas em Redes Neurais Profundas para Detecção e Segmentação de Instância de Lesões Retinianas. Orientador: Marilton Sanchotene de Aguiar. 2023. 216 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2023. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/13587 | |
dc.description.abstract | Diabetic Retinopathy (DR) is one of the leading causes of vision loss and presents fundus lesions in its initial stages, such as microaneurysms, hemorrhages, hard exudates, and soft exudates. Computational models capable of detecting these lesions can support the early diagnosis of the disease and prevent the manifestation of more severe forms of lesions, helping in the screening process and definition of the best form of treatment. However, the detection of microlesions using computational systems is a challenge due to several factors, such as the size and shape of these lesions, the presence of noise and poor contrast in the images, the small number of labeled examples in public DR datasets, and the difficulty of deep learning algorithms in detecting tiny objects due to gradient dissipation during training. Thus, to overcome these problems, this work proposes two new approaches based on image processing techniques, data augmentation, transfer learning, and deep neural networks to support the medical diagnosis of fundus lesions. We trained, adjusted, and evaluated the proposed approaches using different public Diabetic Retinopathy datasets. We partitioned the datasets into sets of training (50%), validation (20%), and test (30%) to carry out the experiments. We used a validation step to fine-tune the hyperparameters and a test step to assess the generalization capacity of the models. The approach to detecting fundus lesions achieved mAP of 0.2630 for the limit of IoU of 0.5 in the validation step using the DDR dataset and Adam optimizer. The approach for segmenting instances of fundus lesions reached mAP of 0.2903 for the limit of IoU of 0.5 in the validation stage using the DDR dataset and Adam optimizer, thus being 10.38% more accurate than the proposed detection approach. The results obtained in the experiments demonstrate that the new approaches presented promising results in detecting fundus lesions associated with DR. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Retinopatia diabética | pt_BR |
dc.subject | Imagens de fundo | pt_BR |
dc.subject | Aprendizado profundo | pt_BR |
dc.subject | Detecção de lesões de fundo | pt_BR |
dc.subject | Segmentação de instância de lesões de fundo | pt_BR |
dc.subject | Diabetic retinopathy | pt_BR |
dc.subject | Fundus images | pt_BR |
dc.subject | Deep learning | pt_BR |
dc.subject | Fundus lesions detection | pt_BR |
dc.subject | Fundus Lesions Instance Segmentation | pt_BR |
dc.title | Desenvolvimento de Abordagens Baseadas em Redes Neurais Profundas para Detecção e Segmentação de Instância de Lesões Retinianas | pt_BR |
dc.title.alternative | Development of Deep Neural Network-Based Approaches for Detection and Instance Segmentation of Retinal Lesions | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0001-8362-8984 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/2197968274601332 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0002-5247-6022 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3499616508280892 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Welfer, Daniel | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7506460984370717 | pt_BR |
dc.description.resumo | A Retinopatia Diabética (RD) é uma das principais causas de perda de visão e apresenta em suas fases iniciais lesões de fundo, como microaneurismas, hemorra gias e exsudatos duros e algodonosos. Modelos computacionais capazes de detectar essas lesões podem auxiliar no diagnóstico precoce da doença e prevenir a manifes tação de formas mais graves de lesões, auxiliando também no processo de triagem e definição da melhor forma de tratamento. Entretanto, a detecção de microlesões por meio de sistemas computacionais é um desafio por inúmeros fatores, como o tamanho e formato destas lesões, a presença de ruído e contraste ruim das imagens, a pequena quantidade de exemplos rotulados nos conjuntos de dados públicos de RD, e a dificuldade de algoritmos de aprendizado profundo em detectar objetos muito pequenos em função da dissipação de gradiente durante o treinamento. Assim, para contornar estes problemas, este trabalho propõe duas novas abordagens baseadas em técnicas de processamento de imagens, aumento de dados, transferência de aprendizado e redes neurais profundas, com o propósito de auxiliar no diagnóstico médico de lesões de fundo. As abordagens propostas foram treinadas, ajustadas e avaliadas usando diferentes conjuntos de dados públicos de Retinopatia Diabética. Para a realização dos experimentos os datasets foram particionados em conjunto de treinamento (50%), validação (20%) e teste (30%). Utilizou-se uma etapa de validação para realizar o ajuste fino de hiperparâmetros, e uma etapa de teste para aferir a capacidade de generalização dos modelos. A abordagem para detecção das lesões de fundo alcançou mAP de 0,2630 para o limite de IoU de 0,5 na etapa de validação utilizando o conjunto de dados DDR e otimizador Adam. Já a abordagem para segmentação de instância das lesões de fundo alcançou mAP de 0,2903 para o limite de IoU de 0,5 na etapa de validação utilizando o conjunto de dados DDR e otimizador Adam, sendo, portanto, 10,38% mais preciso que a abordagem proposta para detecção. Os resultados obtidos nos experimentos demonstram que as novas abordagens apresentaram resultados promissores na detecção de lesões de fundo associadas à RD. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Aguiar, Marilton Sanchotene de | |
dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
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