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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Avaliação da classificação multiclasse de tumores cerebrais em ressonância magnética com transfer learning e redes convolucionais utilizando o banco de dados Brain MRI ND-5
metadata.dc.creator: Lima, Darlysson Melo de
metadata.dc.contributor.advisor1: Costa Filho, Cícero Ferreira Fernandes
metadata.dc.contributor.referee1: Costa, Marly Guimarães Fernandes
metadata.dc.contributor.referee2: Pinagé, Frederico da Silva
metadata.dc.description.resumo: O presente trabalho investiga a aplicação de modelos de aprendizado profundo para a classificação multiclasse de tumores cerebrais em imagens de ressonância magnética, considerando quatro categorias clínicas: glioma, meningioma, pituitário e imagens sem evidência de tumor. Foram avaliadas as arquiteturas ResNet50, DenseNet121, EfficientNet-B5 e EfficientNet-V2-S, todas empregando transferência de aprendizado e fine-tuning supervisionado. Os experimentos foram conduzidos em dois conjuntos de dados amplamente utilizados na literatura, o Brain MRI ND-5 e o Brain Tumor Classification (Bhuvaji et al.), de modo a analisar não apenas o desempenho absoluto das arquiteturas, mas também sua capacidade de generalização entre diferentes distribuições de imagem. A metodologia incluiu padronização das bases, treinamento sob configuração experimental uniforme, extração de métricas quantitativas, análise das curvas de aprendizagem e avaliação da interpretabilidade por meio do Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM). Os resultados demonstraram desempenho elevado para as quatro arquiteturas no banco de dados, ND-5, com acurácia aproximada de 97% e valores de F1-score e AUC-ROC superiores a 0,96 em todas as classes. No banco de dados Brain MRI, observou-se variação entre as arquiteturas, com DenseNet121, EfficientNet-B5 e ResNet50 mantendo acurácia superior a 98%, enquanto a EfficientNet-V2-S apresentou queda significativa, indicando maior sensibilidade à mudança de domínio. As matrizes de confusão revelaram que a principal fonte de erro ocorreu entre as classes glioma e meningioma, cujas características radiológicas frequentemente se sobrepõem. A análise de interpretabilidade mostrou que, nos casos corretos, os modelos concentraram sua atenção nas regiões tumorais, reforçando a coerência anatômica das decisões; já nos casos incorretos, observou-se dispersão da atenção ou foco em áreas periféricas. Os achados evidenciam que modelos baseados em CNNs pré-treinadas são capazes de classificar tumores cerebrais em RM com alto desempenho e comportamento espacial compatível com a anatomia relevante, configurando potencial aplicação em sistemas de apoio ao diagnóstico. Ao mesmo tempo, os resultados apontam limitações relacionadas à variabilidade entre bases de dados, destacando a necessidade de estudos futuros com abordagens tridimensionais, integração multimodal e validação em ambiente clínico real.
Abstract: This study investigates the use of deep learning models for multiclass classification of brain tumors in magnetic resonance imaging (MRI), considering four clinically relevant categories: glioma, meningioma, pituitary tumor, and no-tumor. The architectures ResNet50, DenseNet121, EfficientNet-B5, and EfficientNet-V2-S were evaluated under a transfer learning framework with supervised fine-tuning. Experiments were conducted on two widely referenced datasets, Brain MRI ND-5 and Brain Tumor Classification (Bhuvaji et al.), in order to assess not only the absolute performance of the models but also their generalization capacity across different imaging domains. The methodology included dataset standardization, uniform training procedures, quantitative evaluation using classification metrics, analysis of learning curves, and interpretability assessment using Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM). Results showed high performance across all architectures in the ND-5 dataset, with accuracy around 97% and F1-scores and AUC-ROC values above 0.96 for all classes. In the Brain MRI dataset, performance varied among models: DenseNet121, EfficientNet-B5, and ResNet50 achieved accuracy above 98%, whereas EfficientNet-V2-S exhibited a notable decrease, indicating stronger sensitivity to domain shift. Confusion matrices revealed that misclassifications mostly occurred between glioma and meningioma, tumor types known for their radiological similarity. Interpretability analysis indicated that, in correctly classified cases, the models concentrated attention on tumor regions, while misclassified images displayed dispersed or anatomically inconsistent activation patterns. The findings demonstrate that pretrained convolutional neural networks can effectively classify brain tumors in MRI scans with high discriminative capability and spatially coherent decision patterns, reinforcing their potential for clinical decision-support systems. At the same time, the results highlight challenges related to dataset variability, suggesting the need for future research involving 3D volumetric approaches, multimodal integration, and validation in real clinical environments.
Keywords: Aprendizado profundo
Ressonância magnética
Tumores cerebrais
Redes convolucionais
metadata.dc.subject.cnpq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher.department: FT - Faculdade de Tecnologia
metadata.dc.publisher.course: Engenharia da Computação - Bacharelado - Manaus
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/9716
metadata.dc.subject.controlado: .
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