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http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/9749| metadata.dc.type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Title: | Análise de arquiteturas de redes neurais para detecção de bacilos em baciloscopia de campo claro usando radiomics |
| metadata.dc.creator: | Freitas, Paulo Vitor de Castro |
| metadata.dc.contributor.advisor1: | Costa Filho, Cícero Ferreira Fernandes |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Pinagé, Frederico da Silva |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Costa, Marly Guimarães Fernandes |
| metadata.dc.description.resumo: | A tuberculose (TB) continua sendo um grave problema de saúde pública global, especialmente em países de média e baixa renda. O método diagnóstico mais amplamente empregado é a baciloscopia de campo claro do escarro, técnica de baixo custo, porém dependente da experiência do microscopista, demorada e sujeita à variabilidade intra e interobservadora. Nesse cenário, abordagens automatizadas de análise de imagens têm potencial para aumentar a precisão, padronizar resultados e reduzir a carga de trabalho em ambientes clínicos. Entre essas abordagens, técnicas de aprendizado profundo e métodos baseados em extração radiômica destacam-se por capturar padrões estruturais e texturais relevantes. Este trabalho realiza uma análise comparativa entre diferentes arquiteturas de redes neurais para detecção de bacilos em baciloscopias de campo claro, utilizando tanto imagens brutas quanto características radiômicas extraídas com PyRadiomics. O conjunto de dados utilizado contém 28.848 imagens negativas e 2.636 imagens positivas, sendo posteriormente balanceado para 2.635 imagens por classe. Foram avaliados dois pipelines radiômicos: (i) extração usando máscaras segmentadas apenas nas imagens positivas e máscara cheia nas negativas e (ii) extração usando máscara cheia em todas as imagens. Em ambos os casos, aplicou-se seleção de características por remoção de variância zero, filtragem por correlação e avaliação de importância com Random Forest. No primeiro pipeline, observou-se desempenho perfeito (acurácia, precisão, sensibilidade e F1-score iguais a 1.00) tanto no MLP quanto no RF. Entretanto, essa performance não reflete o comportamento real do problema: ela foi causada por vazamento de informação, principalmente por características como diagnostics_Mask-original_VoxelNum, cujo valor permaneceu constante nas imagens negativas devido ao uso de máscara cheia, criando um padrão artificial fortemente correlacionado ao rótulo. No pipeline com máscaras cheias para todas as imagens, o desempenho do RF (0.89) e do MLP (0.88) refletiu uma avaliação mais realista da abordagem radiômica. A rede convolucional treinada diretamente nas imagens brutas apresentou o melhor desempenho real e confiável, alcançando acurácia de 0.99, superando os métodos radiômicos após correção do vazamento. |
| Abstract: | Tuberculosis (TB) remains a major global public health concern, particularly in low- and middle-income countries. The most widely used diagnostic method is bright-field sputum smear microscopy, a low-cost technique that, however, depends heavily on the microscopist’s experience, is time-consuming, and is subject to intra- and inter-observer variability. In this context, automated image-analysis approaches have the potential to increase diagnostic accuracy, standardize results, and reduce the workload in clinical environments. Among these approaches, deep learning methods and radiomics-based feature extraction have shown promise in capturing relevant structural and textural patterns. This work presents a comparative analysis of different neural network architectures for bacillus detection in bright-field smear microscopy images, using both raw images and radiomic features extracted with PyRadiomics. The dataset consists of 28,848 negative images and 2,636 positive images, later balanced to 2,635 samples per class. Two radiomics pipelines were evaluated: (i) extraction using segmented masks only for positive images and full masks for negative images, and (ii) extraction using full masks for all images. In both cases, feature selection involved removing zero-variance features, applying correlation-based filtering, and ranking features via Random Forest importance. In the first pipeline, both MLP and Random Forest achieved perfect performance (accuracy, precision, recall, and F1-score equal to 1.00). However, this performance does not reflect the true nature of the problem: it was caused by information leakage, mainly due to features such as diagnostics_Mask-original_VoxelNum, which remained constant for all negative images because of the full mask, thus creating an artificial pattern highly correlated with the class label. In the pipeline using full masks for all images, the performance of Random Forest (0.89) and MLP (0.88) reflected a more realistic evaluation of the radiomic approach. The convolutional neural network trained directly on the raw images achieved an accuracy of 0.99, demonstrating high robustness and serving as a reliable reference for comparison with radiomics-based methods. |
| Keywords: | Tuberculose Baciloscopia Radiomics PyRadiomics Redes neurais CNN Detecção de bacilos Inteligência artificial Tuberculosis Bacilloscopy Neural networks Bacillus detection Artificial intelligence |
| metadata.dc.subject.cnpq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: CIENCIA DA COMPUTACAO: TEORIA DA COMPUTACAO: ANALISE DE ALGORITMOS E COMPLEXIDADE DE COMPUTACAO |
| 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/9749 |
| metadata.dc.subject.controlado: | . . . |
| Appears in Collections: | Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação - Engenharias |
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