Dissertações/Teses

2024
Descrição
  • JUSTINO DUARTE SANTOS
  • Diagnóstico de glomeruloesclerose usando comitês de redes neurais convolucionais
  • Orientador : RODRIGO DE MELO SOUZA VERAS
  • Data: 07/10/2024
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  •  glomeruloesclerose é um doença renal comum, caracterizada pela deposição de tecido cicatrizado que substitui o parênquima renal. Seu diagnóstico é baseado na análise histológica de biópsia da região cortical do rim por patologistas para indicar a presença e a extensão do dano. O diagnóstico é fundamental para orientar o tratamento adequado e minimizar as chances da doença evoluir para estágios crônicos. O diagnóstico realizado pelo especialista pode ser uma tarefa demorada e fatigante. Nesse contexto os sistemas de diagnóstico auxiliado por computador servem ao médico oferecendo-lhe informações que podem ajudá-lo a diagnosticar doenças de forma mais rápida e menos trabalhosa. Para identificar glomérulo com esclerose, este artigo propõe um comitê de redes neurais convolucionais (convolutional neural networks - CNN). Analisamos cinco CNNs - VGG-19, Inception-V3, ResNet-50, DenseNet-201 e EfficientNet-B2 - para definir o melhor modelo de CNN, avaliamos várias configurações de camadas totalmente conectadas e realizamos treinamento em dois estágios: primeiro treinamos somente a parte densa, depois foi feito um ajuste fino em toda a rede. No total, foram analisados 25 modelos diferentes dos quais foram selecionados os membros votantes dos comitês formados. Os experimentos foram realizados em três conjuntos de dados, compostos por 1.062 imagens ao todo, sendo a metade de cada classe. Ainda aplicamos técnicas de aumento de dados gerando mais imagens artificialmente no conjunto de treinamento. O uso de comitê reunindo CNNs baseadas na DenseNet, EfficientNet e ResNet apresentou eficácia na tarefa; alcançamos acurácia de 93,0% e kappa de 86,1%, considerado excelente. Os resultados são promissores, mas há pontos nos quais pretendemos avançar: a realização de experimentos com mais imagens; a avaliação de novas arquiteturas e a inclusão de outros descritores; avaliação novos comitês bem como outras formas de combinação de CNNs; aplicação de técnicas de explicabilidade aos modelos.

  • LUÍS HENRIQUE SILVA VOGADO
  • Classificação Hierárquica de radiografias do Tórax com Comitê de Redes Neurais Convolucionais
  • Orientador : RODRIGO DE MELO SOUZA VERAS
  • Data: 26/09/2024
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  • As radiografias de tórax, ou raios X de tórax, são os exames de imagem mais utilizados diariamente nos hospitais. Responsável por auxiliar na detecção de inúmeras patologias e achados que interferem diretamente na vida do paciente, esse exame é, portanto, fundamental na triagem dos pacientes. O uso de técnicas de visão computacional atrelada ao aprendizado profundo auxiliam na tomada de decisão por parte do médico radiologista, fornecendo uma segunda opinião e consequentemente reduzindo custos operacionais. Diante disso, este trabalho propõe uma metodologia hierárquica e baseada em um comitê de Redes Neurais Convolucionais (Convolutional Neural Networks - CNNs) para auxiliar no diagnóstico de exames de raios X de tórax, inicialmente rastreando-os com alta probabilidade de serem normais ou anormais e posterior detecção da patologia. No desenvolvimento da etapa de triagem deste estudo, foi utilizado um conjunto de dados com imagens de raios-X de incidências frontal e lateral. Para a construção do modelo ensemble, foram avaliadas as arquiteturas VGG-16, ResNet50 e DenseNet121, comumente utilizadas na classificação de radiografias de tórax. Um Limiar de Confiança (CTR) foi usado para definir as previsões em Normal de Alta Confiança (HCn), classificação Borderline (BC) ou Anormal de Alta Confiança (HCa). Nos testes realizados, foram alcançados resultados bastante promissores: 54,63% dos exames foram classificados com alta confiança; dos exames normais, 32% foram classificados como HCN com uma taxa de falsa descoberta (FDR) de 1,68%; e quanto aos exames anormais, 23% foram classificados como HCa com 4,91% taxa de falsas omissões (FOR). Na etapa de detecção de anormalidades, empregamos a VGG-16 pré-treinada com a base utilizada no desenvolvimento da triagem para avaliar o dataset da NIH Chest X-rays 14, onde foi obtida a AUC média de 0,8484.

  • JÔNATAS OLIVEIRA LIMA DA SILVA
  • Um novo framework para treinamento de Support Vector Machines (SVM) e suas aplicações
  • Orientador : PAULO SERGIO MARQUES DOS SANTOS
  • Data: 23/08/2024
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  • Apresentamos um framework unificado para resolver problemas de treinamento não lineares de Support Vector Machines (SVM). O framework é baseado em uma aproximação da função objetivo, tornando o problema separável, e utiliza métodos de busca por um zero de uma função de baixo custo computacional para resolver os subproblemas resultantes. Devido à diagonalização da função objetivo no primeiro estágio do framework, nomeamos o novo solucionador de DiagSVM. Para testar o desempenho do DiagSVM, realizamos experimentos numéricos preliminares com conjuntos de dados de benchmark. A partir dos resultados, escolhemos a melhor combinação utilizada no framework para resolver o problema de Classificação de Lesões Cutâneas (CLC). Dado que o melanoma (câncer de pele) é a doença mais perigosa e mortal que afeta a pele, a aplicação do DiagSVM pode ser integrada em vários sistemas de diagnóstico assistido por computador (CAD) para ajudar na detecção do câncer de pele e reduzir significativamente a morbidade e mortalidade associadas a essa doença. Abordagens baseadas em aprendizado de máquina (ML) e aprendizado profundo (DL) têm sido amplamente utilizadas para desenvolver sistemas robustos de classificação de lesões cutâneas. Para o problema CLC, três redes neurais convolucionais (CNN) pré-treinadas – Xception, InceptionResNetV2 e DenseNet201 – foram empregadas como extratores de características, e suas dimensões foram reduzidas usando Análise de Componentes Principais (PCA), Análise de Componentes Principais de Kernel (KPCA) e Análise de Componentes Independentes (ICA). Para validar a proposta, comparamos o DiagSVM com o solucionador popular na literatura, o Libsvm.
  • ALINE MONTENEGRO LEAL SILVA
  • Interpretação de grupos a partir de método de inferência da quantidade ótima de clusters baseado em faixa de valores dos atributos com posterior rotulação automática de dados.
  • Orientador : ANDRE MACEDO SANTANA
  • Data: 08/06/2024
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  • O aprendizado de máquina é uma técnica relevante de reconhecimento de padrões
    por meio da detecção de correlações entre os dados. Em se tratando de aprendizado não
    supervisionado, os grupos formados a partir dessas correlações podem receber um rótulo, que
    consiste em descrevê-los em termos de seus atributos mais relevantes e suas respectivas faixas
    de valores para que sejam compreendidos automaticamente. Nesse trabalho de pesquisa, esse
    processo é intitulado de rotulação. Entretanto, um desafio para os pesquisadores é estabelecer
    o número ótimo de grupos que melhor representa a estrutura subjacente dos dados submetida
    ao agrupamento. Esse número ótimo pode variar dependendo do conjunto de dados e do
    método de agrupamento utilizado e influência no processo de clusterização dos dados e
    consequentemente na interpretação dos grupos gerados. Portanto, essa pesquisa tem o intuito
    de fornecer uma abordagem de interpretação de grupos a partir de critério de inferência da
    quantidade ótima de clusters a ser utilizada no agrupamento, com base em faixa de valores dos
    atributos, seguida de uma rotulação automática de dados baseada em métrica de dispersão para
    maximizar a compreensão dos grupos obtidos. Essa metodologia foi aplicada a sete bases de
    dados e os resultados mostram que ela contribui para a interpretação dos grupos, uma vez que
    gera rótulos mais precisos.

  • ALAN RAFAEL FERREIRA DOS SANTOS
  • A Influência da Iluminação e Cor na Precisão de Detecção de Câncer de Pele com Aprendizado Profundo
  • Orientador : KELSON ROMULO TEIXEIRA AIRES
  • Data: 07/06/2024
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  • O diagnóstico precoce do câncer de pele maligno é essencial para evitar a metástase e definir um tratamento adequado. Nesse sentido, muitas pesquisas já propuseram abordagens automatizadas de aprendizado profundo para auxiliar na análise visual de imagens digitais de lesões de pele em busca de um diagnóstico preciso. Os aspectos de cor das lesões são essenciais para determinar a suspeita de malignidade. Em imagens digitais, a cor pode variar conforme as mudanças na intensidade e nos aspectos de iluminação. Nessa perspectiva, esta tese investiga a relevância das características de iluminação e cor na precisão da classificação do câncer de pele utilizando modelos de aprendizado profundo. O estudo analisa como variações nessas características podem influenciar a detecção de lesões malignas, destacando a importância da correção de iluminação e cor para melhorar a precisão em sistemas de detecção. A metodologia deste trabalho desenvolveu uma abordagem de validação que combina técnicas convencionais de correção, como Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE), Perfect Reflector e Shades of Gray (SoG), com técnicas avançadas baseadas em aprendizado profundo, como Local Color Distribution Prior Network (LCDPNet), Low-Light Neural Radiance Field (LLNeRF) e Deep Symmetric Network (DSN). O processo de delimitação das regiões das lesões utiliza a técnica personalizada DeepLabV3+. Os modelos de aprendizado profundo analisados incluem Inception-V3, Xception, ResNet-50 e DenseNet-121, treinados utilizando transferência de aprendizado e aumento de dados com a técnica Test-Time Augmentation (TTA). Os experimentos mostraram que as técnicas de correção de iluminação e cor com aprendizado profundo superam os métodos convencionais, melhorando a precisão na classificação de lesões malignas com os modelos avaliados. As arquiteturas de redes neurais profundas apresentaram sensibilidade variável às correções de iluminação e cor, sendo mais sensíveis aquelas com menor número de camadas e tamanhos menores de filtros. A correção das características de iluminação e cor produziu aumentos em todas as taxas de precisão nos modelos experimentados, embora alguns resultados não tenham sido expressivos. A correção dessas características é indispensável na classificação do câncer de pele com aprendizado profundo. A escolha adequada de técnicas analíticas pode aumentar a precisão na identificação de malignidades de pele. Além disso, o design e a estrutura da arquitetura do modelo influenciam a percepção da iluminação e da cor, tornando os modelos mais sensíveis às variações dessas características. Futuros estudos devem explorar novos métodos de correção com aprendizado auto-supervisionado e mecanismos de atenção para aprimorar a detecção de câncer de pele.

2023
Descrição
  • VITOR AUGUSTO CORREA CORTEZ ALMEIDA
  • The impact of flexibility on demand-side management and the need for consumer-oriented demand response
  • Orientador : RICARDO DE ANDRADE LIRA RABELO
  • Data: 28/04/2023
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  • In the context of smart power grids, demand-side management is a set of measures to motivate end consumers into adapting their energy demand to the available generation resources. To achieve this goal, demand-side management solutions reward flexible consumers through demand response programs. Recent trends point towards the development of home energy management systems to leverage the potential of residential consumers to contribute to demand response efforts. However, current research is still ongoing and more studies are needed on how to design demand response programs with home energy management systems that appeal to end consumers. This study addresses limitations of home energy management systems in the literature and proposes a demand-side management approach based on a bi-level optimization model. First, consumers solve a lower-level multi-objective load scheduling problem to optimize their savings and comfort. Then, demand aggregators solve an upper-level single-objective demand profile aggregation problem to optimize its peak-to-average ratio. Experiments investigate the impact of optimization methods, distributed energy resources, consumer preferences and behavioral patterns on the demand response program. Results indicate that end consumer flexibility and active consumer participation are key factors to the success of demand-side management solution.

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