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Tipo do documento: Tese
Título: Segmentação automática do fígado e lesões hepáticas em imagens de tomografia computadorizada usando redes neurais convolucionais
Título(s) alternativo(s): Automatic segmentation of healthy livers in computer images configured and using neural networks
Autor: ARAÚJO, José Denes Lima 
Primeiro orientador: SILVA, Aristófanes Corrêa
Primeiro coorientador: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Primeiro membro da banca: SILVA, Aristófanes Corrêa
Segundo membro da banca: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Terceiro membro da banca: CARVALHO SILVA, Antônio Oseas de
Quarto membro da banca: CONCI, Aura
Quinto membro da banca: ALMEIDA, João Dallyson Sousa de
Resumo: O câncer de fígado é uma das principais causas de morte por câncer. É conhecido que a detecção precoce das lesões no fígado possibilita melhor chance de tratamento e cura da doença. Para essa detecção são comumente utilizados exames de tomografia computadorizada (TC), a partir dos quais médicos especialistas realizam a segmentação manual do fígado e lesões. No entanto, essa segmentação é demorada e propensa a erros e variações entre especialistas. Devido a esse trabalho árduo, sistemas de detecção assistida por computador têm sido desenvolvidos para auxiliar os especialistas na segmentação do fígado e, na detecção e caracterização das lesões no fígado e assim, reduzir o tempo necessário para o diagnóstico. Porém, a segmentação automática do fígado é uma tarefa complexa, pois o fígado apresenta variabilidade de formato, bordas mal definidas e as lesões podem afetar sua aparência. Já a segmentação automática das lesões se torna mais complexa pois essas apresentam variabilidade de contraste, formato, tamanho e localização. Assim, neste trabalho são propostos um método para a segmentação do fígado e um método para segmentação das lesões no fígado. O método para segmentação do fígado, que é baseado em modelos de redes neurais convolucionais profundas, consiste em quatro etapas principais: (1) pré-processamento de imagens , (2) segmentação inicial, (3) reconstrução e (4) segmentação final. O método para segmentação das lesões, que também é baseado em modelos de redes neurais convolucionais profundas, consiste em três etapas principais: (1) segmentação inicial, (2) segmentação final e (3) refinamento da segmentação. Os métodos foram avaliados em um conjunto de 131 imagens de TC da base LiTS. O método para segmentação do fígado obteve uma sensibilidade de 96,22%, especificidade de 99,89%, coeficiente de Dice de 96,38%, VOE de 6,94% e RVD de -0,35%. O método para segmentação das lesões, quando o fígado é marcado pelo especialista, obteve uma sensibilidade de 84,52%, especificidade de 99,96%, coeficiente de Dice de 83,84%, VOE de 27,19% e RVD de -0,72%. Ao usar o fígado marcado pelo método proposto, o método para segmentação das lesões obteve uma sensibilidade de 82,20%, especificidade de 99,95%, coeficiente de Dice de 80,60%, VOE de 30,75% e RVD de -0,25%. A partir desses resultados, é demonstrado que o problema de segmentação do fígado e de lesões no fígado em imagens de TC pode ser resolvido eficientemente usando redes neurais convolucionais profundas para redução do escopo do problema e segmentação do fígado e das lesões.
Abstract: Liver cancer is one of the major causes of death by cancer. It is known that the early detection of lesions in the liver provides a better chance of treatment and cure of the disease. For this detection, computed tomography (CT) exams are commonly used, from which specialist doctors perform manual segmentation of the liver and lesions. However, this segmentation is time-consuming and prone to errors and variations between specialists. Due to this hard work, Computer-aided detection systems have been developed to assist specialists in the segmentation of the liver and in detecting and characterizing of liver lesions and thus reduce the required time for diagnosis. However, automatic segmentation of the liver is a complex task, as the liver has variability in shape, ill-defined borders and lesions can affect its appearance. The automatic segmentation of the lesions becomes more complex because they present variability in contrast, shape, size and location. This work proposes a method for liver segmentation and a method for liver lesions segmentation. The liver segmentation method, which is based on deep convolutional neural network models, consists of four main steps: (1) image pre-processing, (2) initial segmentation, (3) reconstruction and (4) final segmentation. The method for liver lesions segmentation, which is also based on models of deep convolutional neural networks, consists of three main steps: (1) initial segmentation, (2) final segmentation and (3) segmentation refinement. The methods were evaluated in a set of 131 CT images from the LiTS database. The liver segmentation method obtained a sensitivity of 95.45%, specificity of 99.86%, Dice coefficient of 95.64%, VOE of 8.28% and RVD of -0.41%. The method for liver lesions segmentation, when the liver is marked by the specialist, obtained a sensitivity of 84.52%, specificity of 99.96%, Dice coefficient of 83.84%, VOE of 27.19% and RVD of -0.72%. When using the liver marked by the proposed method, the method for liver lesions segmentation obtained a sensitivity of 82.20%, specificity of 99.95%, Dice coefficient of 80.60%, VOE of 30.75% and RVD of -0.25%. From these results, it is demonstrated that the problem of liver and lesions segmentation in CT images can be efficiently solved using deep convolutional neural networks to reduce the scope of the problem and segmentation of the liver and lesions.
Palavras-chave: câncer de fígado;
segmentação do fígado;
segmentação de lesões no fígado;
redes neurais convolucionais;
tomografia computadorizada.
liver cancer;
liver segmentation;
liver lesion segmentation;
convolutional neural networks;
computed tomography.
Área(s) do CNPq: Ciência da Computação
Anatomia Patológica
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: ARAÚJO, José Denes Lima. Segmentação automática do fígado e lesões hepáticas em imagens de tomografia computadorizada usando redes neurais convolucionais. 2022. 121 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/3576
Data de defesa: 11-Abr-2022
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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