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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25177| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Aprendizagem Autossupervisionada Aplicada à Detecção de Infecção Pulmonar Causada pela COVID-19 em Radiografias de Tórax |
| Título(s) alternativo(s): | Self-Supervised Learning Applied to Detection of Lung Infection Caused by COVID-19 on Chest Radiographs |
| Autor: | Silveira, Yuri Pereira Ribeiro ![]() |
| Primeiro orientador: | Mota, Guilherme Lucio Abelha |
| Segundo orientador: | Xavier, Vinicius Layter |
| Primeiro membro da banca: | Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da |
| Segundo membro da banca: | Oliveira, Dário Augusto Borges |
| Terceiro membro da banca: | Oliveira, Hugo Neves de |
| Quarto membro da banca: | Feitosa, Raul Queiroz |
| Resumo: | O estado-da-arte da classificação automática de imagens compreende as redes neurais convolucionais bem como outras técnicas de aprendizagem profunda. Entretanto, para o treinamento supervisionado de redes neurais profundas, em geral, um grande número de imagens anotadas se faz necessário. No caso de novas doenças, como ocorrera para a COVID-19 no início da pandemia, imagens anotadas no volume necessário para treinar algoritmos de aprendizagem profunda podem permanecer escassas por muito tempo. Em um cenário de escassez de dados rotulados para o treinamento de algoritmos profundos supervisionados, uma potencial alternativa compreende o uso de métodos de aprendizado profundo autossupervisionados. A principal vantagem destas abordagens consiste no fato destas prescindirem dos rótulos. Diversos destes métodos surgiram nos últimos anos e têm se mostrado eficientes para produzir um espaço de embedding onde objetos semelhantes se apresentam próximos e objetos dissimilares se apresentam distantes. Esta facilidade permite que espaços de embedding sejam utilizados como entrada para classificadores simples como, por exemplo, classificadores lineares. Dentre as vantagens obtidas nesta abordagem, destaca-se o fato de que classificadores lineares podem ser treinados de forma supervisionada a partir de um conjunto de dados rotulados muito mais escasso do que seria necessário para se treinar a partir do zero um classificador supervisionado baseado em aprendizagem profunda. Entretanto, na literatura, são raras as pesquisas envolvendo aplicações e estudos comparativos sobre a utilização de métodos autossupervisionados a imagens médicas no âmbito da COVID-19. O surgimento de novas doenças somado à consequente escassez de imagens médicas devidamente anotadas diante de um cenário de uma doença desconhecida corrobora o potencial benefício de técnicas computacionais que utilizam métodos autossupervisionados. Desta forma, este trabalho avalia o desempenho dos seguintes métodos de aprendizado autossupervisionado no âmbito da classificação de radiografias de tórax: MoCo, SimCLR, BYOL e SimSiam. Como conjunto de dados foi utilizado o COVID-X, que contém casos de pneumonia, pneumonia por COVID-19, além de radiografias de pacientes saudáveis. A área sobre a curva ROC alcançada pelos métodos MoCo, SimCLR, BYOL e SimSiam foi 0,9757, 0,8903, 0,9765 e 0,9723, respectivamente. Já a acurácia global para estes métodos foi, respectivamente, 0,8956, 0,8865, 0,8962 e 0,8357. |
| Abstract: | The state-of-the-art of automatic image classification comprises convolutional neural networks as well as other deep learning techniques. However, for supervised training of deep neural networks, in general, a large number of annotated images is necessary. In the case of new diseases, as occurred for COVID-19 at the beginning of the pandemic, the necessary volume of annotated images to train deep learning algorithms can remain scarce for a long time. In a scenario of the scarcity of labeled data for the training supervised deep algorithms, a potential alternative comprises the use of self-supervised deep learning methods. The main advantage of self-supervised approaches is that they dispense labels. Several of these methods have emerged in recent years and have been shown to be efficient to produce an embedding space where similar objects are close to each other and dissimilar objects are distant to each other. This feature allows embedding spaces to be used as input to simple classifiers such as linear classifiers. Among the advantages obtained in this approach, it can be mentioned that linear classifiers can be trained in a supervised way from a set of labeled data that is much scarcer than what would be necessary to train, from scratch, a supervised classifier based on deep learning. However, in the literature, research involving applications and comparative studies on the use of self-supervised methods for medical imagery in the context of COVID-19 is rare. The emergence of new diseases added to the consequent scarcity of medical images duly annotated in the face of an unknown disease scenario corroborates the potential benefit of computational techniques that use self-supervised methods. Thus, this work evaluates the performance of the following selfsupervised learning methods in the context of chest radiography classification: MoCo, SimSiam, BYOL, and SimCLR. As a dataset, COVID-X was used, which contains cases of pneumonia, and pneumonia due to Covid-19, in addition to images showing healthy patients. The area under the ROC curve. The area under the ROC curve achieved by the MoCo, SimCLR, BYOL and SimSiam frameworks was 0.9757, 0.8903, 0.9765, and 0.9723, respectively. The overall accuracy for these methods, respectively, was 0.8956, 0.8865, 0.8962, and 0.8357. |
| Palavras-chave: | Self-Supervised Learning Chest Radiography Medical Imagery Aprendizado autossupervisionado COVID-19 Radiografia torácica Imagens médicas Classificação de imagens Image Classification |
| Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e Estatística |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciências Computacionais |
| Citação: | SILVEIRA, Yuri Pereira Ribeiro. Aprendizagem autossupervisionada aplicada à detecção de infecção pulmonar causada pela COVID-19 em radiografias de tórax. 2023. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25177 |
| Data de defesa: | 13-Mar-2023 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Ciências Computacionais |
Arquivos associados a este item:
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| Dissertação - Yuri Pereira Ribeiro Silveira - 2023 - Completa.pdf | 8,88 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar | |
| Termo - Yuri Pereira Ribeiro Silveira - 2023.pdf | 1,52 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
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