Modelo multi-task para classificação e segmentação de tumores cerebrais

Autores

  • Guilherme Müller Ferreira UFCSPA
  • Viviane Rodrigues Botelho UFCSPA
  • Áttila Leães Rodrigues UFRGS
  • Carla Diniz Lopes Becker UFCSPA
  • Thatiane Alves Pianoschi Alva UFCSPA

DOI:

https://doi.org/10.59681/2175-4411.v16.iEspecial.2024.1296

Palavras-chave:

Inteligência Artificial, Neoplasias Encefálicas, Aprendizado Profundo

Resumo

Objetivo: Validar se um modelo multi-task (MTL) para classificação e segmentação de tumores cerebrais é superior a um single-task (ST). Método: a arquitetura do modelo é constituída de um encoder, que se bifurca em uma fully connected (classificação) e um decoder (segmentação). Para o ST, apenas a ramificação de classificação foi considerada. Ambos foram treinados utilizando a abordagem de 5-fold cross validation com os datasets SARTAJ e Figshare. Resultados: O MTL alcançou acurácia de 95.99% ± 0.70% em comparação com 95.87% ± 1.01% do ST. Conclusão: Ambos os modelos apresentaram desempenhos semelhantes, entretanto o MTL revelou algumas vantagens, como uma maior estabilidade de métricas, resultado do desvio padrão menor em todas as métricas. Em relação à literatura, o MTL obteve uma acurácia de apenas 3% abaixo do melhor modelo entre os analisados, e também apresentou um número significativamente menor de parâmetros, com até 187 vezes.

Biografia do Autor

Guilherme Müller Ferreira, UFCSPA

Master’s Student, Federal University of Health Sciences of Porto Alegre – UFCSPA,Porto Alegre (RS), Brazil.

Viviane Rodrigues Botelho, UFCSPA

Ph.D., Federal University of Health Sciences of Porto Alegre – UFCSPA, DECESA, Porto Alegre (RS), Brazil.

Áttila Leães Rodrigues, UFRGS

P.h.D., Federal University of Rio Grande do Sul - UFRGS, DEMIN, Porto Alegre (RS), Brazil.

Carla Diniz Lopes Becker, UFCSPA

Ph.D., Federal University of Health Sciences of Porto Alegre – UFCSPA, DECESA, Porto Alegre (RS), Brazil

Thatiane Alves Pianoschi Alva, UFCSPA

Ph.D., Federal University of Health Sciences of Porto Alegre – UFCSPA, DECESA, Porto Alegre (RS), Brazil.

Referências

Thierheimer M, Cioffi G, Waite KA, Kruchko C, Ostrom QT, Barnholtz-Sloan JS. Mortality trends in primary malignant brain and central nervous system tumors vary by histopathology, age, race, and sex. J Neurooncol. 2023;162:167-177.

Deorah S, Lynch CF, Sibenaller ZA, Ryken TC. Trends in Brain Cancer Incidence and Survival in the United States: Surveillance, Epidemiology, and End Results Program, 1973 to 2001. Neurosurg Focus. 2006;20(4):E1.

Yang S, Zhu F, Ling X, Liu Q, Zhao P. Intelligent Health Care: Applications of Deep Learning in Computational Medicine. Front Genet. 2021;12:607471.

Trombetta GBW, Fröhlich W da R, Rigo SJ, Rodrigues CA. Application of Deep Learning for Diagnosis of COVID-19-Induced Pneumonia from X-ray Images. J Health Inform [Internet]. March 15, 2021 [cited March 9, 2024];12. Available from: https://jhi.sbis.org.br/index.php/jhi-sbis/article/view/828.

LeCun Y, Bengio Y, Hinton G. Deep Learning. Nature. 2015;521:436.

Zhang Y, Yang Q. An Overview of Multi-Task Learning. Natl Sci Rev. 2018;5(1):30-43.

Crawshaw M. Multi-Task Learning with Deep Neural Networks: A Survey. arXiv. 2020.

Ruder S. An Overview of Multi-Task Learning in Deep Neural Networks. arXiv. 2017.

Tardy M, Mateus D. Leveraging Multi-Task Learning to Cope With Poor and Missing Labels of Mammograms. Front Radiol. 2021;1.

Oliveira B, et al. A multi-task convolutional neural network for classification and segmentation of chronic venous disorders. Sci Rep. 2023;13:761.

Ngo DK, Tran MT, Kim SH, Yang HJ, Lee GS. Multi-Task Learning for Small Brain Tumor Segmentation from MRI. Appl Sci. 2020;10(21):7790.

Gómez-Guzmán MA, et al. Classifying Brain Tumors on Magnetic Resonance Imaging by Using Convolutional Neural Networks. Electronics. 2023;12:955.

Ullah N, et al. An Effective Approach to Detect and Identify Brain Tumors Using Transfer Learning. Appl Sci. 2022;12:5645.

Rasheed Z, et al. Brain Tumor Classification from MRI Using Image Enhancement and Convolutional Neural Network Techniques. Brain Sci. 2023;13(9):1320.

Bhuvaji S, Kadam A, Bhumkar P, Dedge S, Kanchan S. Brain Tumor Classification (MRI). Kaggle. 2020.

Cheng J. Brain Tumor Dataset. Figshare. 2017.

Downloads

Publicado

19-11-2024

Como Citar

Ferreira, G. M., Botelho, V. R., Rodrigues, Áttila L., Becker, C. D. L., & Alva, T. A. P. (2024). Modelo multi-task para classificação e segmentação de tumores cerebrais. Journal of Health Informatics, 16(Especial). https://doi.org/10.59681/2175-4411.v16.iEspecial.2024.1296

Artigos Semelhantes

<< < 4 5 6 7 8 9 10 > >> 

Você também pode iniciar uma pesquisa avançada por similaridade para este artigo.

Artigos mais lidos pelo mesmo(s) autor(es)