Deep learning for brain analysis in MR imaging

Autor(es)

Oeslle Alexandre Soares de Lucena

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2018-09-11

Membros da banca

Roberto de Alencar Lotufo; Nina Sumiko Tomita Hirata; José Mário De Martino

• Orientador: Roberto de Alencar Lotufo; Leticia Rittner

Resumo

Redes neurais convolucionais (CNNs-Convolutional neural networks) são uma vertente do apredizado profundo que obtiveram muito sucesso quando aplicadas em várias análises em imagens de ressonância magnética (MR-magnetic resonance) do cérebro. As CNNs são métodos de aprendizagem de representação com várias camadas empilhadas compostas por uma operação de convolução seguida de uma ativação não linear e de camadas de agru- pamento. Nessas redes, cada camada gera uma representação mais alta e mais abstrata de uma determinada entrada, na qual os pesos das camadas convolucionais são aprendidos por um problema de otimização. Neste trabalho, tratamos dois problemas usando aborda- gens baseadas em aprendizagem profunda: remoção da calota craniana (SS) e tractografia. Primeiramente, propusemos um SS completo baseado em CNN treinado com o que nos referimos como máscaras de padrão de prata. A segmentação de tecido cerebral a partir de tecido não cerebral é um processo conhecido como extração da calota craniana ou re- moção de crânios. As máscaras de padrão de prata são geradas pela formação do consenso a partir de um conjunto de oito métodos de SS públicos, não baseados em aprendizagem profunda, usando o algoritmo Verdade Simultânea e Estimativa do Nível de Desempenho (STAPLE-Simultaneous Truth and Performance Level Estimation). Nossa abordagem al- cançou o desempenho do estado da arte, generalizou de forma otimizada, diminuiu a variabilidade inter / intra-avaliador e evitou a super-especialização da segmentação da CNN em relação a uma anotação manual específica. Em segundo lugar, investigamos uma solução de tractografia baseada em CNN para cirurgia de epilepsia. O principal objetivo desta análise foi estruturar uma linha de base para uma regressão baseada em aprendiza- gem profunda para prever as orientações da fibra da matéria branca. Tractografia é uma visualização das fibras ou tratos da substância branca; seu objetivo no planejamento pré- operatório é simplesmente identificar a posição de caminhos eloqüentes, como os tratos motor, sensorial e de linguagem, para reduzir o risco de danificar essas estruturas críticas. Realizamos uma análise em um único paciente e também uma análise entre 10 pacientes em uma abordagem de validação cruzada. Nossos resultados não foram ótimos, entretanto, as fibras preditas pelo algoritmo tenderam a ter um comprimento similar e convergiram para os locais médios do trato das fibras. Além disso, até onde sabemos, nosso método é a primeira abordagem que investiga CNNs para tractografia, e assim, nosso trabalho é uma base para este tópico (AU)

• Processo FAPESP: 16/18332-8 - Segmentação de estruturas cerebrais de imagens de ressonância magnética utilizando deep learning
• Beneficiário: Oeslle Alexandre Soares de Lucena
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado