Segmentação de vasos sanguíneos com poucos dados via transferência de informação de forma

dc.contributor.advisor1Comin, Cesar Henrique
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9563440403120931
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1207-4982
dc.contributor.authorGalvão, Wesley Nogueira
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/3164765403744408
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0001-8545-3126
dc.contributor.refereeTraina, Agma Juci Machado
dc.contributor.refereeAlmeida Junior, Jurandy Gomes de
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5136155977351408
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4495269939725770
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-4929-7258
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-4998-6996
dc.date.accessioned2025-11-07T18:01:48Z
dc.date.issued2025-10-24
dc.description.abstractBlood vessel segmentation is an essential task in various areas of biomedicine, such as ophthalmology and neurology. However, this task poses a significant challenge due to the scarcity of large annotated datasets, which consequently makes the manual annotation of new samples for training efficient deep learning models a costly endeavor. Transfer learning techniques have shown promise in overcoming these limitations, allowing the reuse of representations learned in one domain to improve performance in another, even when few examples are available in the target domain. The central hypothesis indicates that leveraging a shape prior of vessel-like forms, such as their tubular and branching characteristics, can lead to more robust and data-efficient models. In this context, this dissertation investigates the transfer of shape representations from a synthetic domain to the segmentation of medical images in a few-shot regime. To this end, we introduce VessShape, a methodology for generating a large-scale synthetic dataset designed to instill a strong shape bias in segmentation models. VessShape images combine procedurally generated tubular geometries with a wide variety of textures, encouraging models to learn shape cues over appearance features. The models pre-trained with VessShape were then fine-tuned and evaluated on two real-world datasets from different domains. The results demonstrate that the approach achieves strong segmentation performance in few-shot scenarios, requiring only a small number of samples for fine-tuning. Additionally, the models demonstrate a significant zero-shot learning capability, proving able to segment vessels in unseen domains without any target-specific training. These results support that pre-training with a strong shape bias constitutes an effective strategy to overcome data scarcity and enhance generalization in blood vessel segmentation.eng
dc.description.resumoA segmentação de vasos sanguíneos é uma tarefa essencial em diversas áreas da biomedicina, como oftalmologia e neurologia. No entanto, esta tarefa impõe um importante desafio devido à escassez de grandes conjuntos de dados anotados, o que, consequentemente, torna oneroso o trabalho de anotação manual de novas amostras para o treinamento de modelos de aprendizado profundo eficientes. Técnicas de transferência de aprendizado têm-se mostrado promissoras para superar essas limitações, permitindo o reaproveitamento de representações aprendidas em um domínio para melhorar o desempenho em outro, mesmo quando há poucos exemplos disponíveis. Nesse contexto, este trabalho investiga a transferência de representações de forma a partir de um domínio sintético para a segmentação de imagens médicas em regime de poucas amostras. Nossa hipótese central é que o aprendizado de padrões de formas similares às dos vasos, como as características tubulares e ramificações, pode levar a modelos mais robustos e eficientes em termos de dados. Para isso, introduzimos o VessShape, uma metodologia para gerar um conjunto de dados sintético em larga escala, projetado para inserir um forte viés de forma em modelos de segmentação. As imagens do VessShape combinam geometrias tubulares geradas proceduralmente com uma ampla variedade de texturas, incentivando os modelos a aprenderem a forma ao invés de características de aparência. Redes neurais pré-treinadas com o VessShape foram refinadas e avaliadas em dois conjuntos de dados reais de domínios distintos. Os resultados emonstraram que a abordagem aprimora o desempenho de segmentação em cenários com poucos exemplos. Adicionalmente, os modelos demonstram uma significativa capacidade em zero-shot learning, sendo aptos a segmentar vasos em domínios não vistos sem qualquer treinamento específico no domínio de destino. Tais resultados sustentam que o pré-treinamento com um forte viés de forma constitui uma estratégia efetiva para contornar a escassez de dados e aprimorar a generalização na segmentação de vasos sanguíneos.
dc.identifier.citationGALVÃO, Wesley Nogueira. Segmentação de vasos sanguíneos com poucos dados via transferência de informação de forma. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23035.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23035
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
dc.relation.urihttps://arxiv.org/abs/2510.27646
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectSegmentação de vasos sanguíneos
dc.subjectViés de forma
dc.subjectTransferência de domínio
dc.subjectAprendizado com poucos exemplos
dc.subjectBlood vessel segmentationeng
dc.subjectShape biaseng
dc.subjectDomain adaptationeng
dc.subjectFew-shot learningeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleSegmentação de vasos sanguíneos com poucos dados via transferência de informação de forma
dc.title.alternativeBlood vessel segmentation with few data via shape prior transfereng
dc.typeDissertação

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