Implementação de um pipeline para parcelamento cerebral em imagens de ressonância magnética utilizando o framework MONAI

dc.contributor.advisor1Ferrari, Ricardo José
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/8460861175344306
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1197-2553
dc.contributor.authorKlesse, Pedro Malandrin
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/1677242317575212
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0003-3206-8085
dc.date.accessioned2025-02-21T17:51:03Z
dc.date.issued2025-02-17
dc.description.abstractIn this project, a brain parcellation solution was implemented using the MONAI framework. The developed approach covers all stages of the pipeline, from preprocessing medical images to training, validating, and testing two distinct neural network architectures. The goal is to segment and label different brain regions from T1-weighted magnetic resonance images. To ensure image standardization before training, several preprocessing techniques were applied, including bias correction, intensity normalization, reorientation to the RAS system, and centering of brain structures. These steps ensure that the input data is in a consistent format, improving model generalization. The selected network for segmentation was HighResNet, chosen based on a study that demonstrated its effectiveness for brain parcellation tasks. The training was performed using a set of 1,200 labeled images, while validation and testing were conducted with 200 and 200 images, respectively, comparing this architecture with U-Net, one of the most widely used networks for 2D and 3D image segmentation. The network's performance was evaluated using the Dice coefficient, which measures the overlap between predicted segmentations and ground-truth labels. After training, the model weights were saved, and to facilitate the use of the solution, a FastAPI application integrated with Uvicorn was developed. This application enables model deployment, allowing both networks to be used as a service. The API supports image submission via POST requests and returns the volumetric image properly parcellated as a response. This approach ensures that the models can be accessed and utilized in a practical and efficient manner.eng
dc.description.resumoNeste projeto, foi implementada uma solução de parcelamento cerebral (brain parcellation) utilizando o framework MONAI. A abordagem desenvolvida abrange todas as etapas do pipeline, desde o pré-processamento das imagens médicas até o treinamento, validação e teste de duas arquiteturas distintas de redes neurais. O objetivo é segmentar e rotular diferentes regiões do cérebro a partir de imagens de ressonância magnética ponderadas em T1. Para garantir a padronização das imagens antes do treinamento, foram aplicadas diversas técnicas de pré-processamento, incluindo correção de bias, normalização de intensidade, reorientação para o sistema RAS e centralização das estruturas cerebrais. Essas etapas asseguram que os dados de entrada estejam em um formato consistente, melhorando a generalização do modelo. A rede escolhida para a segmentação foi a HighResNet, selecionada com base em um artigo que demonstrou sua eficácia para a tarefa de brain parcellation. O treinamento foi realizado utilizando um conjunto de 1200 imagens rotuladas, enquanto a validação e o teste foram conduzidos em 200 e 200 imagens, respectivamente, comparando tal arquitetura com a U-Net, uma das principais redes utilizadas para segmentação de imagens 2D e 3D. O desempenho da rede foi avaliado por meio do coeficiente de Dice, permitindo medir a sobreposição entre as segmentações preditas e os rótulos reais. Após o treinamento, os pesos do modelo foram salvos, e, para facilitar a utilização da solução, foi desenvolvida uma aplicação em FastAPI integrada ao uvicorn. Essa aplicação permite o deploy da redes, permitindo o uso de ambas como um serviço. A API possibilita o envio de imagens por meio de requisições POST, retornando como resposta a imagem volumétrica devidamente parcelada. Dessa forma, os modelos podem ser acessados e utilizados de forma prática e eficiente.
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationKLESSE, Pedro Malandrin. Implementação de um pipeline para parcelamento cerebral em imagens de ressonância magnética utilizando o framework MONAI. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21432.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/21432
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia de Computação - EC
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectParcelamento cerebral
dc.subjectRedes neurais convolucionais
dc.subjectMONAI
dc.subjectRessonância magnética
dc.subjectU-Net
dc.subjectHighResNet
dc.subjectProcessamento de imagens médicas
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.titleImplementação de um pipeline para parcelamento cerebral em imagens de ressonância magnética utilizando o framework MONAI
dc.title.alternativeImplementation of a pipeline for brain parcellation in magnetic resonance imaging using the MONAI frameworkeng
dc.typeTCC

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