Detecção automática de alterações estruturais hipocampais em imagens de ressonância magnética para auxílio ao diagnóstico da doença de Alzheimer

dc.contributor.advisor1Ferrari, Ricardo José
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8460861175344306por
dc.contributor.authorPoloni, Katia Maria
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8456178776986505por
dc.date.accessioned2018-04-05T11:48:43Z
dc.date.available2018-04-05T11:48:43Z
dc.date.issued2018-03-29
dc.description.abstractAlzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia in world population, accounting for around 60% of all dementia cases and affecting nearly 20% of the population above the age of 80 years. It is an irreversible degenerative disease that causes loss of mental function due to deterioration of brain tissue. This disease is able to develop itself in different ways and its symptoms usually show up gradually. The most common prognostics include the inability to mentally record new information, some degree of difficulty to solve simple problems and to complete familiar tasks at home, confusion about current time and place and trouble to understand visual images. Currently, hippocampus reduction is considered one of the most important, and commonly used AD biomarker. However, despite its clinical use, hippocampal volume reduction is involved not only in AD but also in other dementias and even in healthy aging. In this context, this research aims to create an automatic computational technique capable of detecting and classify structural changes in magnetic ressonance (MR) images that differ from AD when compared to cognitively normal (CN) patients. For this, a probabilistic atlas of 3D salient points was built using a dataset of healthy brain images. 3D salient points were detected in the training dataset with CN and mild-AD brain images and used to label each atlas points. Then, the 3D salient points detected in each training dataset image were "matched" against the labeled points in the atlas, and their descriptors vectors were used to train two classifiers, K-NN and SVM-RBF. After that, 3D salient points were detected for each image from the test dataset, and its respective descriptor was used to find equivalent salient points in the atlas. Their descriptors were inserted and classified in K-NN and SVM-RBF classifiers. Finally, each image was labeled accordingly to the majority of points classified in the corresponding class. This technique was tested in different age groups of the ADNI database (with a total of 551 MR images) and the results were evaluated using ROC curve and 10-fold cross-validation. The highest accuracy value achieved by this technique was 85% (up to 82.59% sensitivity and 88.50% specificity) for the 70-89 age group and the highest AUC was 0.9227.eng
dc.description.resumoA doença de Alzheimer (DA) é a causa mais comum de demência na população mundial, representando cerca de 60% de todos os casos e afetando 20% da população com mais de 80 anos de idade. Ela é uma doença degenerativa irreversível que causa perda da função mental devido à deterioração do tecido cerebral. A DA pode afetar as pessoas de maneiras diferentes e seus sintomas tem desenvolvimento gradual. Os mais comuns incluem dificuldade de se lembrar de novas informações, dificuldade em resolver problemas e completar tarefas familiares em casa, confusão sobre tempo ou lugar e problemas para entender imagens visuais. Atualmente, o volume hipocampal representa um dos mais importantes, e comumente usado, biomarcador da DA. No entanto, apesar do seu uso clínico, alterações no volume hipocampal não estão envolvidas apenas na DA, mas também em outras demências e mesmo no processo de envelhecimento saudável. Nesse contexto, este trabalho de pesquisa tem como objetivo a criação de uma técnica computacional automática que seja capaz de detectar e classificar alterações estruturais em imagens de ressonância magnética (RM) que diferem da DA quando comparada à pacientes cognitivamente normais (CN). Para isso, um atlas probabilístico de pontos salientes 3D foi construído usando um conjunto de imagens cerebrais de pacientes saudáveis. Depois, pontos salientes 3D foram detectados em um conjunto de dados de treinamento composto por imagens cerebrais CN e com DA leve e usados para rotular cada ponto do atlas. Em seguida, os pontos salientes 3D detectados em cada imagem do conjunto de dados de treinamento foram "casados" com os pontos rotulados do atlas, e seus descritores foram usados para treinar dois classificadores: um K-NN e um SVM-RBF. Por último, para cada imagem do conjunto de dados de teste, pontos salientes 3D foram detectados e seus respectivos descritores foram "casados" com os descritores dos pontos do atlas e classificados usando os classificadores K-NN e SVM-RBF. Finalmente, cada imagem obteve um rótulo (CN/DA leve) de acordo com a contagem majoritária de classificação de cada ponto (CN/DA leve). A técnica foi testada em diferentes faixas etárias da base de dados ADNI (com um total de 551 imagens de RM) e os resultados foram avaliados usando curva ROC e validação cruzada com divisão em 10 partes. O valor de acurácia mais alto alcançado pela técnica foi de 85% (até 82,59% de sensibilidade e 88,50% de especificidade) para a faixa etária de 70-89 anos e a maior AUC foi de 0,9227.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.identifier.citationPOLONI, Katia Maria. Detecção automática de alterações estruturais hipocampais em imagens de ressonância magnética para auxílio ao diagnóstico da doença de Alzheimer. 2018. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/9667.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/9667
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCpor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectDoença de alzheimerpor
dc.subjectAtlas probabilístico de pontos salientespor
dc.subjectDetecção de pontos salientes 3Dpor
dc.subjectExtração de característicaspor
dc.subjectAlterações estruturais cerebraispor
dc.subjectProbabilistic atlases of salient pointseng
dc.subject3D salient points detectioneng
dc.subjectFeature extractioneng
dc.subjectStructural brain changeseng
dc.subjectAlzheimer's diseaseeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpor
dc.titleDetecção automática de alterações estruturais hipocampais em imagens de ressonância magnética para auxílio ao diagnóstico da doença de Alzheimerpor
dc.title.alternativeAutomatic detection of hippocampal structural changes in magnetic resonance imaging to aid in the diagnosis of Alzheimer's diseaseeng
dc.typeDissertaçãopor
dc.ufscar.embargoOnlinepor

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