Avaliação do impacto da forma, textura e campo receptivo na segmentação de vasos sanguíneos

dc.contributor.advisor1Comin, Cesar Henrique
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9563440403120931
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1207-4982
dc.contributor.authorSilva, Weslley dos Santos
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/9350913025137253
dc.contributor.refereeLevada, Alexandre Luis Magalhães
dc.contributor.refereeSaqui, Diego
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3341441596395463
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4408364907687419
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-8253-2729
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-9927-7063
dc.date.accessioned2026-01-13T13:23:36Z
dc.date.issued2025-09-15
dc.description.abstractBlood vessel segmentation in medical images is a crucial step for the diagnosis of a wide range of pathologies, but it presents unique challenges due to the complexity and variability of the structures involved. Moreover, the lack of interpretability of Convolutional Neural Networks (CNNs) represents a significant barrier to clinical adoption, as it complicates model debugging, limits design improvements, and can reduce diagnostic confidence. In this study, we conducted systematic experiments to separately evaluate the contributions of shape, texture, and receptive field to the performance of CNNs in blood vessel segmentation. First, to assess the role of texture and pixel intensity, these features were selectively removed from image patches using pixel shuffling and normalization. Next, to isolate the influence of shape, segmentation models were trained using only the vessels’ outer contours or centerlines as input, thereby removing internal texture information. Finally, we investigated the amount of context required for robust segmentation by systematically varying the network’s theoretical receptive field. We found that, although pixel intensity is more relevant than vessel texture, CNNs can still maintain high performance even in the absence of both features. In addition, the networks are not able to easily extrapolate the full vessel shape when provided only with contours or centerlines as input. Finally, we observed that the effective receptive field used by the networks is approximately 20 pixels in the datasets employed, although global information can lead to a slight improvement in accuracy for fundus images.eng
dc.description.resumoA segmentação de vasos sanguíneos em imagens médicas é um passo crucial para o diagnóstico de diversas patologias, mas apresenta desafios únicos devido à complexidade e à variabilidade das estruturas presentes nestas. Além disso, a falta de interpretabilidade das Redes Neurais Convolucionais (CNNs) representa um obstáculo significativo à adoção clínica, pois dificulta a depuração dos modelos, limita melhorias no design e pode reduzir a confiança no diagnóstico. Neste estudo, realizamos experimentos sistemáticos para avaliar separadamente a contribuição da forma e da textura de vasos sanguíneos e também do campo receptivo de CNNs para a segmentação de tecidos vasculares. Primeiramente, para avaliar o papel da textura e da intensidade dos pixels, removemos seletivamente essas características em recortes de imagens utilizando embaralhamento e normalização de pixels. Em seguida, para isolar a influência da forma, treinamos modelos de segmentação utilizando apenas os contornos externos ou linhas centrais dos vasos como entrada, eliminando informações internas da textura. Por fim, investigamos a quantidade de contexto necessária para uma segmentação robusta, variando sistematicamente o campo receptivo teórico da rede. Os resultados mostraram que, embora a intensidade dos pixels seja mais relevante que a textura dos vasos, as CNNs conseguem manter alto desempenho mesmo na ausência das duas características. Além disso, as redes não conseguem extrapolar facilmente a forma completa dos vasos utilizando apenas seus contornos ou eixos centrais como entrada. Por fim, verificamos que o campo receptivo efetivo utilizado pelas redes é de aproximadamente 20 pixels nos conjuntos de dados empregados nos experimentos, embora informações globais possam levar a uma pequena melhora na acurácia em imagens de fundo de olho.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationSILVA, Weslley dos Santos. Avaliação do impacto da forma, textura e campo receptivo na segmentação de vasos sanguíneos. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23404.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23404
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.rightsAttribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
dc.subjectSegmentação de vasos sanguíneospor
dc.subjectInterpretabilidadepor
dc.subjectRedes neuraispor
dc.subjectCampo receptivopor
dc.subjectBlood vessel segmentationeng
dc.subjectInterpretabilityeng
dc.subjectNeural networkseng
dc.subjectReceptive fieldeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleAvaliação do impacto da forma, textura e campo receptivo na segmentação de vasos sanguíneospor
dc.title.alternativeEvaluating the Influence of shape, texture, and network receptive field on blood vessel segmentationeng
dc.typeDissertação

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