Assimetrias inter-hemisféricas no hipocampo e sua associação com a progressão da doença de Alzheimer

dc.contributor.advisor1Ferrari, Ricardo José
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8460861175344306
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1197-2553
dc.contributor.authorGrivol, Marco Antônio Bernardi
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/0749876222039041
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0003-6090-049X
dc.date.accessioned2025-08-28T18:32:56Z
dc.date.issued2025-07-29
dc.description.abstractBrain atrophy is a progressive process typically associated with natural aging. In neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease (AD), this process is accelerated, manifesting in symptoms related to memory loss, reasoning difficulties, and behavioral changes. Currently, there is no cure for AD, and early treatment remains the most effective way to mitigate or delay symptoms. In addition to clinical tests and family history, structural Magnetic Resonance Imaging (MRI) of the brain plays a fundamental role in diagnosis, as it enables visual assessment of brain atrophy—allowing comparison with age-related atrophy—and assists in ruling out other possible comorbidities from treatable dementias. Moreover, inter-hemispheric alterations are associated with AD and can be observed in MRI scans. Recent studies have investigated new methods for quantifying such asymmetries in order to develop biomarkers for supporting AD diagnosis and to train classifiers for automated diagnosis. However, despite promising results, visual inspection remains the most common approach for evaluating AD presence in MRI images. In this context, this work proposes a new methodology to quantify inter-hemispheric hippocampal asymmetries based on geometric and textural descriptors, focusing on predicting the progression from stable to progressive Mild Cognitive Impairment (MCI). The approach employs the shape context technique to extract log-spherical histograms from the accumulated energy map of the 3D Dual-Tree Complex Wavelet Transform (DT-CWT) in the hippocampal region. These descriptors, combined with volumetric features, are fed into a Convolutional Siamese neural network specifically designed to model inter-hemispheric differences. The proposed methodology achieved an F1-score of 0.845 ± 0.01 in distinguishing stable from progressive MCI cases. Additional binary classification experiments involving cognitively normal (CN), MCI, and AD subjects were also conducted, with consistent results: CN vs. AD (F1-score = 0.872 ± 0.05), CN vs. MCI (0.757 ± 0.03), and MCI vs. AD (0.731 ± 0.05). These findings demonstrate the influence of inter-hemispheric hippocampal alterations during AD progression and the effectiveness of these features for disease prediction and prognosis.eng
dc.description.resumoA atrofia cerebral é um processo progressivo típico do envelhecimento natural. Em doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer (DA), esse processo é acelerado, manifestando-se em sintomas relacionados à perda de memória, dificuldades de raciocínio e mudanças no comportamento. Atualmente, não existe cura para a DA, sendo o tratamento precoce a forma mais eficaz de minimizar ou retardar os sintomas. Além dos testes clínicos e do histórico familiar, as imagens de Ressonância Magnética (RM) do cérebro são fundamentais no diagnóstico, pois permitem a avaliação visual da atrofia cerebral, que pode ser comparada com a atrofia associada ao envelhecimento natural, e ajudam a excluir outras possíveis comorbidades de demências tratáveis. Adicionalmente, as alterações inter-hemisféricas estão associadas à DA e podem ser observadas em imagens de RM. Estudos recentes têm avaliado novas formas de quantificar essa assimetria com o objetivo de desenvolver biomarcadores para o auxílio-diagnóstico da DA, e treinar classificadores para o diagnóstico automático. No entanto, mesmo com bons resultados, a inspeção visual das imagens ainda é a forma mais comum de avaliar a presença da DA em imagens de RM. Nesse sentido, este trabalho desenvolve uma nova metodologia para quantificar as assimetrias inter-hemisféricas do hipocampo com base em descritores geométricos e texturais, com foco na predição da progressão do Comprometimento Cognitivo Leve (CCL) estável para o CCL progressivo. A abordagem utiliza a técnica shape context para extrair histogramas log-esféricos do mapa de energia acumulada da Transformada Wavelet Complexa em Árvore-Dupla (DT-CWT) 3D na região do hipocampo. Esses descritores, em conjunto com atributos volumétricos, são combinados em uma Rede Neural Convolucional Siamesa projetada para modelar diferenças inter-hemisféricas. A metodologia proposta obteve F1-score de 0,845 ± 0,01 na distinção entre casos CCL estáveis vs. progressivos. Experimentos adicionais de classificação binária envolvendo indivíduos cognitivamente normais (CN), CCL e DA também foram conduzidos, com resultados consistentes: CN vs. DA (F1-score = 0,872 ± 0,05), CN vs. CCL (0,757 ± 0,03) e CCL vs. DA (0,731 ± 0,05). Dessa forma, esses resultados demonstram a influência de alterações inter-hemisféricas na região do hipocampo durante a progressão da DA e a eficácia desses atributos na predição e prognóstico da doença.por
dc.identifier.citationGRIVOL, Marco Antônio Bernardi. Assimetrias inter-hemisféricas no hipocampo e sua associação com a progressão da doença de Alzheimer. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22649.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22649
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 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectAssimetrias inter-hemisféricas no encéfalopor
dc.subjectDoença de Alzheimerpor
dc.subjectComprometimento cognitivo levepor
dc.subjectTransformada wavelet complexa de árvore dupla (DTCWT)por
dc.subjectDetecção de pontos salientespor
dc.subjectAlzheimer's diseaseeng
dc.subjectInter-hemispheric brain asymmetrieseng
dc.subjectMild cognitive impairmenteng
dc.subjectDual-tree complex wavelet transform (DTCWT)eng
dc.subjectKeypoint detectioneng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.titleAssimetrias inter-hemisféricas no hipocampo e sua associação com a progressão da doença de Alzheimerpor
dc.title.alternativeInter-hemispheric asymmetries in the hippocampus and their association with the progression of Alzheimer's diseaseeng
dc.typeDissertação

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