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Tipo do documento: Dissertação
Título: Aprendizado federado: Estudo da influência de artefatos sobre o modelo central na análise de microcalcificações por mamografia
Título(s) alternativo(s): Federated learning: Study of the influence of artifacts on the central model in the analysis of microcalcifications in mammography
Autor: Costa, Heráclio Almeida da 
Primeiro orientador: Gurjão, Edmar Candeia
Primeiro membro da banca: Gurjão, Edmar Candeia
Segundo membro da banca: Bublitz, Frederico Moreira
Terceiro membro da banca: Veloso, Luciana Ribeiro
Resumo: Contexto: O crescente uso de técnicas de aprendizado de máquinas na área de diagnóstico médico levanta questionamentos sobre a segurança de dados sensíveis dos pacientes e sobre compartilhamento de dados para treinamento, fomentando o estudo de soluções inovadoras para tais problemas. A técnica de aprendizado federado permite o compartilhamento de informações para treinamento de algoritmos em colaboração multicêntrica, com agregação num servidor central destas informações sem a necessidade de compartilhamento dos bancos de dados, protegendo dados sensíveis e eliminando a necessidade de grande fluxo de dados para transmissão. Entretanto, existe desconhecimento por parte do servidor central a respeito da composição dos bancos de dados usados para treinamento. Quando do uso de redes convolucionais para diagnóstico por imagem, a falta de conhecimento do servidor diz respeito em especial à qualidade das imagens utilizadas e presença de artefatos. Objetivos: Avaliar a influência de artefatos de imagem no treinamento de um algoritmo de aprendizado de máquinas usando a técnica de aprendizado federado. Métodos: Utilizando-se imagens de mamografia, procedeu-se simulação de artefatos de movimento e de artefatos de poeira, avaliando-se diferentes cenários de treinamento. Uma rede neural convolucional de código aberto foi adaptada para classificar as imagens em 03 categorias: imagens sem microcalcificações; imagens com microcalcificações benignas; e imagens com microcalcificações suspeitas. Os treinamentos foram realizados antes e depois da adição dos artefatos simulados. Resultados: A adição de artefatos a imagens nos bancos de dados para treinamento resultou em influência no desempenho no algoritmo utilizado, variando em função do tamanho do banco de dados e do tipo de artefato, com potenciais efeitos benéficos. Conclusão: A utilização de imagens com artefatos na composição dos bancos de dados pode beneficiar o treinamento de algoritmos de aprendizado de máquina por técnica de aprendizado federado.
Abstract: Background: The growing in use of machine learning techniques for medical diagnosis raises questions about the security of sensitive patient data and about sharing data for training, encouraging the study of innovative solutions to such problems. The federated learning technique allows the sharing of information for algorithm training in multicentric collaboration, with aggregation in a central server, without sharing databases, protecting sensitive data and eliminating the need for a large data stream for transmission. However, there is a lack of knowledge on the part of the central server regarding the composition of the databases used for training. When using convolutional networks for image diagnosis, the server's lack of knowledge concerns in particular the quality of the images used and the presence of artifacts. Objectives: Evaluate the influence of image artifacts in the training of a machine learning algorithm using the federated learning technique. Methods: Using mammography images, motion artifacts and dust artifacts were simulated, evaluating different training scenarios. An open source convolutional neural network was adapted to classify the images into 03 categories: images without microcalcifications; images with benign microcalcifications; and images with suspicious microcalcifications. Training was performed before and after the addition of simulated artifacts. Results: The addition of artifacts to images in the training databases influenced the performance of the algorithm, varying according to the size of the database and the type of artifact, with potential beneficial effects. Conclusion: The use of images with artifacts in the composition of databases can benefit the training of machine learning algorithms using a federated learning technique.
Palavras-chave: Federated learning
Machine learning
Mammography
Image artifacts
Aprendizado de máquinas
Aprendizado federado
Artefatos de imagem
Mamografia
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual da Paraíba
Sigla da instituição: UEPB
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP
Programa: Programa de Pós-Graduação Profissional em Ciência e Tecnologia em Saúde - PPGCTS
Citação: COSTA, Heráclio Almeida da. Aprendizado federado: Estudo da influência de artefatos sobre o modelo central na análise de microcalcificações por mamografia. 2023. 48f. Dissertação ( Programa de Pós-Graduação Profissional em Ciência e Tecnologia em Saúde - PPGCTS) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande/PB, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/4650
Data de defesa: 24-Abr-2023
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