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http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/5229
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Abordagem híbrida com rede neural convolucional e modelos de regressão para estimação de idade em radiografias panorâmicas |
Autor: | Santos, Jhonatan Thiago Lacerda |
Primeiro orientador: | Melo, Daniela Pita de |
Primeiro membro da banca: | Bento, Patricia Meira |
Segundo membro da banca: | Gonzaga, Amanda Katarinny Goes |
Terceiro membro da banca: | Alves, Pollianna Muniz |
Quarto membro da banca: | Lima, Andrea dos Anjos Pontual de Andrade |
Quinto membro da banca: | Melo, Daniela Pita de |
Resumo: | Determinar a idade é um aspecto relevante de interesse penal e civil para identificação de cadáveres e refugiados, fundamental em situações de indivíduos que buscam por asilo, trabalho, escola, acesso a serviços sociais, casos de estupro, sequestro e tráfico de humanos. A estimativa da idade pode ser realizada utilizando a análise dentária por meio da secção do dente ou por meio de exames de imagem. Os exames radiográficos odontológicos apresentam grande vantagem na estimativa da idade cronológica, por ser um método não destrutível. No entanto, a interpretação dos exames de imagem está inerente as limitações humanas. Para minimizar esses vieses estudos propõem o uso da Inteligência Artificial (IA) para otimizar a estimativa da idade cronológica. Nesse contexto, o presente estudo objetivou estimar a idade cronológica por meio de um modelo híbrido utilizando rede neural convolucional (RNC) e modelos de regressão em imagens panorâmicas. Para isso foi realizado um estudo observacional, retrospectivo, do tipo transversal, que foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Estadual da Paraíba (n° do parecer 6.700.058). Foram selecionadas 2.546 radiografias panorâmicas de pacientes provenientes do banco de dados de uma clínica radiológica privada localizada no nordeste brasileiro, realizadas no aparelho panorâmico da Carestream® CS 9000 3D. Foram incluídas radiografias panorâmicas de pacientes acima de 18 anos, de ambos os sexos, apresentando primeiros ou segundos pré-molares inferiores hígidos e irrompidos. Para a segmentação das imagens foi realizada a delimitação dos pré-molares existentes em cada radiografia panorâmica utilizando o software GNU Image Manipulation Program (GIMP® 2.10.36). A amostra foi particionada em três conjuntos de dados: treinamento do modelo (70% da amostra total); validação do método (15% da amostra total); e testes (15% da amostra total). Para extração de características radiômicas foi desenvolvido um modelo de RNC baseado em arquitetura MobileNetV2. A tarefa de estimativa da idade foi realizada por meio de um modelo híbrido que combinou uma RNC usada para extração dos atributos de imagem, e um modelo de regressão baseado em árvores de decisão para estimativa da idade usando os atributos extraídos de cada imagem. A RNC realizou a extração de 576 atributos de cada imagem. Para analisar o desempenho do modelo proposto dos algoritmos foi aplicada uma métrica difundida para avaliação de sistemas para estimativa da idade, o Erro Percentual Absoluto Médio ou Mean Absolute Percentage Error (MAPE). Além de métricas complementares, como o Erro médio absoluto ou Mean Absolute Error (MAE); Coeficiente de determinação ou R2 Score; e Erro médio ao quadrado ou Mean Squared Error (MSE). A verificação do desempenho da RNC utilizando o módulo metrics da biblioteca scikitlearn (versão 1.0.2). Ao total foram analisados 3.423 dentes pré-molares mandibulares, e a média de idade dos participantes foi de 32,65 anos (DP ± 9,71), variando entre 20 e 55 anos de idade. O desempenho do modelo proposto, analisando toda a base de dados, evidenciou um MAE de 6.52 anos de idade. Porém, ao analisar a amostra por faixa-etárias, o modelo proposto estimou um menor MAE em indivíduos com idade entre 31 e 35 anos, correspondendo a um erro de 0.29 anos. Na análise por sexo, para imagens de indivíduos do sexo masculino na faixa etária de 31-35 anos, o modelo proposto obteve maior precisão com um MAE de apenas 0.16 anos. Portanto, conclui-se que o modelo híbrido proposto demonstrou estimativa precisa e robusta para pacientes com 31 a 35 anos de idade. Com isso, espera-se que esse modelo possa auxiliar no trabalho de investigação forense e estimar a idade de pessoas sem identificação social oficial. |
Abstract: | Age estimation is a relevant aspect of criminal and civil interest in the identification of corpses and refugees, in situations of individuals seeking asylum, work, school, access to social services, cases of rape, kidnapping and human trafficking. An age estimation study can be performed using dental analysis through tooth section or through imaging exams. Dental radiographic exams have a great advantage in assessing chronological age, as it is a non-destructive method. However, the interpretation of imaging exams is specific to human limitations. To minimize these views, studies propose the use of Artificial Intelligence (AI) to improve the prediction of chronological age. In this context, the present study aimed to estimate chronological age through a hybrid model using convolutional neural network (CNN) and regression models in panoramic images. For this, an observational, retrospective, cross-sectional study was carried out, which was approved by the Research Ethics Committee of the State University of Paraíba (opinion no. 6.700.058). A total of 2,546 panoramic radiographs of patients from the database of a private radiology clinic located in northeastern Brazil were selected. The images were acquired using a Carestream® CS 9000 3D panoramic scanner. Panoramic radiographs of patients over 18 years of age, of both sexes, with healthy and erupted lower first or second premolars were included. For image segmentation, the premolars present in each panoramic radiograph were delimited using the GNU Image Manipulation Program (GIMP® 2.10.36) software. The sample was divided into three data sets: model training (70% of the total sample); method validation (15% of the total sample); and test (15% of the total sample). A CNN model based on the MobileNetV2 architecture was developed to extract radiomic features. The task of estimating age was performed using a hybrid model that combined a CNN used to extract image attributes, and a regression model based on decision trees to study age using the attributes extracted from each image. The CNN extracted 576 attributes from each image. To analyze the performance of the proposed algorithm model, a widespread metric for evaluating systems for age assessment was applied, the Mean Absolute Percentage Error (MAPE). In addition to complementary analyzes, such as the Mean Absolute Error (MAE); Coefficient of determination or R2 Score; and Mean Squared Error (MSE). The verification of the CNN performance was done using the metrics module of the scikitlearn library (version 1.0.2). A total of 3,423 lower premolar teeth were analyzed, and the average age of the participants was 32.65 years (SD ± 9.71), ranging from 20 to 55 years of age. The performance of the proposed model, analyzing an entire database, showed a MAE of 6.52 years of age. However, when analyzing the sample by age group, the proposed model estimated a lower MAE in individuals aged 31 to 35 years, corresponding to an error of 0.29 years. In the analysis by sex, for images of male individuals in the age group of 31 to 35 years, the proposed model obtained an even higher accuracy with a MAE of only 0.16 years. Therefore, it is concluded that the proposed hybrid model is accurate and robust for patients aged 31 to 35 years. Therefore, it is expected that this model can assist in forensic investigations and estimate the age of people without official social identification. |
Palavras-chave: | Radiografia panorâmica Inteligência artificial Redes neurais de computação Radiografia panorâmica |
Área(s) do CNPq: | ODONTOLOGIA::RADIOLOGIA ODONTOLOGICA ODONTOLOGIA::CLINICA ODONTOLOGICA |
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 em Odontologia - PPGO |
Citação: | SANTOS, Jhonatan Thiago Lacerda. Abordagem híbrida com rede neural convolucional e modelos de regressão para estimação de idade em radiografias panorâmicas. 2024. 105 p. Tese (Programa de Pós-Graduação em Odontologia - PPGO) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, Paraíba, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Embargado |
URI: | http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/5229 |
Data de defesa: | 28-Nov-2024 |
Aparece nas coleções: | PPGO - Teses |
Arquivos associados a este item:
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