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Tipo do documento: Tese
Título: Termografia infravermelha e inteligência artificial como auxiliares no diagnóstico da disfunção temporomandibular
Autor: LIMA, Elisa Diniz de 
Primeiro orientador: Melo, Daniela Pita de
Primeiro membro da banca: Pontual, Maria Luiza dos Anjos
Segundo membro da banca: Devito, Karina Lopes
Terceiro membro da banca: Barbosa, Paulo Eduardo e Silva
Quarto membro da banca: Bento, Patrícia Meira
Resumo: As disfunções temporomandibulares (DTM) são definidas como um conjunto de condições musculoesqueléticas e neuromusculares envolvendo as articulações temporomandibulares (ATM), os músculos mastigatórios e estruturas associadas. O RDC/TMD (Research diagnostic criteria for temporomandibular disorders) é o principal e mais aceito instrumento de diagnóstico de DTM. No entanto, a aplicação desse instrumento demanda tempo e treinamento dos profissionais. Em casos de distúrbios musculares, a termografia infravermelha (TI) vem apresentando resultados positivos por fornecer informações referentes a microcirculação local. O uso de técnicas de inteligência artificial pode auxiliar na avaliação de termogramas e contribuir para um diagnóstico rápido e preciso de DTM. Este trabalho teve como objetivo avaliar três métodos de aprendizado de máquina (AM) para extração de atributos, radiômicos, semânticos e a associação de atributos radiômicos e semânticos, na detecção de DTM utilizando TI e dados de dor à palpação; e determinar qual algoritmo classificador de AM: KNN, SVM e MLP, é o mais eficiente para esse propósito. Trata-se de um estudo observacional do tipo transversal, aprovado pelo comitê de ética em pesquisa com o protocolo CAAE: 73417017200005187. A amostra desse estudo foi de 41 pacientes com DTM, selecionados por meio da aplicação do RDC/TMD, e 37 pacientes sem DTM, voluntários que tiveram a ausência de DTM confirmada a partir do Índice anamnésico de Fonseca. Os pacientes tinham entre 18 e 60 anos de idade, de ambos os sexos. Todos os pacientes que tiveram alterações sistêmicas que pudessem interferir na avaliação dos termogramas foram excluídos do estudo. Os exames termográficos foram realizados no laboratório de termografia infravermelha da Universidade Estadual da Paraíba seguindo os protocolos da Academia Americana de Termologia, utilizando a câmera térmica FLIR T650sc, fixada em um tripé a uma distância de 0,8m da face do paciente. Foram adquiridos dois termogramas em norma lateral (lateral direita e lateral esquerda) de cada paciente. Para análise dos dados de temperatura obtidos por meio do software FLIR Tools v.6.4, um avaliador utilizando a ferramenta círculo obteve as temperaturas em duas regiões no músculo temporal anterior e em seis regiões no músculo masseter. Os dados de temperatura e de dor à palpação foram tabulados e utilizados como atributos semânticos. Para a extração dos atributos radiômicos, o programa Fiji Image J (versão 1.8.0) foi utilizado para a segmentação das regiões de interesse (ROI) correspondentes aos músculos masseter e temporal anterior. Após a segmentação, vinte atributos de textura (radiômicos), dez por músculo avaliado, foram extraídos através de matrizes de co-ocorrência na angulação padrão de 0º: contraste, correlação, energia, homogeneidade, entropia, média aparada, curtose, assimetria, desvio padrão e variância. Posteriormente, os atributos de textura passaram pelo procedimento de redução de dimensionalidade através da análise por componentes principais. Utilizando os algoritmos classificadores de AM, KNN, SVM e MLP, foram calculadas a acurácia, precisão, sensibilidade e especificidade para os métodos de extração de atributos, radiômico, semântico e radiômico-semântico associados para o diagnóstico de DTM. Os dados foram analisados estatisticamente utilizando o teste de Hopkins para avaliação de clusters, teste ANOVA para medidas repetidas e pós teste de Tukey. O valor de acurácia da amostra de treinamento e a amostra teste só diferiu estatisticamente para a associação dos métodos de extração de atributos radiômicos-semânticos (p<0,05). O algoritmo classificador MLP apresentou os melhores valores de acurácia, diferindo de KNN e SVM para métodos radiômico-semântico associados (p<0,05). Os valores de acurácia, precisão e sensibilidade dos atributos semânticos e a associação radiômico-semântico diferiram estatisticamente dos atributos radiômicos (p<0,05). Os atributos semânticos apresentaram os melhores valores de especificidade e diferiram estatisticamente dos atributos radiômicos (p<0,05). Os métodos de extração de atributos semânticos e a associação dos atributos radiômicos e semânticos apresentaram melhores resultados que o método radiômico para a detecção de DTM utilizando TI e escala de dor. O algoritmo classificador MLP deve ser utilizado para esse fim quando se optar pela extração de atributos radiômicos e semânticos. O uso de IA associada a TI apresenta resultados promissores para a detecção de DTM.
Abstract: Temporomandibular disorders (TMD) are defined as set of musculoskeletal and neuromuscular conditions involving the temporomandibular joints (TMJ), masticatory muscles and associated structures. The RDC/TMD (Research diagnostic criteria for temporomandibular disorders) is the main and most accepted diagnostic tool for TMD. However, the application of this instrument is time consuming and demands professionals training. In cases of muscle disorders, infrared thermography (IT) has shown positive results by providing information regarding local microcirculation. The use of artificial intelligence techniques can help in the evaluation of thermograms and contribute to the diagnosis of TMD. This study assessed three methods of attribute extraction machine learning (ML) techniques: radiomic, semantic and the association of radiomic and semantic features on TMD detection using IT and palpation pain data; and to determine which ML classification algorithm, KNN, SVM e MLP, is the most efficient for this purpose. This is a cross-sectional observational study, approved by the research ethics committee protocol CAAE: 73417017200005187. The sample of this study was composed of 41 patients with TMD, selected using the RDC/TMD,and 37 pacients without TMD, volunteers who had the absence of TMD confirmed by the Fonseca anamnestic index. The selected patients had 18 to 60 years of age, of both sexes. All patients who had systemic changes that could interfere with thermograms assessment were excluded from the study. The thermographic exams were carried out in the infrared thermography laboratory of the State University of Paraíba following the protocols of the American Academy of Thermology, using the FLIR T650 infrared thermal camera, mounted on a tripod at 0.8m from the patient's face. Two thermograms in lateral norm (right and left side) of each patient were acquired. To analyze the temperature data, obtained using the FLIR Tools v.6.4 software, an observer using the circle tool obtained the temperatures in two regions in the anterior temporal muscle and in six regions in the masseter muscle. Temperature and pain on palpation data were tabulated and used as semantic features. To extract radiomic features, Fiji Image J software (version 1.8.0) was used to segment the regions of interest (ROI) corresponding to the masseter and anterior temporal muscles. After segmentation, twenty (radiomic) texture attributes, ten per assessed muscle, were extracted through co-occurrence matrices at the standard 0º angle: contrast, correlation, energy, homogeneity, entropy, trimmed mean, kurtosis, asymmetry, deviation pattern and variance. Subsequently, the texture attributes underwent dimensionality reduction procedure through principal component analysis. Using the ML classification algorithms: KNN, SVM and MLP, the accuracy, precision, sensitivity, and specificity were calculated for the associated radiomic, semantic and radiomic-semantic attribute extraction methods for the diagnosis of TMD. Data were statistically analyzed using the Hopkins test for cluster evaluation, ANOVA test for repeated measures and post Tukey test. The accuracy values of the training sample and the test sample only differed statistically for the association of radiomic-semantic attribute extraction methods (p<0,05). The MLP classifier algorithm showed the best accuracy values, differing from KNN and SVM MLP for the radiomic-semantic association method (p<0,05). The accuracy, precision and sensitivity values of the semantic attributes and the radiomic-semantic association differed statistically from the radiomic attributes (p<0,05). The semantic attributes had the best specificity values and differed statistically from the radiomic attributes (p<0,05). The semantic attribute extraction method and the association of radiomic and semantic attributes method showed better results than the radiomic method for the detection of TMD using IT and pain scale data. The MLP classifier algorithm must be used for this purpose when using radiomic and semantic attributes extraction methods. The use of AI associated with IT presents promising results for the detection of TMD.
Palavras-chave: Termografia
Diagnóstico
Inteligência artificial
Síndrome da disfunção da articulação temporomandibular
Área(s) do CNPq: 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: LIMA, Elisa Diniz de. Termografia infravermelha e inteligência artificial como auxiliares no diagnóstico da disfunção temporomandibular. 2021. 112f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Odontologia - PPGO) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/3950
Data de defesa: 23-Jul-2021
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