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Tipo do documento: Dissertação
Título: Inteligência artificial como método auxiliar na estimativa de idade em radiografia panorâmica
Título(s) alternativo(s): Artificial intelligence as an auxiliary method in age estimation in panoramic radiography
Autor: Sousa, Douglas Pereira de 
Primeiro orientador: Melo, Daniela Pita de
Primeiro membro da banca: Bento, Patrícia Meira
Segundo membro da banca: Dantas, Janaina Araújo
Resumo: O conhecimento da idade dos indivíduos vivos é de fundamental importância no que concerne à responsabilidade criminal e à imigração ilegal, assim como na reconstrução do perfil biológico de cadáveres não identificados em desastres em massa. Abordagens relativamente não invasivas para a previsão da idade vem sendo utilizadas há bastante tempo, por exemplo, a razão entre medidas do dente e da cavidade pulpar utilizando radiografias odontológicas, também chamado de método de Kvaal. Entretanto, estimar a idade por meio de métodos radiográficos pode apresentar uma margem de erro alta, além de exigir abordagens complexas, tempo e treinamento dos examinadores. Sendo assim, surge a possibilidade de aumentar a precisão da estimativa com a utilização da inteligência artificial que vem alcançando resultados em diversas áreas do conhecimento. Este estudo teve como objetivo estimar a idade por meio do método radiográfico de Kvaal em radiografias panorâmicas utilizando a inteligência artificial como abordagem auxiliar. Tratou-se de um estudo observacional transversal aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa sob o CAAE: 56455322.6.0000.5187. Foram selecionadas 554 radiografias panorâmicas do banco de dados de uma clínica privada de radiologia odontológica do nordeste brasileiro coletadas entre os anos de 2017 a 2019 e realizadas nos equipamentos Carestream® CS 8100 3D e no Carestream® CS 9000 3D. As radiografias foram de pacientes com idades entre 13 e 57 anos apresentando o incisivo central superior esquerdo e o canino superior esquerdo irrompidos e hígidos. A concordância intraobservador para o método de Kvaal foi estabelecida através do teste Kappa de Cohen, no qual o coeficiente demonstrou confiabilidade de moderada a perfeita. Para a estimativa da idade através do método de Kvaal foram realizadas medidas lineares nas imagens utilizando o software ImageJ®. A fim de compensar qualquer diferença na ampliação das imagens radiográficas, as proporções entre as medidas realizadas no dente e na cavidade pulpar foram calculadas. Os dados do método de Kvaal foram analisados estatisticamente através do teste de Mann-Whitney, do coeficiente de correlação de Spearman, do teste t-Student e da regressão linear para estimar as idades e analisar a variabilidade dos dados da estimativa. A margem de erro utilizada na decisão dos testes estatísticos foi de 5% e os intervalos com 95% de confiança. Em relação à previsão de idade através da inteligência artificial foram utilizadas três abordagens: semântica, radiômica e a concatenação dos atributos semânticos e radiômicos. O particionamento da amostra foi realizado na proporção 85/15 (85% da amostra para treinamento e 15% para testes) nas três abordagens. A partir do treinamento, os algoritmos de regressão com os melhores desempenhos foram selecionados e utilizados no grupo de testes: Logistic Regression, Linear Regression, Random Forest Reg, Gradient Boost Reg e XG Boosting Reg. Foram extraídos os dados tabulados do método de Kvaal gerando dezenove atributos semânticos. Os incisivos centrais superiores e os caninos superiores foram segmentados das radiografias panorâmicas manualmente através do software GIMP® e geraram sete atributos radiômicos (contraste, correlação, energia, homogeneidade, entropia, media e desvio) para cada dente, totalizando quatorze atributos. Por fim, a concatenação dos dados resultou em trinta e três atributos (semânticos e radiômicos). Para analisar os resultados estatísticos do aprendizado de máquina foi aplicado o Erro Médio Absoluto (EMA). O método de Kvaal isolado é aplicável na população estudada (EMA 5,68) com destaque para o incisivo superior (EPE 7,10) que obteve maior precisão de estimativa que o canino (EPE 7,38). No tocante ao aprendizado de máquina aplicado, a extração de atributos semânticos e radiômicos apresentaram desempenho semelhante na base completa (EMA 5,23), enquanto a concatenação desses atributos obteve precisão superior na estimativa das idades (EMA 4,77). O classificador XG Boosting Reg demonstrou performance promissora. O aprendizado de máquina apresentou precisão mais alta (EMA 4,77) ao estimar as idades da população estudada quando em relação ao método de Kvaal(EMA 5,68). Portanto, a inteligência artificial pode ser aplicada como abordagem auxiliar na estimativa de idade utilizando radiografias panorâmicas.
Abstract: The knowledge of the age of the living corpses is of criminal importance to the illegal responsibility, as the disaster and the creation of the biological of so not identified in mass profile. Relatively non-invasive approach to the methodology used, well known as the Kvaal age method. However, estimating age through radiographic methods can present a high margin, in addition to error approaches, time and training of examiners. Thus, the possibility of increasing the accuracy of the estimate with the use of artificial intelligence that has been achieving results in several areas of knowledge. This study aimed to estimate age using the Kvaal radiographic method on radiographs using an auxiliary artificial intelligence. This was a cross-sectional observational study approved by the Research Ethics Committee under CAAE: 56455322.6.0000.5187. A total of 554 radiographs were selected from a private clinic from a database in northeastern Brazil collected between 2017 and 2019 and taken on Carestream® CS 8100 3D and Carestream® CS 900 3D equipment. The radiographs were of patients aged between 13 and 57 years with the left maxillary central incisor and left maxillary canine erupted and healthy. The intraobserver agreement of the Kvaal method was defined through a Kappa test, without which the flow of confirmation of an adequate pattern. To estimate age using the Kvaal method, linear measurements were performed on the images using ImageJ® software. In order to compensate for any difference in the magnification of the radiographic images, the proportions between the measurements performed on the tooth and the pulp cavity were calculated. Data from the Kvaal method were statistically analyzed using the Mann-Whitney test, the Spearman correlation coefficient, the Student's t test and linear regression with its respective coefficient of determination to estimate the ages and analyze the variability of data from the I estimated. The margin of error used in the decision of the statistical tests was of 5% and the intervals with 95% of confidence. Regarding age prediction through artificial intelligence, three approaches were used: semantics, radiomics and the concatenation of semantic and radiomic attributes. The sample partitioning was performed in the proportion 85/15 (85% of the sample for training and 15% for tests) in the three approaches. From the training, the regression algorithms with the best performances were selected and used in the test group: Logistic Regression, Linear Regression, Random Forest Reg, Gradient Boost Reg and XG Boosting Reg. The tabulated data of the Kvaal method were extracted, generating nineteen semantic attributes. The maxillary central incisors and maxillary canines were segmented from the panoramic radiographs manually using the GIMP® software and generated seven radiomic attributes (contrast, correlation, energy, homogeneity, entropy, mean and deviation) for each tooth, totaling fourteen attributes. Finally, the concatenation of the data resulted in thirty-three attributes (semantic and radiomic). To analyze the statistical results of machine learning, the Mean Absolute Error (EMA) was applied. The isolated Kvaal method is applicable in the studied population (EMA 5.68) with emphasis on the maxillary incisor (EPE 7.10) which obtained greater estimation precision than the canine (EPE 7.38). Regarding applied machine learning, the extraction of semantic and radiomic attributes presented similar performance in the complete base (EMA 5.23), while the concatenation of these attributes obtained superior precision in the estimation of ages (EMA 4.77). The XG Boosting Reg classifier showed promising performance. Machine learning showed higher accuracy (EMA 4.77) when estimating the ages of the population studied when compared to the Kvaal method (EMA 5.68). Therefore, artificial intelligence can be applied as an auxiliary approach in age estimation using panoramic radiographs.
Palavras-chave: Inteligência artificial
Odontologia legal
Diagnóstico por imagem
Área(s) do CNPq: ODONTOLOGIA::RADIOLOGIA 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: SOUSA, Douglas Pereira de. Inteligência artificial como método auxiliar na estimativa de idade em radiografia panorâmica. 2023. 82 p. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Odontologia - PPGO) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/4588
Data de defesa: 15-Dez-2022
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