Rossana Rita Casaluci
Studio di algoritmi e metriche per la selezione automatica di immagini finalizzata all’addestramento di modelli di A = Study of algorithms and metrics for automatic selection of images aimed at training AI models.
Rel. Filippo Molinari, Massimo Salvi. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica, 2024
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Abstract
La Cone Beam Computed Tomography (CBCT) è un metodo di imaging medico che utilizza un fascio conico di raggi X. Questa tecnica trova la sua principale applicazione in ambito odontoiatrico e maxillo-facciale per via delle dimensioni compatte dei sistemi di acquisizione e per la ridotta dose di radiazioni fornita al paziente rispetto all’imaging tramite Computed Tomography (CT) tradizionale. Un’altra importante applicazione della CBCT riguarda l’ambito della Image-Guided Radiation Therapy nei pazienti oncologici, dove le scansioni CBCT consentono di verificare il posizionamento e le variazioni anatomiche del paziente in fase di trattamento.?? Tuttavia, rispetto alla CT tradizionale, la CBCT produce immagini con una risoluzione spaziale ridotta ed è maggiormente soggetta ad artefatti.
Per queste ragioni, un ambito emergente nella ricerca dell’imaging medico riguarda l’uso di reti neurali generative (Generative Adversarial Network, GAN) per la realizzazione di CT sintetiche (sCT) a partire da immagini CBCT.?? Nell’ottica di questi sviluppi, il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l’identificazione di metodi e indicatori in grado di valutare automaticamente le immagini di dataset indirizzati all’allenamento di una GAN per la generazione di sCT a partire da scansioni CBCT.?? Distinguendo in base alla casa produttrice dei sistemi con cui è stata acquisita la scansione CBCT (Varian Medical Systems, Elekta), sono state calcolate 20 metriche in 3 regioni di interesse (ROI) circolari concentriche – per un totale di 60 features – per valutare qualità, similarità e correlazione tra scansioni di CBCT deformate e le corrispettive CT ottenute da un dataset di 124 pazienti provenienti da differenti centri ospedalieri.?? I valori ricavati sono stati utilizzati come input per addestrare tre diversi metodi di Machine Learning (ML) – Random Forest (RF), k-Nearest Neighbor (kNN) e Support Vector Machine (SVM) – per effettuare un task di classificazione delle immagini.?? Per ogni metodo ML, sono stati valutati tre modelli a dimensionalità progressivamente ridotta: un modello allenato sulla totalità delle 60 features ottenute, un modello allenato considerando la ROI di dimensioni maggiori (110 px di raggio), un modello allenato con le features della ROI con raggio 110 px estratte a seguito di un’analisi di feature importance con RF
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