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dc.creatorPremebida, Sthefanie Monica-
dc.date.accessioned2026-03-31T14:48:14Z-
dc.date.available2026-03-31T14:48:14Z-
dc.date.issued2025-12-05-
dc.identifier.citationPREMEBIDA, Sthefanie Monica. Malaria under the microscope: interpretable deep learning for low-resource diagnostic support. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39930-
dc.description.abstractThis work investigates the use of deep learning models for the automated detection of malariainfected blood cells in microscopic images. Two deep learning architectures are evaluated: ResNet50, a widely used convolutional neural network, and Swin Transformer, a more recent model based on hierarchical attention mechanisms. The experimental process includes cross-validation with 5 folds and hyperparameter optimization using the Optuna framework, allowing comparison of the architectures in terms of sensitivity (recall), loss, robustness, and stability between folds. After optimization, Swin Transformer outperformed ResNet50, achieving an average recall close to 0.991. To make the models’ decisions more transparent and aid in clinical interpretation, this study incorporates explainability analysis (XAI) methods, including Grad-CAM, Integrated Gradients, and Occlusion. These methods allow identification of which cell regions contributed to the classification as infected or not. To integrate the entire pipeline - segmentation, classification, explainability, and export of results - the MUM-XAI (Malaria Under Microscope - Explainable AI) application was developed. The system allows for cell-by-cell analysis, visualization of segmentation masks, heat maps generated by XAI methods, and cells highlighted as infected, in addition to generating consolidated reports. Finally, the work discusses the challenge of generalizing the models to a new dataset obtained with a low-cost microscope and without Giemsa staining, highlighting avenues for future research and practical application in low-infrastructure scenarios.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0pt_BR
dc.subjectMaláriapt_BR
dc.subjectAprendizado do computadorpt_BR
dc.subjectRedes neurais (Computação)pt_BR
dc.subjectImagens - Classificaçãopt_BR
dc.subjectInteligência artificialpt_BR
dc.subjectMalariapt_BR
dc.subjectMachine learningpt_BR
dc.subjectNeural networks (Computer science)pt_BR
dc.subjectPictures - Classificationpt_BR
dc.subjectArtificial intelligencept_BR
dc.titleMalaria under the microscope: interpretable deep learning for low-resource diagnostic supportpt_BR
dc.title.alternativeMalária sob o microscópio: soluções em aprendizado profundo para diagnóstico acessível e transparentept_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoEste trabalho investiga o uso de modelos de aprendizado profundo para a detecção automatizada de células sanguíneas infectadas por malária em imagens microscópicas. São avaliadas duas arquiteturas de deep learning: o ResNet50, uma rede neural convolucional amplamente utilizada na literatura, e o Swin Transformer, um modelo mais recente baseado em mecanismos hierárquicos de atenção. O processo experimental inclui validação cruzada com 5 folds e otimização de hiperparâmetros utilizando o framework Optuna, permitindo comparar as arquiteturas em termos de sensibilidade (recall), perda (loss), robustez e estabilidade entre folds. Após a otimização, o Swin Transformer superou o ResNet50, alcançando média de recall próxima de 0,991. Com o objetivo de tornar as decisões dos modelos mais transparentes e auxiliar na interpretação clínica, este estudo incorpora métodos de explicabilidade (XAI), incluindo Grad-CAM, Integrated Gradients e Occlusion. Esses métodos permitem identificar quais regiões das células contribuíram para a classificação como infectada ou não. Para integrar todo o pipeline - segmentação, classificação, explicabilidade e exportação dos resultados - foi desenvolvido o aplicativo MUM-XAI (Malaria Under Microscope - Explainable AI). O sistema permite a análise célula a célula, a visualização das máscaras de segmentação, dos mapas de calor gerados pelos métodos XAI e das células destacadas como infectadas, além de gerar relatórios consolidados. Por fim, o trabalho discute o desafio de generalização dos modelos para um novo conjunto de dados obtido com microscópio de baixo custo e sem coloração de Giemsa, destacando caminhos para pesquisas futuras e aplicação prática em cenários de baixa infraestrutura.pt_BR
dc.degree.localPonta Grossapt_BR
dc.publisher.localPonta Grossapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-8964-2119pt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/2490728297257367pt_BR
dc.contributor.advisor1Martins, Marcella Scoczynski Ribeiro-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-5716-4968pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/5212122361603572pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Wiedemann, Philipp-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0009-0006-8895-8935pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://orcid.org/0009-0006-8895-8935pt_BR
dc.contributor.referee1Santos, Gláucia Melo dos-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0092-2171pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4688497554271084pt_BR
dc.contributor.referee2Siqueira, Hugo Valadares-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-1278-4602pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/6904980376005290pt_BR
dc.contributor.referee3Martins, Marcella Scoczynski Ribeiro-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-5716-4968pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttps://lattes.cnpq.br/5212122361603572pt_BR
dc.contributor.referee4Santos, Max Mauro Dias-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-7877-3554pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttps://lattes.cnpq.br/6212006974231025pt_BR
dc.contributor.referee5Santos, Paulo Victor dos-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0002-8267-7562pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/9100653716674793pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia/Tecnologia/Gestãopt_BR
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