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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15830
Tipo: | Dissertação |
Título: | Aprendizagem de máquina para correção do espectro de emissão de nanopartículas usadas para nanotermometria em aplicações biológicas |
Autor(es): | Santos, Edvonaldo Horácio dos |
Primeiro Orientador: | Pimentel, Bruno Almeida |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Silva, Rafael de Amorim |
metadata.dc.contributor.referee1: | Costa, Evandro de Barros |
metadata.dc.contributor.referee2: | Silva, Wagner Ferreira da |
metadata.dc.contributor.referee3: | Ximendes, Erving Clayton |
Resumo: | No campo da nanotermometria o uso das emissões de nanopartículas (NPs) têm se mostrado uma importante ferramenta em diversas áreas, em particular, para o diagnóstico precoce de câncer e de inflamações localizadas. Isso porque as regiões com essas características apresentam temperaturas distintas de um tecido normal. Embora o uso das emissões de NPs para atuarem como nanotermômetros seja uma área bastante promissora, há diversos obstáculos a serem superados, como as distorções espectrais causadas pelos tecidos. Este trabalho usou Aprendizagem de Máquina (AM) para correção espectral em dados de tecidos usando o coeficiente de absorção µa (massa cinzenta do cérebro, mama pré-menopausa, fígado, pele, pele variando a concentração de água e água), e o coeficiente de espalhamnento (µs) da massa cinzenta do cérebro, mama pré-menopausa, fígado e pele. Os algoritmos que tiveram melhores resultados na correção espectral foram a Árvore de Decisão, Floresta Aleatória e o k Vizinhos Mais Próximos. Eles obtiveram, em média, valores de MAE, MSE, MAPE, R² e σ dentre os melhores possíveis. A Árvore de Decisão foi o que mais se destacou em razão de seu baixo custo de tempo, bem como na sustentação da hipótese, usando o teste de ilcoxon, de que sua capaci dade preditiva para este cenário alcançou resultados exatos e precisos. Cada uma das correções espectrais também foi usada para determinação da temperatura dos tecidos. Os modelos que mais se destacaram foram a Árvore de Decisão, a Floresta Aleatória e o k Vizinhos Mais Próximos. O gráfico de violino de temperatura de cada um desses preditores mostrou exatidão e precisão, determinando corretamente a temperatura com uma casa decimal. |
Abstract: | In the field of nanothermometry, the use of nanoparticle (NP) emissions has proven to be an important tool in various areas, particularly for the early diagnosis of cancer and localized inflammations. This is because regions with these characteristics exhibit temperatures different from normal tissue. Although the use of NP emissions as nanothermometers is a very promising area, there are several obstacles to overcome, such as spectral distortions caused by tissues. This work used Machine Learning (ML) for spectral correction in tissue data using the absorption coefficient µa (brain gray matter, premenopausal breast, liver, skin, skin with varying water concentration, and water) and the scattering coefficient (µs) of brain gray matter, premenopausal breast, liver, and skin. The algorithms that achieved the best results in spectral correction were Decision Tree, Random Forest, and k-Nearest Neighbors. On average, they obtained MAE, MSE, MAPE, R², and σ values among the best possible. The Decision Tree stood out the most due to its low time cost and for supporting the hypothesis, using the Wilcoxon test, that its predictive capacity for this scenario achieved accurate and precise results. Each of the spectral corrections was also used to determine the temperature of the tissues. The models that stood out the most were Decision Tree, Random Forest, and k-Nearest Neighbors. The temperature violin plot of each of these predictors showed accuracy and precision, correctly determining the temperature to one decimal place. |
Palavras-chave: | Nanotermometria Nanopartículas Aprendizagem de máquina Biological Machine Learning Nanoparticles Nanothermometry Regression Spectroscopy |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
Sigla da Instituição: | UFAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Informática |
Citação: | SANTOS, Edvonaldo Horácio dos. Aprendizagem de máquina para correção do espectro de emissão de nanopartículas usadas para nanotermometria em aplicações biológicas. 2025. 114 f. . Dissertação (Mestrado em Informática) – Programa de Pós - Graduação em Informática, Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15830 |
Data do documento: | 25-jul-2024 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC |
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