Orientador: Sandra Eliza Fontes de AvilaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Melanoma é a forma mais letal de câncer de pele. Devido a possibilidade de metástase, o diagnóstico precoce é crucial para aumentar a taxa de sobrevivência dos pacientes. A análise automatizada de lesões de pele pode ter um papel importante ao alcançar pessoas sem acesso a especialistas. Porém, desde que técnicas de aprendizado profundo se tornaram o estado-da-arte para análise de lesões de pele, os dados se tornaram um fator decisivo para avançar as soluções. O objetivo principal dessa tese de mestrado é tratar dos problemas que surgem por lidarmos com poucos dados nesse contexto médico. Na primeira parte, usamos redes generativas adversariais para gerar dados sintéticos para aumentar o conjunto de treino dos nossos modelos de classificação para elevar a performance. Nosso método é capaz de gerar imagens de lesão de pele em alta-resolução com significado clínico, que quando usadas para compor o conjunto de treino de redes de classificação, consistentemente melhoram a performance em diferentes cenários, para diferentes dados. Também investigamos como nossos modelos de classificação interpretam as amostras sintéticas, e como elas são capazes de ajudar na generalização do modelo. Finalmente, analisamos um problema que surge por termos poucos, relativamente pequenos conjuntos de dados que são reusados repetidamente na literatura: bias. Para isso, planejamos experimentos para estudar como nossos modelos usam os dados, verificando como ele explora correlações corretas (com base em algoritmos médicos), e espúrias (com base em artefatos introduzidos durante a aquisição das imagens). Surpreendentemente, mesmo sem contar com nenhuma informação clínica sobre a lesão sendo diagnosticada, nossos modelos de classificação apresentaram performance muito melhor que o acaso (competindo até mesmo com benchmarks de especialistas), sugerindo performances altamente infladasAbstract: Melanoma is the most lethal type of skin cancer. Due to the possibility of metastasis, early diagnosis is crucial to increase the survival rate of those patients. Automated skin lesion analysis can play an important role by reaching people that do not have access to a specialist. However, since deep learning became the state-of-the-art for skin lesion analysis, data became a decisive factor to push the solutions further. The core objective of this Master thesis is to tackle the problems that arise by having limited datasets. In the first part, we use generative adversarial networks (GANs) to generate synthetic data to augment our classification model's training datasets to boost performance. Our method is able to generate high-resolution clinically-meaningful skin lesion images, that when compound our classification model's training dataset, consistently improved the performance in different scenarios, for distinct datasets. We also investigate how our classification models perceived the synthetic samples, and how they are able to aid the model's generalization. Finally, we investigate a problem that usually arises by having few, relatively small datasets that are thoroughly re-used in the literature: bias. For this, we designed experiments to study how our models' use of data, verifying how it exploits correct (based on medical algorithms), and spurious (based on artifacts introduced during image acquisition) correlations. Disturbingly, even in absence of any clinical information regarding the lesion being diagnosed, our classification models presented much better performance than chance (even competing with specialists benchmarks), highly suggesting inflated performancesMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação134271/2017-3CNP
