Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Informática Médica)Diabetic Retinopathy (DR) and diabetic macular edema (DME) are the damages caused to the retina and are complications that can affect the diabetic population. Diabetic retinopathy (DR), is the most common disease due to the presence of exudates and has three levels of severity, such as mild, moderate and severe, depending on the exudates distribution in the retina. For screening of diabetic retinopathy or a population-based clinical study, a large number of digital fundus images are captured and to be possible to recognize the signs of DR and DME, it is necessary that the images have quality, because low-quality images may force the patient to return for a second examination, wasting time and possibly delaying treatment.
These images are evaluated by trained human experts, which can be a time-consuming and expensive task due to the number of images that need to be examined. Therefore, this is a field that would be hugely benefited with the development of an automated eye fundus quality assessment and analysis systems. It can potentially facilitate health care in remote regions and in developing countries where reading skills are scarce. Deep Learning is a kind of Machine Learning method that involves learning multi-level representations that begin with raw data entry and gradually moves to more abstract levels through non-linear transformations. With enough training data and sufficiently deep architectures, neural networks, such as Convolutional Neural Networks (CNN), can learn very complex functions and discover complex structures in the data. Thus, Deep Learning emerges as a powerful tool for medical image analysis and evaluation of retinal image quality using computer-aided diagnosis.
Therefore, the aim of this study is to automatically assess all the three quality parameters alone (focus, illumination and color), and then an overall quality of fundus images assessment, classifying the images into the classes “accept” or “reject with a Deep Learning approach using convolutional neural networks (CNN). For the overall classification, the following results were obtained: test accuracy=97.89%, SN=97.9%, AUC=0.98 and 1-score=97.91%.A retinopatia diabética (RD) e o edema macular diabético (EMD) são patologias da retina e são uma complicação que pode afetar a população diabética. A retinopatia diabética é a doença mais comum devido à presença de exsudatos e possui três níveis de gravidade, como leve, moderado e grave, dependendo da distribuição dos exsudatos na retina. Para triagem da retinopatia diabética ou estudo clínico de base populacional, um grande número de imagens digitais de fundo do olho são capturadas e para ser possível reconhecer os sinais da RD e EMD, é necessário que as imagens tenham qualidade, pois imagens de baixa qualidade podem forçar o paciente a retornar para um segundo exame, perdendo tempo e, possivelmente, retardando o tratamento. Essas imagens são avaliadas por especialistas humanos treinados, o que pode ser uma tarefa demorada e cara devido ao número de imagens que precisam de ser examinadas. Portanto, este é um campo que seria enormemente beneficiado com o desenvolvimento de sistemas automatizados de avaliação e análise da qualidade da imagem do fundo de olho. Pode potencialmente facilitar a assistência médica em regiões remotas e em países em desenvolvimento, onde as habilidades de leitura são escassas. Deep Learning é um tipo de método de Machine Learning que envolve a aprendizagem de representações em vários níveis que começam com a entrada de dados brutos e gradualmente se transformam para níveis mais abstratos através de transformações não lineares, para se obterem as previsões. Com dados de treino suficientes e arquiteturas suficientemente profundas, as redes neuronais, como as Convolutional Neural Networks (CNN), podem aprender funções muito complexas e descobrir estruturas complexas nos dados. Assim, o Deep Learning surge como uma ferramenta poderosa para analisar imagens médicas para avaliação da qualidade da retina, usando diagnóstico auxiliado por computador a partir do fundo do olho. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar automaticamente a qualidade geral das imagens do fundo, classificando as imagens em “aceites” ou “rejeitadas”, com base em três parâmetros principais, como o foco, a iluminação e cor com abordagem de Deep Learning usando convolutional neural networks (CNN). Para a classificação geral da qualidade das imagens, obtiveram-se os seguintes resultados: acurácia do teste = 97,89%, SN = 97,9%, AUC = 0,98 e 1-score=97.91%
