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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Análise comparativa de arquiteturas de Deep Learning para classificação de células leucêmicas
Autor(es): Braga, Douglas Costa
Data do documento: 28-Jan-2026
Orientador: Dantas, Daniel Oliveira
Resumo: A leucemia linfoblástica aguda (LLA) é a neoplasia mais frequente na população pediátrica, exigindo diagnóstico precoce e preciso para sucesso terapêutico. A análise microscópica tradicional, realizada por hematologistas, apresenta variabilidade inter-observador de 15–30%, motivando o desenvolvimento de sistemas de diagnóstico assistido por computador. Este trabalho apresenta uma comparação sistemática entre arquiteturas modernas de aprendizado profundo—CNNs com elementos de Transformers (ConvNeXt-Base), Transformers puros (Vision Transformer—ViT-Base), Transformers hierárquicos (Swin-Base) e CNNs com atenção de canal (EfficientNetV2+SE)—conduzida sob protocolo rigoroso de divisão por paciente, utilizando o dataset C-NMC 2019 (12.528 imagens, 101 pacientes) para classificação automatizada de células leucêmicas. Os resultados demonstram que o EfficientNetV2+SE alcançou o maior F1-Score entre todas as arquiteturas, com 97,89% (±0,32%), apesar de possuir apenas 15,2 milhões de parâmetros. Entre as demais arquiteturas, o ConvNeXt-Base obteve 87,38% (±0,46%), seguido pelo ViT-Base com 87,05% (±0,54%) e Swin-Base com 84,69% (±0,61%), sem diferença estatisticamente significativa entre ConvNeXt e ViT (p = 0,142). A combinação ensemble (ConvNeXt + ViT) atingiu 88,41% de F1-Score e 90,15% de AUC. A comparação com trabalhos anteriores do grupo de pesquisa do PROCC/UFS revela que abordagens com mecanismos explícitos de seleção de características—seja engenharia manual (F1 = 93,88%) ou atenção de canal via Squeeze-andExcitation (F1 = 97,89%)—superam arquiteturas com maior número de parâmetros sem atenção de canal, indicando que o avanço no desempenho decorre da incorporação de mecanismos de atenção adequados ao domínio, não do aumento de complexidade arquitetural. A análise de eficiência demonstra que o EfficientNetV2+SE também apresenta o melhor desempenho ajustado por eficiência (DAE = 53,75), com 198 imagens/s e latência de 5,1 ms, seguido pelo ConvNeXt (156 imagens/s, 6,4 ms). O impacto do vazamento de dados foi quantificado em 8,4 pontos percentuais de diferença média entre divisão aleatória e por paciente, chegando a ∼15pp em trabalho complementar do grupo com Swin Transformer, reforçando a importância de protocolos metodológicos rigorosos para estimativas de desempenho clínico.
Abstract: Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most frequent neoplasm in the pediatric population, requiring early and accurate diagnosis for therapeutic success. Traditional microscopic analysis, performed by hematologists, presents inter-observer variability of 15–30%, motivating the development of computer-aided diagnosis systems. This work presents a systematic comparison among modern deep learning architectures—CNNs with Transformer design elements (ConvNeXtBase), pure Transformers (Vision Transformer—ViT-Base), hierarchical Transformers (SwinBase), and CNNs with channel attention (EfficientNetV2+SE)—conducted under a rigorous patient-wise splitting protocol using the C-NMC 2019 dataset (12,528 images, 101 patients) for automated leukemic cell classification. Results demonstrate that EfficientNetV2+SE achieved the highest F1-Score among all architectures, with 97.89% (±0.32%), despite having only 15.2 million parameters. Among the remaining architectures, ConvNeXt-Base obtained 87.38% (±0.46%), followed by ViT-Base with 87.05% (±0.54%) and Swin-Base with 84.69% (±0.61%), with no statistically significant difference between ConvNeXt and ViT (p = 0.142). The ensemble combination (ConvNeXt + ViT) reached 88.41% F1-Score and 90.15% AUC. Comparison with previous works from the PROCC/UFS research group reveals that approaches with explicit feature selection mechanisms—whether manual engineering (F1 = 93.88%) or channel attention via Squeeze-and-Excitation (F1 = 97.89%)—outperform architectures with a larger number of parameters lacking channel attention, indicating that performance improvement stems from incorporating domain-appropriate attention mechanisms rather than increasing architectural complexity. Efficiency analysis demonstrates that EfficientNetV2+SE also presents the best Efficiency-Adjusted Performance (DAE = 53.75), with 198 images/s and 5.1 ms latency, followed by ConvNeXt (156 images/s, 6.4 ms). The impact of data leakage was quantified at 8.4 percentage points average difference between random and patient-wise splitting, reaching ∼15pp in a complementary group work with Swin Transformer, reinforcing the importance of rigorous methodological protocols for clinical performance estimation.
Palavras-chave: Computação
Inteligência artificial – Aplicações médicas
Leucemia Linfoblástica em crianças
Arquitetura de software
Diagnóstico por imagem
Leucemia Linfoblástica Aguda
Aprendizado profundo
Classificação de imagens médicas
Diagnóstico assistido por computador
Vazamento de dados
Acute Lymphoblastic Leukemia
Deep learning
Medical image classification
Vision transformer
ConvNeXt
Squeeze-and-excitation
Computer-aided diagnosis
Data Leakage
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Ciência da Computação
Citação: BRAGA, Douglas Costa. Análise comparativa de arquiteturas de Deep Learning para classificação de células leucêmicas. 2026. 64 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da computação) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25325
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciência da Computação

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