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Título: Interpretabilidade de redes neurais convolucionais em radiografias do tórax: um estudo comparativo de técnicas de mapas de calor na localização de patologias pulmonares
Autor(es): Vilas Boas, Guilherme Brito
Paiva, Lucas Gabriel Sousa Camargo
Orientador(es): Soares, Fabiano Araujo
Assunto: Redes neurais (Computação)
Redes neurais convolucionais (Computação)
Inteligência artificial
Inteligência artificial explicável
Calor - mapas
Processamento de imagens
Data de apresentação: 11-Dez-2025
Data de publicação: 10-Ago-2026
Referência: VILAS BOAS, Guilherme Brito; PAIVA, Lucas Gabriel Sousa Camargo. Interpretabilidade de redes neurais convolucionais em radiografias do tórax: um estudo comparativo de técnicas de mapas de calor na localização de patologias pulmonares. 2025. 154 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Software) — Universidade de Brasília, Brasília, 2025.
Resumo: O uso de Redes Neurais Convolucionais (CNNs) no apoio ao diagnóstico de patologias por radiografias de tórax, embora promissor, enfrenta barreiras de confiança devido à natureza de “caixa-preta” desses modelos. A Inteligência Artificial Explicável (xAI), por meio de técnicas de mapas de calor, busca solucionar essa opacidade, mas a confiabilidade e a con sistência desses métodos ainda são um desafio. Este trabalho tem como objetivo principal analisar comparativamente os métodos de geração de mapas de calor, sendo estes: Grad CAM, Grad-CAM++, Score-CAM e Layer-CAM, por meio das métricas quantitativas: AOPC, Inserção, Deleção e POMPOM, a fim de identificar suas potencialidades e limita ções na localização de patologias pulmonares. A metodologia consiste em uma pesquisa quantitativa, estruturada como um experimento que utiliza a arquitetura DenseNet-121 aplicada à base de imagens ChestX-ray14. A performance de cada método foi aferida, e os resultados demonstraram as particularidades de cada método nas explicações visuais gera das. Pôde-se concluir que os métodos obtiveram resultados similares em algumas métricas, não havendo uma técnica universalmente superior e que o Score-CAM, apesar de gerar mapas menos difusos, nem sempre indicou a localização correta, destacando-se ainda que a identificação de vieses, como o fenômeno de Clever Hans, reforça a interpretabilidade como requisito indispensável para a validação clínica, sendo cada método mais adequado a depender do contexto clínico e da patologia. Assim, sugere-se que uma posterior análise qualitativa dos métodos realizada por profissionais da área pode enriquecer a discussão apresentada neste trabalho.
Abstract: The use of Convolutional Neural Networks (CNNs) in supporting the diagnosis of patholo gies through chest X-rays, although promising, faces trust barriers due to the “black-box” nature of these models. Explainable Artificial Intelligence (xAI), through heatmap tech niques, seeks to solve this opacity, but the reliability and consistency of these methods are still a challenge. This work has as its main objective to comparatively analyze the heatmap generation methods, namely: Grad-CAM, Grad-CAM++, Score-CAM, and Layer-CAM, through the quantitative metrics: AOPC, Insertion, Deletion, and POMPOM, in order to identify their potentialities and limitations in the localization of pulmonary pathologies. The methodology consists of quantitative research, structured as an experiment that uses the DenseNet-121 architecture applied to the ChestX-ray14 image database. The perfor mance of each method was assessed, and the results demonstrated the particularities of each method in the generated visual explanations. It could be concluded that the meth ods obtained similar results in some metrics, with no universally superior technique, and that Score-CAM, despite generating less diffuse maps, did not always indicate the cor rect location, also highlighting that the identification of biases, such as the Clever Hans phenomenon, reinforces interpretability as an indispensable requirement for clinical vali dation, with each method being more suitable depending on the clinical context and the pathology. Thus, it is suggested that a subsequent qualitative analysis of the methods performed by professionals in the field can enrich the discussion presented in this work.
Informações adicionais: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) — Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências e Tecnologias em Engenharia, Engenharia de Software, 2025.
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