Diagnóstico diferencial da esquistossomose por espectroscopia ATR-FTIR integrada a algoritmos de inteligência artificial

dc.creatorVictor Freire Ferreira de Aguilar
dc.date.accessioned2026-03-25T17:45:13Z
dc.date.issued2026-02-27
dc.description.abstractSchistosomiasis is classified as a Neglected Tropical Disease and represents an important public health problem in Brazil, with Schistosoma mansoni as the etiological agent in South America. The currently available diagnostic methods present limitations in accuracy, sensitivity, and specificity, in addition to requiring technical expertise both in sample processing and in result interpretation. In this study, Fourier Transform Infrared Spectroscopy with Attenuated Total Reflectance (ATR-FTIR) was employed to identify spectral signatures capable of assisting in the differential diagnosis of schistosomiasis. Serum samples were obtained from the repository of the Laboratory of Immunobiology and Parasite Control at the Federal University of Minas Gerais. For ATR-FTIR analysis, 54 serum samples from individuals positive for schistosomiasis and 58 from non-infected individuals living in endemic and non-endemic areas were used. All schistosomiasis-positive participants presented exclusive infection by Schistosoma mansoni, confirmed through complementary parasitological examinations, ensuring the specificity of the analyses. Artificial intelligence techniques, focusing on machine learning methods, were applied for spectral classification. The results indicated that preprocessing with the first derivative provided the best model performance, resulting in more efficient diagnostic classification. Using the Random Forest algorithm, accuracy, sensitivity, specificity, area under the curve, and F1-score values of 80%, 81%, 79%, 0.83, and 0.80, respectively, were obtained. SHAP features extracted from the infrared spectra highlighted the main vibrational modes associated with proteins, nucleic acids, and carbohydrates in serum, responsible for discriminating between individuals infected and non-infected with S. mansoni. Therefore, the use of ATR-FTIR combined with machine learning proves to be a promising screening method for endemic areas, particularly due to its non-invasive, highly sensitive, and reagent-free nature.
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/2250
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectParasitologia
dc.subjectDoenças Negligenciadas
dc.subjectEsquistossomose
dc.subjectSchistosoma mansoni
dc.subjectEspectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier
dc.subject.otherDoença tropical negligenciada
dc.subject.otherAssinaturas espectrais
dc.subject.otherSchistosoma mansoni
dc.titleDiagnóstico diferencial da esquistossomose por espectroscopia ATR-FTIR integrada a algoritmos de inteligência artificial
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Ricardo Toshio Fujiwara
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/744556690631867
local.contributor.referee1Fabiana Martins de Paula
local.contributor.referee1Silvio Santana Dolabella
local.contributor.referee1Ricardo Toshio Fujiwara
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2486800933525539
local.description.resumoA esquistossomose é classificada como uma Doença Tropical Negligenciada e representa um importante problema de saúde pública no Brasil, tendo Schistosoma mansoni como agente etiológico na América do Sul. Os métodos diagnósticos atualmente disponíveis apresentam limitações de acurácia, sensibilidade e especificidade, além de demandarem experiência técnica tanto no processamento quanto na interpretação dos resultados. Neste estudo, empregou-se a metodologia de espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier com Reflectância Total Atenuada (ATR-FTIR) com o objetivo de identificar assinaturas espectrais capazes de auxiliar no diagnóstico diferencial da esquistossomose. As amostras de soro utilizadas foram obtidas do repositório do Laboratório de Imunobiologia e Controle de Parasitos da Universidade Federal de Minas Gerais. Para a análise por ATR-FTIR foram empregadas 54 amostras positivas para esquistossomose e 58 amostras provenientes de indivíduos não infectados, residentes em áreas endêmicas e não endêmicas para a esquistossomose. Todos os participantes portadores da esquistossomose apresentavam infecção exclusiva por Schistosoma mansoni, confirmada por exames parasitológicos complementares, garantindo a especificidade das análises. Técnicas de inteligência artificial com foco em métodos de aprendizado de máquina foram aplicadas para classificação dos espectros. Os resultados indicaram que o pré-processamento com a primeira derivada (1st derivative) proporcionou o melhor desempenho do modelo, resultando em uma classificação diagnóstica mais eficiente. Utilizando o algoritmo Random Forest foram obtidos valores de acurácia de 80%, sensibilidade de 81%, especificidade de 79%, área sob a curva (AUC) de 0,83 e F1-score de 0,80. As características SHAP extraídas dos espectros de infravermelho destacaram os principais modos vibracionais associados a proteínas, ácidos nucleicos e carboidratos no soro, responsáveis pela discriminação entre indivíduos infectados e não infectados por S. mansoni. Desse modo, o uso da técnica ATR-FTIR associada ao aprendizado de máquina mostra-se um método de triagem promissor para áreas endêmicas, principalmente por se tratar de uma ferramenta não invasiva, altamente sensível e livre de reagentes.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICB - DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Parasitologia
local.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::PARASITOLOGIA

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