Espectroscopia de aprendizado de máquina aplicada ao diagnóstico dos efeitos da covid-19 na reprodução humana

dc.creatorVinícius Aguiar Cardoso Godinho Baliza
dc.date.accessioned2025-08-05T17:25:37Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:42:55Z
dc.date.available2025-08-05T17:25:37Z
dc.date.issued2025-07-04
dc.description.abstractViral infections, including COVID-19, cause adverse effects on the male reproductive system and may lead to fertility issues, even in patients who have already recovered from the disease. However, the methods for human semen analysis recommended by the World Health Organization (WHO) are usually not able to identify significant differences in the sperm parameters, such as morphology, motility, and sperm count, of patients recovered from COVID-19 compared to those who have never contracted the disease. Therefore, we propose a novel method capable of distinguishing seminal samples from individuals who have never contracted COVID-19 from those who have recovered from the disease. Thus, two approaches involving the application of machine learning were developed. The first one involves a more in-depth analysis of the sperm parameters in patients’ ejaculate, while the second adopts spectroscopic measurements, specifically ellipsometry, to further characterize the same semen samples. In both methodologies, machine learning was used to classify the samples employing their measured data. Different classification algorithms (KNN, LR, SVM, MLP, DT e XGBoost) were trained, optimized, and validated to perform this task. The best result achieved with the first approach, using the SVM algorithm, demonstrated good performance, with an accuracy of 77%. By conducting an interpretability evaluation, we concluded that progressive motility and sperm immotility are the main parameters for distinguishing the samples of each class. The second method, using ellipsometry measurements, showed excellent performance with an accuracy of 90%. In this sense, it is evident that the methodology presented here is effective, being capable of detecting differences in the analyzed samples and classifying them with precision. Therefore, this study demonstrates the applicability of a tool with the potential to be used by urologists and fertility clinics to evaluate sperm parameters and their implications for male infertility. Furthermore, it paves the way for additional research to deepen and advance this still underexplored field.
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/84052
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectCOVID-19 (Doença)
dc.subjectAprendizado do computador
dc.subjectReprodução humana
dc.subjectAnálise espectral
dc.subjectInteligência artificial
dc.subject.otherCOVID-19
dc.subject.otherAprendizado de máquina
dc.subject.otherReprodução humana
dc.subject.otherEspectroscopia
dc.subject.otherInteligência artificial
dc.titleEspectroscopia de aprendizado de máquina aplicada ao diagnóstico dos efeitos da covid-19 na reprodução humana
dc.title.alternativeMachine learning spectroscopy applied to the diagnosis of the effects of covid-19 on human reproduction
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Paulo Henrique Ribeiro Amaral
local.contributor.advisor1Juan Carlos González Pérez
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5823693783449791
local.contributor.referee1Guilherme Mattos Jardim Costa
local.contributor.referee1Emilson Ribeiro Viana Junior
local.contributor.referee1Talita de Oliveira Farias
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/5142453599761461
local.description.resumoInfecções virais, incluindo a COVID-19, causam efeitos adversos no sistema reprodutor masculino e podem levar a problemas de fertilidade, mesmo para pacientes já recuperados da doença. Por outro lado, os métodos de análise do sêmen humano indicados pela Organização Mundial da Saúde (OMS) normalmente não são capazes de identificar diferenças significativas nos parâmetros espermáticos, tais como morfologia, motilidade e quantidade de espermatozoides, de pacientes recuperados da COVID-19 com respeito àqueles que nunca contraíram a doença. Dessa forma, buscamos propor uma metodologia inovadora que permita distinguir amostras seminais de indivíduos que nunca contraíram COVID-19 daqueles que se recuperaram da doença. Para isso, duas abordagens envolvendo aplicação de aprendizado de máquina foram desenvolvidas. A primeira delas contempla uma análise mais profunda dos parâmetros espermáticos de ejaculado de pacientes e a segunda utiliza medidas de espectroscopia, mais especificamente, de elipsometria, para caracterizar as mesmas amostras de ejaculado. Em ambas metodologias foi empregado aprendizado de máquina para realizar a classificação das amostras a partir da análise dos seus dados medidos. Diferentes algoritmos de classificação (KNN, LR, SVM, MLP, DT e XGBoost) foram treinados, otimizados e validados para desempenhar essa tarefa. O melhor resultados alcançado para a primeira abordagem, com o algoritmo SVM, demonstrou um bom desempenho com acurácia de 77%. A partir de um estudo de interpretabilidade, chegamos à conclusão que a motilidade progressiva e a imotilidade dos espermatozoides são os principais parâmetros para diferenciar as amostras de cada classe. O segundo método, com medidas de elipsometria, exibiu uma ótima performance com uma acurácia de 90% nos resultados. Nesse sentido, é notável que a metodologia apresentada aqui funciona, sendo capaz de detectar diferenças nas amostras analisadas e classificá-las com precisão. Portanto, este estudo demonstra a aplicabilidade de uma ferramenta com potencial para ser utilizada por urologistas e centros de reprodução assistida para avaliação de parâmetros espermáticos e sua implicação na infertilidade masculina. Além disso, abrem-se as portas para novas pesquisas que visem aprofundar e evoluir nesta área que ainda é pouco explorada.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física

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