Análisis comparativo del desempeño de un modelo CNN personalizado frente a modelos preentrenados para la clasificación multietapa de la retinopatía diabética

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Título : Análisis comparativo del desempeño de un modelo CNN personalizado frente a modelos preentrenados para la clasificación multietapa de la retinopatía diabética
Autor : Córdova Moreira, Edith Patricia
Novillo Jara, Cristina Novillo
Director de Tesis: Bayas Toro, Roberto Gerardo
Resumen traducido: This work develops and evaluates a deep learning system aimed at multi-stage classification of diabetic retinopathy from fundus images. The study follows a comparative approach, whose purpose is to analyze the performance of a proposed CNN model and contrast it with different pretrained architectures under homogeneous training and evaluation conditions, in order to identify differences attributable to the structure of each model. To conduct this analysis, a balanced dataset across several diagnostic categories was consolidated by integrating public fundus image repositories and organizing it through a stratified split into training, validation, and test sets. The images underwent a standardization and preprocessing procedure to ensure consistent inputs, and the models were trained under a controlled experimental configuration. Final evaluation was performed on an independent test set using multiclass metrics and analysis tools such as the confusion matrix and ROC curves under a One-vs-Rest scheme. The results showed that the proposed CNN model achieved competitive overall performance compared to the pretrained architectures, highlighting a good balance between discriminative capability and training stability. In general, most confusions occurred in intermediate classes, which is consistent with the visual overlap between adjacent disease stages. Likewise, the generalization analysis indicated the presence of moderate overfitting in the evaluated models, suggesting the need for additional regularization strategies and external validation to strengthen the system’s robustness on unseen data. As an operational validation, an interactive web platform was implemented that integrates the selected model and enables inference by uploading fundus images, applying automatic preprocessing, and presenting the multiclass prediction in an accessible manner. Overall, this work provides a reproducible framework for comparing deep learning architectures for multi-stage diabetic retinopathy classification and lays the groundwork for integration into digital decision-support environments.
Resumen : El presente trabajo desarrolla y evalúa un sistema de aprendizaje profundo orientado a la clasificación multietapa de la retinopatía diabética mediante imágenes de fondo de ojo. El estudio se enmarca en un enfoque comparativo, cuyo propósito es analizar el desempeño de un modelo CNN propuesto y contrastarlo con distintas arquitecturas preentrenadas bajo condiciones homogéneas de entrenamiento y evaluación, con el fin de identificar diferencias atribuibles a la estructura de cada modelo. Para llevar a cabo este análisis, se consolidó un conjunto de datos balanceado en varias categorías diagnósticas, construido mediante la integración de repositorios públicos de retinografías y organizado mediante partición estratificada en entrenamiento, validación y prueba. Las imágenes fueron sometidas a un proceso de estandarización y preprocesamiento para asegurar consistencia en las entradas del sistema, y los modelos se entrenaron bajo una configuración experimental controlada. La evaluación final se realizó sobre un conjunto de prueba independiente, empleando métricas multiclase y herramientas de análisis como matriz de confusión y curvas ROC bajo un esquema One-vs-Rest. Los resultados evidenciaron que el modelo CNN propuesto alcanzó un desempeño global competitivo frente a las arquitecturas preentrenadas, destacando un buen equilibrio entre capacidad discriminativa y estabilidad durante el entrenamiento. De manera general, las mayores confusiones se concentraron en las clases intermedias, lo cual es coherente con el solapamiento visual entre estadios contiguos de la enfermedad. Asimismo, el análisis de generalización mostró la presencia de sobreajuste moderado en los modelos evaluados, lo que sugiere la necesidad de estrategias adicionales de regularización y validación externa para fortalecer la robustez del sistema ante datos no vistos. Como validación operativa, se implementó una plataforma web interactiva que integra el modelo seleccionado y permite ejecutar inferencia a partir de la carga de retinografías, aplicando preprocesamiento automático y presentando la predicción multiclase de forma accesible. En conjunto, el trabajo aporta un marco reproducible para la comparación de arquitecturas de aprendizaje profundo en la clasificación multietapa de retinopatía diabética y sienta bases para su integración en entornos digitales de apoyo al análisis.
Palabras clave : RETINOPATÍA DIABÉTICA
CLASIFICACIÓN MULTIETAPA
APRENDIZAJE PROFUNDO
REDES NEURONALES CONVOLUCIONALES
MODELOS PREENTRENADOS
MÉTRICAS DE EVALUACIÓN
Fecha de publicación : 2026
URI : http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32723
Idioma: spa
Pertenece a las colecciones: Grado

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