Plataforma de análise de dados para o Dicoogle

Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaAs últimas décadas têm sido caracterizadas pelo aumento do número de estudos imagiológicos produzidos, elementos fundamentais no diagnóstico e tratamento médico. Estes são armazenado em repositórios dedicados e são consumidos em estações de visualização que utilizam processos de comunicação normalizados. Os repositórios de imagem médica armazenam não só imagem médica, mas também uma grande variedade de metadados que têm bastante interesse em cenários de investigação clínica e em processos de auditoria que visam melhorar a qualidade de serviço prestado. Tendo em atenção a tremenda quantidade de estudos produzidos atualmente nas instituições de saúde, verificamos que os métodos convencionais são ineficientes na exploração desses dados, obrigando as instituições a recorrer a plataformas de Inteligência Empresarial e técnicas analíticas aplicadas. Neste contexto, esta dissertação teve como objetivo desenvolver uma plataforma que permite explorar todos os dados armazenados num repositório de imagem médica. A solução permite trabalhar em tempo real sobre os repositórios e não perturba os fluxos de trabalho instituídos. Em termos funcionais, oferece um conjunto de técnicas de análise estatística e de inteligência empresarial que estão acessíveis ao utilizador através de uma aplicação Web. Esta disponibiliza um extenso painel de visualização, gráficos e relatórios, que podem ser complementados com componentes de mineração de dados. O sistema permite ainda definir uma multitude de consultas, filtros e operandos através do uso de uma interface gráfica intuitiva.In the last decades, the amount of medical imaging studies and associated metadata available has been rapidly increasing. These are mostly used to support medical diagnosis and treatment. Nonetheless, recent initiatives claim the usefulness of these studies to support research scenarios and to improve the medical institutions business practices. However, their continuous production, as well as the tremendous amount of associated data, make their analysis difficult by conventional workflows devised up until this point. Current medical imaging repositories contain not only the images themselves, but also a wide-range of valuable metadata. This creates an opportunity for the development of Business Intelligence and analytics techniques applied to this Big Data scenario. The exploration of such technologies has the potential of further increasing the efficiency and quality of the medical practice. This thesis developed a novel automated methodology to derive knowledge from multimodal medical imaging repositories that does not disrupt the regular medical practice. The developed methods enable the application of statistical analysis and business intelligence techniques directly on top of live institutional repositories. The resulting application is a Web-based solution that provides an extensive dashboard, including complete charting and reporting options, combined with data mining components. Furthermore, the system enables the operator to set a multitude of queries, filters and operands through the use of an intuitive graphical interface

Web-based Stereoscopic Collaboration for Medical Visualization

Medizinische Volumenvisualisierung ist ein wertvolles Werkzeug zur Betrachtung von Volumen- daten in der medizinischen Praxis und Lehre. Eine interaktive, stereoskopische und kollaborative Darstellung in Echtzeit ist notwendig, um die Daten vollständig und im Detail verstehen zu können. Solche Visualisierung von hochauflösenden Daten ist jedoch wegen hoher Hardware- Anforderungen fast nur an speziellen Visualisierungssystemen möglich. Remote-Visualisierung wird verwendet, um solche Visualisierung peripher nutzen zu können. Dies benötigt jedoch fast immer komplexe Software-Deployments, wodurch eine universelle ad-hoc Nutzbarkeit erschwert wird. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich folgende Hypothese: Ein hoch performantes Remote- Visualisierungssystem, welches für Stereoskopie und einfache Benutzbarkeit spezialisiert ist, kann für interaktive, stereoskopische und kollaborative medizinische Volumenvisualisierung genutzt werden. Die neueste Literatur über Remote-Visualisierung beschreibt Anwendungen, welche nur reine Webbrowser benötigen. Allerdings wird bei diesen kein besonderer Schwerpunkt auf die perfor- mante Nutzbarkeit von jedem Teilnehmer gesetzt, noch die notwendige Funktion bereitgestellt, um mehrere stereoskopische Präsentationssysteme zu bedienen. Durch die Bekanntheit von Web- browsern, deren einfach Nutzbarkeit und weite Verbreitung hat sich folgende spezifische Frage ergeben: Können wir ein System entwickeln, welches alle Aspekte unterstützt, aber nur einen reinen Webbrowser ohne zusätzliche Software als Client benötigt? Ein Proof of Concept wurde durchgeführt um die Hypothese zu verifizieren. Dazu gehörte eine Prototyp-Entwicklung, deren praktische Anwendung, deren Performanzmessung und -vergleich. Der resultierende Prototyp (CoWebViz) ist eines der ersten Webbrowser basierten Systeme, welches flüssige und interaktive Remote-Visualisierung in Realzeit und ohne zusätzliche Soft- ware ermöglicht. Tests und Vergleiche zeigen, dass der Ansatz eine bessere Performanz hat als andere ähnliche getestete Systeme. Die simultane Nutzung verschiedener stereoskopischer Präsen- tationssysteme mit so einem einfachen Remote-Visualisierungssystem ist zur Zeit einzigartig. Die Nutzung für die normalerweise sehr ressourcen-intensive stereoskopische und kollaborative Anatomieausbildung, gemeinsam mit interkontinentalen Teilnehmern, zeigt die Machbarkeit und den vereinfachenden Charakter des Ansatzes. Die Machbarkeit des Ansatzes wurde auch durch die erfolgreiche Nutzung für andere Anwendungsfälle gezeigt, wie z.B. im Grid-computing und in der Chirurgie

Métodos computacionais para otimização de desempenho em redes de imagem médica

Over the last few years, the medical imaging has consolidated its position as a major mean of clinical diagnosis. The amount of data generated by the medical imaging practice is increasing tremendously. As a result, repositories are turning into rich databanks of semi-structured data related to patients, ailments, equipment and other stakeholders involved in the medical imaging panorama. The exploration of these repositories for secondary uses of data promises to elevate the quality standards and efficiency of the medical practice. However, supporting these advanced usage scenarios in traditional institutional systems raises many technical challenges that are yet to be overcome. Moreover, the reported poor performance of standard protocols opened doors to the general usage of proprietary solutions, compromising the interoperability necessary for supporting these advanced scenarios. This thesis has researched, developed, and now proposes a series of computer methods and architectures intended to maximize the performance of multi-institutional medical imaging environments. The methods are intended to improve the performance of standard protocols for medical imaging content discovery and retrieval. The main goal is to use them to increase the acceptance of vendor-neutral solutions through the improvement of their performance. Moreover, it intends to promote the adoption of such standard technologies in advanced scenarios that are still a mirage nowadays, such as clinical research or data analytics directly on top of live institutional repositories. Finally, these achievements will facilitate the cooperation between healthcare institutions and researchers, resulting in an increment of healthcare quality and institutional efficiency.As diversas modalidades de imagem médica têm vindo a consolidar a sua posição dominante como meio complementar de diagnóstico. O número de procedimentos realizados e o volume de dados gerados aumentou significativamente nos últimos anos, colocando pressão nas redes e sistemas que permitem o arquivo e distribuição destes estudos. Os repositórios de estudos imagiológicos são fontes de dados ricas contendo dados semiestruturados relacionados com pacientes, patologias, procedimentos e equipamentos. A exploração destes repositórios para fins de investigação e inteligência empresarial, tem potencial para melhorar os padrões de qualidade e eficiência da prática clínica. No entanto, estes cenários avançados são difíceis de acomodar na realidade atual dos sistemas e redes institucionais. O pobre desempenho de alguns protocolos standard usados em ambiente de produção, conduziu ao uso de soluções proprietárias nestes nichos aplicacionais, limitando a interoperabilidade de sistemas e a integração de fontes de dados. Este doutoramento investigou, desenvolveu e propõe um conjunto de métodos computacionais cujo objetivo é maximizar o desempenho das atuais redes de imagem médica em serviços de pesquisa e recuperação de conteúdos, promovendo a sua utilização em ambientes de elevados requisitos aplicacionais. As propostas foram instanciadas sobre uma plataforma de código aberto e espera-se que ajudem a promover o seu uso generalizado como solução vendor-neutral. As metodologias foram ainda instanciadas e validadas em cenários de uso avançado. Finalmente, é expectável que o trabalho desenvolvido possa facilitar a investigação em ambiente hospitalar de produção, promovendo, desta forma, um aumento da qualidade e eficiência dos serviços.Programa Doutoral em Engenharia Informátic

Sistemas interativos e distribuídos para telemedicina

doutoramento Ciências da ComputaçãoDurante as últimas décadas, as organizações de saúde têm vindo a adotar continuadamente as tecnologias de informação para melhorar o funcionamento dos seus serviços. Recentemente, em parte devido à crise financeira, algumas reformas no sector de saúde incentivaram o aparecimento de novas soluções de telemedicina para otimizar a utilização de recursos humanos e de equipamentos. Algumas tecnologias como a computação em nuvem, a computação móvel e os sistemas Web, têm sido importantes para o sucesso destas novas aplicações de telemedicina. As funcionalidades emergentes de computação distribuída facilitam a ligação de comunidades médicas, promovem serviços de telemedicina e a colaboração em tempo real. Também são evidentes algumas vantagens que os dispositivos móveis podem introduzir, tais como facilitar o trabalho remoto a qualquer hora e em qualquer lugar. Por outro lado, muitas funcionalidades que se tornaram comuns nas redes sociais, tais como a partilha de dados, a troca de mensagens, os fóruns de discussão e a videoconferência, têm o potencial para promover a colaboração no sector da saúde. Esta tese teve como objetivo principal investigar soluções computacionais mais ágeis que permitam promover a partilha de dados clínicos e facilitar a criação de fluxos de trabalho colaborativos em radiologia. Através da exploração das atuais tecnologias Web e de computação móvel, concebemos uma solução ubíqua para a visualização de imagens médicas e desenvolvemos um sistema colaborativo para a área de radiologia, baseado na tecnologia da computação em nuvem. Neste percurso, foram investigadas metodologias de mineração de texto, de representação semântica e de recuperação de informação baseada no conteúdo da imagem. Para garantir a privacidade dos pacientes e agilizar o processo de partilha de dados em ambientes colaborativos, propomos ainda uma metodologia que usa aprendizagem automática para anonimizar as imagens médicasDuring the last decades, healthcare organizations have been increasingly relying on information technologies to improve their services. At the same time, the optimization of resources, both professionals and equipment, have promoted the emergence of telemedicine solutions. Some technologies including cloud computing, mobile computing, web systems and distributed computing can be used to facilitate the creation of medical communities, and the promotion of telemedicine services and real-time collaboration. On the other hand, many features that have become commonplace in social networks, such as data sharing, message exchange, discussion forums, and a videoconference, have also the potential to foster collaboration in the health sector. The main objective of this research work was to investigate computational solutions that allow us to promote the sharing of clinical data and to facilitate the creation of collaborative workflows in radiology. By exploring computing and mobile computing technologies, we have designed a solution for medical imaging visualization, and developed a collaborative system for radiology, based on cloud computing technology. To extract more information from data, we investigated several methodologies such as text mining, semantic representation, content-based information retrieval. Finally, to ensure patient privacy and to streamline the data sharing in collaborative environments, we propose a machine learning methodology to anonymize medical images

Recuperação de informação multimodal em repositórios de imagem médica

The proliferation of digital medical imaging modalities in hospitals and other diagnostic facilities has created huge repositories of valuable data, often not fully explored. Moreover, the past few years show a growing trend of data production. As such, studying new ways to index, process and retrieve medical images becomes an important subject to be addressed by the wider community of radiologists, scientists and engineers. Content-based image retrieval, which encompasses various methods, can exploit the visual information of a medical imaging archive, and is known to be beneficial to practitioners and researchers. However, the integration of the latest systems for medical image retrieval into clinical workflows is still rare, and their effectiveness still show room for improvement. This thesis proposes solutions and methods for multimodal information retrieval, in the context of medical imaging repositories. The major contributions are a search engine for medical imaging studies supporting multimodal queries in an extensible archive; a framework for automated labeling of medical images for content discovery; and an assessment and proposal of feature learning techniques for concept detection from medical images, exhibiting greater potential than feature extraction algorithms that were pertinently used in similar tasks. These contributions, each in their own dimension, seek to narrow the scientific and technical gap towards the development and adoption of novel multimodal medical image retrieval systems, to ultimately become part of the workflows of medical practitioners, teachers, and researchers in healthcare.A proliferação de modalidades de imagem médica digital, em hospitais, clínicas e outros centros de diagnóstico, levou à criação de enormes repositórios de dados, frequentemente não explorados na sua totalidade. Além disso, os últimos anos revelam, claramente, uma tendência para o crescimento da produção de dados. Portanto, torna-se importante estudar novas maneiras de indexar, processar e recuperar imagens médicas, por parte da comunidade alargada de radiologistas, cientistas e engenheiros. A recuperação de imagens baseada em conteúdo, que envolve uma grande variedade de métodos, permite a exploração da informação visual num arquivo de imagem médica, o que traz benefícios para os médicos e investigadores. Contudo, a integração destas soluções nos fluxos de trabalho é ainda rara e a eficácia dos mais recentes sistemas de recuperação de imagem médica pode ser melhorada. A presente tese propõe soluções e métodos para recuperação de informação multimodal, no contexto de repositórios de imagem médica. As contribuições principais são as seguintes: um motor de pesquisa para estudos de imagem médica com suporte a pesquisas multimodais num arquivo extensível; uma estrutura para a anotação automática de imagens; e uma avaliação e proposta de técnicas de representation learning para deteção automática de conceitos em imagens médicas, exibindo maior potencial do que as técnicas de extração de features visuais outrora pertinentes em tarefas semelhantes. Estas contribuições procuram reduzir as dificuldades técnicas e científicas para o desenvolvimento e adoção de sistemas modernos de recuperação de imagem médica multimodal, de modo a que estes façam finalmente parte das ferramentas típicas dos profissionais, professores e investigadores da área da saúde.Programa Doutoral em Informátic

Fusion, 2018

https://hsrc.himmelfarb.gwu.edu/smhs_fusion/1010/thumbnail.jp

Plataforma web de monitorização de dose de radiação em imagem clínica

Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaA monitorização sistemática da exposição dos cidadãos à radiação ionizante associada aos procedimentos imagiológicos é fundamental para garantir a qualidade dos serviços clínicos. Esta atividade é importante no controlo de desempenho, na optimização de protocolos e na rápida rectificação das práticas erradas. Em teoria, os episódios de radiodiagnóstico devem sempre manter a exposição à radiação tão baixa quanto razoavelmente possível (princípio ALARA), preservando a qualidade de diagnóstico. Os sistemas de monitorização de dose automáticos podem ser úteis em todas as fases de procedimentos radiológicos, ajudando os profissionais de saúde a melhorar os seus comportamentos de dosimetria. Mais ainda, a exposição aplicada nos procedimentos deve ser planeada individualmente, o que significa que a monitorização da dose também deverá ser. Além disso, o acesso integrado à história imagiológica do paciente pode ser útil para efetuar um melhor tratamento. No entanto, muitos dos atuais sistemas de informação não permitem efetuar análise de dose e a sua monitorização contínua é rara. Neste contexto, o contributo desta dissertação é o Dose Center, uma ferramenta centrada no paciente que permite monitorizar e analisar a dose de radiação. Ela tem capacidade para extrair informação proveniente de diferentes fontes e permite uma visualização integrada de toda a informação relativa aos pacientes, quais os estudos realizados, a dose efetiva e cumulativa de radiação. A ferramenta permite ainda sinalizar os casos que excedam os limites pré-definidos de radiação, uma inequívoca contribuição para a melhoria da segurança do paciente.Systematic monitoring of radiation dose exposure is a key factor to increase the quality of radiological services. This activity may lead to performance control, protocol optimization and rapid rectification of wrong practices. Moreover, dose monitoring can help the healthcare professionals to improve their dosimetric behaviors. In theory, radiodiagnostic episodes should always keep the radiation exposure as low as reasonably achievable (ALARA), while preserving the quality of diagnosis. Hence, the applied exposure in the radiology departments shall be individually planned, which means that the dose monitoring should be performed individually to ensure an appropriate dose usage. Automatic dose monitoring systems may be helpful during all the phases of radiologic procedures and the integrated access to imagiologic history may be helpful to do a better patient treatment. However, many of actual healthcare information systems do not allow dose analysis and its continuous monitoring is rare. In this context, this document proposes the Dose Center, a software platform that provides a patient-centric radiation dose analysis and a monitoring system that was designed to automatically extract and analyze dose reports captured from distinct data sources. It provides several data analytics views like, for instance, by modality or patient, including the studies effective and cumulative dose radiation. Cases exceeding the radiation thresholds are signalizing, contributing this way to improve the patient safety

O uso da telemedicina como ferramenta para aprimorar os serviços de saúde: viabilidade e desafios

A telemedicina é um instrumento usado para a prestação de serviços de saúde, de forma que ela está em constante crescimento desde a década de 1950. Nela, os profissionais apelam para as tecnologias da informação e comunicação, a fim de trocar dados para fazer diagnósticos, defender tratamentos e prevenir doenças e acidentes, bem como para treinamento contínuo de profissionais de saúde e em atividades de pesquisa e avaliação, a fim de melhorar a saúde de pessoas e comunidades em que vivem. Esse instrumento mostra-se extremamente útil em facilitar o acesso à saúde e a informação para diversas classes da sociedade, desde aqueles pacientes e profissionais da área da saúde que sempre tiveram um bom alcance, até aqueles que têm esse alcance dificultado devido a alguns fatores, como distância e custo para chegar ao local físico de atendimento, são essas algumas das barreiras que a telemedicina mostrou-se capaz de romper. No entanto, adicionar na rotina médica uma tecnologia que transpassa os padrões da medicina tradicional não é tarefa fácil, tanto para o médico, que pode ter resistência em aceitar outra técnica para seus serviços, quanto para o paciente, que pode se sentir inseguro e violado durante uma teleconsulta. Sendo assim, objetiva-se discutir a viabilidade da telemedicina, abordando seus prós e contras. Para realizar o trabalho, optou-se por uma revisão integrativa de literatura que engloba 21 artigos selecionados na íntegra entre os anos de 2014 e 2019

Radiation monitoring system in clinical imaging

Tese de mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional (Bioinformática) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016A prestação de cuidados de saúde está muito apoiada em técnicas de diagnóstico radiológico nas suas variadas formas, desde a radiografia convencional aos métodos mais sofisticados de aquisição de imagem como a radiologia digital, a tomografia computorizada, mamografia digital, entre outras. Estas práticas são realizadas em instituições de dimensão e apetrechamento técnico variado desde os grandes hospitais centrais a pequenos centros de radiologia. Comum a todos eles, está a utilização de radiações ionizantes que, a par das suas inegáveis qualidades e contributo para a saúde e bem-estar das populações, tem igualmente potencial de, sendo desadequadamente utilizadas, produzirem efeitos indesejáveis. A proteção radiológica tem vindo a desenvolver normas e regras que nos orientam para doses de radiação adequadas aos diversos procedimentos de forma a maximizar o seu benefício através da obtenção de informação adequada e necessária com o mínimo de risco associado. A aplicação destes níveis de referência deve ter em conta as características dos pacientes, que variam com a sua idade, peso, género e outros fatores. Dado que em geral, em cada instituição, é necessário tratar mais de uma centena de exames diariamente, é fundamental ter meios que potenciem a informação recolhida com um processamento automático e que seja apresentada em formato adequado permitindo a sua análise em tempo útil. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema informático que permite, na web, analisar estatisticamente vários parâmetros da imagem, entre os quais, a dose de radiação, a tensão elétrica, tempo de exposição e força de compressão (no caso das mamografias) aplicados e também a comparação dos valores obtidos com as diretivas europeias. Adicionalmente, o sistema também permite o upload de dados num perfil de utilizador acessível com password, para que seja possível a visualização de dados próprios. Como caso de estudo, recolheram-se de um hospital público português, dados de tomografias computorizadas, radiografias e mamografias efetuadas num mês. No geral, os resultados não diferem muito das referências europeias à exceção do DLP (Dose Length Product) nos exames de tomografia computorizada cujos valores estão drasticamente acima das orientações sugeridas. Também são relatadas algumas radiografias cujos valores da tensão elétrica e de tempo de exposição estão ligeiramente acima das referências europeias. Nas mamografias existem dois casos específicos cuja dose de radiação atribuída está desajustada tendo em conta a espessura da mama da paciente. Por outro lado, também se observam valores de tempo de exposição relativamente superiores à guideline europeia.The health care service delivery is, today, being supported by radiological diagnose techniques in the most various ways, from the conventional x-ray to the more sophisticated image acquisition methods, such as digital radiology, computed tomography and mammography. These techniques are performed in institutions with varied technical equipment from the central hospitals to the small radiology centers. Common to them all, is the use of ionizing radiation which, along with its undeniable qualities and contribution to health and population welfare, has also the potential to produce undesirable effects when inappropriately used. The radiological protection has been developing standards and rules that guide us to appropriate radiation doses on the various procedures in order to maximize their benefit by obtaining adequate and necessary diagnostic information with minimal associated risk. The application of these references and guidelines should consider the patient’s characteristics such as weight, height, gender and other factors. Generally, in each institution it is necessary to process hundreds of exams daily being crucial to have the proper means to automatically process the retrieved data and present it, on a suitable format, allowing quick analysis. The present project had as main goal, the development of an informatic web-based system that permits statistical analysis of various imaging parameters such as radiation dose, exposure time, voltage and compression force (in mammographies), and the comparison of the obtained values with the European guidelines. Additionally, the system allows the upload of data in a user profile accessible by a keyword to make possible the analysis of own data. As a case-study, data from computed radiographies, computed tomographies and mammographies examinations were collected from a Portuguese public hospital and over a period of one month. Generally, the results don’t diverge from the reference levels, except for the DLP (Dose Length Product) in computed tomographies, whose values are drastically above the guidelines. Are also reported some computed radiographies whose voltage and exposure time values are slightly above the European references. In mammographies, there are two specific cases in which the assigned radiation dose is inadequate taking into account the patient’s breast thickness. On the other hand, is observed exposure time values relatively greater than the European guideline