Towards case-based medical learning in radiological decision making using content-based image retrieval

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Radiologists' training is based on intensive practice and can be improved with the use of diagnostic training systems. However, existing systems typically require laboriously prepared training cases and lack integration into the clinical environment with a proper learning scenario. Consequently, diagnostic training systems advancing decision-making skills are not well established in radiological education.</p> <p>Methods</p> <p>We investigated didactic concepts and appraised methods appropriate to the radiology domain, as follows: (i) Adult learning theories stress the importance of work-related practice gained in a team of problem-solvers; (ii) Case-based reasoning (CBR) parallels the human problem-solving process; (iii) Content-based image retrieval (CBIR) can be useful for computer-aided diagnosis (CAD). To overcome the known drawbacks of existing learning systems, we developed the concept of image-based case retrieval for radiological education (IBCR-RE). The IBCR-RE diagnostic training is embedded into a didactic framework based on the Seven Jump approach, which is well established in problem-based learning (PBL). In order to provide a learning environment that is as similar as possible to radiological practice, we have analysed the radiological workflow and environment.</p> <p>Results</p> <p>We mapped the IBCR-RE diagnostic training approach into the Image Retrieval in Medical Applications (IRMA) framework, resulting in the proposed concept of the IRMAdiag training application. IRMAdiag makes use of the modular structure of IRMA and comprises (i) the IRMA core, i.e., the IRMA CBIR engine; and (ii) the IRMAcon viewer. We propose embedding IRMAdiag into hospital information technology (IT) infrastructure using the standard protocols Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) and Health Level Seven (HL7). Furthermore, we present a case description and a scheme of planned evaluations to comprehensively assess the system.</p> <p>Conclusions</p> <p>The IBCR-RE paradigm incorporates a novel combination of essential aspects of diagnostic learning in radiology: (i) Provision of work-relevant experiences in a training environment integrated into the radiologist's working context; (ii) Up-to-date training cases that do not require cumbersome preparation because they are provided by routinely generated electronic medical records; (iii) Support of the way adults learn while remaining suitable for the patient- and problem-oriented nature of medicine. Future work will address unanswered questions to complete the implementation of the IRMAdiag trainer.</p

Visual character N-grams for classification and retrieval of radiological images

Diagnostic radiology struggles to maintain high interpretation accuracy. Retrieval of past similar cases would help the inexperienced radiologist in the interpretation process. Character n-gram model has been effective in text retrieval context in languages such as Chinese where there are no clear word boundaries. We propose the use of visual character n-gram model for representation of image for classification and retrieval purposes. Regions of interests in mammographic images are represented with the character n-gram features. These features are then used as input to back-propagation neural network for classification of regions into normal and abnormal categories. Experiments on miniMIAS database show that character n-gram features are useful in classifying the regions into normal and abnormal categories. Promising classification accuracies are observed (83.33%) for fatty background tissue warranting further investigation. We argue that Classifying regions of interests would reduce the number of comparisons necessary for finding similar images from the database and hence would reduce the time required for retrieval of past similar cases

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

Uma metodologia eficiente para recuperação de exames médicos DICOM por similaridade de caracteristicas visuais

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computaçao.À medida que se iniciou o processo de popularização de exames médicos em formato digital, surgiu à necessidade de se desenvolver técnicas capazes de facilitar o processo de tomada de decisão médica. Nesse contexto, técnicas de Recuperação de Imagens Médicas Baseada no Conteúdo - Content-Based Medical Image Retrieval (CBMIR) [MULLER, 2004a] têm sido empregadas

Políticas de Copyright de Publicações Científicas em Repositórios Institucionais: O Caso do INESC TEC

A progressiva transformação das práticas científicas, impulsionada pelo desenvolvimento das novas Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), têm possibilitado aumentar o acesso à informação, caminhando gradualmente para uma abertura do ciclo de pesquisa. Isto permitirá resolver a longo prazo uma adversidade que se tem colocado aos investigadores, que passa pela existência de barreiras que limitam as condições de acesso, sejam estas geográficas ou financeiras. Apesar da produção científica ser dominada, maioritariamente, por grandes editoras comerciais, estando sujeita às regras por estas impostas, o Movimento do Acesso Aberto cuja primeira declaração pública, a Declaração de Budapeste (BOAI), é de 2002, vem propor alterações significativas que beneficiam os autores e os leitores. Este Movimento vem a ganhar importância em Portugal desde 2003, com a constituição do primeiro repositório institucional a nível nacional. Os repositórios institucionais surgiram como uma ferramenta de divulgação da produção científica de uma instituição, com o intuito de permitir abrir aos resultados da investigação, quer antes da publicação e do próprio processo de arbitragem (preprint), quer depois (postprint), e, consequentemente, aumentar a visibilidade do trabalho desenvolvido por um investigador e a respetiva instituição. O estudo apresentado, que passou por uma análise das políticas de copyright das publicações científicas mais relevantes do INESC TEC, permitiu não só perceber que as editoras adotam cada vez mais políticas que possibilitam o auto-arquivo das publicações em repositórios institucionais, como também que existe todo um trabalho de sensibilização a percorrer, não só para os investigadores, como para a instituição e toda a sociedade. A produção de um conjunto de recomendações, que passam pela implementação de uma política institucional que incentive o auto-arquivo das publicações desenvolvidas no âmbito institucional no repositório, serve como mote para uma maior valorização da produção científica do INESC TEC.The progressive transformation of scientific practices, driven by the development of new Information and Communication Technologies (ICT), which made it possible to increase access to information, gradually moving towards an opening of the research cycle. This opening makes it possible to resolve, in the long term, the adversity that has been placed on researchers, which involves the existence of barriers that limit access conditions, whether geographical or financial. Although large commercial publishers predominantly dominate scientific production and subject it to the rules imposed by them, the Open Access movement whose first public declaration, the Budapest Declaration (BOAI), was in 2002, proposes significant changes that benefit the authors and the readers. This Movement has gained importance in Portugal since 2003, with the constitution of the first institutional repository at the national level. Institutional repositories have emerged as a tool for disseminating the scientific production of an institution to open the results of the research, both before publication and the preprint process and postprint, increase the visibility of work done by an investigator and his or her institution. The present study, which underwent an analysis of the copyright policies of INESC TEC most relevant scientific publications, allowed not only to realize that publishers are increasingly adopting policies that make it possible to self-archive publications in institutional repositories, all the work of raising awareness, not only for researchers but also for the institution and the whole society. The production of a set of recommendations, which go through the implementation of an institutional policy that encourages the self-archiving of the publications developed in the institutional scope in the repository, serves as a motto for a greater appreciation of the scientific production of INESC TEC