Automatic detection of drusen associated with age-related macular degeneration in optical coherence tomography: a graph-based approach

Tese de Doutoramento em Líderes para Indústrias TecnológicasThe age-related macular degeneration (AMD) starts to manifest itself with the appearance of drusen. Progressively, the drusen increase in size and in number without causing alterations to vision. Nonetheless, their quantification is important because it correlates with the evolution of the disease to an advanced stage, which could lead to the loss of central vision. Manual quantification of drusen is impractical, since it is time-consuming and it requires specialized knowledge. Therefore, this work proposes a method for quantifying drusen automatically In this work, it is proposed a method for segmenting boundaries limiting drusen and another method for locating them through classification. The segmentation method is based on a multiple surface framework that is adapted for segmenting the limiting boundaries of drusen: the inner boundary of the retinal pigment epithelium + drusen complex (IRPEDC) and the Bruch’s membrane (BM). Several segmentation methods have been considerably successful in segmenting layers of healthy retinas in optical coherence tomography (OCT) images. These methods were successful because they incorporate prior information and regularization. However, these factors have the side-effect of hindering the segmentation in regions of altered morphology that often occur in diseased retinas. The proposed segmentation method takes into account the presence of lesion related with AMD, i.e., drusen and geographic atrophies (GAs). For that, it is proposed a segmentation scheme that excludes prior information and regularization that is only valid for healthy regions. Even with this segmentation scheme, the prior information and regularization can still cause the oversmoothing of some drusen. To address this problem, it is also proposed the integration of local shape priors in the form of a sparse high order potentials (SHOPs) into the multiple surface framework. Drusen are commonly detected by thresholding the distance among the boundaries that limit drusen. This approach misses drusen or portions of drusen with a height below the threshold. To improve the detection of drusen, Dufour et al. [1] proposed a classification method that detects drusen using textural information. In this work, the method of Dufour et al. [1] is extended by adding new features and performing multi-label classification, which allow the individual detection of drusen when these occur in clusters. Furthermore, local information is incorporated into the classification by combining the classifier with a hidden Markov model (HMM). Both the segmentation and detections methods were evaluated in a database of patients with intermediate AMD. The results suggest that both methods frequently perform better than some methods present in the literature. Furthermore, the results of these two methods form drusen delimitations that are closer to expert delimitations than two methods of the literature.A degenerescência macular relacionada com a idade (DMRI) começa a manifestar-se com o aparecimento de drusas. Progressivamente, as drusas aumentam em tamanho e em número sem causar alterações à visão. Porém, a sua quantificação é importante porque está correlacionada com a evolução da doença para um estado avançado, levar à perda de visão central. A quantificação manual de drusas é impraticável, já que é demorada e requer conhecimento especializado. Por isso, neste trabalho é proposto um método para segmentar drusas automaticamente. Neste trabalho, é proposto um método para segmentar as fronteiras que limitam as drusas e outro método para as localizar através de classificação. O método de segmentação é baseado numa ”framework” de múltiplas superfícies que é adaptada para segmentar as fronteiras que limitam as drusas: a fronteira interior do epitélio pigmentar + complexo de drusas e a membrana de Bruch. Vários métodos de segmentação foram consideravelmente bem-sucedidos a segmentar camadas de retinas saudáveis em imagens de tomografia de coerência ótica. Estes métodos foram bem-sucedidos porque incorporaram informação prévia e regularização. Contudo, estes fatores têm como efeito secundário dificultar a segmentação em regiões onde a morfologia da retina está alterada devido a doenças. O método de segmentação proposto toma em consideração a presença de lesões relacionadas com DMRI, .i.e., drusas e atrofia geográficas. Para isso, é proposto um esquema de segmentação que exclui informação prévia e regularização que são válidas apenas em regiões saudáveis da retina. Mesmo com este esquema de segmentação, a informação prévia e a regularização podem causar a suavização excessiva de algumas drusas. Para tentar resolver este problema, também é proposta a integração de informação prévia local sob a forma de potenciais esparsos de ordem elevada na ”framework” multi-superfície. As drusas são usalmente detetadas por ”thresholding” da distância entre as fronteiras que limitam as drusas. Esta abordagem falha drusas ou porções de drusas abaixo do ”threshold”. Para melhorar a deteção de drusas, Dufour et al. [1] propuseram um método de classificação que deteta drusas usando informação de texturas. Neste trabalho, o método de Dufour et al. [1] é estendido, adicionando novas características e realizando uma classificação com múltiplas classes, o que permite a deteção individual de drusas em aglomerados. Além disso, é incorporada informação local na classificação, combinando o classificador com um modelo oculto de Markov. Ambos os métodos de segmentação e deteção foram avaliados numa base de dados de pacientes com DMRI intermédia. Os resultados sugerem que ambos os métodos obtêm frequentemente melhores resultados que alguns métodos descritos na literatura. Para além disso, os resultados destes dois métodos formam delimitações de drusas que estão mais próximas das delimitações dos especialistas que dois métodos da literatura.This work was supported by FCT with the reference project UID/EEA/04436/2013, by FEDER funds through the COMPETE 2020 – Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI) with the reference project POCI-01-0145-FEDER-006941. Furthermore, the Portuguese funding institution Fundação Calouste Gulbenkian has conceded me a Ph.D. grant for this work. For that, I wish to acknowledge this institution. Additionally, I want to thank one of its members, Teresa Burnay, for all her assistance with issues related with the grant, for believing that my work was worth supporting and for encouraging me to apply for the grant

Estudo e desenvolvimento de técnicas de processamento de imagem para a identificação de patologias em imagem de fundo de olho

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaA diabetes mellitus é uma das doenças crónicas mais frequentes a nível mundial. Em 2007 foi a sétima principal causa de morte nos Estados Unidos da América (EUA) e estima-se que uma pessoa com diabetes milletus tenha uma probabilidade de morte duas vezes superior a uma pessoa sem esta doença. Esta doença acarreta várias complicações. Uma delas é a retinopatia diabética, sendo esta a mais grave e frequente ao nível ocular. Esta é maior causa de cegueira em adultos entre os 20 e 74 anos nos EUA. O primeiro sintoma da retinopatia diabética é o aparecimento de microaneurismas. O rastreio desta complicação é usualmente efetuado através da deteção destas lesões numa imagem do fundo do olho. Para além disto, a quantidade de microaneurismas fornece informação do estado evolutivo da retinopatia diabética. Deste modo, após cinco anos do aparecimento da diabetes mellitus é aconselhado a realização de exames anuais. Estes exames são bastante morosos e necessitam de conhecimento especializado. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema computer-aided diagnosis (CAD) que permite a deteção automática dos microaneurismas para auxiliar os especialistas e assim reduzir o tempo e o custo de cada exame. Neste trabalho é criado um sistema CAD para deteção de microaneurismas baseado na transformada de Radon. A principal contribuição deste trabalho é um estudo sistemático de diferentes alternativas da transformada de Radon e características mais apropriadas na deteção de microaneurismas. O sistema implementado utiliza um shade correction como pré-processamento. Com a imagem obtida com este pré-processamento são extraídos os candidatos a microaneurisma. De seguida é aplicada a transformada de Radon a uma janela de pequenas dimensões e centrada no candidato. A partir da informação da transformada de Radon é possível a obtenção de características. Estas características serão empregues num sistema de reconhecimento de padrões que utiliza o classificador support vector machine (SVM). O sistema proposto é aplicado em duas bases de dados: retinal online challange (ROC) e standard diabetic retinopathy database - calibration level 1 (DiaretDB1). A maioria dos resultados obtidos são referentes à primeira, pois esta foi construída para uma competição e permite a comparação direta com outros métodos da literatura. Verificou-se que os resultados do sistema proposto são inferiores aos dos sistemas presentes nesta competição. Contudo, ainda existem aspectos que podem ser considerados para trabalhos futuros que podem melhorar o sistema de modo a que os resultados sejam comparáveis com os dos sistema presentes na literatura.Diabetes mellitus is one the most common chronic diseases worldwide. In 2007 it was the seventh leading cause of death in the United States of America (USA) and it's estimated that a person with diabetes mellitus has a probability of death that doubles that of a normal person. This disease causes several complications. One of them is diabetic retinopathy, this complication is the most frequent and serious at an ocular level. For adults between 20 and 74 years old, this complication is the leading cause of blindness in the USA. The first symptom of diabetic retinopathy is the appearance of microaneurysms. The screening of this complication is usually done through the detection of these lesions in an eye fundus image. Furthermore, the number of microaneurysms is correlated with the evolutional state of the diabetic retinopathy. Thus, after five years of the appearance of diabetes mellitus it's advised the realization of annual exams. These exams are very time consuming and there's a need for specialized knowledge. The main goal of this work is the development a CAD system that allows an automatic detection of microaneurysm to provide an auxiliary tool to aid the specialists and thus reducing the time and cost of each exam. The CAD system created in this work is based in the Radon transform. The main contribution of this work is a systematic study of different alternatives of Radon transform and features more appropriate in the detection of microaneurysms. The implemented system uses a shade correction as a preprocessing step. With the obtained image the candidates of microaneurysms are extracted. This is followed by the application of the Radon transform in a small window centered in each candidate. A set of features based in information of the Radon transform are determined and used in a pattern recognition system that uses a support vector machine (SVM) classifier. The proposed system is applied in two databases: retinal online challange (ROC) and standard diabetic retinopathy database - calibration level 1 (DiaretDB1). The majority of results are from the ROC database because this one was built for a competition and so it allows the direct comparison of results with other systems present in the literature. The results of the proposed system are inferior to the other systems in the competition. However, there are still some aspects that can be considered for future work that can improve the system in order to obtain results that are comparable to the ones from the systems present in the literature

Introducing portable digital devices into science museum outreach activities: how diverse can it be?

Centro Ciência Viva do Algarve (CCVAlg) is an Interactive Science Museum located in southern Portugal, which mission is to promote scientific and technological culture among the population and especially the youth community. Besides the interactive modules in the permanent exhibition, we design and deploy a wide range of science activities inside and outside our facilities. However, as we are nowadays facing a society (and a science environment) more and more “digital”, the use of technological tools and channels to carry out this mission cannot be ignored, otherwise it will give a biased and obsolete view of today´s reality regarding the techniques and methodologies that the XXI century scientific community uses. On this basis, CCVAlg´s strategy for the last couple of years has been to try to overcome such technological gap introducing and developing new methodologies for our activities. Having this in mind, we approached a Portuguese hardware manufacturer and achieved to forge a partnership that granted 10 detachable tablets with several specific sensors and add-ons that allowed us to design new and innovative outreach activities. The integration of the received devices into the Center´s educational offer allowed us to diversify the pedagogical offer and to involve cerca 3300 participants in the new activities. This type of collaboration reinforces the fact that Science museums should play a key role as strategic partners in the implementation of Information and Communication Technologies (ITC) pilot projects.Mobility grant from project 2018-I-PT01-KA104-047194info:eu-repo/semantics/publishedVersio

MIGRATE: mobile device virtualisation through state transfer

Delegation of processing tasks to the network has moved from cloud-based schemes to edge computing solutions where nearby servers process requests in a timely manner. Virtualisation technologies have recently given data cloud and network providers the required flexibility to offer such on-demand resources. However, the maintenance of close computing resources presents a challenge when the served devices are on the move. In this case, if processing continuity is desired, a transference of processing resources and task state should be committed to maintain the service to end devices. The solution here presented, MIGRATE, proposes the concept of virtual mobile devices (vMDs) implemented as Virtual Functions (VxF) and acting as virtual representatives of physical processing devices. vMDs are instantiated at the edge of the access network, following a Multi-Access Edge Computing (MEC) approach, and move across different virtualisation domains. MIGRATE provides seamless and efficient transference of these software entities to follow the real location of mobile devices and continue supporting their physical counterparts. Software Defined Networks and Management and Operation functions are exploited to “migrate” vMDs to new virtualisation domains by forwarding data flows to the former domain until the new one is prepared, while a distributed data base avoids the transference of data. The solution has been deployed in a reference vehicular scenario at the Institute of Telecommunications Aveiro premises within the 5GINFIRE European project. In particular, the system has been evaluated under different virtualisation domains to study the operation of the migration approach in a vehicular monitoring scenario. The results validate the system from the application viewpoint with a Web monitoring tool, and the migration of the digital twin provided as VxF is analysed attending to the modification of data flows, indicating a seamless transition between virtualisation domains in a timely manner.publishe

Efficacy and safety of percutaneous left atrial appendage closure in chronic kidney disease patients with atrial fibrillation : results of a 7-year registry

© The Author 2017. Published by Oxford University Press on behalf of ERA-EDTA. All rights reserved.INTRODUCTION AND AIMS: Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained cardiac arrhythmia, the most devastating complication being thromboembolism leading to fatal or disabling stroke. Although oral anticoagulation (OAC) is the mainstay of prevention therapy in the general population, its benefit in chronic kidney disease (CKD) patients is less well defined. End-stage renal disease patients treated with vitamin K antagonists present increased risk of bleeding, accelerated cardiovascular calcification and increased risk of calciphylaxis. Left atrial appendage closure (LAAC) is performed to prevent complications in high-risk AF patients with contraindications to OAC and in AF patients with events despite OAC.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Contaminação microbiológica no sistema de distribuição de água de um centro de hemodiálise

O monitoramento microbiológico da água utilizada no procedimento de hemodiálise é de extrema importância, principalmente devido à imunodebilidade dos pacientes com insuficiência renal crônica. Nosso objetivo foi verificar qualitativa e quantitativamente a presença de bactérias na água de um centro de hemodiálise do interior do Estado de São Paulo. Foram realizadas 22 coletas de cada um dos cinco pontos do sistema de distribuição; 36 amostras de 19 máquinas de hemodiálise, prontas para utilização; quatro amostras do sistema de reuso e 13 amostras do sistema de armazenamento de água, empregando-se a técnica da membrana filtrante com poros de 0,22 µm para bactérias e de 0,45 µm para micobactérias. A identificação foi realizada através de métodos microbiológicos convencionais e de biologia molecular. Isolados bacterianos foram obtidos de sistema de distribuição (128), águas das máquinas (43) e sistema de reuso (3). Entre os isolados 32 foram de bacilos Gram-positivos, 120 bacilos Gram-negativos, 20 Cocos Gram-positivos e 11 micobactérias. Neste estudo, sugerimos que suprimentos de água para o Centro de Hemodiálise devam ser monitorados, adotando-se medidas profiláticas eficazes que minimizem a exposição destes pacientes imunodeficientes a fontes aquáticas ambientais contaminadas.The microbiological monitoring of the water used for hemodialysis is extremely important, especially because of the debilitated immune system of patients suffering from chronic renal insufficiency. To investigate the occurrence and species diversity of bacteria in waters, water samples were collected monthly from a hemodialysis center in upstate São Paulo and tap water samples at the terminal sites of the distribution system was sampled repeatedly (22 times) at each of five points in the distribution system; a further 36 samples were taken from cannulae in 19 hemodialysis machines that were ready for the next patient, four samples from the reuse system and 13 from the water storage system. To identify bacteria, samples were filtered through 0.22 µm-pore membranes; for mycobacteria, 0.45 µm pores were used. Conventional microbiological and molecular methods were used in the analysis. Bacteria were isolated from the distribution system (128 isolates), kidney machine water (43) and reuse system (3). Among these isolates, 32 were Gram-positive rods, 120 Gram-negative rods, 20 Gram-positive cocci and 11 mycobacteria. We propose the continual monitoring of the water supplies in hemodialysis centers and the adoption of effective prophylactic measures that minimize the exposure of these immunodeficient patients to contaminated sources of water

VITASENIOR–MT: Architecture of a Telehealth Solution

This poster was awarded the Best Poster Award at the Portuguese Conference Gestão & Tecnologi@ - Criação de Valor em Saúde.VITASENIOR-MT is a telehealth solution under development that aims to monitor and improve the healthcare of elderly people living in the region of Médio Tejo. This solution performs both remote and local monitoring of biometric parameters of the elderly, and also of environmental parameters of their homes. The biometric variables include heart rate and temperature measurements collected automatically, by means of a bracelet, throughout the day. Blood pressure, body weight, and other biometric parameters are measured on a daily basis by the senior’s own initiative, and automatically recorded. The environmental parameters include temperature, carbon monoxide and carbon dioxide measurements. A TV set is used as a mean of interaction between the user and the medical devices. The TV set is also used to receive medical warnings and recommendations according to clinical profiles, and to receive environmental alerts. All data and alerts can be accessible to senior’s family and healthcare providers. In alarm situations, an automatic operational procedure will be triggered establishing communication to predefined entities.This work has been financially supported by the IC&DT project VITASENIOR-MT Programa operacional regional do centro CENTRO-01-0145-FEDER-023659.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Infusão tecnológica na oferta educativa do Centro Ciência Viva do Algarve

Estatutariamente ”o Centro de Ciência Viva do Algarve (CCVAlg) tem por objeto o exercício da divulgação científica e tecnológica mediante a promoção da cultura científica e tecnológica junto da população e, em especial, junto da comunidade juvenil.” Numa sociedade (e ciência) cada vez mais digital, a utilização de ferramentas e canais tecnológicos para levar a cabo essa missão não pode ser desprezada, sob pena de dar uma visão amputada e obsoleta da realidade face às técnicas e metodologias a que comunidade científica do século XXI recorre. Fruto de uma parceria recentemente estabelecida com a empresa JP.Group, o Centro Ciência Viva do Algarve, tem vindo a incluir em diversas atividades que compõem a sua oferta educativa a utilização de 10 equipamentos portáteis do tipo tablet detachable que lhe foram oferecidos. Apenas quatro meses após o início da utilização destes equipamentos com público, cerca de quatro centenas de jovens já participaram em atividades lúdico cientificas dinamizadas pelos vários elementos da equipa e realizadas em contextos de ensino não formal e informal. A presente comunicação pretende dar a conhecer a metodologia desenhada para a integração dos equipamentos recebidos na oferta educativa do Centro, as atividades com o público já realizadas durante os primeiros 4 meses do projeto, os impactos já visíveis resultantes dessa introdução, bem como antecipar novas atividades e metodologias inovadoras de utilização dos equipamentos em Centros de Ciência cuja introdução está a ser preparada pela equipa do CCVAlg.Acknowledgement to JP.group for providing the equipmentinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

VITASENIOR-MT: a telehealth solution for the elderly focused on the interaction with TV

Remote monitoring of health parameters is a promising approach to improve the health condition and quality of life of particular groups of the population, which can also alleviate the current expenditure and demands of healthcare systems. The elderly, usually affected by chronic comorbidities, are a specific group of the population that can strongly benefit from telehealth technologies, allowing them to reach a more independent life, by living longer in their own homes. Usability of telehealth technologies and their acceptance by end-users are essential requirements for the success of telehealth implementation. Older people are resistant to new technologies or have difficulty in using them due to vision, hearing, sensory and cognition impairments. In this paper, we describe the implementation of an IoT-based telehealth solution designed specifically to address the elderly needs. The end-user interacts with a TV-set to record biometric parameters, and to receive warning and recommendations related to health and environmental sensor recordings. The familiarization of older people with the TV is expected to provide a more user-friendly interaction ensuring the effectiveness integration of the end-user in the overall telehealth solution.This work has been financially supported by the IC&DT project VITASENIOR-MT CENTRO-01-0145-FEDER- 023659 with FEDER funding through programs CENTRO2020 and FCT.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Desplastificar atividades e mentalidades

Desplastificar Atividades e Mentalidades A temática do plástico como “lixo”, especialmente em meio aquático, passou, recentemente, a estar em primeiro plano, tanto na comunicação social como nos meios educativos. É, sem qualquer dúvida, um sinal e um legado da nossa sociedade. Estamos dependentes deste material tanto como estamos dos combustíveis fósseis e quase tanto como estamos da eletricidade. Atualmente, com a aprovação da Diretiva Europeia, que visa reduzir drasticamente o plástico “de uso único” e que tem dois anos para ser transposta pelos Estados Membros, é provável que as pessoas se sintam inseguras quanto às alternativas, quer materiais quer comportamentais, que terão de adotar. Desde sempre na escola se trabalhou esta problemática e se fizeram atividades onde se produzem objetos, mais ou menos úteis ou artísticos, com materiais a que costumamos chamar “lixo”. No entanto, e apesar de manifesta boa vontade e intuito educativo, é frequente estas atividades abordarem o problema de forma muito superficial ou, por vezes, até errada. UUm Centro Ciência Viva tem, como principal vocação e objetivo, levar o conhecimento científico às comunidades e, de forma privilegiada, à comunidade escolar, seja aos alunos diretamente, seja aos professores. Desde há já alguns anos, o Centro Ciência Viva do Algarve (CCVAlg) tem feito um esforço muito grande para reduzir ao máximo a utilização de plásticos descartáveis. Este esforço não se ficou pela adaptação das nossas atividades e substituição de materiais. Desde há quatro anos que foram reconvertidas atividades que, de alguma forma, abordavam esta problemática e que foram criadas outras, especificamente dedicadas à sensibilização ou a técnicas simplificadas de amostragem e análise dentro deste tema. Para além de uma oferta educativa onde estas atividades estão abrangidas, o CCVAlg esteve e está envolvido atualmente em vários projetos dedicados à questão do lixo marinho ou áreas relacionadas, ou em projetos onde optamos por usar esta temática como ponto central. Seja como dinamizador, recorrendo a um enorme leque de parceiros que vai desde escolas e municípios, a entidades estatais e universidades, passando por associações e empresas, seja como parceiro de outras entidades proponentes, esta é batalha que assumimos e em que temos como objetivo transmitir conhecimento e mudar atitudes e mais do que tudo, pelo exemplo dado. Esta apresentação dará conta da forma como estamos a fazer este esforço e de como nos estamos a adaptar a uma nova e incontornável realidade. O nosso objetivo ao partilhar este testemunho é, primeiro que tudo, fomentar o diálogo e a ação entre os professores e restante comunidade educativa. Para além disso, espera-se que esta comunicação possa sensibilizar para a real premência e gravidade do problema e servir de base a outras e inovadoras iniciativas por parte dos docentes e das escolas.info:eu-repo/semantics/publishedVersio