Efficient interaction with large medical imaging databases

Abstract

Everyday, a wide quantity of hospitals and medical centers around the world are producing large amounts of imaging content to support clinical decisions, medical research, and education. With the current trend towards Evidence-based medicine, there is an increasing need of strategies that allow pathologists to properly interact with the valuable information such imaging repositories host and extract relevant content for supporting decision making. Unfortunately, current systems are very limited at providing access to content and extracting information from it because of different semantic and computational challenges. This thesis presents a whole pipeline, comprising 3 building blocks, that aims to to improve the way pathologists and systems interact. The first building block consists in an adaptable strategy oriented to ease the access and visualization of histopathology imaging content. The second block explores the extraction of relevant information from such imaging content by exploiting low- and mid-level information obtained from from morphology and architecture of cell nuclei. The third block aims to integrate high-level information from the expert in the process of identifying relevant information in the imaging content. This final block not only attempts to deal with the semantic gap but also to present an alternative to manual annotation, a time consuming and prone-to-error task. Different experiments were carried out and demonstrated that the introduced pipeline not only allows pathologist to navigate and visualize images but also to extract diagnostic and prognostic information that potentially could support clinical decisions.Resumen: Diariamente, gran cantidad de hospitales y centros médicos de todo el mundo producen grandes cantidades de imágenes diagnósticas para respaldar decisiones clínicas y apoyar labores de investigación y educación. Con la tendencia actual hacia la medicina basada en evidencia, existe una creciente necesidad de estrategias que permitan a los médicos patólogos interactuar adecuadamente con la información que albergan dichos repositorios de imágenes y extraer contenido relevante que pueda ser empleado para respaldar la toma de decisiones. Desafortunadamente, los sistemas actuales son muy limitados en cuanto al acceso y extracción de contenido de las imágenes debido a diferentes desafíos semánticos y computacionales. Esta tesis presenta un marco de trabajo completo para patología, el cual se compone de 3 bloques y tiene como objetivo mejorar la forma en que interactúan los patólogos y los sistemas. El primer bloque de construcción consiste en una estrategia adaptable orientada a facilitar el acceso y la visualización del contenido de imágenes histopatológicas. El segundo bloque explora la extracción de información relevante de las imágenes mediante la explotación de información de características visuales y estructurales de la morfología y la arquitectura de los núcleos celulares. El tercer bloque apunta a integrar información de alto nivel del experto en el proceso de identificación de información relevante en las imágenes. Este bloque final no solo intenta lidiar con la brecha semántica, sino que también presenta una alternativa a la anotación manual, una tarea que demanda mucho tiempo y es propensa a errores. Se llevaron a cabo diferentes experimentos que demostraron que el marco de trabajo presentado no solo permite que el patólogo navegue y visualice imágenes, sino que también extraiga información de diagnóstico y pronóstico que potencialmente podría respaldar decisiones clínicas.Doctorad