Pesquisa Científica

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Efficient medical image access in diagnostic environments with limited resources

RESEARCH ON BIOMEDICAL ENGINEERING – RBE 2017

Autores: José Eduardo Venson, Fernando Bevilacqua, Fabio Onuki, Marcos d’Ornelas, Anderson Maciel

Resumo: A medical application running outside the workstation environment has to deal with several constraints, such as reduced available memory and low network bandwidth. The aim of this paper is to present an approach to optimize the data flow for fast image transfer and visualization on mobile devices and remote stationary devices. Methods: We use a combination of client- and server-side procedures to reduce the amount of information transferred by the application. Our approach was implemented on top of a commercial PACS and evaluated through user experiments with specialists in typical diagnosis tasks. The quality of the system outcome was measured in relation to the accumulated amount of network data transference and the amount of memory used in the host device. Besides, the system’s quality of use (usability) was measured through participants’ feedback…

Medical imaging VR: can immersive 3D aid in diagnosis?

ACM CONFERENCE ON VIRTUAL REALITY SOFTWARE AND TECHNOLOGY – VRST 2016

Local: Munique – Alemanha 

Autores: José Eduardo Venson,  Jean C. Berni,  Carlos S. Maia, A. Marques da Silva, Marcos d’Ornelas, Anderson Maciel

Resumo: In the radiology diagnosis process, medical images are most often visualized slice by slice on 2D screens or printed. At the same time, the visualization based on 3D volumetric rendering of the data is considered useful and has increased its field of application. In this work we present a user study with medical specialists to assess the diagnostic effectiveness of VR usage in fracture identification over 3D volumetric reconstructions. We then performed user experiments to validate the approach in the medical practice. In addition, we assessed the subjects perception of the 3D reconstruction quality and ease of interaction. Among other results, we have found a very high level of effectiveness of the VR interface in identifying superficial fractures on head CTs.

Immersive visualization for 3D volumetric medical images

SYMPOSIUM ON VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY – SVR 2016

Autores: José Eduardo Venson, Anderson Maciel, Jean C. Berni

Resumo: In diagnosis, 3D image acquisition is ubiquitous (e.g. CT and MRI). Nevertheless, the outgoing images are most often visualized slice by slice on 2D screens or printed out. In some specific cases, however, it is useful to visualize a 3D volumetric rendering of the data. This is done as interactive projections on 2D conventional monitors, and allows a specialist to manipulate visualization parameters with mouse and keyboard. In this demonstration we illustrate the practical use of a VR interface allowing volumetric visualization of digital medical images. Our interface is based on an HMD to provide viewpoint control and windowing actions with high affordance. The interface is integrated with a picture archiving and communication system (PACS), which makes it available at the front-end used for actual image-based diagnosis and appointment with patients. The demo provides two alternative implementations. The first runs on a desktop environment attached to an Oculus Rift and a clicker. The second is mobile and affordable. It uses a smartphone adapted as an HMD using Google Cardboard or other 3D printed HMDs. In the current version, both implementations allow rotations, translations and windowing (to select the density corresponding to bone or soft tissue, e.g.) in the reconstructed volume

CBIR e Semântica: Uma Abordagem Híbrida Para Um Sistema de Busca de Imagens de Tomografia de Tórax

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – UFSM 2016

Autores: Marcelo Arrais Porto

Resumo: Este trabalho apresenta um sistema de busca e recuperação de imagens por conteúdo (CBIR) para tomografias de tórax, utilizando uma abordagem que combina o uso de características de baixo nível das imagens com dados clínicos semânticos dos pacientes a fim de determinar a semelhança entre imagens não apenas com base no seu conteúdo visual, mas também em termos de risco de desenvolvimento de câncer de pulmão por parte dos pacientes, com base em fatores específicos como consumo de tabaco e doenças crônicas como enfisema pulmonar. A extração de características de baixo nível é feita através do algoritmo MOPS (Multi-Scale Oriented Patches), sendo este resultado filtrado de acordo com critérios semânticos dos pacientes provenientes de histórico clínico e de laudos fornecidos por especialistas. Os resultados dos testes realizados foram avaliados conforme precisão (precision), revocação (recall) e a média harmônica dessas duas medidas conhecida como F-Measure. Em média, foi obtido um valor de F-Measure correspondente a 50,94% nos testes realizados, o qual representa a eficiência do sistema em termos de recuperação de imagens relevantes de uma base de dados de acordo com uma imagem de entrada fornecida. O sistema proposto é uma solução para que especialistas possam comparar imagens de exames de tomografia de tórax distintos, funcionando como uma ferramenta de auxílio durante o processo de diagnóstico de câncer de pulmão.

Automated Image Retrieval of Chest CT Images Based on Local Grey Scale Invariant Features

MEDINFO 2015

Autores: Marcelo Arrais Porto, Marcos Cordeiro d’Ornellas

Resumo: Textual-based tools are regularly employed to retrieve medical images for reading and interpretation using current retrieval Picture Archiving and Communication Systems (PACS) but pose some drawbacks. All-purpose content-based image retrieval (CBIR) systems are limited when dealing with medical images and do not fit well into PACS workflow and clinical practice. This paper presents an automated image retrieval approach for chest CT images based local grey scale invariant features from a local database. Performance was measured in terms of precision and recall, average retrieval precision (ARP), and average retrieval rate (ARR). Preliminary results have shown the effectiveness of the proposed approach. The prototype is also a useful tool for radiology research and education, providing valuable information to the medical and broader healthcare community.

Interação universidade-empresa para a inovação e a transferência de tecnologia

REVISTA GESTÃO UNIVERSITÁRIA NA AMÉRICA LATINA – GUAL 2015

Autores: Jean Carlo Albiero Berni, Clandia Maffini Gomes, Ana Paula Perlin, Jordana Marques Kneipp, Kamila Frizzo

Resumo: As universidades assumem, perante a sociedade, o compromisso do desenvolvimento do ensino, da pesquisa e da extensão. Por sua vez, essas instituições detêm conhecimento científico, recursos humanos e materiais que podem contribuir de forma significativa para o desenvolvimento do setor produtivo. Por outro lado, o setor empresarial possui como principal objetivo atender as demandas do mercado consumidor a partir do fornecimento de produtos e/ou serviços que atendam as necessidades dos clientes. A partir da interação entre universidade e empresa poderão surgir novos métodos e melhorias em produtos e processos que trarão benefícios para todos os envolvidos. Na Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) observa-se um ambiente propício para esse tipo de interação a partir de algumas iniciativas que vem sendo promovidas pela instituição. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho consiste em analisar os principais fatores que motivam a relação universidade-empresa, as principais barreiras e as oportunidades geradas a partir dessa interação na UFSM. Para a realização do estudo utilizou-se uma pesquisa de natureza exploratória na qual foram entrevistadas cinco pessoas em cargos de direção em órgãos da universidade e em duas empresas incubadas na Incubadora Tecnológica de Santa Maria (ITSM).

Dynamic Optimization for Fast Image Transfer and Visualization for Mobile and Stationary Devices: A Performance Evaluation Using Animati Viewer

WORKSHOP DE INFORMÁTICA MÉDICA – WIM 2015

Autores: José Eduardo Venson, Fernando Bevilacqua, Carlos Edmilson da Silva Maia, Marcos Cordeiro d’Ornellas.

Resumo: A medical application running outside the workstation environment has to deal with several limitations, such as reduced available memory and low network bandwidth. Adaptations and novel approaches are required to make applications overcome such problems. This paper presents an approach that uses a combination of client- and server-side procedures to dynamically optimize the data flow for fast image transfer and visualization on mobile and stationary devices. The main goal of our approach is to minimize the amount of data transferred to and used in the host device without sacrificing the user experience. Our approach was implemented and validated using a real use case, the application Animati Viewer, which is a web visualizer for diagnostic images. The evaluation was measured using metrics such as the accumulated amount of network transferred data and the amount of memory used in the host device. The results show that our approach is feasible and, in one of our tests, it transferred only 7.73% of the amount of data downloaded by the OsiriX mobile.

Otimização no Processo de Visualização e Transferência de Imagens Diagnósticas em Navegadores Web: Caso Animati PACS

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO – CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (UFFS) 2014

Autor: José Eduardo Venson

Resumo: O uso de tecnologia nas clínicas e hospitais permite agilidade no fluxo de trabalho médico e nos procedimentos de diagnóstico. O presente trabalho apresenta otimizações na arquitetura do visualizador web integrado ao sistema Animati PACS, com objetivo de proporcionar a evolução da ferramenta em ambientes desktop e mobile. A primeira contribuição foi implementação de um módulo responsável pelo controle de transferência de imagens, com a finalidade de permitir o acesso em dispositivos com recursos limitados. Otimizou-se também a ação de ajuste de contraste, a partir do desenvolvimento de um módulo de janelamento que permite a execução do algoritmo no navegador do cliente e no servidor, de acordo com a modalidade do exame. O trabalho fornece uma revisão bibliográfica acerca dos conhecimentos necessários para distribuição de dados médicos, bem como a implementação de um plano de arquitetura em sistemas PACS. Para validação, avaliou-se as métricas relacionadas ao volume de dados ocupado no dispositivo de acesso e ao fluxo de dados pela rede, com o propósito de contribuir no segmento de diagnóstico por imagens com acesso via múltiplos dispositivos, através da Internet.

An architecture for content-based diagnostic image retrieval in a radiology PACS environment

COMPUTATIONAL VISION AND MEDICAL IMAGE PROCESSING – 2013

Autor: Cristiano Albiero Berni,  Jean Albiero Berni, José da Costa

Resumo: Content-Based Image Retrieval (CBIR) is the concept that expresses the idea of retrieving images that are visually similar to a query image. No textual information like keywords must be given to an ideal CBIR system. Images are retrieved by their numerical features, measured by well-defined mathematical relationships between pixel positions and intensities characterizing geometry, texture, color, shape, etc. If metadata is associated to the images in the database, a user can find what an unknown image is about. Many applications can immediately be envisaged, like discovering who the people in a photograph are, or identifying a person by his (her) fingerprints. A CBIR system can also help medical diagnosis and treatment by giving quick access to similar cases. In this paper, we present a modular architecture for content-based diagnostic image retrieval that uses DICOM SR standard to store extracted features along with radiological findings and measurements. It has been successfully implemented and tested in the PACS environment developed by Animati Computação Aplicada à Saúde, providing full integration between the search engine and the archiving  ́ and communication system. Its modular structure allows testing of different criteria of image similarity thus clearing the way to more research in this field by accessing images and ancillary data archived in medical imaging centers and hospitals.

Arquitetura Para Recuperação de Imagens Diagnósticas Baseada em Conteúdo: uma Ferramenta Para Auxílio à Radiologia em Ambiente PACS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – UFSM 2012

Autor: Cristiano Albiero Berni

Resumo: Uma das principais formas de diagnóstico utilizadas atualmente corresponde aos exames realizados por meio da análise de imagens diagnósticas. Devido à demanda crescente por esse tipo de exame e ao processo manual e repetitivo dos métodos utilizados pelos médicos radiologistas, começam a surgir novos meios para auxiliar os procedimentos. Uma ferramenta que pode ajudar o médico na formulação de diagnósticos é a busca de casos semelhantes àquele que está sendo realizado, tendo como função principal conferir maior segurança ao radiologista em seus apontamentos. Para tanto, foi desenvolvida uma arquitetura modular para recuperação de imagens diagnósticas baseada em conteúdo como uma ferramenta de auxílio a diagnósticos. Através do padrão DICOM SR, utilizado para armazenar achados radiológicos e mensurações – comumente provenientes de CAD – implementou-se, em um ambiente PACS, uma estrutura capaz de permitir o armazenamento e consulta de características extraídas das imagens diagnósticas. A extração de características das imagens pode ocorrer através de diferentes métodos de processamento que, por sua vez, geram diferentes parâmetros para armazenamento e consulta. O projeto foi desenvolvido em conjunto com uma empresa fornecedora de soluções de PACS e com o Laboratório de Computação Aplicada da Universidade Federal de Santa Maria.

Implementação de um Módulo de Impressão de Imagens Diagnósticas em um Visualizador Baseado em Web

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO – CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (UFSM) 2012

Autor: Marcelo Arrais Porto

Resumo: A Medicina é uma área de conhecimento que se beneficiou com a popularização dos computadores. A criação e o desenvolvimento da Radiologia digital, bem como o surgimento de padrões como o DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), trouxeram maior rapidez e precisão na realização de exames, características positivas tanto para médicos quanto para pacientes. Ainda assim, é possível observar que exames impressos em papel continuam sendo necessários para que possam ser entregues a qualquer paciente e transportados de maneira prática para fora da clínica. Este trabalho tem como objetivo acrescentar a funcionalidade de impressão, tanto em papel comum quanto em filmes radiográficos, a um visualizador de imagens diagnósticas baseado em web chamado Weasis.

 

Extra-facial melasma: clinical, histopathological, and immunohistochemical case-control study

 JOURNAL OF THE EUROPEAN ACADEMY OF DERMATOLOGY AND VENEREOLOGY – 2012

Autor: C.G. Ritter, D.V.C. Fiss, J.A.T. Borges da Costa, R.R. de Carvalho, G. Bauermann,– T.F. Cestari

Resumo: Extra-facial melasma is a prevalent dermatosis in some populations with special characteristics in relation to its clinical aspects and probable etiopathogenic factors. Few studies have attempted to address this alteration of pigmentation, which has become a challenge in clinical Dermatology.  To assess the clinical histopathological and immunohistochemical characteristics of extra-facial melasma, comparing affected, and unaffected sites.  Case- control study with 45 patients in each group (melasma and disease-free volunteers), assessing their clinical characteristics. In 36 patients, biopsies were performed on the lesion and the normal perilesional skin. Specimens were stained with HE and Fontana-Masson, and melanocytes analysed by immunohistochemistry. Objective measurements were accomplished by a specifically designed image analysis software.

Gestão para o Processo de Desenvolvimento de Software Científico, Utilizando uma Abordagem Ágil e Adaptativa na Microempresa

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – UFSM 2010

Autor: Jean Carlo Albiero Berni

Resumo: O desenvolvimento de software científico possui particularidades que, frequentemente, diferem das regras comumente utilizadas na produção de softwares comerciais. Novos requisitos que surgem no decorrer do desenvolvimento, necessidades de comunicação constante com os stakeholders (pesquisadores) e adaptação nos processos fazem da produção desse tipo software uma atividade mais interativa do que o convencional. Metodologias ágeis para desenvolvimento de software surgem como alternativas aos métodos planejados ou prescritivos e, como analisado, atendem às carências decorrentes da elaboração de softwares em ambientes dinâmicos. Neste trabalho, é proposto um método de gestão para o processo de desenvolvimento de software científico. Na definição do método, combinaram-se as metodologias ágeis Scrum e Extreme Programming levando-se em consideração as características do processo científico. O método foi aplicado em projetos reais de uma microempresa de base tecnológica para sua validação e, através de uma análise qualitativa, pode-se verificar a melhoria dos processos de desenvolvimento da empresa.