Machine learning techniques for computer-aided classification of active inflammatory sacroiliitis in magnetic resonance imaging

Abstract Background: Currently, magnetic resonance imaging (MRI) is used to evaluate active inflammatory sacroiliitis related to axial spondyloarthritis (axSpA). The qualitative and semiquantitative diagnosis performed by expert radiologists and rheumatologists remains subject to significant intrapersonal and interpersonal variation. This encouraged us to use machine-learning methods for this task. Methods: In this retrospective study including 56 sacroiliac joint MRI exams, 24 patients had positive and 32 had negative findings for inflammatory sacroiliitis according to the ASAS group criteria. The dataset was randomly split with ∼ 80% (46 samples, 20 positive and 26 negative) as training and ∼ 20% as external test (10 samples, 4 positive and 6 negative). After manual segmentation of the images by a musculoskeletal radiologist, multiple features were extracted. The classifiers used were the Support Vector Machine, the Multilayer Perceptron (MLP), and the Instance-Based Algorithm, combined with the Relief and Wrapper methods for feature selection. Results: Based on 10-fold cross-validation using the training dataset, the MLP classifier obtained the best performance with sensitivity = 100%, specificity = 95.6% and accuracy = 84.7%, using 6 features selected by the Wrapper method. Using the test dataset (external validation) the same MLP classifier obtained sensitivity = 100%, specificity = 66.7% and accuracy = 80%. Conclusions: Our results show the potential of machine learning methods to identify SIJ subchondral bone marrow edema in axSpA patients and are promising to aid in the detection of active inflammatory sacroiliitis on MRI STIR sequences. Multilayer Perceptron (MLP) achieved the best results.(AU)

Breast Cancer Prediction Using Dominance-based Feature Filtering Approach: A Comparative Investigation in Machine Learning Archetype

Abstract Breast cancer is the most commonly witnessed cancer amongst women around the world. Computer aided diagnosis (CAD) have been playing a significant role in early detection of breast tumors hence to curb the overall mortality rate. This work presents an enhanced empirical study of impact of dominance-based filtering approach on performances of various state-of-the-art classifiers. The feature dominance level is proportional to the difference in means of benign and malignant tumors. The experiments were done on original Wisconsin Breast Cancer Dataset (WBCD) with total nine features. It is found that the classifiers' performances for top 4 and top 5 dominant-based features are almost equivalent to performances for all nine features. Artificial neural network (ANN) is come forth as the best performing classifier among all with accuracies of 98.9% and 99.6% for top 4 and top 5 dominant features respectively. The error rate of ANN between all nine and top 4 &5 dominant features is less than 2% for four performance evaluation parameters namely sensitivity, specificity, accuracy and AUC. Thus, it can be stated that the dominance-based filtering approach is appropriate for selecting a sound set of features from the feature pool, consequently, helps to reduce computation time with no deterioration in classifier's performance.

A Novel Run-length based wavelet features for Screening Thyroid Nodule Malignancy

Abstract: Thyroid nodules are cell growths in the thyroid which might be for in one of two categories benign or malignant. Nodular thyroid disease is common and because of the associated risk of malignancy and hyper-function; these nodules have to be examined thoroughly. Hence diagnosing thyroid nodule malignancy in the early stage can mitigate the possibility of death. This paper presents an intelligent thyroid nodules malignancy diagnosis using texture information in run-length matrix derived from 2- level 2D wavelet transform bands (approximation and details). In this work, ANOVA test has been used to for feature selection to reduce for feature selection about 45 run-length features with and without wavelet generated, before feeding those features which clinical importance to the Support Vector Machine(SVM) and Decision Tree (DT) classifier to perform the automated diagnosis. The validation of this work is activated using 100-thyroid nodule images spliced equally between the two categories (50 Benign and 50 Malignant). The proposed system can detect thyroid nodules malignancy with an average accuracy of about 97% using SVM classifier for the run- length matrix, features derived from spatial domain while the average accuracy is increased to 98% in case of hybrid feature derived from spatial domain and 2-level wavelet decomposition. For the other proposed classifier (DT), the average accuracy in case of spatial domain based features is 93% whereas the average accuracy of the hybrid features system is 97%. Hence the proposed system can be used for the screening of thyroid nodules.

Computer-Aided Detection of Malignant Lung Nodules on Chest Radiographs: Effect on Observers' Performance

OBJECTIVE: To evaluate the effect of computer-aided detection (CAD) system on observer performance in the detection of malignant lung nodules on chest radiograph. MATERIALS AND METHODS: Two hundred chest radiographs (100 normal and 100 abnormal with malignant solitary lung nodules) were evaluated. With CT and histological confirmation serving as a reference, the mean nodule size was 15.4 mm (range, 7-20 mm). Five chest radiologists and five radiology residents independently interpreted both the original radiographs and CAD output images using the sequential testing method. The performances of the observers for the detection of malignant nodules with and without CAD were compared using the jackknife free-response receiver operating characteristic analysis. RESULTS: Fifty-nine nodules were detected by the CAD system with a false positive rate of 1.9 nodules per case. The detection of malignant lung nodules significantly increased from 0.90 to 0.92 for a group of observers, excluding one first-year resident (p = 0.04). When lowering the confidence score was not allowed, the average figure of merit also increased from 0.90 to 0.91 (p = 0.04) for all observers after a CAD review. On average, the sensitivities with and without CAD were 87% and 84%, respectively; the false positive rates per case with and without CAD were 0.19 and 0.17, respectively. The number of additional malignancies detected following true positive CAD marks ranged from zero to seven for the various observers. CONCLUSION: The CAD system may help improve observer performance in detecting malignant lung nodules on chest radiographs and contribute to a decrease in missed lung cancer.

Um sistema de auxílio ao diagnóstico da escoliose baseado em realidade aumentada / An auxiliary system for scoliosis diagnostic based on augmented reality

Este trabalho propõe e descreve uma ferramenta, chamada de SADE (Sistema de Auxílio ao Diagnóstico da Escoliose), capaz de auxiliar o fisioterapeuta no diagnóstico do desvio lateral da coluna vertebral do paciente (escoliose), observando-a pela visão posterior. Um dos métodos de diagnóstico utilizados atualmente é realizado por meio de um painel, chamado simetrógrafo, posicionado verticalmente e paralelo ao corpo do paciente. Nesse método tradicional o fisioterapeuta não trabalha com boas referências, pois o painel possui linhas espaçadas. Isso obriga o fisioterapeuta a se posicionar a uma certa distância do paciente durante o exame, impossibilitando a interação com o mesmo. Já o SADE, que é baseado em Realidade Aumentada, disponibiliza uma melhor visualização, pois a coluna real é virtualizada e comparada a uma coluna ideal virtual, possibilitando maior mobilidade do fisioterapeuta e do paciente durante o diagnóstico, já que a coluna virtualizada é visível pelos monitores. A ferramenta disponibiliza também o armazenamento dos dados capturados em banco de dados, possibilitando assim uma análise histórica e visual do início do tratamento até o estado atual. Testes realizados dentro de um laboratório desenvolvido especificamente para o projeto, onde o SADE, o simetrógrafo e o método de palpação foram comparados, caracterizam a ferramenta proposta como promissora para auxiliar o profissional no diagnóstico da escoliose.

The paper proposes and describes a tool called SADE (Auxiliary System for Scoliosis Diagnose), which is able to assist the physio­therapist in diagnosing the deviation of the patient’s vertebral spine (scoliosis) observed by the posterior view. One of the current diagnose methods uses a panel called simetrograph, vertically positioned and parallel to the patient’s body. This method does not provide the physiotherapist with a good reference because the panel has spaced lines. Besides, the simetrograph compels the physio­therapist to stay away from the patient in every exam, making the interaction between patient and professional difficult. The SADE, which is based on Augmented Reality, allows a better visualization because of a virtualized spine and the virtual ideal spine, and gives better mobility to the patient and to the physiotherapist during the exam since the spine is visible through the monitors. The system also stores data in a database, allowing an historical analysis from the beginning of the treatment until the current stage. Tests done in a laboratory specifically prepared for the project, compared SADE, the simetrograph and the touch method, and the results have shown that SADE may be a promising tool to assist the physiotherapist in the diagnosis of scoliosis.

Support vector machines classification for discriminating coronary heart disease patients from non-coronary heart disease / Clasificación con la máquina de vector de apoyo para diferenciar la cardiopatía coronaria de la cardiopatía no coronaria en los pacientes

OBJECTIVE: The present contribution concentrates on the application of support vector machines (SVM) for coronary heart disease and non-coronary heart disease classification. METHODS: We conducted many experiments with support vector machine and different variables of low-density lipoprotein cholesterol (LDLC), high-density lipoprotein cholesterol (HDLC), total cholesterol (TC), triglycerides (TG), glucose and age (dataset 346 patients with completed diagnostic procedures). Linear and non-linear classifiers were compared: linear discriminant analysis (LDA) and SVM with a radial basis function (RBF) kernel as a non-linear technique. RESULTS: The prediction accuracy of training and test sets of SVM were 96.86% and 78.18% respectively, while the prediction accuracy of training and test sets of LDA were 90.57% and 72.73% respectively. The cross-validated prediction accuracy of SVM and LDA were 92.67% and 85.4%. CONCLUSION: Support vector machine can be used as a valid way for assisting diagnosis of coronary heart disease.

OBJETIVO: El presente trabajo trata de la utilización de las máquinas de vector de apoyo a la hora de clasificar cardiopatías coronarias y cardiopatías no coronarias. MÉTODOS: Llevamos a cabo numerosos experimentos con máquinas de vector de apoyo y diferentes variables de colesterol de lipoproteínas de baja densidad (CLBD), colesterol de lipoproteínas de alta densidad (CLAD), colesterol total (TC), triglicéridos (TG), glucosa y edad de nuestro conjunto de datos (346 pacientes con procedimientos de diagnóstico completos). Se compararon los clasificadores lineales y no lineales: el análisis lineal discriminante (ALD) y las máquinas de vector de apoyo (SVM) con un kernel de función de base radial (FBR) como técnica no lineal. RESULTADO: La exactitud de predicción del conjunto de pruebas y de entrenamientos de SVM fue 96.86% y 78.18% respectivamente, mientras que la exactitud de prediccin de los conjuntos de prueba y entrenamientos de ALD fue 90.57% y 72.73% respectivamente. La exactitud de predicción de SVM y ALD tras la validación cruzada fue 92.67% y 85.4%. CONCLUSIÓN: La máquina de vector de apoyo puede usarse como una forma válida de ayuda a la hora de realizar el diagnóstico de la cardiopatía coronaria.

Decision support system for the diagnosis of schizophrenia disorders

Clinical decision support systems are useful tools for assisting physicians to diagnose complex illnesses. Schizophrenia is a complex, heterogeneous and incapacitating mental disorder that should be detected as early as possible to avoid a most serious outcome. These artificial intelligence systems might be useful in the early detection of schizophrenia disorder. The objective of the present study was to describe the development of such a clinical decision support system for the diagnosis of schizophrenia spectrum disorders (SADDESQ). The development of this system is described in four stages: knowledge acquisition, knowledge organization, the development of a computer-assisted model, and the evaluation of the system's performance. The knowledge was extracted from an expert through open interviews. These interviews aimed to explore the expert's diagnostic decision-making process for the diagnosis of schizophrenia. A graph methodology was employed to identify the elements involved in the reasoning process. Knowledge was first organized and modeled by means of algorithms and then transferred to a computational model created by the covering approach. The performance assessment involved the comparison of the diagnoses of 38 clinical vignettes between an expert and the SADDESQ. The results showed a relatively low rate of misclassification (18-34%) and a good performance by SADDESQ in the diagnosis of schizophrenia, with an accuracy of 66-82%. The accuracy was higher when schizophreniform disorder was considered as the presence of schizophrenia disorder. Although these results are preliminary, the SADDESQ has exhibited a satisfactory performance, which needs to be further evaluated within a clinical setting.

Blood culture in India: a proposal for a national programme for early detection of sepsis.

Septicaemia is a major contributor of mortality. Blood culture is the essential investigation for the management of sepsis. Due to lack of resources blood culture is an irregularly used investigation in India. A three-tier level of development is being proposed to develop the blood culture based national programme for early detection of sepsis. The plan envisages the establishment of manual blood culture based elementary system in the health centre and district hospital level (Level 1), direct Gram stain and direct antibiotic sensitivity testing from the "positive" blood culture broths at the medical college hospital level (Level 2) and development of automated methods, enhancement of quality control and safety measures, clinical liaison and re-orientation of microbiology training at the tertiary care centre level (Level 3).

Avaliação dos critérios de liberação direta dos resultados de hemogramas através de contadores eletrônicos / Evaluation of the direct liberation criteria of hemogram results from electronic counters

Os aparelhos de automação em hematologia oferecem alta sensibilidade e precisão na realização do hemograma na rotina do laboratório de hematologia. Para avaliar os critérios de liberação dos hemogramas por interfaceamento direto entre os contadores eletrônicos e o setor de emissão dos laudos, foram examinadas 247 lâminas de hemogramas. Entre essas, 149 lâminas foram consideradas concordantes com os critérios de liberação por interfaceamento direto enquanto 98 foram consideradas não concordantes pelos contadores automatizados Sysmex SE 9500 e Cell Dyn 4000. Dentre os hemogramas concordantes, a microscopia sem acesso aos dados numéricos mostrou alteração em apenas uma lâmina, a qual era clinicamente irrelevante. Por outro lado, entre os 98 hemogramas não concordantes, 32 apresentavam alterações. Os dados encontrados comprovam a satisfatória sensibilidade dos sistemas de automação analisados. As lâminas dos hemogramas não concordantes foram reexaminadas, com o objetivo de avaliar os resultados eletrônicos. Esse fato permitiu a análise das causas das reprovações com sugestões para eventuais simplificações do sistema. O presente trabalho mostrou que os resultados emitidos pelos contadores automáticos analisados apresentam uma alta correlação com a avaliação microscópica. Conclui-se, portanto, que os resultados dos hemogramas liberados pelos aparelhos analisados são satisfatórios e estes aparelhos são confiáveis para a rotina no laboratório de hematologia.

Automated equipment used in the hematological laboratory forroutine hemograms offers high sensitivity and great accuracy. Inorder to evaluate the liberation criteria of hemograms by directinterfacing between the electronic counters and the emission ofresults, 247 hemogram slides were examined. Of these using theSysmex SE 9500 and Cell Dyn 4000 automated counters, 149slides were considered concordant with liberation criteria bydirect interfacing while 98 were considered non-concordant. Ofthe concordant hemograms, microscopy without access to thenumeric results showed alterations in only one slide, which wasconsidered clinically irrelevant. On the other hand, of the 98non-concordant hemograms, 32 showed alterations. The resultsdemonstrate the satisfactory sensitivity of the automatic systemsanalyzed. The slides with the non-concordant hemograms werere-examined, in order to evaluate the electronic results. Thus, itwas possible to analyze the causes of the non-concordance andgive suggestions for possible simplifications of the system. Thisstudy shows that the results emitted by the assessed automaticcounters presented a high level of correlation with the microscopycount. Therefore, it can be concluded that the results of thehemograms liberated by the devices are satisfactory and that thesedevices are reliable for the routine use within the hematologicallaboratory. Rev. bras. hematol. hemoter. 2004; 26(3):159-166.

Implementação do protocolo para a obtenção de parâmetros do feixe acústico de transdutores ultra-sônicos usados em medicina / Protocol implementation to obtain acoustic beam parameters of medical ultrasonic transducers

Este trabalho apresenta a implementação de um protocolo para a aquisição dos parâmetros do feixe acústico de transdutores ultra-sônicos usados em medicina, baseado em normas nacionais e internacionais. O software ATUS (Avaliação de Transdutores Ultrs-Sônicos) foi desenvolvido em MATLAB (Mathworks, Natick, MA) e se apresenta como uma ferramenta amigável para visualização dos perfis do feixe (paralelo e perpendicular à face do transdutor) e para a obtenção e cálculo dos parâmetros de interesse, como intensidade acústica e características geométricas do feixe (distância focal, comprimento focal e área focal). O protocolo é aplicável ao feixe de transdutores usados tanto em diagnóstico como em fisioterapia. A interpolação de mapeamentos 2D sub-amostrados é apresentada como uma metodologia alternativa ao mapeamento 1D em diversas direções paralelas à face do transdutor, proposto pela Norma ABNT - IEC 1689 (1998)

Detecção de agrupamentos de microcalcificações mamárias através de processamento de imagens mamográficas com detecção semi-automática de regiões de interesse / Breast clustered microcalcifications detection by mammographic image processing with regions of interest semi-automatic detection

A necessidade de detecção precoce do câncer de mama tem levado centros de pesquisa ao desenvolvimento de esquemas de diagnóstico auxiliado por computador, pois, se diagnosticado na fase inicial do desenvolvimento, esse tipo de câncer apresenta grandes chances de cura. Este trabalho apresenta um esquema computacional para diagnosticar um dos indícios da possível existência de um tumor: os agrupamento ("clusters") de microcalcificações mamárias. Foi desenvolvido um método de detecção semi-automática das regiões de interesse em mamogramas digitalizados. O sistema utiliza a técnica de transformação área-ponto e possibilita a identificação dos clusters através de dois métodos de processamento: mascaramento e crescimento de região,além de indicar a localização dos clusters detectados. Os testes indicaram um acerto de 94 por cento na identificação das aglomerações em um particular conjunto de mamogramas reais.

Possível interferência da hiperleucocitose no resultado da determinaçäo do hematócrito por aparelho de automaçäo / Possible interference of hiperleucocitosis in results of hematocrit determination from automated analyzers

O uso de aparelhos automatizados na elaboraçäo de hemograma tornou-se uma rotina, porém várias anormalidades hematológicas podem alterar a interpretaçäo do hematócrito, o que implica resultados equivocados. Este trabalho tem como objetivo avaliar o impacto da hiperleucocitose nos resultados oriundos de aparelhos que utilizam método de impedância. A pesquisa foi desenvolvida a partir do equipamento Cobas Argos 5-Diff (Roche) nos hemogramas do Instituto Nacional do Câncer (INCa-RJ). Foram avaliadas 153 amostras, sendo 108 com leucometria abaixo de 100.000 cel/mm elevado ao cubo e 45 acima deste valor. Para cada amostra, foram realizadas cinco leituras no aparelho e cinco micro-hematócritos. As amostras com valor abaixo de 100.000 cel/mm elevado ao cubo näo apresentaram diferença significativa entre as leituras, enquanto as amostras com valores superiores apresentaram diferenças relevantes entreos dois tipos de leitura. A análise estatística realizada permitiu concluir que o aparelho utilizado pode apresentar valores incorretos de hematócrito, no caso de leucometria acima de 100.000 cels/mm elevado ao cubo, sendo, nestes casos, necessária a realizaçäo do micro-hematócrito para confirmaçäo

A avaliaçäo nutricional infantil no software EPI INFO (versäo 6.0), considerando-se a abordagem coletiva e a individual, o grau e o tipo de desnutriçäo / Infantile nutritional evaluation with the software EPI INFO (version 6.0), talking into consideration collective and individual approaches, degree and type of malnutrition

Objetivo: É proposta uma sistematizaçäo para a avaliaçäo antropométrica em crianças utilizando-se o software Epi Info, versäo 6.0, considerando-se a abordagem coletiva e a individual, o grau e o tipo de desnutriçäo. Métodos: O software Epi Info, patrocinado pela Organizaçäo Mundial da Saúde, permite uma avaliaçäo nutricional infantil a partir de três índices antropométricos: peso/idade, altura/idade e peso/altura. Para a quantificaçäo da medida obsrevada em cada indivíduo é usado preferencialmente o escore Z, já que discrimina melhor os casos extremos. É empregada como refência a curva norte-americana do NCHS. Vários pontos de cortes entre a eutrofia e a desnutriçäo podem ser utilizados, porém, o escore Z em -2 é o mais utilizado...

Análise comparativa da estimativa da idade óssea pelo índice de Eklöf & Ringertz com a idade cronológica pelos métodos manual e computadorizados / Comparative analysis between the index proposed by Eklöf & Ringertz for estimating the skeletal age and chronological age by manual and computerized methods

O presente estudo teve como objetivo verificar se o índice proposta por Eklöf & Ringertz para a estimativa da idade óssea, utilizando radiografias de mäo e punho, poderia ser executado utilizando os recursos da informática. Para isto foi desenvolvido um software para o cálculo da idade óssea. A idade óssea foi calculada por três métodos diferentes. Um método manual onde as medidas dos ossos e os cálculos eram feitos manualmente. Um misto, denominado por nós de "computador" onde as medidas eram feitas manualmente e os cálculos pelo computador e um terceiro método, denominado "mesa" onde as medidas dos centros de ossificaçäo e os cálculos eram feitos apenas pelo computador. A amostra estudada era composta de 190 indivíduos pré-escolares e escolares brasileiros, residentes na cidade de Bauru, Säo Paulo, dos sexos masculino e feminino, divididos em 19 faixas etárias de acordo com a idade cronológica. Os resultados obtidos permitiram-nos concluir assim que houve uma alta correlaçäo, tanto para o sexo masculino (0,93) como para o feminino (0,94) entre a idade cronológica e a idade óssea obtida. Para cada método e para cada sexo foram estabelecidos fatores de correçäo, por meio da equaçäo da reta de regressäo, que devem ser usados a fim de que se possa torná-los aplicáveis à populaçäo estudada. Pôde-se também observar uma correlaçäo alta (0,99) entre as três maneiras diferentes que foram obtidas as idades ósseas, mostrando que qualquer um dos métodos pode ser usado. Finalmente foi possível verificar a aplicabilidade do software desenvolvido mostrando ser altamente confiável seu uso

Development of software for computer-assisted interpretation of pulmonary function tests.

This paper describes the need for the development of software for computer interpretation of Pulmonary Function Tests based on equations derived from Indian populations, and the development strategies adopted. The decision flowcharts are given. The present limitations and areas of ongoing refinement of the program are discussed.