Development of a convolutional neural network for diagnosing osteoarthritis, trained with knee radiographs from the ELSA-Brasil Musculoskeletal / Desenvolvimento de rede neural convolucional para o diagnóstico radiográfico de osteoartrite dos joelhos no ELSA-Brasil Musculoesquelético

Abstract Objective: To develop a convolutional neural network (CNN) model, trained with the Brazilian "Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto Musculoesquelético" (ELSA-Brasil MSK, Longitudinal Study of Adult Health, Musculoskeletal) baseline radiographic examinations, for the automated classification of knee osteoarthritis. Materials and Methods: This was a cross-sectional study carried out with 5,660 baseline posteroanterior knee radiographs from the ELSA-Brasil MSK database (5,660 baseline posteroanterior knee radiographs). The examinations were interpreted by a radiologist with specific training, and the calibration was as established previously. Results: The CNN presented an area under the receiver operating characteristic curve of 0.866 (95% CI: 0.842-0.882). The model can be optimized to achieve, not simultaneously, maximum values of 0.907 for accuracy, 0.938 for sensitivity, and 0.994 for specificity. Conclusion: The proposed CNN can be used as a screening tool, reducing the total number of examinations evaluated by the radiologists of the study, and as a double-reading tool, contributing to the reduction of possible interpretation errors.

Resumo Objetivo: Desenvolver um modelo computacional - rede neural convolucional (RNC) - treinado com radiografias da linha de base do Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto Musculoesquelético (ELSA-Brasil Musculoesquelético), para a classificação automática de osteoartrite dos joelhos. Materiais e Métodos: Trata-se de um estudo transversal abrangendo todos os exames da linha de base do ELSA-Brasil Musculoesquelético (5.660 radiografias dos joelhos em incidência posteroanterior). Os exames foram interpretados por médico radiologista com treinamento específico e calibração previamente publicada. Resultados: A RNC desenvolvida apresentou área sob a curva característica de operação do receptor de 0,866 (IC 95%: 0,842-0,882). O modelo pode ser calibrado para alcançar, não simultaneamente, valores máximos de 0,907 para acurácia, 0,938 para sensibilidade e 0,994 para especificidade. Conclusão: A RNC desenvolvida pode ser utilizada como ferramenta de triagem, reduzindo o número total de exames avaliados pelos radiologistas do estudo, e/ou como ferramenta de segunda leitura, contribuindo com a redução de possíveis erros de interpretação.

Misconceptions in the health technology industry that are delaying the translation of artificial intelligence technology into relevant clinical applications / Conceitos enviesados na indústria de tecnologia da saúde que retardam a tradução da inteligência artificial em ferramentas clínicas relevantes

Abstract There is great optimism that artificial intelligence (AI), as it disrupts the medical world, will provide considerable improvements in all areas of health care, from diagnosis to treatment. In addition, there is considerable evidence that AI algorithms have surpassed human performance in various tasks, such as analyzing medical images, as well as correlating symptoms and biomarkers with the diagnosis and prognosis of diseases. However, the mismatch between the performance of AI-based software and its clinical usefulness is still a major obstacle to its widespread acceptance and use by the medical community. In this article, three fundamental concepts observed in the health technology industry are highlighted as possible causative factors for this gap and might serve as a starting point for further evaluation of the structure of AI companies and of the status quo.

Resumo Há uma grande expectativa de que a inteligência artificial (IA), ao transformar a medicina, determine melhoras relevantes em todas as áreas da assistência médica, desde o diagnóstico até o tratamento. Simultaneamente, há evidências de que algoritmos baseados em IA já ultrapassaram o desempenho do ser humano em diversas atividades, como, por exemplo, na análise de imagens médicas ou na associação entre sintomas e biomarcadores com o diagnóstico e prognóstico de doenças. No entanto, a defasagem entre o potencial de desempenho das ferramentas ou aplicativos médicos que utilizam IA e sua relevância clínica prejudica bastante a utilização em larga escala desses programas de computadores. Neste artigo, três conceitos básicos da indústria de tecnologia da saúde são sugeridos como possíveis fatores causais para essa dissincronia entre desempenho e utilidade. Tal discussão pode servir como ponto de partida para uma avaliação mais profunda sobre a estrutura e status quo da indústria médica tecnológica atual.

Proposal for computer-aided diagnosis based on ultrasound images of the kidney: is it possible to compare shades of gray among such images? / Proposição de um diagnóstico auxiliado por computador de imagem renal ultrassonográfica: é possível comparar tons de cinza das imagens ultrassonográficas renais?

Abstract Objective: To compare ultrasound images of the kidney obtained, randomly or in a controlled manner (standardizing the physical aspects of the ultrasound system), by various professionals and with different devices. Materials and Methods: We evaluated a total of 919 images of kidneys, obtained by five professionals using two types of ultrasound systems, in 24 patients. The images were categorized into four types, by how they were acquired and processed. We compared the gray-scale median and different gray-scale ranges representative of virtual histological tissues. Results: There were statistically significant differences among the five professionals, regardless of the type of ultrasound system employed, in terms of the gray-scale medians for the images obtained (p < 2.2e-16). Analyzing the four categories of images-a totally random image (without any standardization); a standardized image (with fixed values for gain, time gain control, and dynamic range); a normalized version of the random image; and a normalized version of the standardized image-we determined that the random image, even after normalization, differed quite significantly among the professionals (p = 0.006098). The analysis of the normalized version of the standardized image did not differ significantly among the professionals (p = 0.7319). Conclusion: Our findings indicate that a gray-scale analysis of ultrasound images of the kidney performs better when the image acquisition process is standardized and the images undergo a process of normalization.

Resumo Objetivo: Comparar imagens renais ultrassonográficas obtidas de maneira aleatória e controlada (padronizando fatores físicos do aparelho de ultrassom) por diferentes profissionais e aparelhos. Materiais e Métodos: Foram obtidos quatro tipos de imagens, de acordo com sua aquisição e processamento por cinco profissionais e dois tipos de aparelhos de ultrassonografia, em 24 pacientes, totalizando 919 imagens. Comparamos a mediana de escala de cinza e diferentes intervalos de tons de cinza representantes de tecidos histológicos virtuais. Resultados: As medianas de escala de cinza de imagens renais obtidas por dois tipos de aparelhos foram estatisticamente diferentes (p < 2.2e-16). Analisando os quatro tipos de imagens, partindo de uma totalmente aleatória (sem qualquer padronização), uma padronizada (fixado o ganho, time gain control e dynamic range), e essas duas passando por um processo de normatização, obteve-se que a imagem aleatória é totalmente diversa entre os profissionais (p = 0,006098), mesmo passando pelo processo de normatização. A imagem padronizada, após passar pelo processo de normatização, apresentou resultados equivalentes, não possuindo diferença estatística (p = 0,7319). Conclusão: Constatou-se que na análise de tons de cinza deve-se usar um mesmo tipo de máquina e uma imagem em que sejam padronizados aspectos físicos, passando por um processo de normatização/padronização.

Breast elastography: diagnostic performance of computer-aided diagnosis software and interobserver agreement / Elastografia mamária: desempenho diagnóstico de um software de sistema de diagnóstico assistido por computador e concordância interobservador

Abstract Objective: To determine the best cutoff value for classifying breast masses by ultrasound elastography, using dedicated software for strain elastography, and to determine the level of interobserver agreement. Materials and Methods: We enrolled 83 patients with 83 breast masses identified on ultrasound and referred for biopsy. After B-mode ultrasound examination, the lesions were manually segmented by three radiologists with varying degrees of experience in breast imaging, designated reader 1 (R1, with 15 years), reader 2 (R2, with 2 years), and reader 3 (R3, with 8 years). Elastography was performed automatically on the best image with computer-aided diagnosis (CAD) software. Cutoff values of 70%, 75%, 80%, and 90% of hard areas were applied for determining the performance of the CAD software. The best cutoff value for the most experienced radiologists was then compared with the visual assessment. Interobserver agreement for the best cutoff value was determined, as were the interclass correlation coefficient and concordance among the radiologists for the areas segmented. Results: The best cutoff value of the proportion of hard area within a breast mass, for experienced radiologists, was found to be 75%. At a cutoff value of 75%, the interobserver agreement was excellent between R1 and R2, as well as between R1 and R3, and good between R2 and R3. The interclass concordance coefficient among the three radiologists was 0.950. When assessing the segmented areas by size, we found that the level of agreement was higher among the more experienced radiologists. Conclusion: The best cutoff value for a quantitative CAD system to classify breast masses was 75%.

Resumo Objetivo: Determinar o melhor valor de corte para classificar os nódulos mamários pela elastografia por ultrassom, usando um software dedicado para elastografia por deformação, e determinar o nível de concordância interobservadores. Materiais e Métodos: Foram incluídos no estudo 83 pacientes com 83 massas mamárias identificadas no ultrassom e encaminhados para biópsia. Após o exame ultrassonográfico no modo B, as lesões foram manualmente segmentadas por três radiologistas com diferentes graus de experiência em imagem da mama: leitor 1 (R1, com 15 anos de experiência), leitor 2 (R2, com 2 anos de experiência) e leitor 3 (R3, com 8 anos de experiência). A classificação pela elastografia foi realizada automaticamente com base na melhor imagem com o software diagnóstico auxiliado por computador (DAC). Valores de corte de 70%, 75%, 80% e 90% das áreas duras foram aplicados para determinar o desempenho do software DAC. O melhor valor de corte para os radiologistas foi comparado com a avaliação visual. A concordância interobservadores para o melhor valor de corte foi determinada, assim como o coeficiente de correlação interclasses e a concordância entre os radiologistas para as áreas segmentadas. Resultados: O melhor valor de corte da proporção de área dura dentro de um nódulo mamário foi de 75% para os radiologistas mais experientes. Com um valor de corte de 75%, a concordância interobservadores foi excelente entre R1 e R2 e entre R1 e R3, e boa entre R2 e R3. O coeficiente de concordância interclasses entre os três radiologistas foi de 0,950. Ao avaliar as áreas segmentadas por tamanho, constatamos que o nível de concordância foi maior entre os radiologistas mais experientes. Conclusão: O melhor valor de corte para um sistema quantitativo de DAC para classificar as massas mamárias foi de 75%.

¿Cómo y por qué migrar hacia el informe radiológico estructurado contextualizado? / How and Why to Migrate to Radiology Structured and Contextualized Report?

Los informes estructurados contextualizados cumplen tres características fundamentales: tienen una estructura uniforme que responde una pregunta clínica, son el producto de listas de chequeo estandarizadas o de árboles de conocimiento previamente concertados con equipos clínicos multidisciplinarios y se construyen a partir de cuadros de selección de atributos incorporados en los sistemas de informe electrónicos, adicionalmente, el atributo contextualizado hace referencia a la capacidad del informe de responder las preguntas clínicas de la situación actual del paciente, otorgando información relevante de forma concisa y clara a los médicos tratantes. Dentro de las principales ventajas de migrar hacia el informe estructurado se encuentran la uniformidad y la alta calidad del informe, el aumento en la concordancia intra e interobservador, así como la reducción de las tasas de error diagnóstico y una mejora significativa en la comunicación con los médicos tratantes. Se presenta una revisión temática que abarca las características esenciales del informe estructurado contextualizado, los argumentos a favor y en contra de este, los pasos recomendados para su implementación y las oportunidades de mejora hacia el futuro.

Structured reporting in radiology fulfill three fundamental characteristics: they have a uniform structure that answers a clinical question, they are the product of standardized checklists or of knowledge trees previously arranged with multidisciplinary clinical teams, and they are incorporated in option-selection boxes available in electronic reporting systems. Among the main advantages of migrating towards structured reporting are the uniformity and high quality of the report, the increase in intra and interobserver concordance, as well as the reduction of the diagnostic error rates and a significant improvement in communication with the clinical practitioner. This thematic review covers the essential characteristics of the structured report, the arguments for and against it, the recommended steps for its implementation, and the future opportunities for improvement.

Tumor de estroma gastrointestinal de intestino delgado. Presentación de un caso y revisión de la literatura / Gastrointestinal stromal tumor of the small intestine. Case report and bibliography review

El tumor del estroma gastrointestinal es una enfermedad infrecuente originada a partir de las células nerviosas del tubo digestivo encargadas de activar las contracciones que propulsan el contenido alimentario desde la boca hacia el ano. Representa menos del 3 % de los tumores digestivos, el 25 % de ellos aparece en el intestino delgado. El síntoma más frecuente es el dolor o las molestias abdominales. La ecografía y la tomografía axial computarizada con contraste son los medios utilizados para el diagnóstico en la mayoría de los casos. Suele diagnosticarse en pacientes mayores de 50 años. El tratamiento de elección es la cirugía y ello dependerá de la evolución clínica del tumor. Por ser poco frecuente se presenta el caso de un paciente de 41 años de edad, de procedencia rural, con antecedentes de salud aparente, operado de un tumor estromal de intestino delgado. Las pruebas de inmunohistoquímicas confirmaron el diagnóstico.

Gastrointestinal stromal tumor is an infrequent disease originated from the digestive tract nerve cells responsible for activating the contractions that propel alimentary content from the mouth to the anus. It represents less than 3% of digestive tumors, 25% of them appear in the small intestine. The most frequent symptom is pain or abdominal discomfort. Ultrasound and computed tomography with contrast are the most means used for diagnosis. It is usually diagnosed in patients older than 50 years. The treatment of choice is surgery and this will depend on the tumor clinical evolution. Because it is rare, it is presented a case of a 41-year-old patient of rural origin, with a history of apparent health, operated on for a stromal tumor of the small intestine. Immunohistochemical tests confirmed the diagnosis.

Confiabilidade da análise de Bolton e da discrepância de modelos realizadas em modelos digitais / Reliability of Bolton analysis and discrepancy of models performed in emodels

Modelos de estudo propiciam uma avaliação tridimensional dos arcos dentários superior e inferior, bem como da relação oclusal, sendo fundamentais ao diagnóstico e plano de tratamento de pacientes. Com o avanço da tecnologia e devido algumas desvantagens encontradas nos modelos tradicionais, a Ortodontia passou a empregar modelos digitais em que as análises antes realizadas com paquímetros são agora obtidas através de softwares. O presente estudo teve como objetivo avaliar a confiabilidade da análise de Bolton e da discrepância de modelos realizadas em modelos digitais. Quinze pares de modelos de gesso de pacientes foram selecionados e mesurados através de um paquímetro digital (Kingtools, São Paulo, Brasil, 150 mm, precisão 0,01 mm/.0005'). Posteriormente, os modelos foram escaneados pelo scanner Go Digital (Open Technologies, Itália). Para os respectivos modelos digitais obtidos, o software Maslab (Istituto di Scienza e Tecnologie de'll Informazione, Pisa, Itália) foi utilizado para medição. Todas as medidas e análises foram realizadas por um único examinador. Conduziu-se a análise estatística pelo software Graph Pad Prism 5.2 (GraphPad Software, Inc. Califórnia), e aplicou-se o teste de Mann Whitney, com intervalo de confiança de 95% e significância estabelecida em p<0,05.(AU)

Dental models provide a three-dimensional view of the upper and lower arches and the occlusal relationship, they are essential tools for the diagnosis and patient treatment plan. Due to technology advancement and some disadvantages found in traditional models, orthodontics started to use digital models (emodels) in which the analysis previously performed with calipers are now obtained through softwares. This study aimed to evaluate the reliability of Bolton analysis and the discrepancy of models performed in digital models. Fifteen pairs of patients plaster models were selected and measured with a digital caliper (Kingtools, São Paulo, Brazil, 150 mm, precision of 0,01 mm/.0005). The models were then scanned by Go Digital Scanner (Open Technologies, Italy). For the respective digital models obtained, Maslab software (Istituto di Scienza e Tecnologie de'll Informazione, Pisa, Italy) was used for measuring. All measurements and analyses were performed by a single examiner. The statistical analysis was conducted through the software Graph Pad Prism 5.2 (GraphPad Software, Inc. California) and the Mann-Whitney test was applied, with confidence interval of 95% and significance level of p<0,05. (AU)

A systematic review on content-based medical video retrieval

OBJETIVO: Identificar o estado da arte com relação à aplicação de recuperação de vídeos baseada em conteúdo no contexto de vídeos médicos. Nossa contribuição é fornecer uma visão geral sobre estudos anteriores, bem como vantagens e desafios a serem explorados no tema por pesquisadores da área de aplicações de informática em saúde. MÉTODOS: Nós conduzimos uma revisão sistemática nas principais bases de trabalhos científicos das áreas da computação e medicina. Depois de definir um protocolo, nós conduzimos uma busca por artigos e tecemos uma discussão crítica sobre os estudos encontrados. RESULTADOS: Os resultados mostraram que a aplicação do conceito de recuperação de vídeos baseada em conteúdo na área médica é recente e ainda pouco explorada. CONCLUSÕES: Nos trabalhos analisados, as aplicações de interesse consistem na identificação e descrição de estruturas representadas nos vídeos para posterior indexação e recuperação. Os objetivos mais comuns verificados são auxílio ao diagnóstico, análise de procedimentos e tomada de decisão.

OBJECTIVE: Identify the state of the art about the application of content-based video retrieval in the context ofmedical videos. Our contribution is to provide an overview of previous studies as well as advantages and challenges tobe explored on this subject to the researchers interested in the applied health informatics field. METHODS: We conducta systematic review in the main scientific databases of the computing and medical fields. After defining a protocol, we conducted a search and, then, a critical discussion about the studies. RESULTS: The results showed that the application of the concept of content-based video retrieval in the medical field is recent and has been little explored. CONCLUSIONS: Applications of interest in the analyzed works consist in the identification and description of structures depicted in thevideos for later indexing and retrieval. The most common goals are to aid diagnosis, procedures analysis, and decision making.

Reliability of Bolton analysis evaluation in tridimensional virtual models

Objective: The present study aimed at evaluating the reliability of Bolton analysis in tridimensional virtual models, comparing it with the manual method carried out with dental casts.Methods:The present investigation was performed using 56 pairs of dental casts produced from the dental arches of patients in perfect conditions and randomly selected from Universidade Federal da Bahia, School of Dentistry, Orthodontics Postgraduate Program. Manual measurements were obtained with the aid of a digital Cen-Tech 4"(r) caliper (Harpor Freight Tools, Calabasas, CA, USA). Subsequently, samples were digitized on 3Shape(r)R-700T scanner (Copenhagen, Denmark) and digital measures were obtained by Ortho Analyzer software.Results:Data were subject to statistical analysis and results revealed that there were no statistically significant differences between measurements with p-values equal to p = 0.173 and p= 0.239 for total and anterior proportions, respectively.Conclusion:Based on these findings, it is possible to deduce that Bolton analysis performed on tridimensional virtual models is as reliable as measurements obtained from dental casts with satisfactory agreement.

Objetivo: o presente estudo teve como objetivo avaliar a confiabilidade da análise de Bolton em modelos virtuais tridimensionais, comparando-a com a realizada em modelos de gesso.Métodos:foram utilizados 56 pares de modelos de gesso das arcadas dentárias de pacientes oriundos do Curso de Especialização em Ortodontia da Faculdade de Odontologia da Universidade Federal da Bahia, escolhidos aleatoriamente e em perfeito estado. Medidas manuais foram obtidas utilizando-se o paquímetro digital Cen-Tech(r) 4" (Harpor Freight Tools, Calabasas, CA, EUA). Em seguida, os mesmos foram digitalizados pelo scanner R-700TM(3Shape(r), Copenhagen, Dinamarca) e, por meio do programa Ortho AnalyzerTM, da mesma marca, foram obtidas as medidas digitais.Resultados:os dados foram submetidos a testes estatísticos e os resultados demonstraram que não houve diferença estatisticamente significativa nos dois tipos de medições com valores de p = 0,173 e p = 0,239, respectivamente, para as proporções total e anterior.Conclusão:com base nesses achados, pode-se inferir que a análise de Bolton realizada em modelos virtuais tridimensionais é tão confiável quanto a obtida em modelos de gesso, apresentando uma concordância satisfatória.

Tooth-size discrepancy: A comparison between manual and digital methods

INTRODUCTION: Technological advances in Dentistry have emerged primarily in the area of diagnostic tools. One example is the 3D scanner, which can transform plaster models into three-dimensional digital models. OBJECTIVE: This study aimed to assess the reliability of tooth size-arch length discrepancy analysis measurements performed on three-dimensional digital models, and compare these measurements with those obtained from plaster models. MATERIAL AND METHODS: To this end, plaster models of lower dental arches and their corresponding three-dimensional digital models acquired with a 3Shape R700T scanner were used. All of them had lower permanent dentition. Four different tooth size-arch length discrepancy calculations were performed on each model, two of which by manual methods using calipers and brass wire, and two by digital methods using linear measurements and parabolas. RESULTS: Data were statistically assessed using Friedman test and no statistically significant differences were found between the two methods (P > 0.05), except for values found by the linear digital method which revealed a slight, non-significant statistical difference. CONCLUSIONS: Based on the results, it is reasonable to assert that any of these resources used by orthodontists to clinically assess tooth size-arch length discrepancy can be considered reliable. .

INTRODUÇÃO: na Odontologia, os avanços tecnológicos vêm se manifestando, principalmente, em instrumentos de diagnóstico, como o desenvolvimento dos scanners 3D, capazes de transformar modelos de gesso em modelos digitais tridimensionais. OBJETIVO: o objetivo da presente pesquisa foi avaliar a confiabilidade da análise da Discrepância de Modelo realizada em modelos digitais tridimensionais, comparando-a com a obtida em modelos de gesso. MÉTODOS: utilizou-se modelos de gesso das arcadas dentárias inferiores e seus correspondentes modelos digitais tridimensionais, adquiridos por meio do scanner 3Shape R700T. Foram realizados quatro diferentes cálculos da Discrepância de Modelo para cada modelo selecionado, dois desses por meio de métodos manuais, utilizando paquímetro e fio de latão, e dois por meio de métodos digitais, utilizando medições lineares e por meio da confecção de uma parábola. RESULTADOS: os dados obtidos foram avaliados estatisticamente por meio do teste de Friedman, e observou-se não haver diferença estatisticamente significativa entre os métodos utilizados (p > 0,05), exceto os valores obtidos pelo método digital linear, onde observou-se uma pequena diferença estatística, porém, não são valores considerados clinicamente significativos. CONCLUSÃO: com base nos resultados, é possível afirmar que, quaisquer desses recursos que o ortodontista venha a utilizar em sua vida clínica para obtenção da Discrepância de Modelo, esses são considerados métodos confiáveis. .