Web-based application for medical imaging management

par Christian Mata Miquel

Thèse de doctorat en Instrumentation et informatique de l'image

Sous la direction de Alain Lalande et de Joan Martí.

Le président du jury était Joaquim Salvi.

Les rapporteurs étaient Domenec Puig, Olivier Rouviere.

  • Titre traduit

    Application basée sur le Web pour la gestion de l'imagerie médicale


  • Résumé

    L’utilisation de la technologie numérique dans le domaine médical a conduit à lanécessité de développer de nouvelles applications pour la gestion d’un grand nombrede données [127]. Dans ce cadre, les bases de données numériques, les protocolesde stockage, et la transmission et la sécurité dans les canaux de communicationsŠaméliorent chaque jour pour aider les experts dans la lecture, l’analyse et la gestiondes examens médicaux, sur site ou à distance. L’intégration des applicationsweb appliquées à la pratique médicale s’est accrue notablement grâce aux avancéestechnologiques dédiées à l’analyse et au traitement des images numérisées [128, 108].Cependant, l’un des problèmes majeurs dans le contexte actuel est l’échange et lestockage des grandes quantités d’informations qui sont régulièrement générées dansles hôpitaux ou dans les centres médicaux [201]. Ces problématiques demandentdonc un changement de paradigme dans le domaine de la télémédecine ainsi quede nouvelles applications pour faciliter la prévention, les diagnostics et le traitementdes patients. De plus, ces nouvelles approches permettront la formation desmédecins ainsi qu’un changement important dans les méthodes de gestion des basesde données médicales.Il y a plusieurs avantages dans lŠutilisation des applications web dans ce contexte[199]. La plus évidente est l’accès simplifié aux données par des utilisateurs,qui peuvent y accéder depuis n’importe quel ordinateur dans le monde, ainsi qu’ungain de temps considérable, sans compter le gain en efficacité dans la gestion del’information. De plus, ces outils fournissent des moyens pour le téléchargement desannotations médicales sur les examens, tout en assurant les plus hauts niveaux desécurité [101]. Dans tous les domaines, mais surtout dans les applications médicales,la sécurité est d’une importante capitale, notamment pour la protection des donnéesdes patients. Plusieurs méthodes pour garder la confidentialité des données existentet peuvent être mises en oeuvre.Dans le cadre de cette thèse, premièrement, nous avons réalisé une étude bibliographiqueexhaustive des principales publications récentes dans le contexte desapplications web dans le domaine médicale. Cette étude analyse les avantages etles inconvénients des travaux préexistants dans le champ de l’imagerie médicale. Ensuite, la contribution principale de notre travail a consisté dans l’implémentationd’un outil web avec comme finalité l’utilisation de ces outils dans différentes disciplinesmédicales. L’objectif principal est de faciliter le diagnostic en fournissantun ensemble d’outils pour faciliter le traitement des images, pour améliorer leurvisualisation ainsi que des moyens pour la mise en oeuvre d’annotation des régionssuspects. Les utilisateurs pourront se connecter et avoir accès à l’information depuisn’importe quel endroit dans le monde. Chaque annotation permet l’inclusion desspécificités considérées comme essentielles par les experts pour l’édition d’un diagnosticfinal. L’ensemble des annotations sont stockées dans une base de donnéescomme des fichiers eXtensible Markup Language (XML) associés aux images originales.De plus, l’accès aux traitements précédents est disponible avec la possibilitéde charger des annotations utilisant des outils de recherche. Ainsi, des travauxcollaboratifs sont possibles en considérant plusieurs avis de plusieurs experts, potentiellementde sites différents. Notre système est dédié à l’imagerie médicale, etdonc gère le format d’image correspondant (format Digital Imaging and Communicationsin Medicine (DICOM)). Enfin, notre système intègre un haut niveau desécurité et de protection de l’information.Les cancers de la prostate et du sein sont parmi les plus communs chez l’adulte.L’imagerie médicale joue un rôle important dans la détection et l’évaluation de cescancers. (...)


  • Résumé

    The rapid growth of digital technology in medical fields during the last few years hasincreased the need for applications able to manage patient medical records, imagingtests, and chart information [127]. Technologies related with digital databasearchitectures, storage and transmission protocols, management of large volumes ofdata, and security are being improved every day, allowing the possibility of reading,analyzing, and even diagnosing a case far from the medical center where theinformation was acquired.Furthermore, the inclusion of web-based applications applied to the medicalimaging field has growing demand over the last few years in the medical community[101, 199]. The study of how applications can store and exchange this hugeamount of information is becoming a new paradigm to solve present day limitationsto managing medical data. Indexing tools based on the standard protocolsallows a fast retrieval of the information and securities issues. Web-based applicationsin computational medicine have become increasingly important over the lastfew years [128, 108]. It supposed a new paradigm in the telemedicine and e-Healthareas in order to assist and enhance the prevention, diagnosis and treatment ofailments [201]. Furthermore, the training of radiologists and the management ofmedical databases are also becoming increasingly important issues in the field.In this domain, firstly, this thesis analyzes the main advantages and drawbacksof the reviewed work in web-based applications applied to the medical imaging field.Then, a web-based medical application including a system architecture based ondigital imaging is presented. One of the main purposes of this PhD thesis is tooffer an easy accessibility to web-based applications for users using a new systemarchitecture. They can connect from any part of the world, providing this to be atime-saving and efficient mechanism to find information. In fact, this informationcan be saved directly in computers without the tiring task of searching in libraries oralternative databases. However, the access of the previous process is also availablewith the possibility of downloading medical annotations using query forms. Thencollaborative work is possible by considering several opinions from different experts.Our system, being dedicated to medical imaging, manages the corresponding specific Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) format. Finally, ourweb-based application also provides a high level security system.Prostate and breast cancer are the most common cause of cancers in men andwomen, respectively. Medical imaging plays an important role in breast and prostatecancer detection and evaluation. Then to prove that our web-based medical applicationcould be applied in different medical disciplines, the main part of this thesisis the implementation of two frameworks as a Java applet interface designed as aweb-based tool in the domains of mammography from X-rays in radiology, and ofprostate imaging from an Magnetic Resonance Imaging (MRI). This aims to facilitatethe diagnosis of new mammographic and prostate cases by providing a set ofimage processing tools that allow a better visualization of the images, and a set ofdrawing tools used to annotate the suspicious regions (overlays). Each annotationallows including the attributes considered by the experts when issuing the final diagnosis.The overall set of overlays is stored in a database as eXtensible MarkupLanguage (XML) files associated with the original images. Finally, an exhaustiveevaluation of the results is also discussed in this thesis. For the application onmammography, the experimental study is performed in order to evaluate the scalability,complexity and response speed at the proposed tool. For the application onMRI of prostate cancer, the evaluation focused on the decrease of the variabilityof the expert assessments when collaborative work is performed. (...)


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