This dissertation focuses on developing imaging informatics algorithms for clinical decision support systems (CDSSs) based on histopathological whole-slide images (WSIs). Currently, histopathological analysis is a common clinical procedure for diagnosing cancer presence, type, and progression. While diagnosing patients using biopsy slides, pathologists manually assess nuclear morphology. However, making decisions manually from a slide with millions of nuclei can be time-consuming and subjective. Researchers have proposed CDSSs that help in decision making but they have limited reproducibility. The development of robust CDSSs for WSIs faces several informatics challenges: (1) Lack of robust segmentation methods for histopathological images, (2) Semantic gap between quantitative information and pathologist’s knowledge, (3) Lack of batch-invariant imaging informatics methods, (4) Lack of knowledge models for capturing informative patterns in large WSIs, and (5) Lack of guidelines for optimizing and validating diagnostic models. I conducted advanced imaging informatics research to overcome these challenges and developed novel methods to extract information from WSIs, to model knowledge embedded in large histopathological datasets, such as The Cancer Genome Atlas (TCGA), and to assist decision making with biological and clinical validation. I validated my methods for two applications: (1) diagnosis of histopathology-based endpoints such as subtype and grade and (2) prediction of clinical endpoints such as metastasis, stage, lymphnode spread, and survival. The statistically emergent feature subsets in the diagnostic models for histopathology-based endpoints were concordant with pathologists’ knowledge.

Na primeira parte do estudo camundongos Swiss foram imunizados por diferentes vias de imunização com OMVs de Neissera meningitidis com DDA-BF ou HA como adjuvantes . Os adjuvantes e diferentes vias foram comparados quanto às respostas imunes por meio de ELISA ,Immunoblot ,HTT e análise histopatológica. Os animais imunizados apenas com adjuvantes não produziram títulos de anticorpos. Após única dose e decorridos 15 dias, a imunização com HA e antígeno apresentou títulos de IgG mais altos em relação ao DDA-BF nas vias subcutânea, intraperitoneal e intramuscular. Após 2 doses e 66 dias, todas as vias exibiram títulos de IgG, sendo as que receberam o HA com OMVs produziram títulos discretamente mais altos e ainda altos índices de avidez. O perfil da resposta imune quanto ao padrão Th1/Th2 foi avaliado. Ambos adjuvantes promoveram a produção de IgG2a, as respostas variaram de acordo com as vias de imunização utilizada. Enquanto as vias subcutânea e intramuscular induziram títulos semelhantes de IgG2a para ambos adjuvantes, a via intraperitoneal com DDA teve título mais alto. A produção de IgG1 foi modulada apenas por HA, sendo mais robusta na via subcutânea, seguida pela intramuscular com valores muito próximos aos da intraperitoneal. Camundongos isogênicos Balb/c H2d e C57Bl/6J H2b foram imunizados pela via subcutânea. Foram avaliadas as produções de anticorpos do tipo IgG, IgG1 e IgG2a, bem como o índice de avidez de IgG. De modo geral, os grupos de OMVs HA induziram maior produção de anticorpos que OMVs DDA ou apenas OMVs, enquanto os controles HA, DDA e salina não apresentaram níveis de anticorpos. Pelas técnicas utilizadas no estudo não observamos uma diferença significante entre os dois adjuvantes utilizados independente da via e da linhagem de camundongos utilizados. / In the first part of the study Swiss mice were immunized by different routes of immunization with OMVs of Neisseria meningitidis with DDA-BF or HA as adjuvants. Adjuvants and different routes were compared regarding immune responses through ELISA, Immunoblot, HTT and histopathological analysis. Animals immunized with only adjuvants did not produce evidence of antibodies. After single dose and 15 days, of immunization with HA presented antigen specific IgG higher in relation to the DDa-BF in the subcutaneous, intraperitoneal and intramuscular immunization . After 2 doses and 66 days, all exhibited IgG, and the bonds that received the HA with OMVs produced titles discreetly higher and still high levels of antibodies. The profile of the immune response to Th1/Th2 pattern has been evaluated. Both adjuvants promoted the production of IgG2a, the responses varied according to the immunization routes used. While the subcutaneous and intramuscular routes induced similar titles of IgG2a to both adjuvant intraperitoneal route with had highest title. IgG1 production was modulated only by HA, being more robust in subcutaneous injection, followed by intramuscular with values very close to those of intraperitoneal. Isogenic Balb/c and C57Bl/6J H2d H2b mice were immunized by subcutaneous administration. Been evaluated antibody production of type IgG, IgG1 and IgG2a, as well as the IgG avidity index. In General, the greater production of OMVs HA induced antibodies that OMVs DDA or just OMVs, while the controls .DDA-BF and controls showed no antibody levels. The techniques used in the study did not observe a significant difference between the two adjuvants used independent of the route and of mice strains used.

As úlceras venosas representam um grande problema de saúde mundial e elevados custos associados ao tratamento a longo prazo. A terapia ultrassônica tem sido aplicada por décadas a fim de acelerar o processo de cicatrização de feridas crônicas. Muitos autores observaram os efeitos do ultrassom pulsado de baixa intensidade (LIPUS) em úlceras venosas, no entanto não há dados concisos sobre os modos de aplicação. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia de duas técnicas de aplicação (borda e leito) do LIPUS, comparada à terapia convencional (creme sulfadiazina de prata 1%) na cicatrização de úlceras venosas crônicas. Para tanto, vinte e quatro pacientes com úlceras venosas foram avaliados no Ambulatório de Úlceras da Dermatologia (AUD) do Centro Saúde Escola (CSE) da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP) da Universidade de São Paulo (USP) e alocados aleatoriamente nos: Grupo Borda (média da idade 63 anos; 37,5% mulheres; e 62,5% brancas) com 9 úlceras (13,49 \'+ OU -\' 14,41 \'CM POT.2\' inicial) tratadas com LIPUS (1,5 MHz, 30 mW/\'CM POT.2\') na borda; Grupo Leito (média da idade 73 anos; 100% mulheres; e 87,5% brancas) com 8 úlceras (15.61 \'+ OU -\' 13.36 \'CM POT.2\' inicial) tratadas com LIPUS no leito; e Grupo Sulfadiazina (média da idade 76 anos; 20% mulheres; e 40% brancas) com 7 úlceras (24,06 \'+ OU -\' 30,10 \'CM POT.2\' inicial) tratadas diariamente com creme sulfadiazina de prata 1%. Durante o tratamento, as úlceras foram fotografadas quinzenalmente e analisadas pelo software ImageJ a fim de se obter a área ulcerada e posterior Índice de Cicatrização da Úlcera (ICU) e Relação Esfácelo/Granulação (REG). No Grupo Leito foi realizada uma análise histopatológica (contagem de fibroblastos, células inflamatórias, vasos sanguíneos e colágeno) a partir de biópsias coletadas no 1º e no 45º dia de tratamento. Os dados foram analisados pelo teste de efeitos mistos e por Poisson a fim de comparar os grupos, com um nível de significância de 95% (p < 0,05). Assim, considerando as discretas diferenças encontradas no ICU e na REG dos dois grupos irradiados somadas às alterações histopatológicas do GL, torna-se evidente a ação positiva do LIPUS no tratamento das úlceras venosas crônicas superior à terapia com sulfadiazina de prata 1%, independente do local de aplicação. / Venous ulcers represent a major health problem in the world and high costs associated with long-term treatment. Ultrasonic therapy has been applied for decades to enhance the process of chronics wound healing. Many authors have assessed the effects of LIPUS on venous ulcers, but there were no data about the different application techniques. This study aimed to assess the effectiveness of two application techniques (edge and bed) of LIPUS, comparing with the conventional therapy (1% silver sulfadiazine cream) on the chronic venous ulcers healing. Therefore, twenty four patients with venous ulcers were evaluated at the Ulcers Outpatient of Dermatology at the Teaching Health Center, Faculty of Medicine of Ribeirão Preto - University of São Paulo (FMRP-USP) and randomly allocated, as follows: Edge Group (mean age 62.9 years, 37.5% women, 62.5% white) with nine ulcers (13,49 \'+ OR -\' 14,41 \'CM POT.2\') treated with LIPUS (1.5 MHz, 30 mW/\'CM POT.2\') at the edge, Bed Group (mean age 72.6 years, 100% women, 87.5% white) with eight ulcers (15.61 \'+ OR -\' 13.36 \'CM POT.2\') treated with the same LIPUS at the bed and Sulfadiazine Group (mean age 75.7 years, 20% women, 40% white) with seven ulcers (24,06 \'+ OR -\' 30,10 \'CM POT.2\') treated daily with 1% silver sulfadiazine cream. During treatment, they were photographed every fifteen days and analyzed with the software ImageJ to obtain the ulcerated area, Wound Healing Index (WHI) and Sphacel and Granulation Ratio (SGR) from all ulcers. At the Bed Group, it was performed a histopathological analysis (fibroblasts, inflammatory cells, blood vessels, and collagen counting) from biopsies collected at the 1st and the 45th treatment day. Data were analyzed by the (mixed effects and Poisson tests) for comparison among groups, with the level of significance set at 95% (p < 0.05). Thus, considering the slight differences found in ICU and REG of irradiated groups and GL histopathological changes, it is evident better effects in chronic venous ulcers with LIPUS treatment than conventional therapy with silver sulfadiazine 1%, independently of application site.

As úlceras venosas representam um grande problema de saúde mundial e elevados custos associados ao tratamento a longo prazo. A terapia ultrassônica tem sido aplicada por décadas a fim de acelerar o processo de cicatrização de feridas crônicas. Muitos autores observaram os efeitos do ultrassom pulsado de baixa intensidade (LIPUS) em úlceras venosas, no entanto não há dados concisos sobre os modos de aplicação. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia de duas técnicas de aplicação (borda e leito) do LIPUS, comparada à terapia convencional (creme sulfadiazina de prata 1%) na cicatrização de úlceras venosas crônicas. Para tanto, vinte e quatro pacientes com úlceras venosas foram avaliados no Ambulatório de Úlceras da Dermatologia (AUD) do Centro Saúde Escola (CSE) da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP) da Universidade de São Paulo (USP) e alocados aleatoriamente nos: Grupo Borda (média da idade 63 anos; 37,5% mulheres; e 62,5% brancas) com 9 úlceras (13,49 \'+ OU -\' 14,41 \'CM POT.2\' inicial) tratadas com LIPUS (1,5 MHz, 30 mW/\'CM POT.2\') na borda; Grupo Leito (média da idade 73 anos; 100% mulheres; e 87,5% brancas) com 8 úlceras (15.61 \'+ OU -\' 13.36 \'CM POT.2\' inicial) tratadas com LIPUS no leito; e Grupo Sulfadiazina (média da idade 76 anos; 20% mulheres; e 40% brancas) com 7 úlceras (24,06 \'+ OU -\' 30,10 \'CM POT.2\' inicial) tratadas diariamente com creme sulfadiazina de prata 1%. Durante o tratamento, as úlceras foram fotografadas quinzenalmente e analisadas pelo software ImageJ a fim de se obter a área ulcerada e posterior Índice de Cicatrização da Úlcera (ICU) e Relação Esfácelo/Granulação (REG). No Grupo Leito foi realizada uma análise histopatológica (contagem de fibroblastos, células inflamatórias, vasos sanguíneos e colágeno) a partir de biópsias coletadas no 1º e no 45º dia de tratamento. Os dados foram analisados pelo teste de efeitos mistos e por Poisson a fim de comparar os grupos, com um nível de significância de 95% (p < 0,05). Assim, considerando as discretas diferenças encontradas no ICU e na REG dos dois grupos irradiados somadas às alterações histopatológicas do GL, torna-se evidente a ação positiva do LIPUS no tratamento das úlceras venosas crônicas superior à terapia com sulfadiazina de prata 1%, independente do local de aplicação. / Venous ulcers represent a major health problem in the world and high costs associated with long-term treatment. Ultrasonic therapy has been applied for decades to enhance the process of chronics wound healing. Many authors have assessed the effects of LIPUS on venous ulcers, but there were no data about the different application techniques. This study aimed to assess the effectiveness of two application techniques (edge and bed) of LIPUS, comparing with the conventional therapy (1% silver sulfadiazine cream) on the chronic venous ulcers healing. Therefore, twenty four patients with venous ulcers were evaluated at the Ulcers Outpatient of Dermatology at the Teaching Health Center, Faculty of Medicine of Ribeirão Preto - University of São Paulo (FMRP-USP) and randomly allocated, as follows: Edge Group (mean age 62.9 years, 37.5% women, 62.5% white) with nine ulcers (13,49 \'+ OR -\' 14,41 \'CM POT.2\') treated with LIPUS (1.5 MHz, 30 mW/\'CM POT.2\') at the edge, Bed Group (mean age 72.6 years, 100% women, 87.5% white) with eight ulcers (15.61 \'+ OR -\' 13.36 \'CM POT.2\') treated with the same LIPUS at the bed and Sulfadiazine Group (mean age 75.7 years, 20% women, 40% white) with seven ulcers (24,06 \'+ OR -\' 30,10 \'CM POT.2\') treated daily with 1% silver sulfadiazine cream. During treatment, they were photographed every fifteen days and analyzed with the software ImageJ to obtain the ulcerated area, Wound Healing Index (WHI) and Sphacel and Granulation Ratio (SGR) from all ulcers. At the Bed Group, it was performed a histopathological analysis (fibroblasts, inflammatory cells, blood vessels, and collagen counting) from biopsies collected at the 1st and the 45th treatment day. Data were analyzed by the (mixed effects and Poisson tests) for comparison among groups, with the level of significance set at 95% (p < 0.05). Thus, considering the slight differences found in ICU and REG of irradiated groups and GL histopathological changes, it is evident better effects in chronic venous ulcers with LIPUS treatment than conventional therapy with silver sulfadiazine 1%, independently of application site.