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Artificial intelligence (AI) is a broad topic that many researchers and stakeholders want to implement into their daily tasks. There are expectations to implement AI in hospitals, starting with mammography centers. But there is a need to guarantee that it will be efficient and safe to use, and that requires a lot of research. However, the challenge is about how radiologists should understand how AI will communicate when it shows unclear results during mammography examinations. When it comes to cultural communication and expectations, radiologists are working with visual communications, since that is where they see the x-ray images of breasts. However, there seems not to be any clear directions on how the AI is supposed to communicate back, in a visual and explainable way. The current studies do not focus on the practical usage of AI towards its target group and how they take in information and how they take in information that is consistent with their work habits and the use of visual communication, as well as human interaction. The goal of this thesis is to view this field from an information design perspective and contribute with a different view. This master thesis will explore the possibility of how visual mapping can contribute for radiologists, in mammography, that will eventually work alongside AI. To highlight important factors that are important when it comes to working with AI. As well as inviting AI researchers and experts to explore the expectations of AI in mammography. The theoretical framework contains explainable AI (XAI), scientific visualization, visual perception, human computer interaction (HCI) and visual mapping etc. This research will use design thinking processes, to empathize with the radiologist and conduct interviews, artifact analysis and finalize a prototype. The results of the thesis will highlight important keywords from the participants that are emphasized on the prototype. / Artificiell intelligens (AI) är ett brett ämne som många forskare och intressenter vill implementera i sina dagliga uppgifter. Det finns förväntningar på att implementera AI på sjukhus, till att börja med mammograficentra. Men det finns ett behov av att garantera att det blir effektivt och säkert att använda, och det kräver mycket forskning. Utmaningen handlar dock om hur radiologer ska förstå hur AI kommer att kommunicera när den visar oklara resultat vid mammografiundersökningar. När det gäller kulturell kommunikation och förväntningar arbetar radiologer med visuell kommunikation, eftersom det är där de ser röntgenbilder av bröst. Det verkar dock inte finnas några tydliga instruktioner om hur AI:n ska kommunicera tillbaka, på ett visuellt och förklarligt sätt. De aktuella studierna fokuserar inte på den praktiska användningen av AI mot sin målgrupp och hur de tar in information och hur de tar in information som stämmer överens med deras arbetsvanor och användningen av visuell kommunikation, samt mänsklig interaktion. Målet med denna uppsats är att se detta fält ur ett informationsdesignperspektiv och bidra med en annan syn. Detta examensarbete kommer att utforska möjligheten av hur visuell kartläggning kan bidra för radiologer, inom mammografi, som så småningom kommer att fungera tillsammans med AI. Att lyfta fram viktiga faktorer som är viktiga när det kommer till att arbeta med AI. Samt att bjuda in AI-forskare och experter att utforska förväntningarna på AI inom mammografi. Det teoretiska ramverket innehåller förklarlig AI (XAI), vetenskaplig visualisering, visuell perception, mänsklig datorinteraktion (HCI) och visuell kartläggning etc. Denna forskning kommer att använda designtänkande processer, för att känna empati med radiologen och genomföra intervjuer, artefaktanalys och slutföra en prototyp. Resultatet av uppsatsen kommer att lyfta fram viktiga nyckelord från deltagarna som betonas på prototypen.

OBJETIVOS: Avaliar a certeza de qualidade dos resultados mamográficos em uma instituição de referência para diagnóstico e tratamento do câncer de mama na Região Sul do Brasil, considerando as recomendações da quinta edição do BIRADS (“Breast Imaging Reporting and Data System”) para propósitos de auditoria. MATERIAL E MÉTODOS: Foi realizado um estudo de coorte observacional retrospectivo e transversal com 4911 pacientes que foram submetidas a pelo menos uma mamografia durante o ano de 2013 em um hospital público regional, ligado a uma universidade pública federal na Região Sul do Brasil. Essas pacientes foram acompanhadas até 31 de dezembro de 2014, para checar as taxas de desempenho dos resultados mamográficos na instituição em estudo, incluindo verdadeirospositivos (VP), verdadeiros-negativos (VN), falso-positivos (FP), falso-negativos (FN), valores preditivos positivos (VPP), sensibilidade e especificidade com um intervalo de confiança de 95%. RESULTADOS: O estudo demonstrou alta certeza de qualidade nos resultados das mamografias digitais diagnósticas, especialmente em relação à sensibilidade (90,21%) e especificidade (98,97%). O valor preditivo positivo (VPP) geral foi estimado em 65,3%. A taxa de interpretação anormal (ou reconvocação) foi de 12,26% e a razão de verossimilhança (“likelihood ratio”) das mamografias diagnósticas obtida foi 86,68%. CONCLUSÕES: Conclui-se que os resultados de mamografias digitais diagnósticas foram apropriados e similares aos valores pospostos pelo BIRADS. Além disso, o estudo proporcionou auto-reflexão e auto-avaliação da prática radiológica no serviço, o que é essencial para o melhoramento e processo de colaboração mais efetivo entre todos os profissionais envolvidos com o diagnóstico e tratamento do câncer de mama. Esses resultados podem incentivar outras instituições a atingirem altas taxas de qualidade de desempenho nos resultados mamográficos, apesar de possíveis limitações estruturais quando comparadas a instituições de países desenvolvidos. / OBJECTIVES: To evaluate the quality assurance of the mammography results in a reference institution for breast cancer diagnosis and treatment in southern Brazil, considering the BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) 5th edition recommendations for auditing purposes. MATERIAL AND METHODS: We performed a retrospective cohort observational and cross-sectional study with 4911 patients who underwent at least one mammography throughout the year of 2013 in a regional public hospital, linked to a federal public university in southern Brazil. These patients were followed until 31st December, 2014 to check the performance rates of mammography results in our institution, including true-positives (TP), true-negatives (TN), false-positives (FP), false-negatives (FN), positive predictive values (PPV), sensitivity and specificity with a confidence interval of 95%. RESULTS: The study has showed high quality assurance on digital diagnostic mammographic results, especially regarding sensitivity (90,21%) and specificity (98,97%). The overall positive predictive value (PPV) was estimated in 65,3%. The abnormal interpretation rate (recall rate) was 12,26% and the likelihood ratio of diagnostic mammograms obtained was 86,68%. CONCLUSIONS: We concluded that our digital diagnostic mammography results were appropriate and similar to values proposed by the BIRADS. Also, the study provided self-reflection and insights on our radiological practice, which is essential to the improvement and more effective collaboration process between all the professionals involved with breast cancer diagnosis and treatment. These results may incentivize other institutions to achieve high quality performance rates in mammography results, despite possible infrastructure and facilities limitations when comparing to developed countries.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ElianoSS_DISSERT_1red.pdf: 5373199 bytes, checksum: ee59048924e698c1f31b1138cc36cf78 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Mammography is a diagnostic imaging method in which interpretation depends on knowledge of radiological aspects as well as the clinical exam and pathophysiology of breast diseases. In this work a mammography phantom was developed to be used for training in the operation of mammographic x-ray equipment, image quality evaluation, self-examination and clinical examination of palpation. Polyurethane was used for the production of the phantoms for its physical and chemical properties and because it is one of the components normally used in prostheses. According to the range of flexibility of the polyurethane, it was possible to simulate breasts with higher or lower amount of adipose tissue. Pathologies such as areolar necrosis and tissue rejection due to surgery reconstruction after partial mastectomy were also simulated. Calcifications and nodules were simulated using the following materials: polyethylene, poly (methyl methacrylate), polyamide, polyurethane and poly (dimethyl silicone). Among these, polyethylene was able to simulate characteristics of calcification as well as breast nodules. The results from mammographic techniques used in this paper for the evaluation of the phantoms are in agreement with data found in the literature. The image analyses of four phantoms indicated significant similarities with the human skin texture and the female breast parenchyma. It was possible to detect in the radiographic images produced regions of high and low radiographic optical density, which are characteristic of breasts with regions of different amount of adipose tissue. The stiffnesses of breast phantoms were adjusted according to the formulation of the polyurethane which enabled the production of phantoms with distinct radiographic features and texture similar to human female breast parenchyma. Clinical palpation exam of the phantoms developed in this work indicated characteristics similar to human breast in skin texture, areolar region and parenchyma / A mamografia ? um m?todo de diagn?stico por imagem, cuja interpreta??o depende do conhecimento dos aspectos radiol?gicos assim como da cl?nica e da fisiopatologia das doen?as mam?rias. A metodologia deste trabalho permitiu o desenvolvimento de um simulador (phantom) mam?rio com aplica??o voltada para o uso did?tico em equipamento mamogr?fico, avalia??o de qualidade da imagem dos equipamentos mamogr?ficos, autoexame e treinamento did?tico para o exame cl?nico de palpa??o. O material usado para a produ??o do simulador foi ? base de poliuretano sendo consideradas suas propriedades f?sicas, qu?micas e por ser este um dos componentes de pr?teses utilizadas em seres humanos. Variando a faixa de flexibilidade do poliuretano foi poss?vel simular mamas com maior e menor quantidade de tecido adiposo, resultados verificados nas imagens dos exames mamogr?ficos. Patologias de necrose da ar?ola da mama e degenerativas ocasionadas por rejei??o de tecido devido ? cirurgia de reconstitui??o ap?s mastectomia parcial, tamb?m foram simuladas. Calcifica??es e n?dulos foram simulados utilizando os seguintes materiais: polietileno, poli(metacrilato de metila), poliamida, poliuretano e o poli(silicone de dimetila). Destaca-se entre estes materiais o polietileno que apresentou caracter?sticas tanto de calcifica??o quanto n?dulo. Os resultados das t?cnicas mamogr?ficas utilizadas neste trabalho para os exames mamogr?ficos dos phantoms est?o de acordo com a faixa de valores encontrados na literatura. A an?lise das imagens realizadas para quatro phantoms indicaram semelhan?as significativas com a textura da pele e do par?nquima da mama humana feminina. Foi poss?vel detectar nas imagens radiogr?ficas geradas regi?es de baixa e alta densidade ?ptica radiogr?fica, caracter?stica de mamas com regi?es de menor e maior quantidade de tecido adiposo. Devido ? formula??o do poliuretano formado ocorreu varia??o da rigidez do simulador mam?rio, o que possibilitou a produ??o de mamas com caracter?sticas radiogr?ficas distintas al?m de textura similar ao par?nquima da mama humana feminina. Foram observadas as caracter?sticas similares da textura da pele, regi?o areolar e par?nquima no exame cl?nico palpat?rio dos simuladores desenvolvidos neste trabalho

OBJETIVOS: Avaliar a certeza de qualidade dos resultados mamográficos em uma instituição de referência para diagnóstico e tratamento do câncer de mama na Região Sul do Brasil, considerando as recomendações da quinta edição do BIRADS (“Breast Imaging Reporting and Data System”) para propósitos de auditoria. MATERIAL E MÉTODOS: Foi realizado um estudo de coorte observacional retrospectivo e transversal com 4911 pacientes que foram submetidas a pelo menos uma mamografia durante o ano de 2013 em um hospital público regional, ligado a uma universidade pública federal na Região Sul do Brasil. Essas pacientes foram acompanhadas até 31 de dezembro de 2014, para checar as taxas de desempenho dos resultados mamográficos na instituição em estudo, incluindo verdadeirospositivos (VP), verdadeiros-negativos (VN), falso-positivos (FP), falso-negativos (FN), valores preditivos positivos (VPP), sensibilidade e especificidade com um intervalo de confiança de 95%. RESULTADOS: O estudo demonstrou alta certeza de qualidade nos resultados das mamografias digitais diagnósticas, especialmente em relação à sensibilidade (90,21%) e especificidade (98,97%). O valor preditivo positivo (VPP) geral foi estimado em 65,3%. A taxa de interpretação anormal (ou reconvocação) foi de 12,26% e a razão de verossimilhança (“likelihood ratio”) das mamografias diagnósticas obtida foi 86,68%. CONCLUSÕES: Conclui-se que os resultados de mamografias digitais diagnósticas foram apropriados e similares aos valores pospostos pelo BIRADS. Além disso, o estudo proporcionou auto-reflexão e auto-avaliação da prática radiológica no serviço, o que é essencial para o melhoramento e processo de colaboração mais efetivo entre todos os profissionais envolvidos com o diagnóstico e tratamento do câncer de mama. Esses resultados podem incentivar outras instituições a atingirem altas taxas de qualidade de desempenho nos resultados mamográficos, apesar de possíveis limitações estruturais quando comparadas a instituições de países desenvolvidos. / OBJECTIVES: To evaluate the quality assurance of the mammography results in a reference institution for breast cancer diagnosis and treatment in southern Brazil, considering the BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) 5th edition recommendations for auditing purposes. MATERIAL AND METHODS: We performed a retrospective cohort observational and cross-sectional study with 4911 patients who underwent at least one mammography throughout the year of 2013 in a regional public hospital, linked to a federal public university in southern Brazil. These patients were followed until 31st December, 2014 to check the performance rates of mammography results in our institution, including true-positives (TP), true-negatives (TN), false-positives (FP), false-negatives (FN), positive predictive values (PPV), sensitivity and specificity with a confidence interval of 95%. RESULTS: The study has showed high quality assurance on digital diagnostic mammographic results, especially regarding sensitivity (90,21%) and specificity (98,97%). The overall positive predictive value (PPV) was estimated in 65,3%. The abnormal interpretation rate (recall rate) was 12,26% and the likelihood ratio of diagnostic mammograms obtained was 86,68%. CONCLUSIONS: We concluded that our digital diagnostic mammography results were appropriate and similar to values proposed by the BIRADS. Also, the study provided self-reflection and insights on our radiological practice, which is essential to the improvement and more effective collaboration process between all the professionals involved with breast cancer diagnosis and treatment. These results may incentivize other institutions to achieve high quality performance rates in mammography results, despite possible infrastructure and facilities limitations when comparing to developed countries.

OBJETIVOS: Avaliar a certeza de qualidade dos resultados mamográficos em uma instituição de referência para diagnóstico e tratamento do câncer de mama na Região Sul do Brasil, considerando as recomendações da quinta edição do BIRADS (“Breast Imaging Reporting and Data System”) para propósitos de auditoria. MATERIAL E MÉTODOS: Foi realizado um estudo de coorte observacional retrospectivo e transversal com 4911 pacientes que foram submetidas a pelo menos uma mamografia durante o ano de 2013 em um hospital público regional, ligado a uma universidade pública federal na Região Sul do Brasil. Essas pacientes foram acompanhadas até 31 de dezembro de 2014, para checar as taxas de desempenho dos resultados mamográficos na instituição em estudo, incluindo verdadeirospositivos (VP), verdadeiros-negativos (VN), falso-positivos (FP), falso-negativos (FN), valores preditivos positivos (VPP), sensibilidade e especificidade com um intervalo de confiança de 95%. RESULTADOS: O estudo demonstrou alta certeza de qualidade nos resultados das mamografias digitais diagnósticas, especialmente em relação à sensibilidade (90,21%) e especificidade (98,97%). O valor preditivo positivo (VPP) geral foi estimado em 65,3%. A taxa de interpretação anormal (ou reconvocação) foi de 12,26% e a razão de verossimilhança (“likelihood ratio”) das mamografias diagnósticas obtida foi 86,68%. CONCLUSÕES: Conclui-se que os resultados de mamografias digitais diagnósticas foram apropriados e similares aos valores pospostos pelo BIRADS. Além disso, o estudo proporcionou auto-reflexão e auto-avaliação da prática radiológica no serviço, o que é essencial para o melhoramento e processo de colaboração mais efetivo entre todos os profissionais envolvidos com o diagnóstico e tratamento do câncer de mama. Esses resultados podem incentivar outras instituições a atingirem altas taxas de qualidade de desempenho nos resultados mamográficos, apesar de possíveis limitações estruturais quando comparadas a instituições de países desenvolvidos. / OBJECTIVES: To evaluate the quality assurance of the mammography results in a reference institution for breast cancer diagnosis and treatment in southern Brazil, considering the BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) 5th edition recommendations for auditing purposes. MATERIAL AND METHODS: We performed a retrospective cohort observational and cross-sectional study with 4911 patients who underwent at least one mammography throughout the year of 2013 in a regional public hospital, linked to a federal public university in southern Brazil. These patients were followed until 31st December, 2014 to check the performance rates of mammography results in our institution, including true-positives (TP), true-negatives (TN), false-positives (FP), false-negatives (FN), positive predictive values (PPV), sensitivity and specificity with a confidence interval of 95%. RESULTS: The study has showed high quality assurance on digital diagnostic mammographic results, especially regarding sensitivity (90,21%) and specificity (98,97%). The overall positive predictive value (PPV) was estimated in 65,3%. The abnormal interpretation rate (recall rate) was 12,26% and the likelihood ratio of diagnostic mammograms obtained was 86,68%. CONCLUSIONS: We concluded that our digital diagnostic mammography results were appropriate and similar to values proposed by the BIRADS. Also, the study provided self-reflection and insights on our radiological practice, which is essential to the improvement and more effective collaboration process between all the professionals involved with breast cancer diagnosis and treatment. These results may incentivize other institutions to achieve high quality performance rates in mammography results, despite possible infrastructure and facilities limitations when comparing to developed countries.

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In this dissertation, level set methods are employed to segment masses in digital mammographic images and to classify land cover classes in hyperspectral data. For the mammography computer aided diagnosis (CAD) application, level set-based segmentation methods are designed and validated for mass periphery segmentation, spiculation segmentation, and core segmentation. The proposed periphery segmentation uses the narrowband level set method in conjunction with an adaptive speed function based on a measure of the boundary complexity in the polar domain. The boundary complexity term is shown to be beneficial for delineating challenging masses with ill-defined and irregularly shaped borders. The proposed method is shown to outperform periphery segmentation methods currently reported in the literature. The proposed mass spiculation segmentation uses a generalized form of the Dixon and Taylor Line Operator along with narrowband level sets using a customized speed function. The resulting spiculation features are shown to be very beneficial for classifying the mass as benign or malignant. For example, when using patient age and texture features combined with a maximum likelihood (ML) classifier, the spiculation segmentation method increases the overall accuracy to 92% with 2 false negatives as compared to 87% with 4 false negatives when using periphery segmentation approaches. The proposed mass core segmentation uses the Chan-Vese level set method with a minimal variance criterion. The resulting core features are shown to be effective and comparable to periphery features, and are shown to reduce the number of false negatives in some cases. Most mammographic CAD systems use only a periphery segmentation, so those systems could potentially benefit from core features.

Os requisitos técnicos da qualidade da imagem em mamografia estabelecidos por normas nacionais e internacionais incluem parâmetros de qualidade que podem ser avaliados através da realização de testes periódicos. Estes parâmetros podem ser medidos com a aquisição e leitura de imagens de objetos (phantoms) que simulam as estruturas presentes em uma mamografia. O phantom CDMAM foi confeccionado especificamente para a realização de testes que utilizam um procedimento padrão para se determinar um limiar de contraste para cada diâmetro de disco presentes em suas imagens. No entanto, esta tarefa é bastante trabalhosa e consome tempo, além de estar sujeita a uma significativa dependência do observador, diminuindo a precisão das aferições. Nesse sentido, o propósito deste trabalho é o desenvolvimento de um software que auxilie o profissional na realização dos testes, reduzindo a subjetividade devida aos observadores e correlacionando as leituras automatizadas com o sistema visual humano, sem a necessidade de se efetuar a correção dos resultados, como é realizado em diversos trabalhos encontrados na literatura. Para isso, foram utilizadas imagens obtidas por cinco sistemas CR e um método de detecção baseado na confecção de filtros circulares correlatores. A correlação com a visão humana fundamentou-se nos parâmetros de Weber, que descrevem o comportamento do sistema visual na discriminação do contraste em imagens digitais. A classificação dos discos contidos na imagem do phantom entre visível ou não visível foi efetuada a partir de uma ferramenta de mineração de dados conhecida como WEKA (Waikato Environment for Knowledge Analysis) associada ao algoritmo J48, que promove a construção de modelos de árvore de decisão. O resultado da implementação destas árvores de decisão foi a obtenção de um sistema de auxílio ao especialista que reforça a sua integridade na avaliação a partir de resultados estáveis e de fácil interpretação, atingindo acurácias de até 95%. / Technical requirements of image quality in mammography established by national and international norms include quality parameters which can be achieved by conducting periodic tests. It is recommended that some quality parameters are measured from images acquired by exposing specific phantoms, as CDMAM, in such systems. Nevertheless, this task is hard-working and time consuming, besides to be subject to a significant dependence of the observer, reducing the measurements accuracy. Accordingly, the purpose of this work is the development of a software to assist in the professional testing, reducing the subjectivity due to the observers and correlating the automated readings with the human visual system, without the need to make the correction of the results, as is done in many studies in the literature. For this, we used 57 images obtained for five CR systems and a method of detection based on circular correlators filters. The correlation with human vision was based on the Weber\'s parameters which describe the behavior of the visual system to discriminate the contrast in digital images. The classification of the image discs between visible or not visible was made from a data mining tool known as WEKA (Waikato Environment for Knowledge Analysis) associated with the J48 algorithm which promotes the construction of decision tree models. The result of the decision trees implementation was a system to aid the specialist, reinforcing the integrity of the assessment using stable results, easily interpreted, and reaching accuracies of up to 95%.