End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics

[eng] Artificial Intelligence (AI) models are fundamentally transforming the way clinicians carry out their daily tasks. By streamlining various processes, AI offers a more robust and consistent method for reviewing medical procedures. This thesis is dedicated to the development of AI applications f...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Gilabert Roca, Pere
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2025
País:España
Institución:Universidad de Barcelona
Repositorio:Dipòsit Digital de la UB
OAI Identifier:oai:diposit.ub.edu:2445/219970
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/2445/219970
http://hdl.handle.net/10803/694089
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Càpsula endoscòpica
Intel·ligència artificial
Aprenentatge profund
Informàtica mèdica
Capsule endoscopy
Artificial intelligence
Deep learning (Machine learning)
Medical informatics
id ES_33d5176b03893bece759c8d66dfc5b8e
oai_identifier_str oai:diposit.ub.edu:2445/219970
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
title End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
spellingShingle End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
Gilabert Roca, Pere
Càpsula endoscòpica
Intel·ligència artificial
Aprenentatge profund
Informàtica mèdica
Capsule endoscopy
Artificial intelligence
Deep learning (Machine learning)
Medical informatics
title_short End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
title_full End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
title_fullStr End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
title_full_unstemmed End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
title_sort End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal Diagnostics
dc.creator.none.fl_str_mv Gilabert Roca, Pere
author Gilabert Roca, Pere
author_facet Gilabert Roca, Pere
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Seguí Mesquida, Santi
Universitat de Barcelona. Departament de Matemàtiques i Informàtica
dc.subject.none.fl_str_mv Càpsula endoscòpica
Intel·ligència artificial
Aprenentatge profund
Informàtica mèdica
Capsule endoscopy
Artificial intelligence
Deep learning (Machine learning)
Medical informatics
topic Càpsula endoscòpica
Intel·ligència artificial
Aprenentatge profund
Informàtica mèdica
Capsule endoscopy
Artificial intelligence
Deep learning (Machine learning)
Medical informatics
description [eng] Artificial Intelligence (AI) models are fundamentally transforming the way clinicians carry out their daily tasks. By streamlining various processes, AI offers a more robust and consistent method for reviewing medical procedures. This thesis is dedicated to the development of AI applications for Capsule Endoscopy (CE), a small device that patients swallow, which is equipped with both a light and a camera to traverse the digestive system, capturing detailed images of internal organs. Once these images are captured, physicians are tasked with meticulously reviewing an extensive number of frames to identify potential pathologies, a process that is both time-consuming and tedious. In this thesis, we aim to enhance the entire review pipeline from end to end, providing support to physicians at multiple stages of the process. These stages include data collection, data labeling, assessing the usability of the videos (particularly in determining whether intestinal residues may hinder the process), identifying the entry and exit points of the small and large intestines, and most crucially, detecting polyps as early indicators of Colorectal Cancer (CRC). By employing advanced techniques such as Active Learning (AL) for data labeling and Vision Transformer (ViT) for polyp detection, we significantly improve upon existing systems in the literature, achieving state-of-the-art results. Additionally, the integration of AI into CE holds the promise of not only improving diagnostic accuracy but also reducing the workload for clinicians, allowing them to focus on more complex cases. This technological advancement has the potential to revolutionize gastrointestinal diagnostics, leading to earlier detection of diseases and, ultimately, better patient outcomes. Furthermore, this thesis led to the initiation of two clinical studies. The first was a controlled study that evaluated the performance of the polyp detection application. The second is a larger study involving over 600 patients, testing an enhanced version of the application, which is currently under development.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv https://hdl.handle.net/2445/219970
http://hdl.handle.net/10803/694089
url https://hdl.handle.net/2445/219970
http://hdl.handle.net/10803/694089
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv cc by (c) Gilabert Roca, Pere, 2025
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv cc by (c) Gilabert Roca, Pere, 2025
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
dc.source.none.fl_str_mv Tesis Doctorals - Departament - Matemàtiques i Informàtica
reponame:Dipòsit Digital de la UB
instname:Universidad de Barcelona
instname_str Universidad de Barcelona
reponame_str Dipòsit Digital de la UB
collection Dipòsit Digital de la UB
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869405772326109184
spelling End-to-End AI Solutions for Capsule Endoscopy: Enhancing Efficiency and Accuracy in Gastrointestinal DiagnosticsGilabert Roca, PereCàpsula endoscòpicaIntel·ligència artificialAprenentatge profundInformàtica mèdicaCapsule endoscopyArtificial intelligenceDeep learning (Machine learning)Medical informatics[eng] Artificial Intelligence (AI) models are fundamentally transforming the way clinicians carry out their daily tasks. By streamlining various processes, AI offers a more robust and consistent method for reviewing medical procedures. This thesis is dedicated to the development of AI applications for Capsule Endoscopy (CE), a small device that patients swallow, which is equipped with both a light and a camera to traverse the digestive system, capturing detailed images of internal organs. Once these images are captured, physicians are tasked with meticulously reviewing an extensive number of frames to identify potential pathologies, a process that is both time-consuming and tedious. In this thesis, we aim to enhance the entire review pipeline from end to end, providing support to physicians at multiple stages of the process. These stages include data collection, data labeling, assessing the usability of the videos (particularly in determining whether intestinal residues may hinder the process), identifying the entry and exit points of the small and large intestines, and most crucially, detecting polyps as early indicators of Colorectal Cancer (CRC). By employing advanced techniques such as Active Learning (AL) for data labeling and Vision Transformer (ViT) for polyp detection, we significantly improve upon existing systems in the literature, achieving state-of-the-art results. Additionally, the integration of AI into CE holds the promise of not only improving diagnostic accuracy but also reducing the workload for clinicians, allowing them to focus on more complex cases. This technological advancement has the potential to revolutionize gastrointestinal diagnostics, leading to earlier detection of diseases and, ultimately, better patient outcomes. Furthermore, this thesis led to the initiation of two clinical studies. The first was a controlled study that evaluated the performance of the polyp detection application. The second is a larger study involving over 600 patients, testing an enhanced version of the application, which is currently under development.[cat] Els models d'intel·ligència artificial (IA) estan transformant la forma com els professionals sanitaris duen a terme les seves tasques diàries. Optimitzant diversos processos, la IA ofereix un mètode més robust i consistent per revisar diferents procediments mèdics. Aquesta tesi està dedicada al desenvolupament d'aplicacions d'IA per a la càpsula endoscòpica (CE), un petit dispositiu que els pacients empassen, equipat amb llum i càmera, que recorre el sistema digestiu capturant imatges detallades dels òrgans interns. Un cop aquestes imatges són capturades, els professionals han de revisar meticulosament un gran nombre de fotogrames per identificar possibles patologies, un procés que és tant laboriós com tediós. En aquesta tesi, ens proposem millorar tot el procés de revisió d'aquests vídeos, de principi a fi, proporcionant eines de suport als metges en diverses etapes del procés. Aquestes etapes inclouen la recopilació de dades, l'etiquetatge de dades, l'avaluació de la usabilitat dels vídeos (particularment per determinar si els vídeos són prou nets per a ser usats), la identificació dels punts d'entrada i sortida dels intestins prim i gruixut, i el més important, la detecció de pòlips com a indicadors precoços del càncer colorectal. Mitjançant tècniques avançades com l'aprenentatge actiu (active learning) per a l'etiquetatge de dades i models complexos com el transformer de visió per a la detecció de pòlips, millorem significativament els sistemes existents, assolint resultats de referència. A més, la integració de la IA en la CE té el potencial no només de millorar la precisió diagnòstica, sinó també de reduir la càrrega de treball dels professionals, permetent-los centrar-se en casos més complexos. Aquest avenç tecnològic pot revolucionar els diagnòstics gastrointestinals, facilitant una detecció precoç de malalties i, en última instància, a millors resultats per als pacients. Aquesta tesi ha portat, a més, a l'inici de dos estudis clínics. El primer va consistir en un estudi controlat que va avaluar el rendiment de l'aplicació de detecció de pòlips. El segon és un estudi més gran que involucra més de 600 pacients, provant una versió millorada de l'aplicació. Aquest estudi està actualment en desenvolupament.Universitat de BarcelonaSeguí Mesquida, SantiUniversitat de Barcelona. Departament de Matemàtiques i Informàtica2025info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2445/219970http://hdl.handle.net/10803/694089Tesis Doctorals - Departament - Matemàtiques i Informàticareponame:Dipòsit Digital de la UBinstname:Universidad de BarcelonaIngléscc by (c) Gilabert Roca, Pere, 2025http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:diposit.ub.edu:2445/2199702026-05-27T06:46:51Z
score 15,198674