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Radiômica e IA em Imagem Médica ​

Under scientific review

Esta página descreve características quantitativas de imagem e fluxos de trabalho de aprendizado de máquina em radiologia e patologia. Use-a para orientação, não para tomada de decisão clínica.

Exames de imagem médica (TC, RM, PET, Mamografia) não são meramente fotos para serem visualizadas a olho nu — são conjuntos de dados espaciais quantitativos de alta dimensão. A Radiômica é a extração automatizada de características quantitativas de alto rendimento a partir de imagens médicas para converter fenótipos visuais em dados mineráveis.

Para engenheiros de visão computacional, a radiômica une o processamento de imagem artesanal tradicional (matrizes de textura, descritores de forma) aos embeddings de aprendizado profundo moderno (CNNs, Vision Transformers) para prever a histologia tumoral, mutações drivers (Radiogenômica) e resposta terapêutica.


1. O Pipeline de Processamento Radiômico ​

[ Scans DICOM (TC/RM/PET) ] ──► [ Pré-processamento & Reamostragem ] ──► [ Segmentação da ROI (Máscara 3D) ]
                                                                                   │
[ Desfecho Clínico / Genômico ] ◄── [ Modelo ML (ElasticNet/XGBoost) ] ◄── [ Extração de Features (PyRadiomics) ]
  1. Aquisição & Parsing de Metadados: Imagens DICOM são ingeridas juntamente com parâmetros de aquisição (espessura de fatia, quilovoltagem, tempo de contraste, kernels de reconstrução).
  2. Pré-processamento & Padronização:
    • Reamostragem de Voxels: Reamostrar imagens para espaçamento isotrópico de voxels (ex: $1\text{mm} \times 1\text{mm} \times 1\text{mm}$) usando interpolação B-spline.
    • Normalização de Intensidade: Normalização Z-score ou min-max, especialmente crítica para Ressonância Magnética onde as unidades de intensidade são arbitrárias (diferente das Unidades Hounsfield - HU calibradas da Tomografia).
  3. Segmentação (Criação da Máscara): Definir a Região de Interesse 3D (ROI) para o tumor primário e sub-regiões (núcleo necrótico, borda impregnante, edema peritumoral). Feito manualmente por radiologistas ou automaticamente via modelos de aprendizado profundo (nnU-Net).
  4. Extração de Características: Extrair descritores matemáticos em conformidade com a Image Biomarker Standardisation Initiative (IBSI).
  5. Machine Learning & Modelagem: Seleção de características (mRMR, Lasso) seguida pelo treinamento do modelo, testes rigorosos fora de distribuição (OOD) e calibração de probabilidade.

2. Famílias de Características (Padrão PyRadiomics) ​

A radiômica extrai centenas de características categorizadas em famílias matemáticas:

Família de FeaturesO Que MedeAnalogia em Visão Computacional
Forma & Tamanho (Shape)Volume, área de superfície, esfericidade, compacidade, elongaçãoGeometria de malha 3D & razões de bounding box
Primeira Ordem (Intensidade)Média, mediana, desvio padrão, assimetria (skewness), curtose, entropiaEstatísticas de histograma de intensidade em tons de cinza
GLCM (Matriz de Co-ocorrência)Contraste, correlação, energia, homogeneidadeArranjo espacial de intensidades entre pares de pixels
GLRLM / GLSZM (Run/Zone Length)Aspereza, homogeneidade de textura, micro-padrões regionaisCorridas espaciais de valores de pixels idênticos consecutivos
Features Derivadas de FiltrosAltas/baixas frequências espaciais extraídas via filtros Wavelet ou Laplacian of Gaussian (LoG)Detecção de bordas & blobs multiescala (filtros DoG/Sobel)

3. Radiogenômica: Prevendo Mutações a partir de Scans ​

A Radiogenômica correlaciona características de textura radiômica com alterações genômicas subjacentes, buscando criar "biópsias virtuais" não invasivas:

  • Cérebro (Glioma): Prevendo o status mutacional de IDH1 ou a co-deleção 1p/19q a partir da heterogeneidade do sinal FLAIR em Ressonância Magnética.
  • Pulmão (NSCLC): Prevendo mutações em EGFR ou fusões em ALK a partir de margens espiculadas e padrões de opacidade em vidro fosco na Tomografia.
  • Mama: Correlacionando a densidade mamográfica e a cinética de realce em RM dinâmica com o status de BRCA1/2 ou escores de recorrência Oncotype DX.

4. Principais Armadilhas de Engenharia em Radiômica ​

  • Variabilidade Inter-Scanner: Features extraídas de um tomógrafo Siemens podem falhar em um tomógrafo GE devido a diferenças nos detectores de hardware e kernels de reconstrução. As soluções incluem a harmonização ComBat aplicada diretamente às matrizes de características.
  • Sensibilidade à Segmentação: Features como esfericidade ou contraste GLCM são altamente sensíveis a pequenas variações nos limites da segmentação manual. As características devem ser auditadas quanto à concordância inter-observador (Coeficiente de Correlação Intraclasse - ICC > 0,85).

Referências ​

  1. Zwanenburg, A., et al. (2020). The Image Biomarker Standardisation Initiative: standardized quantitative radiomics for high-throughput image-based phenotyping. Radiology, 295(2), 328-338.
  2. van Griethuysen, J. J., et al. (2017). Computational radiomics system to decode the radiographic phenotype. Cancer Research, 77(21), e104-e107.
  3. Gillies, R. J., Kinahan, P. E., & Hricak, H. (2016). Radiomics: images are more than pictures, they are data. Radiology, 278(2), 563-577.

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