影像组学是一个新兴的、跨学科的研究领域。它通过从医学影像(如CT、MRI、PET等)中高通量地提取大量定量的、人眼难以识别的特征,并利用数据分析方法,来构建用于疾病诊断、预后预测和治疗效果评估的模型。

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影像组学终极目标

影像组学的终极目标是实现精准医疗,让诊疗决策更加客观、量化和个性化。其主要应用包括:

  1. 🔸辅助诊断与鉴别诊断:区分肿瘤的良恶性,或判断肿瘤的具体类型(如肺腺癌与鳞癌)。

  2. 🔸预后预测:在治疗前,预测患者的生存期、肿瘤复发或转移的风险。

  3. 🔸疗效评估与监控:早期评估放疗、化疗或靶向治疗的效果,比传统“测量大小”的方法更早、更灵敏。

  4. 🔸基因表型无创预测:通过影像特征来间接推测肿瘤是否携带某些关键基因突变(如EGFR, KRAS等),为靶向治疗提供参考,避免不必要的穿刺活检。

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影像组学常用名字(术语)详解

一个标准的影像组学流程包括以下步骤,每个步骤都有其核心术语:

图像获取与分割

  • ROI (Region of Interest)感兴趣区域。指在图像上圈定的、我们要分析的目标区域,比如一个肿瘤。

  • VOI (Volume of Interest)感兴趣体积。因为CT/MRI是三维的,所以VOI就是一个三维的ROI,代表整个肿瘤的体积。

  • 分割:指勾画出ROI/VOI的过程。这可以是医生手动完成,也可以由AI算法自动或半自动完成。分割的准确性至关重要,是后续所有分析的基础。

特征提取

这是影像组学的核心。从分割好的ROI/VOI中,可以提取出上百到上千个量化特征。它们主要分为以下几类:

  • 形态特征:描述目标的几何属性。

    • 例如:体积表面积表面积体积比球形度

  • 一阶统计特征:描述区域内像素值的分布统计,不涉及空间关系。

    • 例如:均值标准差偏度峰度

  • 纹理特征:描述像素强度的空间分布与相互关系,是量化异质性的关键。

    • GLCM:通过像素对的空间共现性来量化纹理。

    • GLRLM:关注连续相同像素值的游程长度。

    • GLSZM:关注二维连通区域的大小分布。

    • 从这些矩阵中衍生出诸多特征,如对比度能量同质性短游程重点等。

  • 高阶特征:通过滤波或变换获取的更复杂特征。

    • 例如:小波特征分形特征它们通过对图像进行更复杂的数学变换来提取更深层次的信息。

    模型构建与验证

    • 降维:由于提取的特征数量庞大且很多是冗余的,需要使用算法(如主成分分析PCA、LASSO)筛选出最有价值的特征。

    • 机器学习模型:使用筛选后的特征来训练分类器或预测模型,如支持向量机、随机森林、逻辑回归、深度学习等。

    • 训练集 / 测试集:为了评估模型的泛化能力,数据会被分为训练集(用于构建模型)和测试集(用于评估模型在新数据上的表现)。

    • ROC曲线与AUC值受试者工作特征曲线 和 曲线下面积。是评价模型性能的常用指标。AUC值越接近1,说明模型的区分能力越好。

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    影像组学必备平台–OnekeyAI

    平台特色与优势

    • 一站式:将碎片化的工具和流程整合到一个统一的平台中,降低了研究者的技术门槛。

    • 模块化:每个步骤(如特征提取、筛选、建模)都相对独立,用户可以根据研究需求灵活定制分析流程。

    • 自动化:提供了大量自动化工具(尤其是“OKT-”工具箱),减少了人工操作,提高了研究效率和可重复性。

    • 前沿性:紧密跟进AI研究前沿,深度融合了影像组学与深度学习,生境分析多组学等,并提供了可解释性AI和自监督学习等先进功能。

    • 临床导向:最终产出物(如Nomogram, DCA曲线)紧密贴合临床医生的思维习惯,致力于推动AI模型从论文向临床实际应用转化。

    OnekeyAI组件目录

    1. comp1-传统组学,传统组学流程,pyradiomicsSpearman相关系数,lassosvmlr模型,然后绘制roc

    线。

    2. comp2-结构化数据,对于提取好的特征,或者临床数据使⽤的组件。

    3. comp3-融合,算法/模型融合模块,常⻅的前融合,后融合-ensemble、后融合-stacking组件。

    4. comp4-What,深度学习做What任务(分类),包括2d3d数据的特征抽取,2d3d模型迁移学习分类模型。

    5. comp5-Which,深度学习做Which任务(分割),包括2d3d数据的ROI区域⾃动勾画模型。

    6. comp6-可视化,SHAP、特征重要性,Grad-CAM等组件

    7. comp7-survival,⽣存分析模块,包括KMHRCox回归以及Nomogram模块。

    8. comp8-Modules,⼩的模块,包括ICC、汇总、统计等。

    9. comp9-sol,解决⽅案模块,集成了⽬前论⽂中常⻅技术的解决⽅案,直接⽣成论⽂描述

         1. sol1,单中⼼,⼆分类,配合临床数据整体解决⽅案。

         2. sol2,多中⼼,⼆分类,配合临床数据整体解决⽅案。

    所有的【点我运⾏】之后,选择⾃⼰想要实现的组件运⾏即可。

    一文搞懂影像组学:从懵懂小白到实操高手的进阶之路

    OnekeyTools⼯具箱

    1. OKT-updateOnekey软件更新程序。(如果更新失败请在论坛下载最新)

    2. OKT-crop2path,将病理切⽚切分成⼩patch

    3. OKT-crop_max_roi,功能⼗分强⼤的crop ROI⼯具。

    4. OKT-convert2nii,将指定⽬录所有可以转化成nii的数据都转化成nii的数据格式。

    5. OKT-convert2jpg,将指定⽬录下所有可以转化为jpg的数据全部转化成jpg数据。

    6. OKT-convertjpg2nii,将指定⽬录下所有的jpg转化成nii数据。

    7. OKT-convert_geojson2mask,应⽤与qupath标注好的数据,进⾏image-mask数据转化。

    8. OKT-convert_rtstruct2nii,将RTstruct数据转化成标注数据。

    9. OKT-crop_WSI2patch,将WSI病理数据转化成patch。数据格式包括ndpisvs

    10. OKT-resample3d数据采样,将所有的数据进⾏体素归⼀。

    11. OKT-standardize,数据标准化,裁剪掉制定范围之外的数据。

    12. OKT-fix_spacing,接近 Image/Mask miss matching的问题。

    13. OKT-gen_probably_map,⽣成病理数据的概率图和预测结果图。

    14. OKT-crop_video_frame,将视频数据进⾏抽取关键帧。

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    OnekeyAI平台基础操作

     


    基础操作视频讲解

    写作难?OnekeyAI平台一键生Methods,Results助力论文组稿

    需要成果验收?OnekeyAI平台web模型可视化工具



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    OnkeyAI平台发表论文

    (Radiology,IF=15.2)祝贺同学Q1见刊:基于微生物组与多时序MRI的融合模型,实现乳腺癌疗效精准术前预测

    (IF:14.3)热烈恭喜中科院一区见刊:纵向MRI驱动的多模态方法预测乳腺癌的病理完全反应和B细胞浸润

    (2.5D+多分类)IF=7.9,祝贺同学中科院一期见刊:基于术前CT图像2.5D放射组学数据的T1N0胃癌深度学习诊断模型开发

    祝贺同学academic radiology中科院二区见刊:生境+1mm,3mm,5mm瘤周+SHAP可解释性做直肠癌转移预测

    (2D+3D+SHAP)祝贺同学JCR一区见刊,IF=8.6:可解释多模态深度学习模型预测原发性前列腺癌术后国际泌尿病理学会分级

    热烈恭喜顶刊见刊:病理组学Laboratory Investigation
    热烈祝贺同学NPJ见刊,IF=8:结合多通道二维或三维深度学习的亚区域影像组学预测食管鳞状细胞癌新辅助化疗免疫治疗反应
    (生境分析)热烈恭喜同学中科院二区见刊:MRI结合生境分析与SHAP预测晚期直肠癌异时性肝转移
    热烈祝贺同学NPJ见刊,IF8.6:基于MRI的Transformer深度学习与影像组学预测IDH野生型TERT启动子突变胶质瘤
    (IF=6.5,2.5D深度学习)祝贺同学IJROBP中科院一区见刊:整合临床信息、医学文本及2.5D深度学习特征预测肺癌放射性肺炎
    (IF=10.6,多组学)热烈祝贺同学见刊:基于注意力机制融合多组学与影像时序特征预测NSCLC新辅助免疫化疗主要病理反应
    (IF=10.1, 2.5D深度学习)祝贺同学INT J SURG见刊:基于多通道深度学习预测肺癌新辅助免疫化疗后主要病理反应




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