Science des données

Numérisation en radiomique - cours 2

Ce cours couvre les fondements de la radiomique, de la numérisation des données de santé à l'intelligence artificielle et l'apprentissage profond, en passant par la segmentation, l'harmonisation et l'explicabilité des modèles prédictifs.

Doctorat · 8 unités · 27 notions · Fiche partagée par Anaïs

  1. Unité 1

    Contexte et définitions fondamentales

    Présenter le contexte de la numérisation des données de santé, les principes de l'imagerie médicale et les définitions fondamentales de la radiomique et de l'intelligence artificielle associée.

    • Numérisation des données de santé

      Identifier les bénéfices (accès, archivage, big data, IA) et les problématiques juridiques (RGPD), éthiques et techniques liés à la numérisation massive des données de santé.

    • Modalités d'imagerie médicale

      Différencier les types d'imagerie (ultrasons, scanner X, IRM, TEP) et expliquer leur principe de reconstruction à partir de signaux physiques pour le diagnostic.

    • Définition de la radiomique

      Définir la radiomique comme l'exploitation quantitative complète des images médicales pour la modélisation prédictive diagnostique, pronostique et thérapeutique.

    • Intelligence artificielle en radiomique

      Expliquer le rôle de l'IA comme outil d'extraction automatique d'informations et d'aide à la décision clinique, sans remplacement du clinicien, et situer les tailles de cohortes typiques (quelques milliers de patients).

  2. Unité 2

    Hypothèses et extraction de caractéristiques

    Explorer les hypothèses théoriques de la radiomique et les trois grandes familles de caractéristiques quantitatives extraites des images médicales.

    • Hypothèses de travail

      Énoncer les deux hypothèses fondamentales : les caractéristiques macroscopiques reflètent des propriétés sous-jacentes à plus petite échelle et les images contiennent plus d'information que la perception visuelle humaine.

    • Caractéristiques géométriques

      Décrire l'extraction de caractéristiques géométriques (forme, surface) à partir des images médicales segmentées.

    • Caractéristiques statistiques

      Expliquer l'extraction de caractéristiques statistiques basées sur l'analyse de l'histogramme des intensités des pixels.

    • Caractéristiques de texture

      Définir les caractéristiques de texture (hétérogénéité, entropie) quantifiant la distribution spatiale et l'organisation des intensités dans l'image.

  3. Unité 3

    Processus de radiomique et méthodologie

    Détailler la méthodologie complète du processus de radiomique, de la formulation de la question clinique à la validation des modèles prédictifs.

    • Processus en sept étapes

      Ordonner les étapes du processus de radiomique : définition de la question clinique, collecte des données, amélioration et homogénéisation, segmentation, extraction de caractéristiques, modélisation et validation.

    • Division des données

      Appliquer le découpage des données en ensembles d'entraînement (50%50\%), de validation (30%30\%) et de test (20%20\%) pour l'évaluation rigoureuse des modèles.

    • Modélisation prédictive

      Expliquer l'association de caractéristiques radiomiques et de variables cliniques pour la construction de modèles statistiques et l'évaluation de leurs performances prédictives.

  4. Unité 4

    Apprentissage profond et changement de paradigme

    Étudier les principes de l'apprentissage profond, son architecture et le changement de paradigme par rapport à l'apprentissage machine classique en radiomique.

    • Architecture des réseaux profonds

      Définir l'apprentissage profond comme sous-domaine de l'apprentissage machine basé sur des réseaux de neurones à plus de deux couches, inspiré du fonctionnement biologique des neurones.

    • Changement de paradigme

      Comparer l'apprentissage machine classique et l'apprentissage profond selon l'expertise humaine requise, le nombre d'exemples nécessaires, la complexité du modèle et l'interprétabilité.

    • Avantages et inconvénients

      Analyser les avantages (apprentissage automatique des caractéristiques, faible intervention humaine) et les inconvénients (besoin de grandes quantités de données, complexité, faible interprétabilité) du deep learning.

  5. Unité 5

    Automatisation et segmentation

    Explorer les techniques d'automatisation de la segmentation des lésions par deep learning et leurs applications cliniques en oncologie.

    • Segmentation manuelle et automatique

      Comparer la segmentation manuelle (étape chronophage limitant la routine) et l'automatisation via réseaux de neurones pour la délimitation des lésions.

    • Réseaux de neurones convolutionnels

      Expliquer le fonctionnement des réseaux de neurones convolutionnels (CNN) comme U-net pour la segmentation automatique de tumeurs avec des résultats rapides et performants.

    • Applications cliniques de la segmentation

      Citer des exemples cliniques d'application (segmentation de tumeur du col de l'utérus excluant la vessie, lymphome) et leur applicabilité à d'autres pathologies.

  6. Unité 6

    Harmonisation et standardisation

    Analyser les problèmes de variabilité des images médicales, les solutions d'harmonisation par deep learning et les standards de la radiomique idéale.

    • Variabilité des acquisitions d'images

      Identifier les sources de variabilité entre machines, protocoles et opérateurs affectant les caractéristiques extraites et la reproductibilité des analyses statistiques.

    • Harmonisation par apprentissage profond

      Expliquer l'utilisation de réseaux profonds pour synthétiser les images vers un standard commun (ex : conversion entre scanners pulmonaires, harmonisation d'IRM cérébrales).

    • Caractéristiques de la radiomique idéale

      Énumérer les critères de la radiomique idéale : standardisation mathématique et nomenclature, automatisation maximale, robustesse, valeur clinique démontrée et interprétabilité humaine.

  7. Unité 7

    Validation et transfert clinique

    Étudier les exigences de validation rigoureuse, les limites actuelles au transfert clinique de la radiomique et les méthodes d'évaluation comparative des algorithmes.

    • Validation externe des modèles

      Expliquer l'importance de la validation sur des données externes indépendantes et identifier les limites fréquentes (petits effectifs, absence de validation externe, corrélations non corrigées).

    • Limites du transfert clinique

      Analyser les obstacles à l'intégration en routine clinique : automatisation insuffisante, manque de standards, hétérogénéité des images, manque de preuves prospectives multicentriques et problèmes d'explicabilité.

    • Challenges compétitifs et évaluation

      Expliquer l'absence de modèle universel en apprentissage machine démontrée par les comparaisons empiriques et le rôle des challenges compétitifs pour l'évaluation objective des modèles.

  8. Unité 8

    Explicabilité et interprétabilité

    Explorer les méthodes d'explicabilité et d'interprétabilité des modèles profonds en radiomique, incluant les cartes d'activation, les integrated gradients et les métriques de fidélité.

    • Problème de la boîte noire

      Expliquer le défi de l'explicabilité en radiomique profonde (modèles non interprétables directement) versus la radiomique classique (modèles explicables mais de complexité variable).

    • Cartes d'activation et interprétation

      Décrire les méthodes d'interprétation visuelle par cartes d'importance (zones à impact fort ou faible) pour les réseaux profonds, illustrées par l'exemple de classification ResNet50.

    • Integrated gradients

      Expliquer la technique des integrated gradients pour quantifier la contribution individuelle de chaque pixel à la décision de classification du réseau profond.

    • Métrique de fidélité explicative

      Définir la métrique de fidélité (aire entre courbes de performance avec masquage des parties les plus et les moins importantes) pour évaluer objectivement la qualité des cartes d'explicabilité.

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Questions fréquentes

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