Exploring the radiomics approach for covid-19 identification in lung computed tomography

Abstract

O surto de pneumonia de COVID-19 causou transtornos globais e foi declarado uma pandemia pela Organização Mundial da Saúde em 13 de março de 2020. Os exames radiológicos do tórax, como radiografias do tórax ou tomografias computadorizadas, têm um papel vital no diagnóstico da COVID-19. Vários estudos propuseram o uso de modelos de classificação utilizando características radiômicas extraídas dos pulmões em imagens radiológicas, principalmente para o diagnóstico e avaliação da gravidade da COVID-19. Entretanto, poucos desses estudos exploram como os parâmetros de extração de características, como a discretização, impactam as características extraídas. Portanto, este estudo visa implementar modelos para identificar a COVID-19 através da assinatura radiômica enquanto investiga diferentes parâmetros de pré-processamento e discretização. O conjunto de dados utilizado foi de 180 (128 COVID e 52 não COVID) tomografias de tórax realizadas no Hospital São Lucas da PUCRS que foram divididas em conjuntos de treinamento (50\%), validação (25\%) e teste (25\%). Realizamos segmentação dos pulmões, aplicamos diversos filtros e discretizamos a imagem com 6 tamanhos diferentes de bin: 1, 5, 10, 25, 50, e 75. As características foram extraídas de todos os filtros aplicados e tamanhos de bin. Os atributos Wavelet e não-wavelet foram fundidos em 36 combinações de tamanhos de bin com 1774 atributos para cada pulmão. Um modelo de classificação foi treinado com cada combinação de características e os três melhores modelos foram escolhidos para a otimização. Identificamos algumas de nossas limitações e utilizamos quatro estratégias alternativas para tentar superá-las: SMOTE, subamostragem, seleção de atributos e somente utilizar atributos da imagem original. O melhor desempenho foi alcançado pelo modelo SMOTE NW25-1 com um AUC de 0,800. Os três melhores modelos para cada uma destas estratégias alternativas também foram otimizados. Dos 15 modelos otimizados, os seis melhores foram selecionados para análise da importância dos atributos. Os filtros laplaciano da gaussiana e wavelet foram os que geraram os atributos mais relevantes. Nossos resultados indicam que os tamanhos menores de bin, em uma faixa de 1 a 25, podem ser mais investigados para extração de características na imagem original e na maior parte dos filtros. Os filtros laplaciano da gaussiana e wavelet podem ter melhor desempenho com bins ainda menores, em uma faixa de 1 a 10.