Artificial intelligence, machine learning, computer-aided diagnosis, and radiomics: advances in imaging towards to precision medicine.

The discipline of radiology and diagnostic imaging has evolved greatly in recent years. We have observed an exponential increase in the number of exams performed, subspecialization of medical fields, and increases in accuracy of the various imaging methods, making it a challenge for the radiologist to "know everything about all exams and regions". In addition, imaging exams are no longer only qualitative and diagnostic, providing now quantitative information on disease severity, as well as identifying biomarkers of prognosis and treatment response. In view of this, computer-aided diagnosis systems have been developed with the objective of complementing diagnostic imaging and helping the therapeutic decision-making process. With the advent of artificial intelligence, "big data", and machine learning, we are moving toward the rapid expansion of the use of these tools in daily life of physicians, making each patient unique, as well as leading radiology toward the concept of multidisciplinary approach and precision medicine. In this article, we will present the main aspects of the computational tools currently available for analysis of images and the principles of such analysis, together with the main terms and concepts involved, as well as examining the impact that the development of artificial intelligence has had on radiology and diagnostic imaging.

Artificial intelligence, machine learning, computer-aided diagnosis, and radiomics: advances in imaging towards to precision medicine / Inteligência artificial, aprendizado de máquina, diagnóstico auxiliado por computador e radiômica: avanços da imagem rumo à medicina de precisão

Abstract The discipline of radiology and diagnostic imaging has evolved greatly in recent years. We have observed an exponential increase in the number of exams performed, subspecialization of medical fields, and increases in accuracy of the various imaging methods, making it a challenge for the radiologist to "know everything about all exams and regions". In addition, imaging exams are no longer only qualitative and diagnostic, providing now quantitative information on disease severity, as well as identifying biomarkers of prognosis and treatment response. In view of this, computer-aided diagnosis systems have been developed with the objective of complementing diagnostic imaging and helping the therapeutic decision-making process. With the advent of artificial intelligence, "big data", and machine learning, we are moving toward the rapid expansion of the use of these tools in daily life of physicians, making each patient unique, as well as leading radiology toward the concept of multidisciplinary approach and precision medicine. In this article, we will present the main aspects of the computational tools currently available for analysis of images and the principles of such analysis, together with the main terms and concepts involved, as well as examining the impact that the development of artificial intelligence has had on radiology and diagnostic imaging.

Resumo A disciplina de radiologia e diagnóstico por imagem evoluiu sobremaneira nos últimos anos. Temos observado o aumento exponencial do número de exames realizados, a subespecialização das disciplinas médicas e a maior acurácia dos métodos, tornando um desafio para o médico radiologista "saber tudo sobre todos exames e regiões". Além disso, os exames de imagem deixaram de ser somente qualitativos e diagnósticos e passaram a fornecer informações quantitativas e de gravidade de doença, identificando biomarcadores prognósticos e de resposta ao tratamento. Diante disso, sistemas computadorizados de auxílio diagnóstico vêm sendo desenvolvidos com o objetivo dar suporte ao diagnóstico por imagem e à decisão terapêutica. Com o advento da inteligência artificial, do big data e do aprendizado de máquina, caminhamos para a rápida expansão do uso dessas ferramentas no dia-a-dia dos médicos, tornando cada paciente único, levando a radiologia ao encontro do conceito de abordagem multidisciplinar e medicina de precisão. Neste artigo serão abordados os principais aspectos das ferramentas computacionais atualmente disponíveis para análise das imagens médicas, apresentando os princípios de análise das imagens, os principais termos e conceitos envolvidos nesses processos, assim como o impacto do desenvolvimento da inteligência artificial na radiologia e diagnóstico por imagem.

Apoptosis in bone defect of diabetic rats treated with low intensity laser: radiological and immunohistochemical approach / Apoptosis en ratones diabéticos con defecto oseo tratados con láser de baja intensidad: evaluación radiológica e inmunohistoquímica

The aim of this study is evaluate the efficacy of 904 nm laser diode in bone regeneration in the bone defect in diabetic rats. Six groups of 10 male Wistar rats and 2 mm bone defects drilled on the left and right tibia were used. The diabetic animals were treated with streptozotocin (40 mg/kg, i.v.). We compared the diode laser doses of treatment of bone defects 50 w ­ 4 J/cm and 100 w ­ 4J/. The right tibia was used for immunohistochemical analysis with the apoptosis markers XIAP and Caspase-3 and the left tibia was submitted to computer tomography (CT). Caspase-3 marker showed greater amount of apoptosis in all the untreated groups compared to both laser treatments. There was no statistical significance for XIAP marker. CT scan showed improvement of bone defect area and volume in both laser treated groups, control and diabetic. Therefore the low intensity laser therapy was effective in accelerating bone repair in both, control and diabetic groups. It was evidenced in our study that diabetes influences bone repair negatively.

Los objetivos de este estudio fueron evaluar la eficacia del láser diodo de 904 nm en la regeneración ósea del defecto óseo en ratas diabéticas. Se utilizaron seis grupos de 10 ratas Wistar macho y se generó un defecto óseo de 2 mm en las tibias izquierda y derecha de los animales. El animal diabético fue generado con estreptozotocina (40 mg / kg, i.v.). Se compararon las dosis de tratamiento de los defectos óseos con láser de diodo de 50 w - 4 J / cm y 100w - 4 J /. La tibia derecha fue utilizada para el análisis inmunohistoquímico con los marcadores de apoptosis XIAP y Caspasa-3 y la tibia izquierda fue sometida a tomografía computarizada. El marcador caspasa-3 mostró mayor cantidad de apoptosis en todos los grupos no tratados en comparación con ambos tratamientos con láser. No hubo significación estadística para el marcador XIAP. La tomografía computarizada mostró una mejoría del área y el volumen de los defectos óseos en ambos grupos tratados con láser, control y diabéticos. Por lo tanto, la terapia con láser de baja intensidad fue eficaz en la aceleración de la reparación ósea tanto en los grupos control como en los diabéticos. Se evidenció en nuestro estudio que la diabetes afecta negativamente la reparación ósea.

MULTIPLE SEGMENTAL OSTEOTOMIES TO THE KYPHOSIS CORRECTION.

OBJECTIVE: To evaluate the results of the surgical treatment of the spinal Kyphosis using the Ponte's technique (multiple posterior osteotomies). METHODS: Ten patients (8 with Scheuermann's kyphosis and 2 with kyphosis after laminectomy) submitted to surgical correction of kyphotic deformity greater than 70° were retrospectively assessed. The age at the surgical time ranged from 12 to 20 years old (mean age16.8 years ± 2.89). The radiographic parameters evaluated were the kyphosis, the lordosis and the scoliosis - whenever present. The presence of proximal and distal junctional kyphosis, loss of correction, and complications as implants loosening and breakage were also assessed. The radiographic parameters were evaluated at the preoperative, early postoperative and late postoperative time. RESULTS: The patients were followed through a period that ranged from 24 to 144 months (65.8 ±39.92). The mean value of the kyphosis was 78.8° ± 7.59° (Cobb) before surgery and 47.5° ± 12.54° at late follow up, with mean correction of 33.9° ± 9.53° and lost correction of 2.2°. CONCLUSION: The surgical treatment of the thoracic kyphosis using multiples posterior osteotomies presented a good correction of the deformity and minimal lost of correction during follow up.

Fixação percutânea no tratamento de fraturas toracolombares: resultados preliminares / Percutaneous fixation in the treatment of thoracolumbar fractures: preliminary results / Fijación percutánea en el tratamiento de las fracturas toracolumbares: resultados preliminares

OBJETIVO: Avaliar os resultados preliminares do tratamento cirúrgico de pacientes portadores de fraturas toracolombares da coluna vertebral por meio de fixação percutânea. MÉTODOS: Foram avaliados 10 pacientes com diagnóstico de fratura toracolombar da coluna vertebral. Todos os pacientes foram tratados por meio de técnica minimamente invasiva, com fixação por via posterior sem artrodese. Os parâmetros radiológicos relacionados para a avaliação dos pacientes foram: medida da cifose segmentar, encunhamento da vértebra fraturada e complicações relacionadas à soltura ou quebra dos implantes. RESULTADOS: A análise clínica preliminar foi realizada por meio da avaliação subjetiva dos resultados da cirurgia e todos os pacientes mostraram-se satisfeitos com o procedimento cirúrgico. A avaliação radiográfica não mostrou sinais de mau posicionamento dos implantes, soltura ou quebra dos parafusos, assim como não houve falha mecânica no instrumental. CONCLUSÃO: A utilização da fixação percutânea minimamente invasiva para o tratamento das fraturas toracolombares da coluna vertebral representa uma boa opção de tratamento, apresentando recuperação mais rápida, com resultados clínicos e radiográficos comparáveis às técnicas convencionais.

OBJECTIVE: To evaluate the preliminary results of the surgical treatment of patients with thoracolumbar fractures of the spine using percutaneous fixation. METHODS: We evaluated 10 patients with diagnosis of thoracolumbar fractures of the spine. All patients were treated with minimally invasive technique via posterior fixation without arthrodesis. The radiological parameters related to the evaluation of patients: measurement of segmental kyphosis, wedging of the fractured vertebra and the complications related to loosening or breakage of implants. RESULTS: A preliminary clinical analysis was performed by means of subjective evaluation of the surgery outcomes and all patients were satisfied with the surgical procedure. Radiographic evaluation showed no signs of implant malposition, loosening or breakage of the screws, as well as no mechanical failure in the instrumental. CONCLUSION: The minimally invasive percutaneous fixation for the treatment of thoracolumbar fractures of the spine is a good treatment option, with a quicker recovery, and clinical and radiographic results comparable to conventional techniques.

OBJETIVO: Evaluar los resultados preliminares del tratamiento quirúrgico de los pacientes con fracturas de columna toracolumbar mediante fijación percutánea. MÉTODOS: Se evaluaron 10 pacientes con diagnóstico de fractura toracolumbar de la columna vertebral. Todos los pacientes fueron tratados mediante la técnica mínimamente invasiva a través de la fijación posterior sin artrodesis. Los parámetros radiológicos relacionados con la evaluación de los pacientes fueron: medición de la cifosis segmentaria, acuñamiento de la vértebra fracturada y las complicaciones relacionadas con el aflojamiento o rotura de los implantes. RESULTADOS: La valoración clínica preliminar se realizó por medio de la evaluación subjetiva de los resultados de la cirugía y todos los pacientes se mostraron satisfechos con el procedimiento quirúrgico. La evaluación radiográfica no mostró signos de mala ubicación de los implantes, tampoco de aflojamiento del implante o rotura de los tornillos. Asimismo no hubo fallo mecánico del instrumental. CONCLUSIÓN: El uso de la fijación percutánea mínimamente invasiva para el tratamiento de las fracturas toracolumbares de la columna vertebral es una buena opción de tratamiento, con recuperación más rápida, con resultados clínicos y radiográficos comparables a las técnicas convencionales.

Avaliacão da placa vertebral terminal na coluna cervical em diferentes faixas etárias e sua correlação com a espessura do disco intervertebral / Evaluation of terminal vertebral plate on cervical spine at different age groups and its correlation with intervertebral disc thickness

OBJETIVO: Avaliar por meio de histomorfometria, a espessura da placa vertebral terminal, a espessura do disco intervertebral e a sua correlação nas diferentes faixas etárias, tentando identificar a sua correlação. MÉTODOS: Foram avaliados os segmentos cervicais C4-C5 e C5-C6 de 50 cadáveres humanos , de ambos os sexos, divididos em 5 grupos com intervalo de faixa etária de 10 anos, a partir dos 21 anos de idade. A avaliação da espessura da PVT e do disco intervertebral foi realizada por meio de avaliação histomorfométrica dos cortes histológicos corados pela hematoxilina e eosina. A espessura da PVT inferior de C4, PVT superior de C5, PVT inferior de C5 e PVT superior de C6 foram comparadas entre si e também com a espessura do disco intervertebral interposto entre as respectivas PVT. RESULTADOS: A espessura das placas vertebrais terminais adjacentes ao mesmo DI não apresentou diferença estatística. No entanto, a comparação da espessura das placas vertebrais superior e inferior da mesma vértebra cervical (C5), apresentou diferença estatística em todas as faixas etárias avaliadas. Foi observado coeficiente de correlação estatística, maior que 80 por cento, entre a espessura daplaca vertebral terminal e o disco intervertebral adjacente, com proporcional redução de espessura de ambas estruturas, nos diferentes níveis cervicais avaliados, e também nas diferentes faixas etárias avaliadas. CONCLUSÃO: A placa vertebral terminal apresenta correlação morfológica com o disco intervertebral ao qual entra em contato, e não apresenta correlação com a placa vertebral terminal da mesma vértebra.

OBJECTIVE: To evaluate, by means of histomorphometry, terminal vertebral plate thickness, intervertebral disc thickness and its correlation on different age groups, seeking to identify its correlation. METHODS: C4-C5 and C5-C6 cervical segments removed from human cadavers of both genders were assessed and divided into five groups of 10-year age intervals, from 21 years old. TVP and intervertebral disc thickness evaluation was made by means of histomorphometry of histological slides stained with hematoxylin and eosyn. Lower C4 TVP, upper C5 TVP, and upper C6 TVP de were compared between each other and to the interposed intervertebral disc thickness between relevant TVP. RESULTS: The thickness of terminal vertebral plates adjacent to the same ID did not show statistic differences. However, the comparison of upper and lower vertebral plates thickness on the same cervical vertebra (C5), showed statistical difference on all age groups studied. We found a statistical correlation coefficient above 80 percent between terminal vertebral plate and adjacent intervertebral disc, witha proportional thickness reduction of both structures on the different cervical levels studied, and also on the different age groups assessed. CONCLUSION: Terminal vertebral plate shows a morphologic correlation with the intervertebral disc next to it, and does not show correlation with the terminal vertebral plate on the same vertebra.

Luxação traumática atlanto-occipital: relato de caso / Traumatic atlanto-occipital dislocation: a case report

A luxação traumática atlanto-occipital é lesão rara, de incidência desconhecida e está associada a elevada taxa de mortalidade. Os autores relatam o diagnóstico, tratamento e seguimento de dois anos de uma paciente de 25 anos de idade, vítima de acidente automobilístico e luxação atlanto-occipital traumática confirmada por exames de imagem.

Traumatic atlanto-occipital dislocation is a rare lesion whose incidence is not know, and which is associated to a high rate of mortality. The authors report the diagnosis, treatment, and two-year follow-up of a 25 year-old patient who had had an automobile accident with imaging-confirmed traumatic atlanto-occipital dislocation.

Abordagem anterior no tratamento cirúrgico da mielopatia cervical espondilótica / Anterior approach treatment for cervical spondylotic myelopathy

Objetivo: Relatar os resultados do tratamento cirúrgico de pacientes com o diagnóstico de mielopatia cervical espondilótica tratados por meio da descompressão anterior. Métodos: Foram, retrospectivamente, avaliados 14 pacientes (13 do sexo masculino e um do sexo feminino) com idade entre 41 e 79 anos (54,21 ± 11,45), com o diagnóstico de mielopatia cervical espondilótica submetidos ao tratamento cirúrgico por meio da descompressão anterior. A avaliação foi realizada por meio de parâmetros clínicos (os quais foram dor, parestesia dos membros superiores, fraqueza dos membros superiores, parestesia dos membros inferiores, dificuldade para a marcha, satisfação do paciente com o tratamento realizado, critérios de Odom e escore da JOA), radiológicos (medida da lordose cervical) e complicações (solturas e quebras dos implantes). Resultados: Os pacientes foram seguidos por um período que variou de 12 a 44 meses (24,28 ± 9,23). A melhora dos sintomas neurológicos foi em média 54,1% e a média de recuperação no escore de JOA foi de 56,37% ±22,46. Seis pacientes se apresentavam, respectivamente, muito satisfeitos (42,8%) e 5 pacientes satisfeitos (35,7%) e o critério de Odom se mostrou excelente em 4 pacientes (28,5%) e bom em outros 4 (28,5%). Nas radiografias em perfil da coluna vertebral cervical houve em média uma melhora de 2,7º entre as grafias pré-operatórias e do seguimento. Conclusão: O tratamento cirúrgico da mielopatia cervical espondilótica por meio de abordagem cirúrgica resultou em melhora dos sintomas na maioria dos nossos casos, apresentando-se como boa forma de tratamento.

Espondilite anquilosante: investigação familiar de aspectos clínicos, imunogenéticos e radiológicos / Ankylosing spondylitis; familial investigation of clinical, immunogenetic and radiological aspects

Objetivo: avaliar familiares de primeiro grau de pacientes portadores de espondilite anquilosante (EA), em relação a alterações clínicas, imunogenéticas e radiológicas. Métodos: foram avaliados 14 pacientes portadores de EA, acompanhados no Hospital das Clínicas da FMRP-USP e 30 familiares de primeiro grau destes pacientes, pela história clínica e exame físico, tipificação do antígeno HLA-B27 (por microlinfocitotoxicidade e por citometria de fluxo), radiografia simples das articulações sacroilíacas e, em oito familiares, ressonância magnética (RM) da mesma região. Resultados: observou-se que 47 por cento (14/30) dos familiares apresentavam dor lombar com característica inflamatória crônica e 20 por cento deles (6/30) apresentavam evidências radiológicas de sacroiliite bilateral. O diagnóstico de espondilite anquilosante (EA) foi confirmado em 10 por cento dos familiares (3/30). O antígeno HLA-B27 estava presente em 60 por cento dos familiares testados pela técnica de linfocitotoxicidade ou por citometria de fluxo. A RM não se mostrou superior à radiologia convencional na detecção precoce de alterações sacrilíacas. Conclusões: a avaliação de familiares de primeiro grau de pacientes portadores de EA pode revelar formas paucissintomáticas ou subclínicas da doença em uma proporção significativa de sujeitos