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[Projeto] Formatos de Dados e Bancos de Dados em Deep Learning para Dispositivos Médicos Inteligentes

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Formatos de Dados e Bancos de Dados em Deep Learning para Dispositivos Médicos Inteligentes

Por Ricardo Costa Val do Rosário

Introdução

1. À medida que a Medicina Moderna incorpora algoritmos de Deep Learning em wearables, sistemas de imagem, 
monitores multiparamétricos e plataformas de apoio à decisão clínica, cresce a demanda por estruturas robustas 
de dados. 

2. Por serem dados não genéricos, mas sim dados médicos se caracterizam por
- Possuem padrões regulatórios, 
- Exigem interoperabilidade, versionamento, segurança e integridade.

3. Neste artigo, discuto os principais formatos e bancos de dados utilizados em IA Médica, com foco em:
- Casos reais de uso, 
- Boas práticas,
- Exemplos em Python, que ajudam a transformar dados brutos em insights clínicos validados.

Principais Formatos de Dados na Medicina com IA

1. DICOM – Padrão para imagens (TC, RM, RX). Embute metadados clínicos e técnicos.
2. NIfTI (.nii) – Usado em neuroimagem funcional e estruturas 3D/4D.
3. HDF5 (.h5) – Armazena múltiplas modalidades (imagem, máscara, metadados) com alta eficiência.
4. TFRecord – Ideal para pipelines de treinamento em TensorFlow.
5. WFDB – Formato padrão para sinais fisiológicos (ECG, EEG).
6. LMDB – Rápido acesso a imagens e tensores em pipelines de Deep Learning.
7. JSON / CSV – Estrutura leve e flexível para logs, sensores e metainformações clínicas.

Bancos de Dados Relevantes na Assistência Médica Inteligente

**Tipo de Banco |	Exemplos| Aplicações Médicas**

PACS DICOM |	Orthanc, dcm4chee	| Armazenamento de exames e diagnósticos por imagem

Relacional (SQL) |	PostgreSQL, MySQL	| Prontuários, tabelas de pacientes e auditorias

NoSQLv Documental |	MongoDB |	Inferência de modelos, relatórios estruturados

Time Series |	InfluxDB, TimescaleDB |	Dados de sensores em tempo real (ex: SpO₂, PA)

Chave-Valor |	LMDB, LevelDB |	Datasets de imagens treinados via PyTorch

Data Lake	| AWS S3, Azure Blob	| Arquivamento multimodal com versionamento

Exemplos Reais com Python

1. Leitura de Imagem DICOM com Pydicom

import pydicom
ds = pydicom.dcmread("raiox_torax.dcm")
print(ds.PatientID, ds.StudyDescription)

2. Leitura de ECG via WFDB

import wfdb
record = wfdb.rdrecord('mitdb/100', sampto=1000)
wfdb.plot_wfdb(record=record, title='ECG Lead II')

3. Armazenar imagens HDF5 com chunking

import h5py, numpy as np
with h5py.File("imagens.h5", "w") as f:
    f.create_dataset("dados", data=np.random.rand(100, 256, 256), chunks=True)

4. Leitura LMDB com PyTorch

import lmdb, pickle
env = lmdb.open("banco_imagens", readonly=True)
with env.begin() as txn:
    dado = txn.get(b"chave123")
    imagem = pickle.loads(dado)

Boas Práticas em Governança de Dados Médicos com IA

1. Data Versioning com DVC:
Garante reprodutibilidade e rastreabilidade regulatória.

2. Segmentação e Particionamento:
Melhora a performance de consultas clínicas.

3. ETL para OMOP CDM ou FHIR:
Facilita integração com prontuários eletrônicos e auditoria.

4. Edge Computing:
Reduz latência no processamento local (ex: wearables).

5. Orquestração com Apache NiFi / Airflow:
Automatiza fluxos complexos de ingestão e transformação.

Conclusão

1. A excelência de um modelo de IA em Medicina começa pela engenharia de seus dados. 

2. Do diagnóstico por imagem ao monitoramento de sinais vitais, os formatos e bancos utilizados 
devem respeitar normas, garantir performance e se adaptar às rápidas mudanças da área da saúde. 

3. O profissional que domina essas tecnologias torna-se um elo essencial entre a inovação e a prática 
clínica responsável.
"Investir em capacitação para integrar IA de forma ética e segura é mais do que uma tendência, mas sim 
uma urgência para o futuro da Medicina."
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E aí, Ricardo! Tudo bem?

Parabéns! Mantenha o ritmo nos projetos e continue compartilhando na nossa comunidade.

Percebi que você abordou o uso de formatos de dados médicos, contextualizou muito bem o mapeamento entre formatos e bancos de dados para cenários reais da saúde e ainda falou da relevância de boas práticas em governança de dados para a segurança e escalabilidade em IA médica.

Uma sugestão para evoluir ainda mais é informar sobre o describe() do pandas. Que tem como objetivo explorar estatísticas descritivas rápidas de sinais ou metadados clínicos em CSV, como registros de sensores ou dados demográficos. Um exemplo:

import pandas as pd

url = "https://raw.githubusercontent.com/plotly/datasets/master/diabetes.csv"

df = pd.read_csv(url)

df.describe()

Resultado:

indexPregnanciesGlucoseBloodPressureSkinThicknessInsulinBMIDiabetesPedigreeFunctionAgeOutcome
count768.0768.0768.0768.0768.0768.0768.0768.0768.0
mean3.8450520833333335120.8945312569.1054687520.53645833333333279.7994791666666731.9925781249999980.4718763020833332533.2408854166666640.3489583333333333
std3.369578062698862331.9726181951362219.35580717064477715.952217567727677115.244002351338377.88416032037544050.3313285950127748411.760231540678680.4769513772427971
min0.00.00.00.00.00.00.07821.00.0
25%1.099.062.00.00.027.30.2437524.00.0
50%3.0117.072.023.030.532.00.372529.00.0
75%6.0140.2580.032.0127.2536.60.6262541.01.0
max17.0199.0122.099.0846.067.12.4281.01.0

Essa abordagem ajuda a identificar rapidamente valores extremos, tendências e padrões clínicos que podem influenciar a modelagem em IA.

Ícone de sugestão Para saber mais:

Sugestão de conteúdo para você mergulhar ainda mais sobre o tema:

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Caro Daniel, acatando sua sugestão:

Considerações sobre O Método Describe

Por Ricardo Costa Val do Rosário e Microsoft Copilot

Trata-se de:

O recurso do Pandas, apesar de ser considerado fácil de manusear, revela-se extremamente poderoso 
para a análise exploratória de dados médicos. Cada vez mais, tem sido descrito como um "raio-x estatístico" 
para dados numéricos.

Fornece, em segundos, as seguintes informações:

1.  Contagem (`count`) de valores não nulos
2.  Média(`mean`), desvio padrão (`std`)
3.  Mínimo e máximo
4. Quartis: 25%, 50% (mediana) e 75%

Em cenários clínicos, essa abordagem tem um valor enorme:

1. Detecta outliers: como um paciente com glicemia de 199 quando a média é 120

2. Identifica distribuições e variabilidade: por exemplo, se a pressão arterial está concentrada ou dispersa

3. Ajuda na escolha de pré-processamento: normalização, imputação de valores ausentes, etc.

4. Para projetos de IA médica, esses primeiros diagnósticos estatísticos são essenciais para garantir 
a qualidade dos dados antes do treinamento de modelos. 

5. Quando aplicado a sinais fisiológicos, como ECG ou saturação de oxigênio, pode revelar padrões clínicos 
importantes que merecem atenção especializada.

Abaixo está um exemplo de como o método pode ser aplicado antes e depois do pré-processamento de dados clínicos,
mostrando como pequenas transformações podem melhorar a qualidade dos dados para modelos de IA médica.

Exemplo: Análise de Dados de Diabetes

import pandas as pd
import numpy as np

# Carregando os dados brutos
url = "https://raw.githubusercontent.com/plotly/datasets/master/diabetes.csv"
df_raw = pd.read_csv(url)

# Estatísticas antes do pré-processamento
print( Estatísticas antes do pré-processamento:")
print(df_raw.describe())

# Pré-processamento: substituindo zeros por NaN em colunas clínicas onde zero não faz sentido
cols_to_clean = ['Glucose', 'BloodPressure', 'SkinThickness', 'Insulin', 'BMI']
df_cleaned = df_raw.copy()
df_cleaned[cols_to_clean] = df_cleaned[cols_to_clean].replace(0, np.nan)

# Imputação simples: preenchendo NaNs com a mediana
for col in cols_to_clean:
    df_cleaned[col].fillna(df_cleaned[col].median(), inplace=True)

# Estatísticas após o pré-processamento
print("\ Estatísticas após o pré-processamento:")
print(df_cleaned.describe())

O que esse exemplo mostra?

1. Antes: o `describe()` revela valores mínimos como 0 para glicose, pressão arterial e insulina, 
o que é clinicamente improvável.

2. Depois: após imputação com a mediana, os dados ficam mais realistas e prontos para modelagem.

3. Esse tipo de análise é essencial para garantir que o modelo de IA não aprenda padrões errôneos ou enviesados.