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Beyond handcrafted radiomics in oncologic imaging: Innovations in deep, explainable, multi-site and multi-omics radiomics approaches - 14/02/26

Doi : 10.1016/j.diii.2026.02.001 
Jules Dupont a, b, Fiona Frau a, b, 1, Victor Robic a, b, c, 1, Marina Manso Jimeno d, Letuan Phan e, Stéphanie Nougaret f, g, Samy Ammari a, b, Paul Henry Cournède c, h, Antoine Italiano e, i, j, Nathalie Lassau a, b, Amandine Crombé a, e, k,
a Department of Diagnostic Oncologic Imaging, Gustave Roussy Institute, 94805 Villejuif, France 
b Biomaps, UMR1281, INSERM, CNRS, Commissariat à l'Energie Atomique, Université Paris Saclay, 94800 Villejuif, France 
c IHU PRISM, National PRecISion Medicine Center in Oncology, Gustave Roussy, 94805 Villejuif, France 
d Roche, Gartenstrasse 9, 4052 Basel, Switzerland 
e Bordeaux Institute of Oncology, BRIC U1312, INSERM, team SARCOTARGET, 33000, Bordeaux, France 
f Department of Radiology, Montpellier Cancer Institute, University of Montpellier, 34090 Montpellier, France 
g PINKCC Laboratory, INSERM U1194, Montpellier Cancer Research Institute, University of Montpellier, 34090 Montpellier, France 
h Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, Laboratory of Mathematics and Computer Science (MICS), 91900 Gif-sur-Yvette, France 
i Département d'Innovation Thérapeutique et Essais Précoces (DITEP), 94800 Gustave Roussy, Villejuif, France 
j Department of Medical Oncology, Bergonie Institute, 33076, Bordeaux, France 
k Department of Radiology, Pellegrin Hospital, Bordeaux University Hospital, 33076 Bordeaux, France 

Corresponding author.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Saturday 14 February 2026

Highlights

Radiomics is evolving beyond handcrafted features toward deep learning-based representations, multi-site lesion integration, and multi-omics fusion to better capture tumor complexity and heterogeneity.
Harmonization and explainable artificial intelligence methods have become essential to ensure reproducibility, transparency, and clinical trust in increasingly sophisticated radiomics workflows.
Despite these progresses, major barriers remain, including confounding factors, multicenter variability, limited public datasets, and the absence of prospective radiomics-driven trials, which must be addressed before routine clinical implementation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Radiomics seeks to convert medical images into quantitative biomarkers capable of capturing tumor phenotype, microenvironment, and underlying biology. Over the past fifteen years, the field has expanded beyond handcrafted radiomic features toward deep radiomics, multi-site radiomics, and multi-omics integration, while the need for interpretability has become increasingly central. The aim of this article was to define and clarify these major methodological and conceptual evolutions, to summarize current innovations in deep, explainable, multi-site, and multi-omics radiomics, and to identify the remaining challenges that must be addressed before clinical translation. We first outline how deep learning architectures, including convolutional neural networks, autoencoders, vision transformers, and mask image modeling, enable the extraction of high-level, data-driven imaging representations that theoretically surpass the descriptive power of classical handcrafted radiomic features. Because tumors often display heterogeneous behavior across metastatic sites, we then describe the transition from single-site radiomics to patient-level multi-site approaches integrating all lesions, using aggregation methods, radiomic distance metrics, or attention-based multi-instance learning. Next, we highlight the efforts to harmonize imaging acquisition, preprocessing, and feature extraction across centers, and the growing role of multi-omics frameworks that integrate radiomics with genomic, transcriptomic, immunologic, and clinical data to provide a more complete picture of tumor biology. As model complexity increases, explainable artificial intelligence methods ( e.g ., class activation maps, permutation importance, and Shapley values), structured reporting frameworks, and intrinsically interpretable model architectures should be viewed as complementary rather than competing approaches to ensure transparency, interpretability, and clinical trust. Despite major progress, key challenges persist, including confounding factors, limited public datasets, multicenter variability, inconsistent reporting, and the absence of prospective radiomics-driven clinical trials. Ultimately, radiomics will reach clinical maturity only through the joint advancement of methodological rigor, harmonization, interpretability, and multi-omics integration.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Artificial intelligence, Cancer imaging, Convolutional neural network, Deep learning, Foundation model, Imaging biomarkers, Radiomics

Abbreviations : 2D, 3D, AE, AI, AUC, CAM, CNN, CT, dRF, GAN, hRF, IBSI, LB, LIME, MIL, MRI, MSRF, NSCLC, RF, RQS, SSRF, VAE


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