放射影像组学发展概述课件.ppt

1、放射影像组学发展概述放射影像组学发展概述主主 要要 内内 容容 医学影像技术发展的历程医学影像技术发展的历程 影像精准定量、分子靶向成像和疗效影像精准定量、分子靶向成像和疗效评估评估 精准医学对传统医学影像技术挑战精准医学对传统医学影像技术挑战 从影像、影像组学到影像基因组学从影像、影像组学到影像基因组学 小结小结主主 要要 内内 容容 医学影像技术发展的历程医学影像技术发展的历程 影像精准定量、分子靶向成像和疗效影像精准定量、分子靶向成像和疗效评估评估 精准医学对传统医学影像技术挑战精准医学对传统医学影像技术挑战 从影像、影像组学到影像基因组学从影像、影像组学到影像基因组学 小结小结第一台T

2、OF-PET/MR分子影像PET/CT 医学医学科学技术发展历程和科学技术发展历程和机遇机遇精准医疗基因组计划转化医学X线图像第一个人体解剖发现细菌发现疫苗第一台CTDNA结构分子医学第一台MRI第一台显微镜11001683189517961972195319831990200515902015-从传统医学到分子医学，从关注疾病到健康管理20142001第一台PET/MR分子影像PET/CT 医学医学科学技术发展历程和科学技术发展历程和机遇机遇精准医疗基因组计划转化医学X线图像第一个人体解剖发现细菌发现疫苗第一台CTDNA结构分子医学第一台MRI第一台显微镜110016831895179619

3、72195319831990200515902015-从传统医学到分子医学，从关注疾病到健康管理20132001医学影像发展的历程医学影像发展的历程平面到断层、单模式到多模式平面到断层、单模式到多模式医学影像技术发展和趋势医学影像技术发展和趋势解剖定位解剖定位/定性定性1895-2002年年影像基因组学影像基因组学2015年年-半定量半定量/精准定量精准定量2003-2013年年疾病：有/无、良性/恶性病灶：位置/大小、形态疗效：肿瘤疗效-WHO诊断：早期、分子病理治疗：See&Treatment疗效：精准定量评估诊断:分子特异性诊断疗效评估:RECIST，PERCIST药物研究:药物分布-K

4、i-从定性到精确定量化、从诊断到指导个体化治疗从定性到精确定量化、从诊断到指导个体化治疗实体瘤疗效评估(Response Evaluation Criteria in Solid Tumors,RECIST)PET 实体瘤疗效评估(PET Emission Tomography Response Criteria in Solid Tumors,PERCIST)分子靶向成像分子靶向成像2014年年-精精 准准 医医 学学基因、蛋白质、磷酸化蛋白质分子病理、生物标志物环境因素生活习惯分型诊断治疗预防结果早期精确靶向提高分子靶向治疗对传统影像诊断技术挑战分子靶向治疗对传统影像诊断技术挑战化学治疗概

5、念提出EGFR（表皮生长因子受体）Alemtuzumab（阿仑单抗）Imatinib（伊马替尼）Gefinitib（吉非替尼）Sunitinib（舒尼替尼）Sorafenib(索拉非尼）Crizotinib（克唑替尼）Ipilimumab（易普利姆玛）Vandetanib（凡德他尼）?叶酸抑制药189719481997200120032005/62011201220141984靶向治疗药物已经广泛用于临床（个体化）Rituxmab（利妥昔单抗）Regorafenib（瑞戈非尼）Cabozantini（卡博替尼）Dovitinib（多韦替尼）抑制原癌基因（RET）、血管内皮生成因子受体(Vasc

6、ular endothelial growth factor receptor，VEGFR)、干细胞生长因子受体(stemcell factor receptor，KIT)、酪氨酸激酶受体(receptortyrosine kinase，TRKB)、FMS 样酪氨酸激酶3(FMS-liketyrosine kinase-3，FLT-3)、AXL及上皮生长因子样域酪氨酸激酶2(human tyrosine kinase with immunoglobulinlikeand EGF-like domains 2，TIE-2)的酪氨酸激酶活性，以上激酶受体在正常细胞和肿瘤细胞生长过程中均起着重要作用

7、，肺癌分子靶向治疗药物肺癌分子靶向治疗药物（丝裂原活化抑制剂）阿法替尼厄洛替尼吉非替尼克唑替尼赫赛汀达拉非尼克唑替尼凡德他尼卡博替尼 肺癌肺癌分子分型分子分型鳞癌腺癌大细胞未知KRAS未知KRASEGFR未知KRAS/EGFRHER2/METEML4/PI3KCA传统1987年2004年2009年肺癌分子分型肺癌分子分型进展进展 Unknow=挑战=机遇精精 准准 医医 学学 肺肺 癌癌诊断治疗预防结果早期早期精确精确靶向靶向提高提高肺癌的影像特征与肺癌分子分型关系肺癌的影像特征与肺癌分子靶向治疗分子靶点关系生生 命命 科科 学学 技技 术术基因组学蛋白质组学细胞学代谢组学主主 要要 内内 容

8、容 医学影像技术发展的历程医学影像技术发展的历程 影像精准定量、分子靶向成像和疗效影像精准定量、分子靶向成像和疗效评估评估 精准医学对传统医学影像技术挑战精准医学对传统医学影像技术挑战 从影像、影像组学到影像基因组学从影像、影像组学到影像基因组学 小结小结影像影像技术发展的技术发展的着重点着重点 精准定量化精准定量化PET/CTPET/MR诊断疗效评估指导治疗CT 低剂量技术PET 特异性示踪剂MRI 磁场均运性精准精准定量化定量化CT、PET和和MRI影像定量分析影像定量分析CTCTPET体外Eur J Cancer.2012 March;48(4):441446 精精准定量化准定量化技术是

9、精准医疗基础技术是精准医疗基础PET/CTCTMRIKi 1/minSUV g/mlTLG gCBF ml/100g/min MM mmol/ml Ci/mlCMRGlu mg/(100g.min)CT 1/cmCT值 HuTmax minKtrans 1/min T2map ms ADC mm2/ms T2*ms3D ASL ml/100g/minIDEAL IQ%AIF ml/100g/minKtrans 1/minMRS ppmMR Touch pa肺癌精准医学研究疗效评估肺癌精准医学研究疗效评估PET/CT、CT、MR、USRECIST+PERCIST标准结果实体瘤疗效评价标准实体瘤疗

10、效评价标准RECIST Response Evaluation Criteria in Solid Tumors实体瘤疗效评价标准PERCISTPET Emission Tomography Response Criteria in Solid TumorsPET实体瘤疗效评价标准*循证医学：强调终点（endpoint）*肿瘤临床或研究：替代终点（surrogate endpoint）早期、正确地反映肿瘤治疗效果RECIST标准的诞生标准的诞生1999年美国ASCO会议上介绍，并于同年JNCI杂志发表2000年正式发表，2009年修订为RECIST1.1标准对WHO疗效评价进行修改补充1.采用

11、单径测量替代双径测量更精确更简易2.保留CR、PR、SD、PD等评价指标*American Society of Clinical Oncology*Journal of the National Cancer Institute实体瘤疗效评价标准的演变实体瘤疗效评价标准的演变 RECIST一维（单径）测量法：肿瘤最大径a的变化表示提及变化肺癌治疗疗效评估肺癌治疗疗效评估 RECIST+PERCIST病例:男 56岁,右肺下叶肺癌,化疗方案：吉西他滨+顺铂治疗前第一个疗程第三个疗程PERCIST结果:PMR三个疗程后化疗效果好三个疗程后化疗效果好主主 要要 内内 容容 医学影像技术发展的历程医

12、学影像技术发展的历程 影像精准定量、分子靶向成像和疗效影像精准定量、分子靶向成像和疗效评估评估 精准医学对传统医学影像技术挑战精准医学对传统医学影像技术挑战 从影像、影像组学到影像基因组学从影像、影像组学到影像基因组学 小结小结CT 能谱技术的发展能谱技术的发展能谱CT箭头所指为风湿病灶从平面到能谱CT肺结节传统影像学诊断方法肺结节传统影像学诊断方法病灶位置病灶性质临床分期治疗方案肺结节传统影像学诊断方法肺结节传统影像学诊断方法病灶：位置、大小、形态、周围关系、CT值（增强）、支气管血流灌注：血供、Ktrans组织学：脂肪组织、钙化CT图像表现临床诊断病灶位置病灶性质临床分期治疗方案非小细胞癌

13、小细胞肺癌病理类型肺结节传统影像学肺结节传统影像学诊断方法遇到挑战诊断方法遇到挑战依据：依据：基于传统组织学病理分型基于传统组织学病理分型根据可视化信息根据可视化信息诊断：诊断：定位、定性、定位、定性、半定量或定量半定量或定量挑战：挑战：使用部分信息使用部分信息全部信息与分子全部信息与分子分型无直接关系分型无直接关系肺结节传统影像学诊断方法肺结节传统影像学诊断方法NATURE COMMUNICATIONS|DOI:10.1038/ncomms5006主主 要要 内内 容容 医学影像技术发展的历程医学影像技术发展的历程 影像精准定量、分子靶向成像和疗效影像精准定量、分子靶向成像和疗效评估评估 精

14、准医学对传统医学影像技术挑战精准医学对传统医学影像技术挑战 从影像、影像组学到影像基因组学从影像、影像组学到影像基因组学 小结小结从从”组组omes”到到”组学组学omics”研究研究 过去10年中”组omes”和“组学omics”成了科学界的流行语。分子生物学中,组学主要包括基因组学(Genomics),蛋白组学(Proteinomics)代谢组学(Metabolomics),转录组学(transcriptomics),脂类组学(lipidomics),免疫组学(lmmunomics),糖组学(glycomics)和 RNA组学(RNomics)学等。Omics是组学的英文称谓,它的词根-o

15、me英译是一些种类个体的系统集合,例如Genomics是构成生物体所有基因的组合,这门学科就是研究这些基因以及这些基因间的关系。放射组学（影像组学）放射组学（影像组学）Radiomics 放射组学（影像组学）放射组学（影像组学）Radiomics 放射组学是对医学图像采用自动化数据特征化算法将感兴趣区域（ROI）的影像数据转化为具有特征空间的数据，并对特征空间区数据进行分析，以实现综合评价肿瘤的包括组织形态、细胞包分子、基因遗传等各种表型（phenotype)。放射组学研究的对象包括所有的医学影像，又被称为影像组学。从影像技术到影像组学从影像技术到影像组学Magn Reson Imaging.

16、2012 November;30(9):12341248.Radiomics 200特征参数;大数据处理从影像到影像组学从影像到影像组学 提高诊断效能提高诊断效能 评估治疗效果评估治疗效果 评估预后评估预后From Imaging to RadiomicsRadiomics 和和Radiogenomics 发展历程发展历程2002年年Andreassen 等等目的：药物基因组学目的：药物基因组学提出概念提出概念2009年年Radiogenomics学学术团体建立术团体建立多中心协作多中心协作2007年年Kuo 等首次等首次报道在肝脏应报道在肝脏应用用手工完成计算手工完成计算2012年年Radi

17、omics在肺癌应用在肺癌应用自动提取特自动提取特征征首先采用CT完成Radiomics工作从医学影像到医学影像组学从医学影像到医学影像组学Radiomics放射组学(影像组学)特征类别特征类别特征名称特征名称备注备注几何特征面积、周长、矩形度、伸长度、圆形度、欧拉数统计特征均值、方差、倾斜度、峰态、能量、熵基于直方图Hu不变特征不变矩特征Tammura 纹理特征粗造度、对比度、方向度GLCM纹理特征能量、对比度、熵、相关性、均值、方差、最大相关系数基于灰度频域特征能量、范数、标准差基于小波包的纹理特征图像类特征（影像组学）从医学影像到医学影像组学从医学影像到医学影像组学 图像处理流图像处理流

18、程程图像图像重建重建图像图像分割分割图像特征图像特征提取提取/量化量化建立数据建立数据库库/分享分享从医学影像到医学影像组学从医学影像到医学影像组学 图像处理流程图像处理流程Magn Reson Imaging.2012 November;30(9):12341248.影像组学影像组学术语术语 能量(Energy):能量表达的是原始图像的灰度值分布的均匀程度，灰度值分布较均匀时能量比较大；反之比较小。熵（Entropy):是指图像直方图的灰度值分布的均匀性。从医学影像到医学影像组学从医学影像到医学影像组学 图像处理流图像处理流程程Orlhac et al J Nucl Med 2014从医学影

19、像到医学影像组学从医学影像到医学影像组学图像分割技术Segmentation肺癌影像组学研究肺癌影像组学研究 肺癌影像组学研究肺癌影像组学研究 肺癌影像组学肺癌影像组学研究研究 Radiother Oncol.2015 Mar;114(3):345350肝癌影像组学研究肝癌影像组学研究 乳腺癌影像组学研究乳腺癌影像组学研究 从医学影像到医学影像组从医学影像到医学影像组学学 对对CT设备要设备要求求对人体最小影响最小化：低剂量、快速、对比剂获得的信息最大化：从解剖、功能到代谢对信息精准定量化：CT值、散射、Ktrans定量参数稳定性：重复性重新定义设备从基因从基因(gene)到表型到表型(phenotype)从影像组学到影像基因组学从影像组学到影像基因组学200 定量化基因组From Radiomics to Radiogenomics大数据处理小小 结结医学影像技术发展的历程医学影像技术发展的历程精准医学对传统医学影像技术挑战精准医学对传统医学影像技术挑战影像精准定量、分子靶向成像和疗效评影像精准定量、分子靶向成像和疗效评估估从影像、影像组学到影像基因组学从影像、影像组学到影像基因组学