醫(yī)學(xué)工程及醫(yī)院建設(shè)課件

2018-5-20，武漢國際博覽中心核醫(yī)學(xué)科現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢——當(dāng)醫(yī)學(xué)影像邂逅精準(zhǔn)醫(yī)療與人工智能2018-5-20，武漢國際博覽中心核醫(yī)學(xué)科現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢核醫(yī)學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)簡介核醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代生命科學(xué)背景分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代的影像組學(xué)核醫(yī)學(xué)相關(guān)電離輻射防護(hù)基礎(chǔ)發(fā)展中的核醫(yī)學(xué)科建設(shè)要素內(nèi)容提要核醫(yī)學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)簡介內(nèi)容提要

將核素標(biāo)記探針引入生物活動，通過顯像或檢測設(shè)備從外部檢測其發(fā)出的射線，定位、定量、可視化反映在體分子水平特定生物活動相關(guān)信息,協(xié)助疾病的診斷；或利用核素的放射性直接治療疾病核素標(biāo)記探針在體分子水平診斷治療核醫(yī)學(xué)原理與相關(guān)基礎(chǔ) 將核素標(biāo)記探針引入生物活動，通過顯像或檢測設(shè)備從外部檢測其p:6,2s22p2p:7,2s22p3p:8,2s22p4p:9,2s22p512C14N16O19F11C13N15O18F(T1/2=20min)(T1/2=10min)(T1/2=2min)(T1/2=109min)核醫(yī)學(xué)原理與相關(guān)基礎(chǔ)LabelLinkerLigandTarget/MarkerLivingCell18Fp:6,2s22p2p:7,2s22p3p:8,2LigandSignalTarget核醫(yī)學(xué)原理與相關(guān)基礎(chǔ)LigandSignalTarget核醫(yī)學(xué)原理與相關(guān)基礎(chǔ)PredictionPreventionPersonalizationParticipation所有個體的基因型細(xì)胞與腫瘤基因圖譜循環(huán)DNA和TSC分子靶向、免疫治療已成為臨床有力的治療武器精確定位的基因編輯與蛋白質(zhì)編輯技術(shù)現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)背景1989年冷泉港實(shí)驗(yàn)室的班伯里會議啟動HGPPredictionPreventionPersonaliz現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)背景現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)背景IBMWatson可在17sec

完成3469本醫(yī)學(xué)專著，248000篇論文，69種治療方案，61540次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，106000份臨床報(bào)告。通過閱讀1000萬頁文字，Watson迅速成為腫瘤專家2012年Watson通過了美國職業(yè)醫(yī)師資格考試并開始部署在多家醫(yī)院提供輔助診療服務(wù)，涉及病種包括乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌、子宮癌等多種腫瘤2016年12月26日，“浙江省中醫(yī)院沃森聯(lián)合會診中心”成立。Thecriticalissuesarethatinmedicalterminology:veracity,variety,velocity,lackofstandards,andinconsistencyThehealth-caredatainUSAaloneisrapidlyapproaching1021bytelevels.史上記載人類疾病約18000種有重要遺傳因素的疾病7000種有明確證據(jù)已經(jīng)根痊的40余種90%datafromimagingChTx$600B/yr,25-30%effectiveWaronCancer:$200B,盡管投入巨大，ageadjusted腫瘤病死率與50年前Dr.Burchenal發(fā)明化療時(shí)沒有多大變化，而同期心、腦、感染死亡率下降了2/3

VarmusHScience;2006,312:1162現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)背景IBMWatson可在17sec完成3469本醫(yī)學(xué)專著inclinicsinsiliconinvitroinvivoTheultimategoalofallmedicalactivitiesistobenefitourpatients預(yù)防只是理想，根治只是愿望

準(zhǔn)確定靶、精確治療才是臨床的關(guān)鍵分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值inclinicsinsiliconinvitroin出了什么問題

Whatiswrong（function)在什么部位

Whereisit（structure)Structurewithoutfunctionisacorpse...functionwithoutstructureisaghost.

—StephenWainwright分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值出了什么問題

Whatiswrong（function)StructuresDependsonRadiologyStructuresDependsonRadiologFunctionalInsightonNuclMedFunctionalInsightonNuclMedStructuralResolutionMolecularSensitivityImageQualityArtefact-FreeReproduceQuantitationDynamicRx/Tx-Translate//OutcomeClinicalUse//BiomarkersCT<mm–+++++±40y/?MRI~mm10-6~9+++±+++30y/<10USmm?++++++30y/<10Optical<<mm10-15~16–±±±20y/<100Novel<<mm?±+？？?PET<cm10-12~15+++++++++70y/1440+分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值StructuralMolecularSensitivit分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值radiogeneticsMolecularmechanismHypoxia+MRIrelatedabnormalPredict/prognosiscategorize/riskstratifyAcetPET/MRidentifyTx/targetLesioncharacterFDGPET/MRtumorsubtypingmultitracer/multi-parametricsuper-accuratestagingrectalPET/MRTxmonitorprognosis2010-42010-72010-112011-92012-4serialfollow-up分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值radiogeneticsMolecularHypoxia+男性，66歲，查體發(fā)現(xiàn)左肺病灶，診斷肺癌PET：FDG++，F(xiàn)LT±，符合炎性改變CT：左上肺肺癌治后復(fù)查病灶縮小臨床：抗炎治療1月后病灶消失，至今健康分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值男性，66歲，查體發(fā)現(xiàn)左肺病灶，診斷肺癌PET：FDG++ClearchestwallinvasiononMRPET/CTshowedamassivelungCaOperable?No!!!→Chemo/RTX分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值ClearchestwallinvasiononMFDGPETneurondysfunctionMRIhippocampalatrophystructureatrophyβ-amyloidMetabolicabnormaltauimagesMolecularpathologydedicatedprocessingfunctionalBrainmapconnectivitynetworksDTIclearanatomysuperbtexture分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值FDGPETneuronMRIhippocampalaECGgatedBPConductioncontractionMMP/FDGimageshighriskvesselsFDG/RGDmatchingcardiacremodelingGatedFDGHeartfailurefunctionalreserves1925年，Dr.Blumgart用檢測循環(huán)SystemicintegrationMRI/CTA/FDGimagescardiacneurologySerialHEDmappingmyocardialviabilityMBF/FDGmapping分子核醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)價(jià)值ECGgatedBPConductionMMP/FDG大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)2016年中國醫(yī)療人工智能市場96.6億元，2017年超130億元，預(yù)計(jì)2025年1270億。其中至少1/5用于醫(yī)療AI：輔助診斷–輔助治療–輔助決策劍橋分析公司FB數(shù)據(jù)，搭建剖析美國選民的模型，能夠針對性地推送個性化政治廣告。特朗普在自動化機(jī)器人傳播選舉信息方面的工作，是希拉里?克林頓的五倍1秒鐘診斷結(jié)直腸癌準(zhǔn)確率86%。并能預(yù)測腫瘤惡化克服乳腺癌X光檢查假陽性，335項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)診斷正確率97%。下降30%不必要的手術(shù)MRI鑒定AD準(zhǔn)確率86%。能在前幾年預(yù)知AD的發(fā)生在一定程度上，人工智能影響了美國總統(tǒng)大選AlphaGo用了48個TPU,通過3000萬盤比賽訓(xùn)練，60：0

團(tuán)滅人類圍棋大師，而AlphaGoZero用4個TPU，3天490萬盤訓(xùn)練，100：0戰(zhàn)績完勝AlphaGo

DeepMind《Nature》大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)2016年中國醫(yī)療人工智能市場與原發(fā)灶相比，轉(zhuǎn)移灶有12%新基因突變40%改變相同，2-3個基因決定腫瘤類型樹干突變、分支突變、樹杈突變大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)與原發(fā)灶相比，轉(zhuǎn)移灶有12%新基因突變40%改變相同，2-3Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006影像組學(xué)通過融合影像、基因、病理特征建立影像組學(xué)標(biāo)簽建立與生物學(xué)和臨床診斷、分期、治療、預(yù)后等因素的關(guān)聯(lián)獲取數(shù)據(jù)→因素分割→特征提取→關(guān)聯(lián)分析與實(shí)驗(yàn)modifiedfromJieTian’sslideRradiomicrevealsdiseasecharacteristicsthatfailthenakedeyes大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)Aertsetal.NatureCommunicatGeneticAlterationGenes/proteinsSubtypesmutationsHER2DDREGFR18外顯子G719API3KATMG5K318外顯子G719SAKT1MAPKSTK1118外顯子G719CKRASTSC1/2KEAP119外顯子缺失—19種BRAFCTNNB1NEF2L220外顯子S768IMEKCDKN2ARB120外顯子T790MSTAT3EBHA/BTP5320外顯子Ins—3種VEGFRINSRMDM221外顯子L858RCDKNF1mTOR21外顯子L861QNTRKPTENAPCtranslocationsALKROS1KIF5B-RETamplificationsMETFGFRPDGFRAEGFRHER2VEGFR多探針分子影像策略modifiedfromBZShen’sslide針對腫瘤異質(zhì)性及微環(huán)境多參數(shù)影像策略15支煙=1個突變;日照~1000000突變/cm2;正常人體內(nèi)3000癌細(xì)胞/日350個癌基因/常染色體;17.7/Mb突變率;1000~10000000突變/癌細(xì)胞大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)GeneticAlterationGenes/protei明確分子分型患者治療響應(yīng)=70%未明分子分型患者治療響應(yīng)=20%大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)明確分子分型患者治療響應(yīng)=70%大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)readersautoSensitivity86%82%Specificity75%85%Accuracy74%83%AmulticentertrialonLungnodulesin255patientsw700+features大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)readersautoSensitivity86%82%Sp四種不同生物行為肝癌模型攝取狀態(tài)MHCC-97H高轉(zhuǎn)移MHCC-97L低轉(zhuǎn)移QGY7701高致瘤性HepG2低致瘤性不同生物行為肝癌攝取狀態(tài)和模式識別分析:二重交叉檢驗(yàn)誤差為0.002500BA↗↗97H97L97H97L97H97LKi67expressionHSP27expressionIntegrinβ3expressionVEGFR2expressiont=30.512,

P<0.001t=2.740,P=0.025

t=10.262,P<0.001

t=5.606,P=0.001大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)四種不同生物行為肝癌模型攝取狀態(tài)MHCC-97H高轉(zhuǎn)移MultiparametricimagingwithCT/MRIreveals/replacesmorethanFDGPETPET/MRI顯示活體乏氧與異常血管大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)MultiparametricimagingwithC早期發(fā)現(xiàn)病變生物特征可視化協(xié)助治療決策評估療效與轉(zhuǎn)歸提供在體分子診斷疾病相關(guān)蛋白細(xì)胞結(jié)構(gòu)DNA,RNA,酶2CH1VLVHCkCH3HC受體，轉(zhuǎn)運(yùn)體，抗體‘phenotypemapping’‘stateofscience’‘mechanicimaging’‘imagebiopsy’大數(shù)據(jù)、AI與分子影像組學(xué)早期發(fā)現(xiàn)病變生物特征可視化協(xié)助治療決策評估療效與轉(zhuǎn)歸提供在體Early1980’sYearof2016ComparisonofdosetoUSpopulationbyionizingradiationexposuretypesNationalCouncilonRadiationProtection,http://NCRP20161,870,000

6.2醫(yī)用電離輻射相關(guān)基礎(chǔ)Early1980’sYearof2016Compar天然輻射人造輻射廣東陽江：~10mSv;巴西卡拉帕里:~35mSv;印度喀拉拉:~70mSv;伊朗拉姆薩爾:~360mSv……長年監(jiān)測，上述地區(qū)心臟病、癌癥偏低放射性不是人類制造出來的，而是從上帝那里繼承過來的。

前紐約州長、ICRP主席

北京地區(qū)的平均年自然輻射吸收劑量為2.7mSv醫(yī)用電離輻射相關(guān)基礎(chǔ)天然輻射人造輻射廣東陽江：~10mSv;巴西卡拉帕里:~3DavidJBrenner 國家輻射研究中心主任JohnDBoice,jr 國家輻射防護(hù)與測量院主席WilliamFMorgan 國際放射防護(hù)委員會主席JamesECleaver 美國科學(xué)院院士TomKHei 美國輻射研究會主席HedvigHricak 美國醫(yī)學(xué)院院士JamesAdelstein 美國醫(yī)學(xué)院院士JonathenMSamet 美國醫(yī)學(xué)院院士JohnLHolden白宮科學(xué)辦公室主任奧巴巴總統(tǒng)科學(xué)顧問人們一直認(rèn)為凡是輻射都是有害的，實(shí)際上我們并沒有數(shù)據(jù)支持這種說法我們對低劑量輻射的生物效應(yīng)所知是極為有限的甚至有證據(jù)認(rèn)為適當(dāng)?shù)蛣┝枯椛涫怯幸娴倪^份控制低劑量輻射反而有可能增加患者（因延誤診斷）承擔(dān)的疾病風(fēng)險(xiǎn)

2013-3-186/1M萬婦女可能得癌，但因早期發(fā)現(xiàn)挽救600/M乳腺癌生命/年醫(yī)用電離輻射相關(guān)基礎(chǔ)DavidJBrenner 國家輻射研究中心主任Joh

CT1CT2PET總和CT1CT2PET總和CT1CT2PET總和

A廠家PET/CTB廠家PET/CT

C廠家PET/CT全身PET/CT

輻射吸收劑量(mSv)2012年不同廠家產(chǎn)品2016年新產(chǎn)品企業(yè)產(chǎn)品檢測報(bào)告7.0醫(yī)用電離輻射相關(guān)基礎(chǔ)CT1CT2PET總和檢查項(xiàng)目活度(mCi)例數(shù)注射后的時(shí)間平均劑量率(μSv/