放射影像組學發(fā)展概述

放射影像組學發(fā)展概述主要內(nèi)容醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程影像精準定量、分子靶向成像和療效評估精準醫(yī)學對傳統(tǒng)醫(yī)學影像技術挑戰(zhàn)從影像、影像組學到影像基因組學小結主要內(nèi)容醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程影像精準定量、分子靶向成像和療效評估精準醫(yī)學對傳統(tǒng)醫(yī)學影像技術挑戰(zhàn)從影像、影像組學到影像基因組學小結醫(yī)學科學技術發(fā)展歷程和機遇11001683189517961972195319831990200515902015-從傳統(tǒng)醫(yī)學到分子醫(yī)學，從關注疾病到健康管理20142001醫(yī)學科學技術發(fā)展歷程和機遇11001683189517961972195319831990200515902015-從傳統(tǒng)醫(yī)學到分子醫(yī)學，從關注疾病到健康管理20132001醫(yī)學影像發(fā)展的歷程平面到斷層、單模式到多模式醫(yī)學影像技術發(fā)展和趨勢解剖定位/定性1895-2002年影像基因組學2015年-半定量/精準定量2003-2013年疾病：有/無、良性/惡性病灶：位置/大小、形態(tài)療效：腫瘤療效-WHO診斷：早期、分子病理治療：See&Treatment療效：精準定量評估診斷:分子特異性診斷療效評估:RECIST，PERCIST藥物研究:藥物分布-Ki-從定性到精確定量化、從診斷到指導個體化治療實體瘤療效評估(ResponseEvaluationCriteriainSolidTumors,RECIST)PET實體瘤療效評估(PETEmissionTomographyResponseCriteriainSolidTumors,PERCIST)分子靶向成像2014年-精準醫(yī)學基因、蛋白質(zhì)、磷酸化蛋白質(zhì)分子病理、生物標志物環(huán)境因素生活習慣分型診斷治療預防結果早期精確靶向提高分子靶向治療對傳統(tǒng)影像診斷技術挑戰(zhàn)189719481997200120032005/62011201220141984靶向治療藥物已經(jīng)廣泛用于臨床（個體化）Rituxmab（利妥昔單抗）Regorafenib（瑞戈非尼）Cabozantini（卡博替尼）Dovitinib（多韋替尼）抑制原癌基因（RET）、血管內(nèi)皮生成因子受體(Vascularendothelialgrowthfactorreceptor，VEGFR)、干細胞生長因子受體(stemcellfactorreceptor，KIT)、酪氨酸激酶受體(receptortyrosinekinase，TRKB)、FMS樣酪氨酸激酶3(FMS-liketyrosinekinase-3，F(xiàn)LT-3)、AXL及上皮生長因子樣域酪氨酸激酶2(humantyrosinekinasewithimmunoglobulinlikeandEGF-likedomains2，TIE-2)的酪氨酸激酶活性，以上激酶受體在正常細胞和腫瘤細胞生長過程中均起著重要作用，肺癌分子靶向治療藥物（絲裂原活化抑制劑）阿法替尼厄洛替尼吉非替尼克唑替尼赫賽汀達拉非尼克唑替尼凡德他尼卡博替尼肺癌分子分型鱗癌腺癌大細胞未知KRAS未知KRASEGFR未知KRAS/EGFRHER2/METEML4/PI3KCA傳統(tǒng)1987年2004年2009年肺癌分子分型進展

Unknow=挑戰(zhàn)=機遇精準醫(yī)學肺癌診斷治療預防結果早期精確靶向提高肺癌的影像特征與肺癌分子分型關系肺癌的影像特征與肺癌分子靶向治療分子靶點關系生命科學技術基因組學蛋白質(zhì)組學細胞學代謝組學主要內(nèi)容醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程影像精準定量、分子靶向成像和療效評估精準醫(yī)學對傳統(tǒng)醫(yī)學影像技術挑戰(zhàn)從影像、影像組學到影像基因組學小結影像技術發(fā)展的著重點精準定量化PET/CTPET/MR診斷療效評估指導治療CT

低劑量技術PET

特異性示蹤劑MRI

磁場均運性精準定量化CT、PET和MRI影像定量分析CTCTPET體外EurJCancer.2012March;48(4):441–446精準定量化技術是精準醫(yī)療基礎PET/CTCTMRIKi1/minSUVg/mlTLGgCBFml/100g/minMMmmol/ml

Ci/mlCMRGlumg/(100g.min)CT

1/cmCT值HuTmax

minKtrans1/min

T2mapmsADCmm2/msT2*ms3DASL

ml/100g/minIDEALIQ%AIFml/100g/minKtrans1/minMRSppmMRTouchpa肺癌精準醫(yī)學研究療效評估PET/CT、CT、MR、USRECIST+PERCIST標準結果實體瘤療效評價標準RECIST

ResponseEvaluationCriteriainSolidTumors實體瘤療效評價標準PERCISTPETEmissionTomographyResponseCriteriainSolidTumorsPET實體瘤療效評價標準*循證醫(yī)學：強調(diào)終點（endpoint）*腫瘤臨床或研究：

替代終點（surrogateendpoint）早期、正確地反映腫瘤治療效果RECIST標準的誕生－1999年美國ASCO會議上介紹，并于同年JNCI雜志發(fā)表－2000年正式發(fā)表，2009年修訂為RECIST1.1標準－對WHO療效評價進行修改補充采用單徑測量替代雙徑測量－更精確更簡易保留CR、PR、SD、PD等評價指標*AmericanSocietyofClinicalOncology*JournaloftheNationalCancerInstitute實體瘤療效評價標準的演變RECIST一維（單徑）測量法：腫瘤最大徑a的變化表示提及變化WHO標準RECIST標準肺癌治療療效評估RECIST+PERCIST病例:男56歲,右肺下葉肺癌,化療方案：吉西他濱+順鉑治療前第一個療程第三個療程PERCIST結果:PMR三個療程后化療效果好主要內(nèi)容醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程影像精準定量、分子靶向成像和療效評估精準醫(yī)學對傳統(tǒng)醫(yī)學影像技術挑戰(zhàn)從影像、影像組學到影像基因組學小結CT能譜技術的發(fā)展能譜CT箭頭所指為風濕病灶從平面到能譜CT肺結節(jié)傳統(tǒng)影像學診斷方法病灶位置病灶性質(zhì)臨床分期治療方案肺結節(jié)傳統(tǒng)影像學診斷方法病灶：位置、大小、形態(tài)、周圍關系、CT值（增強）、支氣管血流灌注：血供、Ktrans組織學：脂肪組織、鈣化CT圖像表現(xiàn)臨床診斷病灶位置病灶性質(zhì)臨床分期治療方案非小細胞癌小細胞肺癌病理類型肺結節(jié)傳統(tǒng)影像學診斷方法遇到挑戰(zhàn)依據(jù)：基于傳統(tǒng)組織學病理分型根據(jù)可視化信息診斷：定位、定性、半定量或定量挑戰(zhàn)：使用部分信息全部信息與分子分型無直接關系肺結節(jié)傳統(tǒng)影像學診斷方法NATURECOMMUNICATIONS|DOI:10.1038/ncomms5006主要內(nèi)容醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程影像精準定量、分子靶向成像和療效評估精準醫(yī)學對傳統(tǒng)醫(yī)學影像技術挑戰(zhàn)從影像、影像組學到影像基因組學小結從”組omes”到”組學omics”研究

過去10年中”組omes”和“組學omics”成了科學界的流行語。

分子生物學中,組學主要包括基因組學(Genomics),蛋白組學(Proteinomics)代謝組學(Metabolomics),轉(zhuǎn)錄組學(transcriptomics),脂類組學(lipidomics),免疫組學(lmmunomics),糖組學(glycomics)和RNA組學(RNomics)學等。

Omics是組學的英文稱謂,它的詞根'-ome'英譯是一些種類個體的系統(tǒng)集合,例如Genomics是構成生物體所有基因的組合,這門學科就是研究這些基因以及這些基因間的關系。放射組學（影像組學）Radiomics放射組學（影像組學）Radiomics放射組學是對醫(yī)學圖像采用自動化數(shù)據(jù)特征化算法將感興趣區(qū)域（ROI）的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有特征空間的數(shù)據(jù)，并對特征空間區(qū)數(shù)據(jù)進行分析，以實現(xiàn)綜合評價腫瘤的包括組織形態(tài)、細胞包分子、基因遺傳等各種表型（phenotype)。

放射組學研究的對象包括所有的醫(yī)學影像，又被稱為影像組學。從影像技術到影像組學MagnResonImaging.2012November;30(9):1234–1248.Radiomics>200特征參數(shù);大數(shù)據(jù)處理從影像到影像組學提高診斷效能評估治療效果評估預后FromImagingtoRadiomicsRadiomics和Radiogenomics發(fā)展歷程2002年Andreassen等目的：藥物基因組學提出概念2009年Radiogenomics學術團體建立多中心協(xié)作2007年Kuo等首次報道在肝臟應用手工完成計算2012年Radiomics在肺癌應用自動提取特征首先采用CT完成Radiomics工作從醫(yī)學影像到醫(yī)學影像組學Radiomics放射組學(影像組學)特征類別特征名稱備注幾何特征面積、周長、矩形度、伸長度、圓形度、歐拉數(shù)統(tǒng)計特征均值、方差、傾斜度、峰態(tài)、能量、熵基于直方圖Hu不變特征不變矩特征Tammura

紋理特征粗造度、對比度、方向度GLCM紋理特征能量、對比度、熵、相關性、均值、方差、最大相關系數(shù)基于灰度頻域特征能量、范數(shù)、標準差基于小波包的紋理特征圖像類特征（影像組學）從醫(yī)學影像到醫(yī)學影像組學

圖像處理流程圖像重建圖像分割圖像特征提取/量化建立數(shù)據(jù)庫/分享從醫(yī)學影像到醫(yī)學影像組學

圖像處理流程MagnResonImaging.2012November;30(9):1234–1248.影像組學術語能量(Energy):能量表達的是原始圖像的灰度值分布的均勻程度，灰度值分布較均勻時能量比較大；反之比較小。熵（Entropy):是指圖像直方圖的灰度值分布的均勻性。從醫(yī)學影像到醫(yī)學影像組學

圖像處理流程OrlhacetalJNuclMed2014從醫(yī)學影像到醫(yī)學影像組學圖像分割技術Segmentation肺癌影像組學研究肺癌影像組學研究肺癌影像組學研究RadiotherOncol.2015Mar;114(3):345–350肝癌影像組學研究乳腺癌影像組學研究從醫(yī)學影像到