放射影像組學(xué)發(fā)展概述

放射影像組學(xué)發(fā)展概述主要內(nèi)容醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的歷程影像精準(zhǔn)定量、分子靶向成像和療效評估精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)挑戰(zhàn)從影像、影像組學(xué)到影像基因組學(xué)小結(jié)主要內(nèi)容醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的歷程影像精準(zhǔn)定量、分子靶向成像和療效評估精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)挑戰(zhàn)從影像、影像組學(xué)到影像基因組學(xué)小結(jié)醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程和機遇11001683189517961972195319831990200515902015-從傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)到分子醫(yī)學(xué)，從關(guān)注疾病到健康管理20142001醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程和機遇11001683189517961972195319831990200515902015-從傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)到分子醫(yī)學(xué)，從關(guān)注疾病到健康管理20132001醫(yī)學(xué)影像發(fā)展的歷程平面到斷層、單模式到多模式醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展和趨勢解剖定位/定性1895-2002年影像基因組學(xué)2015年-半定量/精準(zhǔn)定量2003-2013年疾?。河?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(zhǔn)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(dǎo)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(zhǔn)醫(yī)學(xué)基因、蛋白質(zhì)、磷酸化蛋白質(zhì)分子病理、生物標(biāo)志物環(huán)境因素生活習(xí)慣分型診斷治療預(yù)防結(jié)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(shù)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(xì)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(xì)胞和腫瘤細(xì)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(dá)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(xì)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(jìn)展

Unknow=挑戰(zhàn)=機遇精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)肺癌診斷治療預(yù)防結(jié)果早期精確靶向提高肺癌的影像特征與肺癌分子分型關(guān)系肺癌的影像特征與肺癌分子靶向治療分子靶點關(guān)系生命科學(xué)技術(shù)基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)細(xì)胞學(xué)代謝組學(xué)主要內(nèi)容醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的歷程影像精準(zhǔn)定量、分子靶向成像和療效評估精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)挑戰(zhàn)從影像、影像組學(xué)到影像基因組學(xué)小結(jié)影像技術(shù)發(fā)展的著重點精準(zhǔn)定量化PET/CTPET/MR診斷療效評估指導(dǎo)治療CT

低劑量技術(shù)PET

特異性示蹤劑MRI

磁場均運性精準(zhǔn)定量化CT、PET和MRI影像定量分析CTCTPET體外EurJCancer.2012March;48(4):441–446精準(zhǔn)定量化技術(shù)是精準(zhǔn)醫(yī)療基礎(chǔ)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(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究療效評估PET/CT、CT、MR、USRECIST+PERCIST標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果實體瘤療效評價標(biāo)準(zhǔn)RECIST

ResponseEvaluationCriteriainSolidTumors實體瘤療效評價標(biāo)準(zhǔn)PERCISTPETEmissionTomographyResponseCriteriainSolidTumorsPET實體瘤療效評價標(biāo)準(zhǔn)*循證醫(yī)學(xué)：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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)－對WHO療效評價進(jìn)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(biāo)*AmericanSocietyofClinicalOncology*JournaloftheNationalCancerInstitute實體瘤療效評價標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)RECIST標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果:PMR三個療程后化療效果好主要內(nèi)容醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的歷程影像精準(zhǔn)定量、分子靶向成像和療效評估精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)挑戰(zhàn)從影像、影像組學(xué)到影像基因組學(xué)小結(jié)CT能譜技術(shù)的發(fā)展能譜CT箭頭所指為風(fēng)濕病灶從平面到能譜CT肺結(jié)節(jié)傳統(tǒng)影像學(xué)診斷方法病灶位置病灶性質(zhì)臨床分期治療方案肺結(jié)節(jié)傳統(tǒng)影像學(xué)診斷方法病灶：位置、大小、形態(tài)、周圍關(guān)系、CT值（增強）、支氣管血流灌注：血供、Ktrans組織學(xué)：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(xì)胞癌小細(xì)胞肺癌病理類型肺結(jié)節(jié)傳統(tǒng)影像學(xué)診斷方法遇到挑戰(zhàn)依據(jù)：基于傳統(tǒng)組織學(xué)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(guān)系肺結(jié)節(jié)傳統(tǒng)影像學(xué)診斷方法NATURECOMMUNICATIONS|DOI:10.1038/ncomms5006主要內(nèi)容醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的歷程影像精準(zhǔn)定量、分子靶向成像和療效評估精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)挑戰(zhàn)從影像、影像組學(xué)到影像基因組學(xué)小結(jié)從”組omes”到”組學(xué)omics”研究

過去10年中”組omes”和“組學(xué)omics”成了科學(xué)界的流行語。

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

Omics是組學(xué)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(gòu)成生物體所有基因的組合,這門學(xué)科就是研究這些基因以及這些基因間的關(guān)系。放射組學(xué)（影像組學(xué)）Radiomics放射組學(xué)（影像組學(xué)）Radiomics放射組學(xué)是對醫(yī)學(xué)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(jìn)行分析，以實現(xiàn)綜合評價腫瘤的包括組織形態(tài)、細(xì)胞包分子、基因遺傳等各種表型（phenotype)。

放射組學(xué)研究的對象包括所有的醫(yī)學(xué)影像，又被稱為影像組學(xué)。從影像技術(shù)到影像組學(xué)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(xué)提高診斷效能評估治療效果評估預(yù)后FromImagingtoRadiomicsRadiomics和Radiogenomics發(fā)展歷程2002年Andreassen等目的：藥物基因組學(xué)提出概念2009年Radiogenomics學(xué)術(shù)團(tuán)體建立多中心協(xié)作2007年Kuo等首次報道在肝臟應(yīng)用手工完成計算2012年Radiomics在肺癌應(yīng)用自動提取特征首先采用CT完成Radiomics工作從醫(yī)學(xué)影像到醫(yī)學(xué)影像組學(xué)Radiomics放射組學(xué)(影像組學(xué))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(guān)性、均值、方差、最大相關(guān)系數(shù)基于灰度頻域特征能量、范數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差基于小波包的紋理特征圖像類特征（影像組學(xué)）從醫(yī)學(xué)影像到醫(yī)學(xué)影像組學(xué)

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(xué)影像到醫(yī)學(xué)影像組學(xué)

圖像處理流程MagnResonImaging.2012November;30(9):1234–1248.影像組學(xué)術(shù)語能量(Energy):能量表達(dá)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(xué)影像到醫(yī)學(xué)影像組學(xué)

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