会议管理_包尚联icmip-2013全体会议的发言

2020 2 19 ICMIP 2009南京 1 PresentandFutureofMedicalImagingPhysics 包尚联ShanglianBao北京大学医学物理和工程北京市重点实验室BeijingKeyLabofMedicalPhysics Engineering北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心TheResearchCenterofTumorDiagnosisandTherapeuticalPhysicsbao Basicdisciplinesofhealthprotection Physics Chemistry informaticsSafeguardhumanhealthSolveproblemfromoriginalrequirement 2020 2 19 ICMIP 2009沈阳 2 Goal getenoughVivostateinformationbyNon invasivemedicalimagingmeansincludingmolecular cell organandsystemformorphological physiologicalandpsychologicalinformationinprecise accuracy 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 3 Physics EngineeringofMedicalImaging MedicalImagingPhysicsPrincipleandprototypedeviceMedicalImagingEngineeringIndustrydeviceandproductionBothdoapplicationinclinicaldiseaseDiagnosisdiseasetherapeuticsDatatreatmentandanalysisVerificationandguarantee 4MajorModalities X rayImaging animalUltrasoundI3D 4DimagingGeneralandspecial 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 4 EssentialTask Allplaces timesneedtoextendthehumaneyecapability AccompanyinghumandevelopmentAfterMacroscopicinformation Microscopicinformationmoreimportant Aftermorphology physiologymoreimportant Aftereyevisibleinformation eyeinvisibleinformationismoreimportant includingphysiologyandpsychology 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 5 2020 2 19 6 FrontDirection MolecularImaging Permanenttopic NewgeneticmaterialandproteinsAccompanyingtheprogressofmankindRevealingessentialpathologicalreasonVeryearlier sufficienttimetoadjustandtreatment ICMIP 2013沈阳 2020 2 19 7 mRNA DNA RNA 酶的合成和活性调控物 转运蛋白 RNA结合物 报告探针 报告基因 DNA AAT glut4 代谢产物 MAb 激素 配体 缩氨酸 DNA合成物 othermoleculesAllindynamicaland3Ddistribution ICMIP 2013沈阳 Twomostimportantmolecules NewgeneticmaterialHumanevolutionfasterthanbefore naturalandartificial Nature changesonbiodiversity climaticconditions foodchain speedofmixedracegeneArtificial Newgeneticmodificationofplantsandanimals evenhumanProteinsHumanProgressrelyonproteinsandnewproteins 2020 2 19 ICMIP 20139沈阳 8 GeneMutation GoodgenemutationPromotinghumanprogressBadgenemutationCausediseases suchascancerVariousdiseases e g cancer cardiovascular braindiseasesincreasingEveryIndividual progressivedisease whichisgeneticallydetermined 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 9 突变 超量表达基因 抗原 产生抗体 生物标志物 遗传 病毒感染 化学致癌物 辐射致癌物 老化 其他 血液中相应抗体 Cancergeneticmaterialencodingtheproteinmarkers 用载体克隆基因 克隆表达 基因和载体蛋白 克隆筛选得到癌症相关克隆 OtherMolecules SuchasMetabolites Hormones NeurotransmittersMainlydeterminedbyacquiredenvironmentalWhichwereworsethanbeforeinChina whichdependenceonhealthcarenewchallengesforhealthworkersMedicalphysicists physiciansEngineersandothers 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 11 Complexity hugenumber MoleculesinvivoHugenumbers constructorbody keepstablerunning maintainvitalityofcellsandhumanComplexityMultipleStructures multiplefunctionsDifferentrolesindifferentprocessDynamicalchanges 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 12 NewTasksonDevicesandProbes DevicesCreativenewmeasuringimagingdevicesMultiplemodalityintegrationComprehensivedataanalysisandprocessingProbesCoveringallkindofmoleculesMethodologiesonSynthesis labelingandtestingProbesfornewmodalities e g forMRI 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 13 MolecularNuclearMedicalImaging TraditionalmolecularimagingPET SPECT theircombinationwithCT MRIDevelopedasufficientnumberofbiologicalprobesRoutineclinicaldiagnostictoolDisadvantagePoorspaceandtimeresolutionsTakethemasanatomicsourceonlyusingtheirWeaknessWhynodynamicalanalysisinChinaNotimetosatisfysomanypatientsNospecialisttodotheanalysisNooriginalcreativeresearch includingthedrugD 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 14 2001 firstInter ConferenceinmolecularimaginginBoston2002 May Nature VasilisNtziachristosetal Fluorescencemoleculartomographyresolvesproteaseactivityinvivo2002 OctoberMr TangXiaoweiholdtheXiangshanScienceSymposiuminHangZhou Title Molecularmedicalimaging Endof2002 Basedimagingmeasurements includingopticalimaging ofthedynamicsofmolecularandcellulareventsVisualization Science Oneofthetoptenbreakthroughs2006 973subjectonmoleculariamgingsetup TianJie BaiJingandBaoShanglian2011 continued 分子影像学国内外研究现状和发展趋势 综述 Diagnosisinearlierstage distinguishBenignandmalignanttumors Developnewdrugs Pharmacology toxicity andinvivostability includingtheprobesTestingthedynamicalanalysismodelQuantitativeparametersinparameterimaging SignificantofDynamicalMolecularImaging input output Authentictracerconcentrationavailableinarterialblood ConcentrationintissuemeasuredbyPETscanner PerfusionEndothelialpermeabilityVascularvolumefractionTransportacrosscellmembranesSpecificbindingtoreceptorsNon specificbindingEnzymeactivity Principle parametricimage Perfusion mLblood minxmLtissue Glucoseuptakerate molglucose minxmLtissue Bindingpotential B max Kd BLOODorPLASMATAC TISSUETAC sinogramor imageor regional RESULTS modelparameters MODEL Model TAC 时间活度曲线 分类流出型平台型流入型 parameters time to peakSlopeSER Glucose Glucose 6 Phosphate Glucose K1 k3 k2 k4 18F FDG 18F FDG 6 Phosphate 18F FDG K 1 k 3 k 2 k 4 Lumpedconstant LC correctsforthedifferentaffinitiesoftransportersandhexokinasetoglucoseandFDG Influxrateconstant Linear Non Linearmodels hereFDGThreecompartmentmodel PET3DDynamicDataclusteringresultsbyK meansandhierarchicalclusteringcombined 使用LLS 第一行所示 和cLLS 第二行所示 方法分析3DPETFDG临床动态数据得到的第12层参数图像结果 ParameterimagesofFDGPET MRI fMRI AdvantagesOnlymodalitycansimultaneouslymeasureanatomical physiologicalandpsychologicalimagingdata Withoutradiationdamage disadvantagesComplexandexpensivefMRIdosenotspreadinclinical re trainingphysicians phyicists FutureClinicalregulationofNeurology psychologicalDevelopandpracticemorereliableanalyzingsoftwareAddmorepositioninradiologyDept 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 23 ConditionisRipe Whateverphysiologyorpsychology theapplicationinclinicalisProgressivelyripeFacilitiesofMRIImprovefaster PhysiologicalparametermeasuringisaccurateenoughforclinicaltestSports andear noseandeye relatedfunctionsareenoughpreciselymeasuredinsomedegree 2020 2 19 ICMIP 2013沈阳 24 e g QuantitativeDEC MRI MethodologyTACCharacterizationanalysisAnalysisofhemodynamicparametersDWItodetermineADCvalueslowerintumorareaEnhancedmorphologicaltumorareaEasytobeusedbyradilogists TAC 时间活度曲线 分类流出型平台型流入型 parameters time to peakSlopeSER DCE MRI药代分析评估化疗效果的研究 病人化疗前情况 左乳 浸润性导管癌 部分呈导管内癌 局灶区域见淋巴细胞聚集 invasiveductalcarcinomawithductalcarcinomainsituandlymphocytesaggregation病人化疗后情况化疗后乳腺改良根治标本 乳腺浸润性导管癌 invasiveductalcarcinoma 肿瘤组织伴坏死 退变及钙化 肉眼未见明确肿块 镜下可见肿瘤浸润范围约2x2cm 余乳腺组织内可见纤维腺瘤形成 乳头 基底及切缘净 淋巴结 腋窝3 8可见癌转移 另送 腋窝 0 3未见癌转移 化疗前Ktrans三维分布 Typicaloutputcurves EvaluationafterChemotherapyforG4 Overview BREASTIMAGINGREPORTINGANDDATASYSTEM BI RADS AmericanCollegeofRadiology IllustratedBreastImagingReportingandDataSystem BI RADS 3rded Reston VA AmericanCollegeofRadiology 1998 Fig57 year oldwomanwithlesionvariablytermed focalasymmetricdensity versus indistinct mass Bilateralroutinecraniocaudal A andmediolateraloblique B mammogramsshowfocalnormalvariantasymmetricparenchyma arrows thatwasunchangedfor5years THESHORTAGEOFCHARACTERISTICKINETICCURVE CKC KatjaC Siegmann MarkusM ller Schimpfle FritzSchick ChristopherT Remyetal MRImaging DetectedBreastLesions HistopathologicCorrelationofLesionCharacteristicsandSignalIntensityData AJR 178 1403 1409 2002 Neoadjuvantchemotherapyforlocallyadvancedbreastcancer TWO COMPARTMENTREFERENCEREGIONPHARMACOKINETICANALYSIS Ktrans volumetransferconstant Ve extravascularextracellularvolume TheKtransisalwaysbelievedtocorrelatedtoangiogenesisandVemayincreaseinthecaseofedemaornecrosis Ktrans与血管生成有关Ve与水肿或坏死有关 TRADITIONALQUANTITATIVETWO COMPARTMENTREFERENCEREGIONPHARMACOKINETICANALYSIS Challenge1 3DT1mapofthewholeimagingvolumeWithgradientechomulti angleapproachused ittakemorethantenminutesforthemeasurement Challenge2 AIF Arteryinputfunction theconcentrationofcontrastagentinthevascular ItisdifficulttogetAIFthroughdirectmeasurement TraditionalsolutionPopulation based causesignificanterrorsinthecalculation MorethanconventionalDCE MRI3Ddatasetacquisitions Oursolution FixedT1valueforcontrastagentconcentrationderiving ReferenceregionmodelinsteadofconventionalAempiricalformulaandfuzzy clusterareadoptedforconventionalDCE MRIdatapointsdeficiency results asliceofbreast3DDCE MRIdataset thetumorintheleftisselectedforsegmentedandfurther 3DKtransmapsshowtheproliferationareaintheperipherywiththeincreasedKtransvalueinthisarea For3DVemap themalignantarea definedbytheKtransmap stillhasincreasedvaluesintherimwheretumorlocates Inthecenterofthetumor theVevalueisstillrelativelylow abenignexample onesliceofthe3DDCE MRIdataset the3DKtransmapofthetumor somerelativehighvoxeloftheKtransmapmaybecausedbytheexchangebetweenthenormalvesselandtissue the3DKtransmapofthetumorregion 2020 2 19 44 Clinicalavailablesoftware AfterseveralPhDthesisIthasbeendevelopedasclinicalusablesoftwareBut beenintroducedtoTopGradecompany butnotbeenapprovebyCFDA ICMIP 2013沈阳 2020 2 19 45 NewRequirements NeedputisintoaspecialdesignedMRIfacilityTestformoretumorsFurtherimprovetheaccuracyPracticeinwideclinicalapplication ICMIP 2013沈阳 Brainimaging ItsApplication USA EuropestartthenewprojectsonbrainimagingandmorechallengeresearchgoalMaintaskisConnectionsbetweenindividualnervefibers toodifficultnon invasivelyHumanhasabout1 5X1012neuronsEachneuronhasabout103 105Synapses USAgoingonplan HCP NIH 2010 2015 Derivetheconnectionbetweenmainbrainregiontorevealthedifferenceat1mmspaceresolutionUndertakerUniversityofWashington 30million HarvardUniversityandtheMassachusettsGeneralHospitalandotherinstitutions 8 5millionTasksScan1200brainofhealthadults including300pairsoftwins comparetheirdifferenceofconnectivity Cognitiveandbehavioral EventuallyalldepictthehumanbrainneuralconnectionsTheypublishedtheresultsbyMGHfirstThepreviousresultsareat2 3mmspaceresulution EuropeanBrainProject Febof2013 CECJRCdeclared HumanBrainProjectin1billioneurosin10yearstosimulatewholebrainFirststepisalso1mmspaceresolutionsimulationwithrealtimerequirement ThisisanInfinite noendplanbothofUSAandEurope Abouttheapplications Createanartificialbrain knowhowtoimprovetheconnectivitytoincreasetheefficiencyUnderstandhowthediseaseisformedandtheonsetviacomparisonwithpatientssuchasSchizophrenia clinicaldepressionorautism 精神分裂症 临床抑郁症或自闭症 HumancandoitatdifferentspaceresolutionlevelandatDifferentstagesoftheprocess 北大正在开展的研究简介 北京大学高家红教授来了之后 正在组建一个有3台3T和1台9 4T动物成像系统的MRI中心在神经科学中的应用是高家红教授的专长直接测量神经元的电磁活动产生的信号并成像动态连接度的研究基于解剖学结构 尤其是纤维束的连接基于功能的虚拟的连接静息态的连接问题 MRI设备的关键技术研究 开发0 7TC型超导MRI系统 实现产业化梯度线圈 屏蔽线圈和匀场线圈的设计 RF线圈的设计和制造谱仪的研发系统软件的开发 我的研究小组正在开展立体视觉方面的工作 三维立体视觉fMRI研究适应三维立体影视节目观看 显示器的立体化以及其他三维 四维影视节目的增加三维立体视觉盲的存在 基于双眼视觉差的三维立体视觉功能测量立体视觉盲的鉴别观看三维立体视觉舒适度问题的研究 V1 V4解剖学结构成像和定位研究 第三部分 得到多个参数 扫描 A 其中一个被试的鼓起的左半脑 LH B 球面坐标系下 经过配准的左半脑 C Mollweide投影平面图 57 第四类Mollweide投影图 MW4 枕极Occipitalpole 黄色标记点 在投影平面图中心 根据投影平面中心的位置不同 还有另外三类显示Seealso http www ebire org hcnlab cortical mapping 58 大脑皮质周围多个层面 CorticalsurfaceS0 白质WM 灰质GM交界面 PialsurfaceS1 白质GM 脑脊液CSF交界面 SurfaceS0 5 S0andS1中间的一层面 SurfacesS 1andS 2 S0向内白质中的1mmand2mm位置的层面 第三部分 signal 信号时间序列 上图 频谱分析 下图 相位编码视网膜映射定位图结果 上页图 A and B 中的黄色矩形框区域放大图 依据多个被试平均结果所划分的感兴趣区域 ROI 同时与白色线条显示的VanEssen小组研究结果进行对比印证 第三部分 不同ROI内在五层平面上的EAR 左 FA 右 平均值及其标准误差 不同ROI内在五层平面上的MTR平均值及其标准误差 不同ROI内在五层平面上的T1 T2平均值及其标准误差 结论 关于立体图像中的双眼视差引起的脑激活差异的功能磁共振研究 立体图像中的双眼视差引起的脑激活差异 通过向观察者展示消除了形状因素差异的立体图 几个与立体视觉相关的脑区被鉴别出来 它们主要分布在背侧视觉通路上 在视差幅度和符号方面 信号强度和平面刺激相应之间都表现出了明显差异 立体刺激片源的设计技术路线 通常使用的随机点立体图 这种立体图在二维情况下是一群没有意义的随机点 而在三维情况下却表现出了一定的形状 因此三维与二维对比的差异不仅仅表现为平面与立体差异 还具有物体的形状 立体片源的设计 改进后的随机点立体图 采用黑白棋盘格布局的方式 使得二维和三维情况下具有相同的形状特征 从而消除了形状因素造成的对比差异 只存在立体差异 左右眼子图 融合后的红蓝立体图 二维和三维效果图 数据采集方法 6种视差block 随机展示 一个block群 8个block 每个block持续20s Block实验设计方式 包含8种实验条件 1个控制条件 1个平面刺激条件 6个立体刺激条件 结果 统计参数图谱 3对主要的区域得到了明显的激活 它们分布在背侧视觉通路 V2 V3A hMT V5 及顶叶 DIPSM DIPSA 上 没有明显的腹侧脑区被激活 而其他使用随机点形成的立体图的研究者在实验中却发现了相关的腹侧激活脑区 激活图谱的说明 a体素数目实质包含在对应Brodmann脑区内的激活体素数目 体素大小为3 3 3mm 统计学直方图分析结果 3对激活簇的视差 激活图 所有背侧通路脑区的激活强度都随视差幅度增加而增加在相同视差幅度下 正视差 近视差 要比负视差 远视差 引起更强烈的脑激活 结论 使用静态立体图的实验发现了腹侧区域的激活 而我们改进后的图片没有引起腹侧区域激活 因此我们推断 背侧视觉通路或许在立体视觉处理中发挥着主要的作用 而腹侧视觉通路仅仅抽取了立体图中的形状信息 我们的被试普遍反映正视差要比负视差的立体图难感知 大视差要比小视差难感知 因此我们推断 两幅视网膜图像越难以被感知 大脑激活区显示出越强的响应 观察立体影视刺激的连接度问题 通过比较不同脑区之间的神经活动的时间相关性 得到功能性脑网络连接 而脑区之间的时间相关性强弱表示了脑功能区之间连接的强弱 通过解剖学结构之间的连接 DTI和DSI 研究搞清楚神经系统在连接过程中如何工作的 在很高空间分辨率条件下 两种有可能一致 用fMRI开展的功能性连接 采用fMRI手段获得脑区的神经活动信号 相比其它方法它有更好的空间定位性 对于静息状态和任务状态下的BOLD信号的数据采集 都是通过EPI序列做连续扫描 然后构建出不同脑区之间的功能连接 有两种方法来分析功能数据1 用Independentcomponentanalysis等统计学方法 在数据驱动条件下分析时空信号 确定功能网络 2 Seed based Regionofinterest分析感兴趣区和其它区域之间的关系 揭示这个功能区相关性质 功能性连接和疾病的关系 目前解决的只是粗连接上出问题的疾病 例如 老年痴呆症 连接会减弱Li R 2012 AJNRAmJNeuroradiol 自闭症 连接会增强Hulvershorn 2011 BrainImagingBehav 精神分裂症 连接网络紊乱Venkataraman 2012 SchizophreniaResearch 帕金森 连接网络改变Tessitore 2012 Parkinsonism RelatedDisorders 疼痛性障碍 连接网络的改变OttiA 2013 BMCPsychiatry 更加精细的连接有可能区分 诸如神经分裂症及其各种亚型抑郁症及其分型癫痫尤其是原发性癫痫等等 需要更高空间分辨率和更高时间分辨率也能区分的问题正常人群的个体差异病理人群和正常人群之间的平均差异病理人群之间的个体差异 目前研究现状 fcMVPAconnectionandregionweights Functionalconne