影像组学及其在肿瘤研究与临床中的应用ppt课件.ppt

影像组学及其在肿瘤研究与临床中的应用,2020年4月27日,Ph.DFellowofIEEE,SPIE,IAMBE,AIMBE,IAPR,2015年9月，国家卫计委、发改委等16个部门联合印发中国癌症防治三年行动计划（2015-2017年）,国家对癌症的重视,4项定量指标：重点地区、癌症早诊率达到50%肿瘤登记覆盖全国30%以上人口癌症防治核心知识知晓率达60%成人吸烟率下降3%,癌症诊疗的挑战(1/2),我们已经得到大量肿瘤基因数据,但癌症仍然无法被治愈,经过五十年的努力，癌症的五年生存期并没有得到明显的提高,2013年4月1日时代杂志封面,N=1,950,388.UpdatedMay12,2014,DatafromNationalCancerInstituteofNIH(2014),肿瘤5mm才能被诊断缺乏早期诊断手段,癌症的五年生存率没有实质性提高,时空异质性影响治疗缺乏定量评估方法,N.Engl.J.Med.2010,363(1):4-6.,N.Engl.J.Med.2012,366,883-92.,缺乏早期定量方法影像组学,癌症诊疗的挑战(2/2),改自武汉大学周强教授,5mm,1kg左右肿瘤,13年,520年,肿瘤微环境导致微小癌分子和癌细胞,免疫系统可排除,正常,基因异常,开始增殖,前癌病变,发生癌症,出现病状,死亡,转移,基因诊断肿瘤异质性不确定性高,常规影像PET,CT,MRI,超声无法诊断5mm以下肿瘤,发生,发展,凋亡,早期诊断？,缺乏早期诊断手段,Gerlingeretal.NEnglJMed366,883-92(2012),Richardetal.JClinOncol22,277-285(2004),肿瘤基因组的时空异质性限制了靶向治疗的效果我们缺乏有效的手段去全面定量评估肿瘤异质性,Gerlingeretal.NEnglJMed366,883-92(2012).被引用2368次,英国癌症研究中心伦敦研究所CharlesSwantonMD,缺乏定量评估手段,VirendraKumaretal,MagneticResonanceImaging,2012,30:1234.(被引55次)PhilippeLambin,EuropeanJournalofCancer2012;48:441-446.(被引100次),解剖结构,物理组织层次,代谢层次,蛋白质层次,转录学层次,功能影像,结构影像,分子影像,量化微环境定量异质性,基因层次,基因病理,利用海量影像和基因病理信息全面定量肿瘤异质性,癌症研究,影像组学,机遇影像组学为精准医疗提供早期定量手段,影像组学流程,特征提取,预测算法,影像数据,高维特征,诊疗决策,合作优化,提高病人生存期,提高疾病早诊率,减轻患者医疗负担,缓解医院就诊压力,推广应用,影像组学利用大数据挖掘技术定量肿瘤异质性，实现精准诊疗决策，提高病人生存期,改自武汉大学周强教授,5mm,1kg左右肿瘤,肿瘤微环境导致微小癌分子和癌细胞,免疫系统可排除,正常,基因异常,开始增殖,前癌病变,发生癌症,出现病状,死亡,转移,基因诊断肿瘤异质性不确定性高,影像组学基因+影像+病理早期诊断,精准医学,常规影像PET,CT,MRI,超声无法诊断5mm以下肿瘤,影像组学定位(1/2),Gerlingeretal.NEnglJMed366,883-92(2012),Richardetal.JClinOncol22,277-285(2004),影像组学通过全面评价肿瘤的异质性，可以使医学诊疗更精准,2011年美国基因组学与生物医学界的智库发表了迈向精准医学：建立生物医学与疾病新分类学的知识网络,2015年1月份美国总统奥巴马宣布了“精准医疗计划”(PrecisionMedicineInitiative)，探索个体精准诊疗方法。,影像组学定位(2/2),Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.,以肺癌为例，2010年中国共54万发病率，45万死亡率，且在过去30年以465%的速度增长肺癌居恶性肿瘤首位，在非小型细胞肺癌患者中，五年存活率依然很低，不足19%。中国每年花在肺癌治疗上的费用近400亿各大医院开始关注肺癌的检测。肺癌筛检中假阳性较高，活检代价较大,中国癌症调查报告，2013,肺癌影像组学,国际研究进展(1/7),Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.,影像组学通过融合基因和病理信息可量化微环境，早期定量肿瘤的异质性,数据,分割,特征,分析预测,强度,形状,小波,纹理,美国莫菲特癌症中心RobertJ.Gillies,肺癌和头颈癌病人存活率预测数据集：1019个病人788个患有非小型细胞肺癌的病人231个患有头颈癌的病人特征集：440个分析（影像特征与诊疗结果的关系）临床数据与影像特征一起被考虑,Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.,国际研究进展(2/7),Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.,Radiomics特征定义,训练,验证,按稳定性排序的特征,按稳定性排序的特征,Radiomics特征,Radiomics特征,Radiomics特征,Radiomics特征,Radiomics特征有更紧密或者球形肿瘤的病人有更好的存活可能性,国际研究进展(6/7),Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.,Radiomics标签与基因表达模式间的重要关联性,国际研究进展(7/7),影像组学研究进展,预测诊断软件开发研发一套专门读取临床影像数据并自动进行分期、生存率预测和治疗方案建议的软件系统,基于临床数据的分期和预测算法研究利用工科优势，开展临床数据的分期和预测算法研究，发表高影响因子学术论文,一系列数据资源,Radiomics资源数据库建设收集一系列格式规范、信息完整的临床影像数据和基因数据，并整理成资源数据库,一连串关键技术,一整套影像软件,一大批合作医院,20余家三甲医院长期合作已经与北京、长三角、珠三角、河南等地区的一批三甲医院建立长期合作关系,国内超过30余家合作医院,合作医院,广东省人民医院广州医学院一附院,汕头大学附属肿瘤医院,上海肺科医院上海长征医院,哈医大附属第四医院,西京医院,301医院协和医院天坛医院佑安医院中日友好医院医科院肿瘤医院,河南省人民医院,郑大一附院,大量数据,大数据,影像组学大数据是格式规范、信息完整的病人数据,影像组学数据规范,详细参考中国科学院分子影像重点实验室合作医院影像组学数据规范细则,影像组学数据规范,影像组学数据资源,已建立多中心、多肿瘤、多模态数据资源平台，含五类癌症数据逾5000例；预计年底扩充至8000例。,CTMRI,采集,重建,数据存储,可重复性,金标准,全自动,验证,数据库的整合,存储及共享,PACS系统,信息分析,多信息,特征空间,自动提取,低冗余度,影像数据,肿瘤分割,特征提取及量化,预测分析治疗决策,Radiomics算法处理流程,影像组学关键技术进展,WeiShen,ANovelPrincipalComponentAnalysisbasedAirwaySegmentationmethod.IPMI2015.,肺支气管分割结果,肿瘤分割(1/3),分割算法流程,肿瘤分割(2/3),LIDC公开数据集819例数据的精度为81.57%.较之于水平集方法和图割方法，精度提高14.95%(p512*512像素，数据层厚：0.625-2.5mm病理信息病理分类、TNM分期、致病基因突变、肿瘤中心定位等其他信息年龄、性别、是否吸烟等,影像组学数据规范(4/4),治疗信息治疗方式：药物治疗、手术治疗、放化疗、基因靶向治疗等治疗过程：药物用量、治疗次数、靶向药物类型等预后信息2年以上的病人随访记录明确死亡时间控制删失数据在10%,详细参考中国科学院分子影像重点实验室合作医院影像组学数据规范细则,金砂,金条,影像组学大数据是格式规范、信息完整的病人数据,影像组学数据规范,首饰,数据规范,医疗大数据,影像组学,Sequist,L.V.etal.JClinOncol;26:2442-24492008,CR/PR=55%SD=39%PD=6%PFS=9.2mo,EGFRmutNSCLCHER2PosBRCA,ClinicalBenefit=38%3+IHC=48%2+IHC=7%FISH+=48%FISH-=10%,Vogel,C.L.etal.JClinOncol;20:719-7262002,Erlotonib=Tarceva,Tra