影像组学及其在肿瘤研究与临床中的应用ppt课件.pptx
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1、第五届华美影像论坛影像组学及其在肿瘤研究与临床中的应用2024年3月1日中国科学院分子影像重点实验室田 捷IEEE,SPIE,IAMBE,AIMBE,IAPRFellowIEEE,SPIE,IAMBE,AIMBE,IAPRFellow背景癌症生存率无突破经过五十年的努力,癌症的五年生存期并没有得到明显的提高N=1,950,388.Updated May 12,2014DatafromNationalCancerInstituteofNIH(2014)%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Gerlinger et al.N Engl J Med 3
2、66,883-92(2012).被引用2368次英国伦敦大学癌症研究中心CharlesSwanton,MD挑战缺乏定量评估手段肿瘤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背景癌症生存率无突破原因N.Engl.J.Med.2010,363(1):4-6.医疗设备方面医疗软件方面N.Engl.J.Med.2012,366,883-92.分子影像分子影像分子影像早期诊断手段早期诊断手段早期诊断手段影像组学影像组学影像组学定量分析方法定量分析方法定量分析方法机遇影像组学肿瘤大小5mm1kg左左右肿瘤右肿瘤13年年520年细胞表达生物分子异常正正常
3、常基因基因异常异常开始开始增殖增殖前癌前癌病变病变形成形成癌灶癌灶出现出现病状病状死死亡亡转移转移传统成像技术难以实现早期微小肿瘤成像基因技术检测早期基因异常?影像组学影像组学融合基因信息和影像多模态信息,为实现精准诊断提供了新机遇基因异常新陈代谢异常器官结构异常时间影像组学(Radiomics)发展历程概念概念概念概念完善完善完善完善概念提出概念提出概念提出概念提出高 通 量 地从 M R I、PET及CT影像中提取大量高维的定量影像特征,并进行分析影像组学指高通量地提取大量描述肿瘤特性的影像特征,最初译为放射组学临床应用临床应用临床应用临床应用影像组学特征成功用于肺癌和头颈癌数据的临床预后
4、评估,得到良好效果Nat.Comm.2014,5:4006EJC2012,48:441-446MRI2012,30(9):1234.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影像组学提供定量化研究手段影像组学流程特征提取预测
5、算法影像数据高维特征强度形状纹理小波其它功能影像结构影像分子影像基因病理诊疗决策肿瘤分期肿瘤分型预后分析诊疗方案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,提高患者的生存期国际研究进展肺癌头颈癌预后分析(1/4)Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.影像组学通过融合影像、基因和病理信息可量化肿瘤微环境,早期定量肿瘤基因异质性基因表达影像特征病理信息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影像组学最早影像组学最早提
6、出者之一提出者之一临床问题:临床影像信息挖掘不足肿瘤异质性很难用影像定性评估收集数据:一千多个病人完整数据788个患有非小细胞肺癌病人数据231个患有头颈部鳞癌的病人数据提取特征:四百多个关键影像特征强度:最大值、标准方差、能量等形状:紧密度、最长直径、体积等纹理:和平均、最大可能、和熵等小波:边界、自由与粘贴面积比等实验结果:影像与临床显著性相关影像组学特征可用于预测肿瘤预后Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.国际研究进展肺癌头颈癌预后分析(2/4)Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.影像组学
7、特征有重要预后价值:特征各向异性越强,病人存活率越低,紧密或球形肿瘤预后更好国际研究进展肺癌头颈癌预后分析(3/4)Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006.影像组学的标签与基因重要相关利用影像特征预测患者基因信息国际研究进展肺癌头颈癌预后分析(4/4)国际研究进展影像-基因回路关联分析(1/2)脑胶质瘤靶向治疗所需的基因数据难以获取,穿刺活检有创且难以得到整体信息临床问题组学方法临床数据斯坦福医院MR图像121例训练、TCGA公开数据集MR和对应的基因数据144例测试提取388个影像组学特征聚类为三类,与PARADIGM算法寻找的基因回路进行关联S
8、 Science Translational Medicinecience Translational Medicine,2015,DOI:10.1126/scitranslmed.aaa7582DOI:10.1126/scitranslmed.aaa7582 SCIIF(2015):SCIIF(2015):15.84315.843国际研究进展影像-基因回路关联分析(2/2)边缘毛刺边缘毛刺多病灶前期多病灶前期椭球形椭球形边缘规则边缘规则边缘强化边缘强化内部低信号内部低信号高高风风险险组组中中风风险险组组低低风风险险组组C-KitIL6-singalingAng/Tie2-signalingC
9、-KitFOXAPDGFRVEGFR酪氨酸激酶抑制剂:伊马替尼VEGFR抑制剂:贝伐单抗影像特征预后生存基因回路靶向治疗S Science Translational Medicinecience Translational Medicine,2015,DOI:10.1126/scitranslmed.aaa7582DOI:10.1126/scitranslmed.aaa7582 SCIIF(2015):SCIIF(2015):15.84315.843国内最新研究五月发表三篇影像组学论文结直肠癌JClinOncol非小细胞肺癌Radiology结直肠癌ClinCancerRes预 测结 直 肠
10、 癌淋巴结转移术前预 测 结 直 肠 癌辅助放化疗效果Clinical Cancer ResearchDOI:10.1158/1078-0432.CCR-15-2997浙大医学院邵逸夫医院预测非小细胞肺癌无进展生存率Radiologyaccepted,May,2016广东省人民医院中科院自动化所Journal of Clinical OncologyDOI:10.1200/JCO.2015.65.9128广东省人民医院中科院自动化所结直肠癌淋巴结转移预测(1/2)广东省人民医院与中科院自动化所合作结直肠癌淋巴结转移预测Journal of Clinical OncologyJournal of
11、 Clinical Oncology,20162016,DOI:10.1200/JCO.2015.65.9128DOI:10.1200/JCO.2015.65.9128 SCI SCI IF(2015):20.98IF(2015):20.98结直肠癌是否合并淋巴结转移很难在术前准确确定,是否转移决定患者手术过程中是否进行淋巴结清扫,显著影响临床决策临床问题组学方法临床数据病理证实是否淋巴结转移的影像病理数据广东省人民医院326训练、200测试数据利用影像组学方法提取转移高度相关24个影像组学特征和临床指标,绘制诺模图融合影像特征和临床指标的影像组学标签可对结直肠癌淋巴结转移进行个性化预测,指导
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