多模态跨尺度生物医学成像设施
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工程师 技工/技术员 教育/培训/科普
开放共享 管理人员 ~ 200 人
开发中 先进产品
先进服务
工 程 转 化 中 心
苏州 深圳 西安
西安- “一带一路” 雄安- 副中心
临床试验
国之重器，生物医学的超级工具
单体规模最大、模态汇聚最全、学科集成度最高 模态融合数目、深度与广度前所未有 实现从分子到人，一站式全尺度无缝覆盖 高通量、智能化的多模态全尺度大数据整合 全新的人与图像大数据的交互方式 与北京光源合璧，催生新的成像模态 后发优势与先发优势并重，具有强大的内生研发能力 开放共享服务：依府院优势、集全球之智、结合先进产业，
融合尺度从微米到分 米 与北京光源对接的世界首台硬X射线相衬成像系统，高分辨率与大视场完美结合,为 全脑的无损3D成像提供新一代工具
基于自主研发的相位板技术将现有空间分辨率从3埃提高到1埃，为生物大分子结构解 析 提供下一代成像工具，
实现生物样品的电子显微快照，为实现生物过程精细结构动态变化提供强大工 具
>20,000基因及大量 非编码基因
>100,000 蛋白分子 及各种修饰
>4000代谢产物
跨越10个数量级的空 间尺度和动态过程
工程目标与主要技术指标
（1）成像空间尺度：10-10 – 1 m ; 2 成像空间分辨率： 10-10 – 1 mm； 3 成像时间尺度：10-6 秒 – 1 年; 4 成像时间分辨率：10-6 秒 – 25 毫秒; 5 实现4种以上模态融合； 6 图像存储能力：15 PB。
学
教育联盟
研学
研究型医院
医学问题
~ 200 床位
先进服务
市场化产品
（工程转化）
用学
研学产
先进 服务平台
微观 介观 宏观 数据中心 辅助平台
工程师 技工/技术员 教育/培训/科普
开放共享 管理人员 ~ 200 人
开发中 先进产品
先进服务
工 程 转 化 中 心
苏州 深圳 西安
西安- “一带一路” 雄安- 副中心
蓬勃发展的基因组学（genomics）、蛋白组学（proteomics）、代谢组学（metabonomics）揭示的是 生命之剧的“演员”; 正在兴起的成像组学（imageomics）揭示的是生命之剧的“剧照”和“剧情”。
基因组学 蛋白质组学 代谢组学 成像组学
Genomics Proteomics Metabolomics Imageomics
用 研 学 产 — 多模态跨尺度生物医学成像国家平台
国内用户 国外用户
市场化产品
产学
开发中先进产品
高 端 成
（工程转化） 研学
先进服务
开发中
像
公司
研学
先进产品
产 业
派驻 技术共享
成像组学研究院
联 盟
R&D
理论部 应用部 技术部 科教部
先进服务
临床试验
项目组长(PI) ~ 50人 学生+实验员 ~ 750人
确保设施的高效使用，葆持设施的先进性
引领国际生物医学成像新潮流
HHMI USA NIMH USA MGH USA German BioImaging CNRS/France BioImaging European BioImaging University of London RIKEN Japan SBIC Singapore
……
精准定位肿瘤分布，局部放疗剂量，侵润边界等 特征提取
基于多模态影像组学的深度学习
重大应用举例：脑科学
2、逆向解码大脑学习和记忆过程：可视化全脑-神经回路-神经元突触的功能和结构连接组变 化，为发展类脑计算提供物质基础
重大应用举例：代谢生物医学
大脑 心脏
• 快速扫描能力：
• <90秒高速全身成像@10mCi • 空间分辨率：≤4.5mm
世界上最灵敏、视野最大、成像速度最快的人体分子影像设备
为脑磁信号在人脑机接口中的应用奠定了基础
功能成像、结构成像、和分子成像多模态融合同时成像 首次实现对自由活动动物的多个脑区神经网络活动同时成像，为研究动物社交活 动 时的神经行为，以及非人灵长类执行高级认知任务时不同脑区间的连接提供创 新型 工具 世界首台跨越10-1000微米样品尺度，纳米分辨光电融合系统
体系结构
多模态跨尺度 互联互通 方案
重大应用举例：肿瘤医学
1、通过全景式的成像来呈现肿瘤的生理生化发生演进机制，运用深度学习分析，助力肿瘤 的早期诊断、精准治疗以及疗效评估。
治疗后PET/MR 融合图像 肿瘤边界的组织病理切片
术后切除肿瘤组织
病理
PET CT
MRI
多尺度 多模态 医学成像融
合
先进服务
成
研学
开发中
像
公司来自百度文库
研学
先进产品
产 业
派驻 技术共享
成像组学研究院
联 盟
R&D
理论部 应用部 技术部 科教部
先进服务
临床试验
项目组长(PI) ~ 50人 学生+实验员 ~ 750人
学
教育联盟
研学
研究型医院
医学问题
~ 200 床位
先进服务
市场化产品
（工程转化）
用学
研学产
先进 服务平台
微观 介观 宏观 数据中心 辅助平台
国家重大科技基础设施建设项目
多模态跨尺度生物医学成像设施
北京大学 中科院生物物理所
国家建设规划
空间环境地基监测网(子午工程二期) 大型光学红外望远镜 极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施 大型地震工程模拟研究设施 聚变堆主机关键系统综合研究设施 高能同步辐射光源 硬X射线自由电子激光装置 多模态跨尺度生物医学成像设施 超重力离心模拟与实验装置 高精度地基授时系统。
科学目标及其意义
不同成像模态获取不同的结构、功能和组成的信息
科学目标及其意义
• 为什么需要多模态跨尺度？
打通尺度壁垒，精准描绘生命活动需要发展新的成像模态，多模态融合、跨尺度成像体系，以及先进的图像 数据融合平台。
什么是多模态跨尺度？
多模态跨尺度成像是对同一研究对象，利用多种成像模态，跨越不同时间和空间尺 度，通过图像数据融合，全景式地呈现生命活动的过程。
总体架构： 四大装置
宏观
多模态医学 成像装置
介观 多模态活体细胞
成像装置
全尺度 图像整合系统
微观
多模态高分辨 分子成像装置
以前所未有的方式融合光、声、电、磁、核素、电子等模态，结合信息技术， 形成 影 像组，以实现从埃到米、微秒到生命周期的跨时空尺度的结构与功能成像。
模态融合、尺度融合成像装置
先进性与国际地位
肠道
• 6倍信噪比的提升
重大应用举例：心血管分子医学
时空一体PET/MR成像
0.1ms 时间同步精度：实时多模态动态成像
1mm空间分辨率：功能参数与分子靶点同步成像
建筑设计初步方案
用 研 学 产 — 多模态跨尺度生物医学成像国家平台
国内用户 国外用户
市场化产品
产学
开发中先进产品
高 端
（工程转化）
硬件融合
多模态 =
对同一样品测量多种物理 量
原位、同时
原位、异时
异位、异时
原理创新，工程创新 微型化、智能化与自动化
图像融合 建立模型
1000亿神经细胞，每个神经细胞10,000个连接 • 从神经突触到大脑，空间尺度跨越六个数量级。 • 从神经电信号到记忆形成，时间尺度七到八个数量级。
科学目标
成像组学， Imageomics
高灵敏度全景式 PET/CT双模态成像系统 新一代高灵敏脑磁图成像系统 时空一体PET-MR双模态成像系统
基于微型化双光子探头的多脑区高时空分辨成像系统
自主研制跨尺度光电融合断层成像系统 高场fMRI引导的高分辨荧光内窥成像双模态跨尺度成像 系统
基于北京光源的硬X射线相衬跨尺度高分辨成像系统
自主研制高通量冷冻电镜系统 世界首套生物单分子核磁共振成像仪 自主研制的时间分辨四维高分辨生物电镜系统 亚纳米精度冷冻单分子定位成像系统
临床试验
10-微米 小宇宙
生命小宇宙：
世界上最复杂的物质运动形式
人体 --- 小宇宙
1.4-千克 小宇宙
• 10个数量级的空间尺度 • 10个数量级的时间尺度 • 10个不同的层级
成像技术—推动生命科学进步的核心动力
“眼见为实” Seeing is believing
PA-SIM
看 得 快
X射线(1901年Nobel奖) 全息照相法(1971年Nobel奖) CT 计算机断层成像(1979年Nobel奖) 电子显微镜(1986年Nobel奖) MRI 磁共振成像(2003年Nobel奖) 超高分辨率显微成像(2014年Nobel奖)
开放共享 管理人员 ~ 200 人
开发中 先进产品
先进服务
工 程 转 化 中 心
苏州 深圳 西安
西安- “一带一路” 雄安- 副中心
临床试验
国之重器，生物医学的超级工具
单体规模最大、模态汇聚最全、学科集成度最高 模态融合数目、深度与广度前所未有 实现从分子到人，一站式全尺度无缝覆盖 高通量、智能化的多模态全尺度大数据整合 全新的人与图像大数据的交互方式 与北京光源合璧，催生新的成像模态 后发优势与先发优势并重，具有强大的内生研发能力 开放共享服务：依府院优势、集全球之智、结合先进产业，
融合尺度从微米到分 米 与北京光源对接的世界首台硬X射线相衬成像系统，高分辨率与大视场完美结合,为 全脑的无损3D成像提供新一代工具
基于自主研发的相位板技术将现有空间分辨率从3埃提高到1埃，为生物大分子结构解 析 提供下一代成像工具，
实现生物样品的电子显微快照，为实现生物过程精细结构动态变化提供强大工 具
>20,000基因及大量 非编码基因
>100,000 蛋白分子 及各种修饰
>4000代谢产物
跨越10个数量级的空 间尺度和动态过程
工程目标与主要技术指标
（1）成像空间尺度：10-10 – 1 m ; 2 成像空间分辨率： 10-10 – 1 mm； 3 成像时间尺度：10-6 秒 – 1 年; 4 成像时间分辨率：10-6 秒 – 25 毫秒; 5 实现4种以上模态融合； 6 图像存储能力：15 PB。
学
教育联盟
研学
研究型医院
医学问题
~ 200 床位
先进服务
市场化产品
（工程转化）
用学
研学产
先进 服务平台
微观 介观 宏观 数据中心 辅助平台
工程师 技工/技术员 教育/培训/科普
开放共享 管理人员 ~ 200 人
开发中 先进产品
先进服务
工 程 转 化 中 心
苏州 深圳 西安
西安- “一带一路” 雄安- 副中心
蓬勃发展的基因组学（genomics）、蛋白组学（proteomics）、代谢组学（metabonomics）揭示的是 生命之剧的“演员”; 正在兴起的成像组学（imageomics）揭示的是生命之剧的“剧照”和“剧情”。
基因组学 蛋白质组学 代谢组学 成像组学
Genomics Proteomics Metabolomics Imageomics
用 研 学 产 — 多模态跨尺度生物医学成像国家平台
国内用户 国外用户
市场化产品
产学
开发中先进产品
高 端 成
（工程转化） 研学
先进服务
开发中
像
公司
研学
先进产品
产 业
派驻 技术共享
成像组学研究院
联 盟
R&D
理论部 应用部 技术部 科教部
先进服务
临床试验
项目组长(PI) ~ 50人 学生+实验员 ~ 750人
确保设施的高效使用，葆持设施的先进性
引领国际生物医学成像新潮流
HHMI USA NIMH USA MGH USA German BioImaging CNRS/France BioImaging European BioImaging University of London RIKEN Japan SBIC Singapore
……
精准定位肿瘤分布，局部放疗剂量，侵润边界等 特征提取
基于多模态影像组学的深度学习
重大应用举例：脑科学
2、逆向解码大脑学习和记忆过程：可视化全脑-神经回路-神经元突触的功能和结构连接组变 化，为发展类脑计算提供物质基础
重大应用举例：代谢生物医学
大脑 心脏
• 快速扫描能力：
• <90秒高速全身成像@10mCi • 空间分辨率：≤4.5mm
世界上最灵敏、视野最大、成像速度最快的人体分子影像设备
为脑磁信号在人脑机接口中的应用奠定了基础
功能成像、结构成像、和分子成像多模态融合同时成像 首次实现对自由活动动物的多个脑区神经网络活动同时成像，为研究动物社交活 动 时的神经行为，以及非人灵长类执行高级认知任务时不同脑区间的连接提供创 新型 工具 世界首台跨越10-1000微米样品尺度，纳米分辨光电融合系统
体系结构
多模态跨尺度 互联互通 方案
重大应用举例：肿瘤医学
1、通过全景式的成像来呈现肿瘤的生理生化发生演进机制，运用深度学习分析，助力肿瘤 的早期诊断、精准治疗以及疗效评估。
治疗后PET/MR 融合图像 肿瘤边界的组织病理切片
术后切除肿瘤组织
病理
PET CT
MRI
多尺度 多模态 医学成像融
合
先进服务
成
研学
开发中
像
公司来自百度文库
研学
先进产品
产 业
派驻 技术共享
成像组学研究院
联 盟
R&D
理论部 应用部 技术部 科教部
先进服务
临床试验
项目组长(PI) ~ 50人 学生+实验员 ~ 750人
学
教育联盟
研学
研究型医院
医学问题
~ 200 床位
先进服务
市场化产品
（工程转化）
用学
研学产
先进 服务平台
微观 介观 宏观 数据中心 辅助平台
国家重大科技基础设施建设项目
多模态跨尺度生物医学成像设施
北京大学 中科院生物物理所
国家建设规划
空间环境地基监测网(子午工程二期) 大型光学红外望远镜 极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施 大型地震工程模拟研究设施 聚变堆主机关键系统综合研究设施 高能同步辐射光源 硬X射线自由电子激光装置 多模态跨尺度生物医学成像设施 超重力离心模拟与实验装置 高精度地基授时系统。
科学目标及其意义
不同成像模态获取不同的结构、功能和组成的信息
科学目标及其意义
• 为什么需要多模态跨尺度？
打通尺度壁垒，精准描绘生命活动需要发展新的成像模态，多模态融合、跨尺度成像体系，以及先进的图像 数据融合平台。
什么是多模态跨尺度？
多模态跨尺度成像是对同一研究对象，利用多种成像模态，跨越不同时间和空间尺 度，通过图像数据融合，全景式地呈现生命活动的过程。
总体架构： 四大装置
宏观
多模态医学 成像装置
介观 多模态活体细胞
成像装置
全尺度 图像整合系统
微观
多模态高分辨 分子成像装置
以前所未有的方式融合光、声、电、磁、核素、电子等模态，结合信息技术， 形成 影 像组，以实现从埃到米、微秒到生命周期的跨时空尺度的结构与功能成像。
模态融合、尺度融合成像装置
先进性与国际地位
肠道
• 6倍信噪比的提升
重大应用举例：心血管分子医学
时空一体PET/MR成像
0.1ms 时间同步精度：实时多模态动态成像
1mm空间分辨率：功能参数与分子靶点同步成像
建筑设计初步方案
用 研 学 产 — 多模态跨尺度生物医学成像国家平台
国内用户 国外用户
市场化产品
产学
开发中先进产品
高 端
（工程转化）
硬件融合
多模态 =
对同一样品测量多种物理 量
原位、同时
原位、异时
异位、异时
原理创新，工程创新 微型化、智能化与自动化
图像融合 建立模型
1000亿神经细胞，每个神经细胞10,000个连接 • 从神经突触到大脑，空间尺度跨越六个数量级。 • 从神经电信号到记忆形成，时间尺度七到八个数量级。
科学目标
成像组学， Imageomics
高灵敏度全景式 PET/CT双模态成像系统 新一代高灵敏脑磁图成像系统 时空一体PET-MR双模态成像系统
基于微型化双光子探头的多脑区高时空分辨成像系统
自主研制跨尺度光电融合断层成像系统 高场fMRI引导的高分辨荧光内窥成像双模态跨尺度成像 系统
基于北京光源的硬X射线相衬跨尺度高分辨成像系统
自主研制高通量冷冻电镜系统 世界首套生物单分子核磁共振成像仪 自主研制的时间分辨四维高分辨生物电镜系统 亚纳米精度冷冻单分子定位成像系统
临床试验
10-微米 小宇宙
生命小宇宙：
世界上最复杂的物质运动形式
人体 --- 小宇宙
1.4-千克 小宇宙
• 10个数量级的空间尺度 • 10个数量级的时间尺度 • 10个不同的层级
成像技术—推动生命科学进步的核心动力
“眼见为实” Seeing is believing
PA-SIM
看 得 快
X射线(1901年Nobel奖) 全息照相法(1971年Nobel奖) CT 计算机断层成像(1979年Nobel奖) 电子显微镜(1986年Nobel奖) MRI 磁共振成像(2003年Nobel奖) 超高分辨率显微成像(2014年Nobel奖)