影像组学及其在肿瘤研究与临床中的应用PPT精选课件

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国际研究进展(2/7)
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
Aerts et al. Nature Communications, 2014, 5: 4006.
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国际研究进展(3/7)
Radiomics 特征定义
RIDER 测试/重测
试
N=31
重复分割 N=21
训练
Lung1 Maastro NSCLC N=422
分析流程
验证
Lung2 Radboud NSCLC N=225
H&N1 Maastro HNSCC N=136
H&N2 VU Amsterdam
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机遇—影像组学为精准医疗提供早期定量手段
利用海量影像和基因病理信息全面定量肿瘤异质性
结构影像
解剖结构
功能影像
物理组织层次
量化
影
癌 微环境
像
代谢层次
症
分子影像
组 学
蛋白质层次
研 究
定量
异质性
转录学层次
基因病理
基因层次
Virendra Kumar et al, Magnetic Resonance Imaging, 2012, 30:1234. (被引55次) Philippe Lambin, European Journal of Cancer 2012;48: 441-446.(被引100次) 7
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” (Precision Medicine Initiative)，探 索个体精准诊疗方法。
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
Aerts et al. Nature Communications, 2014, 5: 4006.
影像组学及其在肿瘤研 究与临床中的应用
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国家对癌症的重视
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）》
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%
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癌症诊疗的挑战(2/2)
肿瘤>5mm才能被诊断 时空异质性影响治疗 缺乏早期诊断手段 缺乏定量评估方法
N. Engl. J. Med. 2010, 363(1):4-6.
癌症的五年生存率 没有实质性提高
缺乏早期定量方法 影像组学
N. Engl. J. Med. 2012, 366, 883-92.
—中国癌症调查报告，2013 11
国际研究进展(1/7)
数据 分割 特征 分析预测
强 度
病理信息
形 状
小 波
美国莫菲特 癌症中心 Robert J. Gillies
纹 理
影像特征
基因表达
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
Aerts et al. Nature Communications, 2014, 5: 4006.
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影像组学定位(1/2)
免疫系统 可排除
正 基因 常 异常
肿瘤微环境导致 微小癌分子和癌细胞
5mm
开始 增殖
前癌 病变
发生 癌症
出现 转 病状 移
1kg左 右肿瘤
死 亡
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
——改自武汉大学周强教授 5
缺乏定量评估手段
英国癌症研究中心 伦敦研究所
Charles Swanton MD
Gerlinger et al. N Engl J Med 366, 883-92 (2012). 被引用2368次
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 366, 883-92 (2012) Richard et al. J Clin Oncol 22, 277-285 (2004 )
——改自武汉大学周强教授 9
影像组学定位(2/2)
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
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癌症诊疗的挑战(1/2)
N=1,950,388. Updated May 12, 2014
2013年4月1日时代杂志封面
我们已经得到 大量肿瘤基因 数据,但癌症仍 然无法被治愈
Data from National Cancer Institute of NIH (2014)
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
影像组学流程
影像数据
高维特征
诊疗决策
推广应用
结构影像 特征 提取
功能影像
分子影像
基因病理
强度 形状 纹理 小波 其它
预测
肿瘤分型
合作
提高疾病 早诊率
算法
优化
肿瘤分期
提高病人 生存期
生存期
减轻患者 医疗负担
诊疗方案பைடு நூலகம்
缓解医院 就诊压力
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
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肺癌影像组学
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
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缺乏早期诊断手段
发生
免疫系统 可排除
发展
肿瘤微环境导致 微小癌分子和癌细胞
5mm
凋亡
1kg左 右肿瘤
正 基因 常 异常
开始 增殖
前癌 病变
5~20年
基因诊断
肿瘤异质性 不确定性高
早期诊断
？
发生 癌症
出现 转
死
病状 移
亡
1~3年
常规影像
PET,CT,MRI,超声 无法诊断5mm以下肿瘤
Gerlinger et al. N Engl J Med 366, 883-92 (2012) Richard et al. J Clin Oncol 22, 277-285 (2004 )
HNSCC N=95
Lung3 MUMC NSCLC N=89
按稳定性 按稳定性 Radiomics特征 排序的特征 排序的特征
Radiomics特征 Radiomics特征 Radiomics特征 Radiomics特征 &基因表达式