医学工程及医院建设课件

2018-5-20，武汉国际博览中心核医学科现状与发展趋势——当医学影像邂逅精准医疗与人工智能2018-5-20，武汉国际博览中心核医学科现状与发展趋势核医学相关基础简介核医学与现代生命科学背景分子核医学的精准医学价值大数据与人工智能时代的影像组学核医学相关电离辐射防护基础发展中的核医学科建设要素内容提要核医学相关基础简介内容提要

将核素标记探针引入生物活动，通过显像或检测设备从外部检测其发出的射线，定位、定量、可视化反映在体分子水平特定生物活动相关信息,协助疾病的诊断；或利用核素的放射性直接治疗疾病核素标记探针在体分子水平诊断治疗核医学原理与相关基础 将核素标记探针引入生物活动，通过显像或检测设备从外部检测其p:6,2s22p2p:7,2s22p3p:8,2s22p4p:9,2s22p512C14N16O19F11C13N15O18F(T1/2=20min)(T1/2=10min)(T1/2=2min)(T1/2=109min)核医学原理与相关基础LabelLinkerLigandTarget/MarkerLivingCell18Fp:6,2s22p2p:7,2s22p3p:8,2LigandSignalTarget核医学原理与相关基础LigandSignalTarget核医学原理与相关基础PredictionPreventionPersonalizationParticipation所有个体的基因型细胞与肿瘤基因图谱循环DNA和TSC分子靶向、免疫治疗已成为临床有力的治疗武器精确定位的基因编辑与蛋白质编辑技术现代精准医学和生命科学背景1989年冷泉港实验室的班伯里会议启动HGPPredictionPreventionPersonaliz现代精准医学和生命科学背景现代精准医学和生命科学背景IBMWatson可在17sec

完成3469本医学专著，248000篇论文，69种治疗方案，61540次试验数据，106000份临床报告。通过阅读1000万页文字，Watson迅速成为肿瘤专家2012年Watson通过了美国职业医师资格考试并开始部署在多家医院提供辅助诊疗服务，涉及病种包括乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌、子宫癌等多种肿瘤2016年12月26日，“浙江省中医院沃森联合会诊中心”成立。Thecriticalissuesarethatinmedicalterminology:veracity,variety,velocity,lackofstandards,andinconsistencyThehealth-caredatainUSAaloneisrapidlyapproaching1021bytelevels.史上记载人类疾病约18000种有重要遗传因素的疾病7000种有明确证据已经根痊的40余种90%datafromimagingChTx$600B/yr,25-30%effectiveWaronCancer:$200B,尽管投入巨大，ageadjusted肿瘤病死率与50年前Dr.Burchenal发明化疗时没有多大变化，而同期心、脑、感染死亡率下降了2/3

VarmusHScience;2006,312:1162现代精准医学和生命科学背景IBMWatson可在17sec完成3469本医学专著inclinicsinsiliconinvitroinvivoTheultimategoalofallmedicalactivitiesistobenefitourpatients预防只是理想，根治只是愿望

准确定靶、精确治疗才是临床的关键分子核医学的精准医学价值inclinicsinsiliconinvitroin出了什么问题

Whatiswrong（function)在什么部位

Whereisit（structure)Structurewithoutfunctionisacorpse...functionwithoutstructureisaghost.

—StephenWainwright分子核医学的精准医学价值出了什么问题

Whatiswrong（function)StructuresDependsonRadiologyStructuresDependsonRadiologFunctionalInsightonNuclMedFunctionalInsightonNuclMedStructuralResolutionMolecularSensitivityImageQualityArtefact-FreeReproduceQuantitationDynamicRx/Tx-Translate//OutcomeClinicalUse//BiomarkersCT<mm–+++++±40y/?MRI~mm10-6~9+++±+++30y/<10USmm?++++++30y/<10Optical<<mm10-15~16–±±±20y/<100Novel<<mm?±+？？?PET<cm10-12~15+++++++++70y/1440+分子核医学的精准医学价值StructuralMolecularSensitivit分子核医学的精准医学价值分子核医学的精准医学价值radiogeneticsMolecularmechanismHypoxia+MRIrelatedabnormalPredict/prognosiscategorize/riskstratifyAcetPET/MRidentifyTx/targetLesioncharacterFDGPET/MRtumorsubtypingmultitracer/multi-parametricsuper-accuratestagingrectalPET/MRTxmonitorprognosis2010-42010-72010-112011-92012-4serialfollow-up分子核医学的精准医学价值radiogeneticsMolecularHypoxia+男性，66岁，查体发现左肺病灶，诊断肺癌PET：FDG++，FLT±，符合炎性改变CT：左上肺肺癌治后复查病灶缩小临床：抗炎治疗1月后病灶消失，至今健康分子核医学的精准医学价值男性，66岁，查体发现左肺病灶，诊断肺癌PET：FDG++ClearchestwallinvasiononMRPET/CTshowedamassivelungCaOperable?No!!!→Chemo/RTX分子核医学的精准医学价值ClearchestwallinvasiononMFDGPETneurondysfunctionMRIhippocampalatrophystructureatrophyβ-amyloidMetabolicabnormaltauimagesMolecularpathologydedicatedprocessingfunctionalBrainmapconnectivitynetworksDTIclearanatomysuperbtexture分子核医学的精准医学价值FDGPETneuronMRIhippocampalaECGgatedBPConductioncontractionMMP/FDGimageshighriskvesselsFDG/RGDmatchingcardiacremodelingGatedFDGHeartfailurefunctionalreserves1925年，Dr.Blumgart用检测循环SystemicintegrationMRI/CTA/FDGimagescardiacneurologySerialHEDmappingmyocardialviabilityMBF/FDGmapping分子核医学的精准医学价值ECGgatedBPConductionMMP/FDG大数据、AI与分子影像组学2016年中国医疗人工智能市场96.6亿元，2017年超130亿元，预计2025年1270亿。其中至少1/5用于医疗AI：辅助诊断–辅助治疗–辅助决策剑桥分析公司FB数据，搭建剖析美国选民的模型，能够针对性地推送个性化政治广告。特朗普在自动化机器人传播选举信息方面的工作，是希拉里∙克林顿的五倍1秒钟诊断结直肠癌准确率86%。并能预测肿瘤恶化克服乳腺癌X光检查假阳性，335项高风险诊断正确率97%。下降30%不必要的手术MRI鉴定AD准确率86%。能在前几年预知AD的发生在一定程度上，人工智能影响了美国总统大选AlphaGo用了48个TPU,通过3000万盘比赛训练，60：0

团灭人类围棋大师，而AlphaGoZero用4个TPU，3天490万盘训练，100：0战绩完胜AlphaGo

DeepMind《Nature》大数据、AI与分子影像组学2016年中国医疗人工智能市场与原发灶相比，转移灶有12%新基因突变40%改变相同，2-3个基因决定肿瘤类型树干突变、分支突变、树杈突变大数据、AI与分子影像组学与原发灶相比，转移灶有12%新基因突变40%改变相同，2-3Aertsetal.NatureCommunications,2014,5:4006影像组学通过融合影像、基因、病理特征建立影像组学标签建立与生物学和临床诊断、分期、治疗、预后等因素的关联获取数据→因素分割→特征提取→关联分析与实验modifiedfromJieTian’sslideRradiomicrevealsdiseasecharacteristicsthatfailthenakedeyes大数据、AI与分子影像组学Aertsetal.NatureCommunicatGeneticAlterationGenes/proteinsSubtypesmutationsHER2DDREGFR18外显子G719API3KATMG5K318外显子G719SAKT1MAPKSTK1118外显子G719CKRASTSC1/2KEAP119外显子缺失—19种BRAFCTNNB1NEF2L220外显子S768IMEKCDKN2ARB120外显子T790MSTAT3EBHA/BTP5320外显子Ins—3种VEGFRINSRMDM221外显子L858RCDKNF1mTOR21外显子L861QNTRKPTENAPCtranslocationsALKROS1KIF5B-RETamplificationsMETFGFRPDGFRAEGFRHER2VEGFR多探针分子影像策略modifiedfromBZShen’sslide针对肿瘤异质性及微环境多参数影像策略15支烟=1个突变;日照~1000000突变/cm2;正常人体内3000癌细胞/日350个癌基因/常染色体;17.7/Mb突变率;1000~10000000突变/癌细胞大数据、AI与分子影像组学GeneticAlterationGenes/protei明确分子分型患者治疗响应=70%未明分子分型患者治疗响应=20%大数据、AI与分子影像组学明确分子分型患者治疗响应=70%大数据、AI与分子影像组学readersautoSensitivity86%82%Specificity75%85%Accuracy74%83%AmulticentertrialonLungnodulesin255patientsw700+features大数据、AI与分子影像组学readersautoSensitivity86%82%Sp四种不同生物行为肝癌模型摄取状态MHCC-97H高转移MHCC-97L低转移QGY7701高致瘤性HepG2低致瘤性不同生物行为肝癌摄取状态和模式识别分析:二重交叉检验误差为0.002500BA↗↗97H97L97H97L97H97LKi67expressionHSP27expressionIntegrinβ3expressionVEGFR2expressiont=30.512,

P<0.001t=2.740,P=0.025

t=10.262,P<0.001

t=5.606,P=0.001大数据、AI与分子影像组学四种不同生物行为肝癌模型摄取状态MHCC-97H高转移MultiparametricimagingwithCT/MRIreveals/replacesmorethanFDGPETPET/MRI显示活体乏氧与异常血管大数据、AI与分子影像组学MultiparametricimagingwithC早期发现病变生物特征可视化协助治疗决策评估疗效与转归提供在体分子诊断疾病相关蛋白细胞结构DNA,RNA,酶2CH1VLVHCkCH3HC受体，转运体，抗体‘phenotypemapping’‘stateofscience’‘mechanicimaging’‘imagebiopsy’大数据、AI与分子影像组学早期发现病变生物特征可视化协助治疗决策评估疗效与转归提供在体Early1980’sYearof2016ComparisonofdosetoUSpopulationbyionizingradiationexposuretypesNationalCouncilonRadiationProtection,http://NCRP20161,870,000

6.2医用电离辐射相关基础Early1980’sYearof2016Compar天然輻射人造輻射广东阳江：~10mSv;巴西卡拉帕里:~35mSv;印度喀拉拉:~70mSv;伊朗拉姆萨尔:~360mSv……长年监测，上述地区心脏病、癌症偏低放射性不是人类制造出来的，而是从上帝那里继承过来的。

前纽约州长、ICRP主席

北京地区的平均年自然辐射吸收剂量为2.7mSv医用电离辐射相关基础天然輻射人造輻射广东阳江：~10mSv;巴西卡拉帕里:~3DavidJBrenner 国家辐射研究中心主任JohnDBoice,jr 国家辐射防护与测量院主席WilliamFMorgan 国际放射防护委员会主席JamesECleaver 美国科学院院士TomKHei 美国辐射研究会主席HedvigHricak 美国医学院院士JamesAdelstein 美国医学院院士JonathenMSamet 美国医学院院士JohnLHolden白宫科学办公室主任奥巴巴总统科学顾问人们一直认为凡是辐射都是有害的，实际上我们并没有数据支持这种说法我们对低剂量辐射的生物效应所知是极为有限的甚至有证据认为适当低剂量辐射是有益的过份控制低剂量辐射反而有可能增加患者（因延误诊断）承担的疾病风险

2013-3-186/1M万妇女可能得癌，但因早期发现挽救600/M乳腺癌生命/年医用电离辐射相关基础DavidJBrenner 国家辐射研究中心主任Joh

CT1CT2PET总和CT1CT2PET总和CT1CT2PET总和

A厂家PET/CTB厂家PET/CT

C厂家PET/CT全身PET/CT

辐射吸收剂量(mSv)2012年不同厂家产品2016年新产品企业产品检测报告7.0医用电离辐射相关基础CT1CT2PET总和检查项目活度(mCi)例数注射后的时间平均剂量率(µSv/