分子影像:精准医疗“加速器”

2019-10-28 中国科学报

  “分子影像学已发展成为精准医疗的重要手段。”在近日举行的第十五届杭州国际分子影像研讨会上,大会主席、浙江大学医学中心副主任田梅教授告诉《中国科学报》,这是他们坚持十五年举办这一研讨会的主要原因,即希望建立一个推动分子影像手段实现精准医疗的国际学术交流平台。

  来自美国、德国、西班牙、日本及国内的与会专家表示,以分子影像技术为代表的核医学正在走向临床诊断和支撑个性化治疗相结合的深度融合阶段,而人工智能的应用也将给精准医疗带来新的挑战和希望。

  治疗学:核医学的新挑战 

  德国慕尼黑工业大学教授、德国科学院院士Markus Schwaiger在会上简要回顾了核医学的发展历史。这项始于上世纪50年代的技术,原本是内分泌学的一部分,其重点是放射性碘在甲状腺疾病的诊断和治疗中的应用。“最初,诊断学和治疗学干预的结合,促使核医学成为医学上一个成功的诊治一体化方法。”Schwaiger说。

  但随着新的成像技术的发展,尤其是PET/CT(正电子发射断层显像与CT一体机)和PET/MR(正电子发射断层显像与MRI一体机)的引入,核医学在肿瘤等重大疾病的精准诊断方面发挥着越来越重要的作用,特别是它提供了出色的病灶检测和分期能力。在其发展历程中,由于癌症与独特的分子模式有关,因此使用分子影像方法鉴定治疗靶点,又反过来推动了核医学治疗领域的发展。

  “分子影像学现在处于诊断成像的中心地位。”西班牙巴塞罗那自治大学核医学科主任、欧洲核医学会前主席Ignasi Carrio教授说,尤其是PET/CT在疾病表征、肿瘤分期和控制、心血管医学的生物学现象的量化以及神经退行性疾病的病理生理学和治疗选择方面提供了重要的分子信息。

  分子成像仪器的技术进步之一是数字PET的运用。它可以提供更好的成像质量和更精确的定量分析,且成像时间或注射剂量大大减少。“我们的临床经验表明,利用数字PET,有22%的患者被检测出更多的病变,从而能提供更精确的分期,实现更合适的治疗。”Carrio说。

  而在癫痫病检测和治疗方面,田梅介绍,该校分子影像与核医学队用PET及PET/MR影像引导的癫痫患者治疗有显著改善。该团队所采用的成像手段在小儿癫痫患者中癫痫灶检出率被认为达到世界最高水准。

  最近,前列腺特异性膜抗原(PSMA)靶向核医学成像技术在前列腺癌诊治中得到成功应用,这使得内放射治疗和影像引导手术在临床学界迅速被接受。

  Schwaiger认为,未来靶向放射治疗方法不仅在前列腺癌方面,而且在血液学和其他实体癌方面都可与药物疗法相抗衡。“随着制药业介入核医学治疗剂的发展,核医学将恢复其最初的定位,即有效的诊断和个性化治疗的结合。”

  人工智能辅助:不可能一蹴而就 

  分子成像仪器的另一项技术进步就是,利用人工智能进行影像处理和读取。然而,当下对于人工智能参与医疗过程,学界有不同看法。

  “人工智能在医学中应用的潜力非常大。”德国慕尼黑工业大学副教授施匡宇告诉《中国科学报》,人工智能技术,尤其是深度学习,扩展了人类对数字数据信息的感知。它在计算机辅助诊断(CAD)中的应用在医学上已取得多项成果。

  施匡宇强调,由于数据的可用性有限,分子信号的异质性较大,这使得为分子成像和治疗开发的深度学习效果有限。因此,对于分子成像而言,提高深度学习的算法效率更为重要。例如,施匡宇带领的课题组已经开发出几种算法,用来增强人工智能在分子成像和治疗中的应用。

  不过,施匡宇指出,不能因为人工智能的热潮而急于推出人工智能医疗,因为尚有一些问题待解决。“并不是说一定要用人工智能,也不是为了用人工智能而用。”施匡宇说,医学计算界有两种观点。一种是方法驱动,他们认为人工智能是个很好的方向,就想推广这个方法;另一种认为问题驱动才是最重要的,因为临床中尚有非常多的问题没有解决,而其中一些是现在的人工智能解决不了的,所以应当积极实践,寻求解决方案。

  目前,人工智能在医学仪器上已取得了一定成功,例如快速找到需要扫描的部位,但在辅助诊断上的应用还没有经过深入验证。施匡宇认为,这是因为临床诊断辅助治疗的验证过程非常长,也非常严肃,假如因此作出了错误的诊断信息,可能比其他应用后果更严重。“虽然最近有一些产品拿到了初步审批,但还不是庆功的时候,只有在应用中不断完善才能真正发挥人工智能的优势。”

  “我认为潜力巨大,但还有很长的路要走,并不是一蹴而就的。”施匡宇说。

 

  作者:李晨 王菁 

  来源:中国科学报 2019年10月28日

  http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/10/350591.shtm

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