賦能精準(zhǔn)醫(yī)療，以精準(zhǔn)成像視角看計算成像在生命科學(xué)的應(yīng)用！

近年來，精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展如火如荼，在臨床領(lǐng)域取得了廣泛的使用，顯著推動了醫(yī)療模式的發(fā)展與革新，成為未來醫(yī)療發(fā)展的主要方式之一。在2021國際計算成像會議，計算成像•解碼生命產(chǎn)業(yè)論壇，凌云光技術(shù)股份有限公司科學(xué)圖像BU總經(jīng)理楊影女士帶來了題為《精準(zhǔn)成像賦能精準(zhǔn)醫(yī)療》的報告分享，接下來就讓我們以精準(zhǔn)成像的視角，一起來看下計算成像在生命科學(xué)的應(yīng)用吧！

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精準(zhǔn)醫(yī)療實現(xiàn)個體化診斷與治療

在正確的時間給予正確的治療

2015年1月30日，奧巴馬宣布“精準(zhǔn)醫(yī)療計劃”（Precision MedicineInitiatave)，精準(zhǔn)醫(yī)療一詞由此躍入全球視野。2016年，中國國家衛(wèi)計委會同科技部等部門，聯(lián)合一批科學(xué)家擬定中國版的精準(zhǔn)醫(yī)療計劃，并逐步推進特色精準(zhǔn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。 

作為生命醫(yī)學(xué)的前沿領(lǐng)域，“精準(zhǔn)醫(yī)療”是一種基于患者分子生物病理學(xué)、細(xì)胞生物病理學(xué)、基因生物學(xué)等特征，精準(zhǔn)匹配進行的個體化診斷與治療策略。它的核心理念是：在正確的時間給予正確的治療，致力于有效提高病人的身體健康水平和壽命，同時做到大幅降低醫(yī)療費用。 

這里主要體現(xiàn)在三個方面：首先是個體治療，因人而異、針對不同的個體采用不同的治療方式，比如藥物治療、細(xì)胞治療、基因治療和分子治療等都是嚴(yán)格的個體化治療；其次是時間軸，不同疾病在不同的階段有不同的有效治療手段，不同時間實施不同治療方案；最后是環(huán)境特性，既需要看我們外部的生活環(huán)境，也需要考慮身體內(nèi)部復(fù)雜的生物化學(xué)環(huán)境，來實施治療方案。

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精準(zhǔn)成像賦能精準(zhǔn)醫(yī)療

推動醫(yī)療方式從普適性向精準(zhǔn)化轉(zhuǎn)身

見所未見，看見不能看到的目標(biāo)，這是計算成像的目標(biāo)。而區(qū)別于計算成像，精準(zhǔn)成像是以滿足用戶需求特征為目標(biāo)的成像實現(xiàn)！需要綜合應(yīng)用相機、光源、鏡頭、光路組合、計算資源和環(huán)境等因素，靈活構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)，獲得期望的目標(biāo)信息。在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，精準(zhǔn)成像對高時空分辨率維度、智能化、對組織深度的探測方面，有著更高品質(zhì)的成像要求。為了保障精準(zhǔn)成像效果，需要靈活使用相機、靈活使用光源、靈活設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)。

今天市面上已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于精準(zhǔn)成像技術(shù)的現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)療設(shè)備，比如基因測序儀、病理掃描儀、手術(shù)導(dǎo)航儀等。DNA遺傳物質(zhì)、細(xì)胞、分子、組織等信息的可視化，從而可以精確準(zhǔn)確輔助醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)學(xué)治療，這也使得醫(yī)療方式從以往的普適性向精準(zhǔn)化轉(zhuǎn)身！ 

基于在醫(yī)學(xué)診斷、醫(yī)學(xué)治療、醫(yī)學(xué)預(yù)防的精準(zhǔn)性和精確性，精準(zhǔn)成像已經(jīng)滲透到基因診斷、病理診斷、分子診斷、細(xì)胞診斷等生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的方方面面。比如，X光屬于分子影像精準(zhǔn)成像，目前結(jié)合了超聲、紅外成像，衍生出了多模態(tài)分子成像醫(yī)療設(shè)備；基因診斷和基因編輯，采用成像技術(shù)，可以看到堿基，在基因的層面來實施治療；比如各種醫(yī)療顯微鏡，可以看到細(xì)胞和亞細(xì)胞層面的圖像信息，進行細(xì)胞層面的治療…

03

凌云光精準(zhǔn)成像醫(yī)療解決方案

更省時、更省力、更省成本 

基于對相機、光源、光學(xué)系統(tǒng)的靈活設(shè)計和使用，凌云光提供器件、模組和服務(wù)支持，可以實現(xiàn)諸如同時看見高速高分辨大視場圖像，立體大景深全聚焦光場，10億像素級成像、多維多尺度等成像效果，能夠更省時、更省力、更省成本真正助力精準(zhǔn)成像的實現(xiàn)，廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)診斷、醫(yī)學(xué)治療、醫(yī)學(xué)預(yù)防等各個領(lǐng)域。

案例一：基因測序和基因篩查

• 激光光源精準(zhǔn)設(shè)計保證：高穩(wěn)定性和高信噪比、實現(xiàn)高熒光效率及視場均勻性>95%，大視場均勻成像；

• 高速光學(xué)自動聚焦實現(xiàn)快速雙層聚焦，并搭配精準(zhǔn)得系統(tǒng)成像設(shè)計實現(xiàn)大通量數(shù)據(jù)采集；

• 軟件平臺：硬件平臺得聯(lián)控、圖像快速采集保存及亞像素級得目標(biāo)矯正、拼接、融合等實現(xiàn)目標(biāo)得精確定位和分析；

案例二：小動物活體成像

• 光源高穩(wěn)定性及高信噪比及60w的設(shè)計滿足更深皮下>2cm的熒光成像；

• 照明采用雙側(cè)照明設(shè)計更滿足活體成像，保證均勻無遮擋；

• 靈活可配置得設(shè)計滿足不同熒光染料及不同觀測分辨率得要求； 

案例三：分子影像熒光手術(shù)導(dǎo)航

吲哚菁綠（ICG）是一種用于醫(yī)學(xué)診斷的花青染料。目前ICG在近紅外835nm和短波紅外>900nm均有好的響應(yīng)。因此在手術(shù)導(dǎo)航中有兩種方案：

• 可見光+近紅外雙通道成像； 

• 可見光+短波紅外雙通道成像且具有更好得信噪比；

案例四：精準(zhǔn)光源-解構(gòu)樣本特性的利刃

4.1 空間

更均勻精確結(jié)構(gòu)光

• 用于血栓造模的點光化學(xué)光源

• 散斑襯比成像光源

• 熒光激發(fā)用高均勻性面光源

更深的穿透深度

•  SLD用于OCT組織層析成像光源、散射介質(zhì)成像光源

4.2 時間

流式細(xì)胞頻閃光源

• 自主設(shè)計作用距離不敏感高均勻性面光源

熒光時間分辨光源

• 配合光學(xué)斬波器實現(xiàn)熒光壽命時間分辨光源

4.3 強度

功率穩(wěn)定性

• 推出了高穩(wěn)定性恒功率激光器，恒流驅(qū)動器，恒溫驅(qū)動器

功率自適應(yīng)

• 根據(jù)被測樣品可高精度調(diào)節(jié)功率強度，提升精準(zhǔn)成像信噪比，降低光毒性危害

4.4 光譜

多通道光譜集成光源

• 針對熒光顯微、閱片過程中所用的不同激發(fā)波長熒光染料，開發(fā)更適用于特征激發(fā)波長的光源系統(tǒng)