賦能精準醫療，以精準成像視角看計算成像在生命科學的應用！

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

01

精準醫療實現個體化診斷與治療

在正確的時間給予正確的治療

2015年1月30日，奧巴馬宣布“精準醫療計劃”（Precision MedicineInitiatave)，精準醫療一詞由此躍入全球視野。2016年，中國國家衛計委會同科技部等部門，聯合一批科學家擬定中國版的精準醫療計劃，并逐步推進特色精準醫療產業。 

作為生命醫學的前沿領域，“精準醫療”是一種基于患者分子生物病理學、細胞生物病理學、基因生物學等特征，精準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療費用。 

這里主要體現在三個方面：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、細胞治療、基因治療和分子治療等都是嚴格的個體化治療；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；最后是環境特性，既需要看我們外部的生活環境，也需要考慮身體內部復雜的生物化學環境，來實施治療方案。

02

精準成像賦能精準醫療

推動醫療方式從普適性向精準化轉身

見所未見，看見不能看到的目標，這是計算成像的目標。而區別于計算成像，精準成像是以滿足用戶需求特征為目標的成像實現！需要綜合應用相機、光源、鏡頭、光路組合、計算資源和環境等因素，靈活構建光學系統，獲得期望的目標信息。在生命醫學領域，精準成像對高時空分辨率維度、智能化、對組織深度的探測方面，有著更高品質的成像要求。為了保障精準成像效果，需要靈活使用相機、靈活使用光源、靈活設計光學系統。

今天市面上已經出現了很多基于精準成像技術的現代精準醫療設備，比如基因測序儀、病理掃描儀、手術導航儀等。DNA遺傳物質、細胞、分子、組織等信息的可視化，從而可以精確準確輔助醫學研究和醫學治療，這也使得醫療方式從以往的普適性向精準化轉身！ 

基于在醫學診斷、醫學治療、醫學預防的精準性和精確性，精準成像已經滲透到基因診斷、病理診斷、分子診斷、細胞診斷等生命醫學領域的方方面面。比如，X光屬于分子影像精準成像，目前結合了超聲、紅外成像，衍生出了多模態分子成像醫療設備；基因診斷和基因編輯，采用成像技術，可以看到堿基，在基因的層面來實施治療；比如各種醫療顯微鏡，可以看到細胞和亞細胞層面的圖像信息，進行細胞層面的治療…

03

凌云光精準成像醫療解決方案

更省時、更省力、更省成本 

基于對相機、光源、光學系統的靈活設計和使用，凌云光提供器件、模組和服務支持，可以實現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成像的實現，廣泛應用在醫學診斷、醫學治療、醫學預防等各個領域。

案例一：基因測序和基因篩查

• 激光光源精準設計保證：高穩定性和高信噪比、實現高熒光效率及視場均勻性>95%，大視場均勻成像；

• 高速光學自動聚焦實現快速雙層聚焦，并搭配精準得系統成像設計實現大通量數據采集；

• 軟件平臺：硬件平臺得聯控、圖像快速采集保存及亞像素級得目標矯正、拼接、融合等實現目標得精確定位和分析；

案例二：小動物活體成像

• 光源高穩定性及高信噪比及60w的設計滿足更深皮下>2cm的熒光成像；

• 照明采用雙側照明設計更滿足活體成像，保證均勻無遮擋；

• 靈活可配置得設計滿足不同熒光染料及不同觀測分辨率得要求； 

案例三：分子影像熒光手術導航

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

• 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：精準光源-解構樣本特性的利刃

4.1 空間

更均勻精確結構光

• 用于血栓造模的點光化學光源

• 散斑襯比成像光源

• 熒光激發用高均勻性面光源

更深的穿透深度

•  SLD用于OCT組織層析成像光源、散射介質成像光源

4.2 時間

流式細胞頻閃光源

• 自主設計作用距離不敏感高均勻性面光源

熒光時間分辨光源

• 配合光學斬波器實現熒光壽命時間分辨光源

4.3 強度

功率穩定性

• 推出了高穩定性恒功率激光器，恒流驅動器，恒溫驅動器

功率自適應

• 根據被測樣品可高精度調節功率強度，提升精準成像信噪比，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波長熒光染料，開發更適用于特征激發波長的光源系統