赋能精准医疗，以精准成像视角看计算成像在生命科学的应用！

近年来，精准医疗的发展如火如荼，在临床领域取得了广泛的使用，显著推动了医疗模式的发展与革新，成为未来医疗发展的主要方式之一。在2021国际计算成像会议，计算成像•解码生命产业论坛，凌云光技术股份有限公司科学图像BU总经理杨影女士带来了题为《精准成像赋能精准医疗》的报告分享，接下来就让我们以精准成像的视角，一起来看下计算成像在生命科学的应用吧！

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精准医疗实现个体化诊断与治疗

在正确的时间给予正确的治疗

2015年1月30日，奥巴马宣布“精准医疗计划”（Precision MedicineInitiatave)，精准医疗一词由此跃入全球视野。2016年，中国国家卫计委会同科技部等部门，联合一批科学家拟定中国版的精准医疗计划，并逐步推进特色精准医疗产业。 

作为生命医学的前沿领域，“精准医疗”是一种基于患者分子生物病理学、细胞生物病理学、基因生物学等特征，精准匹配进行的个体化诊断与治疗策略。它的核心理念是：在正确的时间给予正确的治疗，致力于有效提高病人的身体健康水平和寿命，同时做到大幅降低医疗费用。 

这里主要体现在三个方面：首先是个体治疗，因人而异、针对不同的个体采用不同的治疗方式，比如药物治疗、细胞治疗、基因治疗和分子治疗等都是严格的个体化治疗；其次是时间轴，不同疾病在不同的阶段有不同的有效治疗手段，不同时间实施不同治疗方案；最后是环境特性，既需要看我们外部的生活环境，也需要考虑身体内部复杂的生物化学环境，来实施治疗方案。

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精准成像赋能精准医疗

推动医疗方式从普适性向精准化转身

见所未见，看见不能看到的目标，这是计算成像的目标。而区别于计算成像，精准成像是以满足用户需求特征为目标的成像实现！需要综合应用相机、光源、镜头、光路组合、计算资源和环境等因素，灵活构建光学系统，获得期望的目标信息。在生命医学领域，精准成像对高时空分辨率维度、智能化、对组织深度的探测方面，有着更高品质的成像要求。为了保障精准成像效果，需要灵活使用相机、灵活使用光源、灵活设计光学系统。

今天市面上已经出现了很多基于精准成像技术的现代精准医疗设备，比如基因测序仪、病理扫描仪、手术导航仪等。DNA遗传物质、细胞、分子、组织等信息的可视化，从而可以精确准确辅助医学研究和医学治疗，这也使得医疗方式从以往的普适性向精准化转身！ 

基于在医学诊断、医学治疗、医学预防的精准性和精确性，精准成像已经渗透到基因诊断、病理诊断、分子诊断、细胞诊断等生命医学领域的方方面面。比如，X光属于分子影像精准成像，目前结合了超声、红外成像，衍生出了多模态分子成像医疗设备；基因诊断和基因编辑，采用成像技术，可以看到碱基，在基因的层面来实施治疗；比如各种医疗显微镜，可以看到细胞和亚细胞层面的图像信息，进行细胞层面的治疗…

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凌云光精准成像医疗解决方案

更省时、更省力、更省成本

基于对相机、光源、光学系统的灵活设计和使用，凌云光提供器件、模组和服务支持，可以实现诸如同时看见高速高分辨大视场图像，立体大景深全聚焦光场，10亿像素级成像、多维多尺度等成像效果，能够更省时、更省力、更省成本真正助力精准成像的实现，广泛应用在医学诊断、医学治疗、医学预防等各个领域。

案例一：基因测序和基因筛查

• 激光光源精准设计保证：高稳定性和高信噪比、实现高荧光效率及视场均匀性>95%，大视场均匀成像；

• 高速光学自动聚焦实现快速双层聚焦，并搭配精准得系统成像设计实现大通量数据采集；

• 软件平台：硬件平台得联控、图像快速采集保存及亚像素级得目标矫正、拼接、融合等实现目标得精确定位和分析；

案例二：小动物活体成像

• 光源高稳定性及高信噪比及60w的设计满足更深皮下>2cm的荧光成像；

• 照明采用双侧照明设计更满足活体成像，保证均匀无遮挡；

• 灵活可配置得设计满足不同荧光染料及不同观测分辨率得要求； 

案例三：分子影像荧光手术导航

吲哚菁绿（ICG）是一种用于医学诊断的花青染料。目前ICG在近红外835nm和短波红外>900nm均有好的响应。因此在手术导航中有两种方案：

• 可见光+近红外双通道成像； 

• 可见光+短波红外双通道成像且具有更好得信噪比；

案例四：精准光源–解构样本特性的利刃

4.1 空间

更均匀精确结构光

• 用于血栓造模的点光化学光源

• 散斑衬比成像光源

• 荧光激发用高均匀性面光源

更深的穿透深度

•  SLD用于OCT组织层析成像光源、散射介质成像光源

4.2 时间

流式细胞频闪光源

• 自主设计作用距离不敏感高均匀性面光源

荧光时间分辨光源

• 配合光学斩波器实现荧光寿命时间分辨光源

4.3 强度

功率稳定性

• 推出了高稳定性恒功率激光器，恒流驱动器，恒温驱动器

功率自适应

• 根据被测样品可高精度调节功率强度，提升精准成像信噪比，降低光毒性危害

4.4 光谱

多通道光谱集成光源

• 针对荧光显微、阅片过程中所用的不同激发波长荧光染料，开发更适用于特征激发波长的光源系统