生物样本库BS小组

摘要：

年3月，欧洲放射学会（ESR）成立了一个专门的工作组（ESR影像样本库工作组），目标是在白皮书中监督现有的影像样本库、促进影像样本库联合和各库成果的交流。工作组发布了以下声明：（）影像样本库可以界定为“在众多研究者中共享、并与其他生物样本库关联的医学影像及相关影像生物标志物（放射学及其他）的系统化数据库”。（2）影像样本库当前的目标应允许产生用于科研的影像生物标志物并且支持对现有或新生影像生物标志物的生物学验证。（3）影像样本库的远期目标应着眼于创立一个与现有生物样本库网络整合的影像样本库的网络/联盟。工作组的目标是对欧洲影像样本的存在情况、一致性、地理分布以及类型进行调查。通过一项对ESR成员的调查确定了27个影像样本库，大部分以疾病为导向并设计作为科研和临床的参考。在80%的影像样本库中获取影像的权限受到限制。

要点：

影像样本库是“与生物样本库关联的影像生物标志物的共享数据库”。

开发传统的和影像的生物样本库对于“个体化医疗”意义重大。

欧洲影像样本库网络将极大地推动在影像领域的研究。

关键词：生物标志物；生物样本库；个体化医疗；定量成像；

引言：

生物样本库是保存和检索多学科生物样本的存储库。生物样本库的主要目标之一是系统地采集生物学材料及相关信息，使对这些信息有需求的科学家扩大信息获取途径。

第一个对血液样本和数据进行采集的生物样本库项目始于年，是由美国国立卫生研究院国家心、肺、血液研究所资助的弗雷明汉心脏研究。最近由Kang等人发表的综述报道了全球70%的生物样本库位于欧洲，并且生物样本库排名前六的国家分别是英国（n=5），美国（n=4），瑞典（n=2），法国（n=9），荷兰（n=8）和意大利（n=8）。

直到最近，来源于如磁共振成像（MRI）或计算机断层扫描（CT）的影像数据并未包含在此类生物样本库中。过去3-4年间，启动了如英国国家生物样本库和德国国家队列这样的项目以得到大型影像数据存储库。

在这些努力的推动下，登记和记录所有现有和新兴的影像样本库，并且提供一种结构化的统一途径在各个分散的数据库中存储和获取这些数据具有极大的重要意义。下一个挑战将是切实地将可用的影像样本库关联组织样本库，以探索可能的影像生物标志物和提供深层次表型的访问途径。

在建立数据库的时候必须考虑到由于数据量巨大，影像样本库需要一些特定条件。此外，影像数据必须经过处理以提取定量信息，这就可能演变成我们称之为的“影像生物标志物”。

由于影像采集方法和顺序的不同，特别是磁共振成像，把详细的影像采集参数和影像数据一起存储尤为重要。MRI中成像采集参数选择的巨大差异对于全世界多元影像样本库在数据连接上提出了艰巨的挑战。除了影像处理方法标准化以提取可靠信息以外，整合数据采集方案具有极大的意义。医学影像中可定量影像生物标志物的整合、验证和标准化已经成为北美放射学会（RSNA）倡议建立定量影像生物标志物联盟（QIBATM）和欧洲放射学会倡议建立欧洲影像生物标志物联盟（EIBALL）的动力。

年3月，欧洲放射学会（ESR）成立了专项工作组（ESR影像样本库工作组），目标是监督欧洲现有的影像样本库，促进这些影像样本库的联合，并阐述了一份白皮书。因此，作为工作组目标的一部分，本文旨在阐述欧洲放射学会在建立与发展影像样本库方面的立场。

影像样本库：定义和原理

影像样本库被定义为系统的医学影像数据库，与影像生物标志物（放射学及其他）相关，在众多研究者之间共享并链接到其他的生物样本库。

现有的生物样本库主要为了让研究者们获得大量采集到的患者/项目样本和数据。生物样本库将健康人（基于人群）和最常见为肿瘤相关的特定疾患（针对疾病）的生物学材料进行分类。大部分生物样本库只注意采集基因型数据，但是没有同时建立起一个采集相关临床或表型数据的系统。特别是大部分生物样本库并不包含或者不与任何类型的影像信息关联，无论是原始影像还是影像生物标志物。包含影像在内（基因型和表型）的生物样本库的综合开发是“个体化医疗”时代诊断学的重要基础。

个体化医疗描述的目标是只要有临床指征，为患者个体提供最先进的诊断检测、定制干预和特定治疗。个体化医疗提出了从通用途径转向对患者特定的诊断和治疗的医疗卫生服务的调整/定制。同样地，个体化医疗可以描述为一种循证支持的患者所需检测和治疗选项的预选和分配。可能发现影像生物标志物的定量医学影像是个体化医疗的重要组成部分，提供了优先选择标准和后续的随访对策，为特定的患者根据临床需求进行定制。很显然，大型数据存储库的可用性能够大大提升这些对策的开发。

生物样本库给研究者提供了大型生物材料的资源库以进行广谱的深层次和未知的分析，例如遗传、基因组、表观遗传、mRNA、蛋白质组和转录组的分析。大规模和广谱的数据可实现用于个体化医疗的相关生物标志物的检测和验证。此外，欧洲生物样本库网络不但可通过在临床终点标准上日益增长的共识来发展和实施统一化的疾病定义，还会带来卫生、生活方式和其他暴露数据的统一。

传统的生物样本库的行为被借鉴到了类似的影像样本库的网络中。现代放射学和核医学可以使用来源于如CT、MRI、PET、SPECT、US、x-ra等所有数字影像来源的定量数据，提供同一个患者的多样的影像生物标志物。影像样本库是具有海量存储和计算空间的平台。为了利于图像比较、标准化和验证需要高性能计算资源。资源和设备在同一平台的整合以管理信息流和影像处理是影像样本库发展的必要的一步。

其他类型的影像也可以从内镜手术、微创手术和外科手术等收集，也可以提供一些可测量的个体化数据。所有的这些影像信息应视为患者表型的表现并且可与基因型相关联。这些数据应该对科研群体开放。

欧洲影像样本库网络将不仅通过增强我们对其生物重要性的理解，还通过促进新影像生物标志物的设计和验证，从而在影像领域显著地推动欧洲的研究。

这就要求对影像样本库数据进行标准化、验证和标定基准。该行为除了将进一步促进影像样本库和传统生物样本库的关联外，还有现有（国家的和地区的）影像数据库的关联和整合。

因而必须制定和实施标准。促进公平获取基于影像的表型和影像生物标志物的高质量数据集的创新解决方案将为使用者对其的利用提供支持。

最后，需要探讨管理影像样本库的经济和伦理/法律事务。这些将促进认识并有利于增强合作研究，有效地使用有限的资源并分享数据、技术和专业知识。关于影像数据管理和分析的研究在改善方案的执行、基于软件的分析、影像样本库的下一代方法学以及开发和验证影像生物标志物中起关键作用。所有这些方面都必将加强高层次的多中心合作。

影像样本库的影像信息学

影像样本库是一个为科研、教学和培训的初级和次级用途支持影像数据采集、查询和分发的数据库。其包含了影像的存储库和支持在器官、形态和病理等基础上进行索引的数据库。

影像样本库可用于不同的科研目的，例如，通过与现有已证明（影像）生物标志物比较，确定和验证新的用于诊断或预后的影像生物标志物。还可以用于鉴定疾病或促进疾病进展（队列研究）因素（包括环境因素）的遗传学起源。影像还可以用来构建对特定人群定制的高质量解剖学模板，例如介于5岁至20岁之间的年轻个体或者超过56岁具有帕金森氏病的患者。

数据采集常规要求形成便利于影像数据和元数据存储、基于影像衍生的测量数据存储、相关非影像数据存储的数据库，并考虑到需要处理纵向数据和多种文件格式（当然有DICOM格式，还包括科研中使用的格式和后期处理设置如NifTI）。至于安全性能方面，功能性和技术性要求应当定义与数据转换（包括去标识和加密）、基础构架（例如用户身份管理、审计日志）和数据获取及移动（包括授权和传输保护）相关。国际合作将需要既有技术又有组织条件（合并、程序、方案、数据共享、委员会和访问标准）上的发展。这种新的环境可视为搭建在一套计算和数据密集型平台之上的框架，将为研究者提供工具、方案、数据和专业知识以促进医疗影像研究和患者的医疗保健。

在涉及建立影像样本库上目前存在的三个主要方案：

.临床研究数据的影像样本库；

2.带有疾病特定数据的影像样本库（不一定与确切的临床研究问题关联）

3.带有普通人群数据的影像样本库

方案一

本方案中，影像样本库被设想为把影像数据存档、共享和发布（用于次级用途）的平台，原本在临床研究项目的背景下使用，例如临床试验。本方案中，影像可经过一些处理以提取一种或更多与推动开展研究的科学问题相关的影像生物标志物。自然除了存储相关起源的元数据外，影像样本库数据库中还有这些生物标志物。

方案二

本方案中，影像样本库设想为接受、保存、共享和分发特定临床领域（例如阿兹海默症或多发性硬化）影像的资源平台。这类体系目标是在大规模范围内（例如全国范围）对特定疾病采集患者的临床影像。它们通常提出通用的特定影像采集方案并且在影像输入时保证质量控制以确保最佳的影像利用。这些影像样本库可以基于地区或国家采集具有特定特征人群（如习惯、既往病史或者遗传背景）影像数据的筛查计划。乳腺癌、肺癌和结肠癌筛查就是基于影像筛查并后续将影像存储在影像样本库的例子。

方案三

本方案中，影像样本库由来自于普通人群采集的数据组成，没有特定的研究目的或者以疾病为导向。在一个长期过程中尽可能地对多科目采集最多的纵向数据。科研项目可能需要在要求解决特定科研问题时付费获取数据。本方案的技术设置和方案二类似，但是数据采集并不按照临床目的来实施，并且在大多数情况下通过为了人群研究的数据采集已建立的实体来获取。

影像样本库提供的服务

（）影像采集的管理涉及几个方面：

商讨影像接收和保存的条件：保存期、格式、影像质量、和拥有者的共享、与其他团体的共享、常规和特定（例如依赖于采集的）元数据、与外部数据连接的能力（临床信息、生物信息、生物样本）；

定义与新影像采集相关的元数据；

当新影像加入到采集时实施工作流程（从某个来源接收影像并评估影像质量，记录数据采集和采集设备的信息，根据特定研究项目评估正确的数据采集，记录包括影像在内的额外信息例如测量、功能数据）

（2）支持影像采集的

该项包括将研究申请提交至确定其科学价值并检查之前获批类似申请的审查委员会。如果批准，委员会设置其所期望的权限获取选择的数据子集并支持询问/检索过程，即处理外部机构的询问、核实获取权限、查询数据库、提供影像参考信息和相关元数据及下载影像。

（3）将影像案例与外来数据（数据、样品）关联，其包括：

接收外部机构的通知；

交叉引用统一信息以连接两个数据库并且确定可行且足够可靠的科目；

根据外部数据的参考更新数据库。

（4）产出影像生物标志物：

该服务需要事先定义验证影像生物标志物的过程，以对提要求的机构确保所进行的测量是准确的。过程的标准化和登记也应为这其中的一部分。生物标志物计算服务包括：

申请有关的影像处理工作流程；

在数据库中记录计算的值；且

详细的源数据（由谁、如何且何时获得的该数据）。

影像样本库的互联访问

关键特色就是为终端用户提供大型的互联系统（例如，通过门户网站或一套网络服务），便于从多个影像样本库中进行数据查询。

这可以避免用户相继检索所有他们相信可能包含他们寻找的数据的影像样本库。

提供此类服务包含：

建立一个由多个影像样本库提供的影像收集目录；

向为实现数据库查询的“互联数据模式”方向努力（例如，使用常见数据模式，标准术语，参照通用常识）

接收来自于外部机构的查询；

根据“互联数据模式”查询分布的数据库；

提供匹配查询的元数据，包括影像数据的引用。

这些联网系统将通过质量控制的研究改善医疗保健，例如影像质量和放射剂量、技术和方案比较、临床指南的随访评价、研究成果向影像指导的管理的快速转化，影像生物标志物预后因素的评价以及治疗效果的评价。

临床

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