光学多模分子影像助力肿瘤精准成像

实验人员正在操作

2013年3月4日，自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制专项“小动物光学多模融合分子影像成像设备”项目正式启动。启动会上，该项目负责人、中科院分子影像重点实验室主任田捷 “立下军令状”，“这个项目只许成功，不许失败”。

2018年1月26日，同一地点。验收专家组对一台具备完全自主知识产权的医学影像设备测试验收后认为，该设备实现或超额实现了预期的全部技术指标。

项目成功了！

抢占国际竞争制高点

《柳叶刀》最新发布的数据显示，中国、日本和美国整体癌症5年生存率分别为36.0%、57.4%和64.0%，中国与日本、美国等发达国家差距较大。

“肿瘤5年生存率是中国乃至国际医学界一项长期挑战。”田捷在接受《中国科学报》记者采访时说，《“健康中国”2030发展规划纲要》要求到2030年，总体肿瘤5年生存率提高15%，“先进的科技支撑是保障。”

田捷曾做过一个调查，国内CT、PET和核磁共振等基于解剖结构水平的医疗设备的发明专利数量与国际相差5倍，原因在于起步时间与国际相差近20年。小动物光学多模融合分子影像成像设备是下一代的基于分子细胞水平探测肿瘤病变的生物医学成像设备。“我们拿到的第一个专利比美国早了4个月。”田捷希望在新一轮医学影像国际竞争中，中国能先走一步。

指标达国际先进水平

传统的肿瘤细胞观测以离体式研究为主，即从体内取出后，再研究肿瘤细胞机制及其与正常细胞在基因、蛋白和分子层面上的差异。

即使离体实验最大程度还原体内环境，也还是有显著差异。“分子影像技术可在生物活体上从分子细胞层面研究肿瘤细胞。”该项目主要参与者、分子影像重点实验室副研究员王坤告诉记者，该技术存在两大技术难点，一是如何在活体上看到肿瘤组织在分子细胞水平的生物学演化；二是如何同时看到多类型的肿瘤细胞、多类型的关键分子活动特征，这要求分子影像成像设备具有高灵敏度、高精确度和多通道信息获取能力。

经过5年的技术攻关，他们在小动物光学多模融合分子影像成像设备上同机融合了生物自发光断层成像、激发荧光断层成像等5种成像模态，并可与光声断层成像和光学投影断层成像实现图像融合。显著提高了常规成像设备对于微小肿瘤的活体检测能力，把肿瘤的最小有效检测直径由5毫米缩小到1~2毫米；将肿瘤三维定位的精确度由最小误差1毫米提高到了300微米以内；三维重建时间由常规方法的1分钟以上缩短到20秒以内。

此外，通过该设备的研发，已孵化出多项技术并成功用于临床手术，比如“光学分子影像导航系统”。目前，该设备已获批进入市场监督管理总局国家创新医疗器械快速审评审批“绿色通道”，将更快地实现技术转化。

未来聚焦人工智能

项目虽然结束，但技术攻关仍在继续。田捷表示，他们要“进一步提高设备灵敏度，希望能够发现早期还未成型的肿瘤细胞，为 ‘早发现早治疗’提供技术支撑”。

“我们将继续优化智能化算法，开发软件与硬件设备结合，实现多模数据的融合与定量化分析，同时图像三维可视化的精度也将更高。”田捷说。