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圖① 光學分子影像手術***系統(tǒng)外觀。

    我們需不需要“談癌色變”?專家告訴我們，事實上，癌癥并沒有人們想象的那么可怕。就拿乳腺癌來說，如果能夠早期發(fā)現(xiàn)并實施治療，患者5年期生存率可以達到80%.然而，雖然已經(jīng)有X射線、CT、核磁共振等檢測手段，但早期腫瘤的定位是擺在全世界醫(yī)生面前的一個難題。尤其在手術過程中，能否精確定位腫瘤更成為決定手術成敗的重要因素。

    過去，醫(yī)生往往憑借經(jīng)驗判斷腫瘤邊界，這往往導致多切或者少切，對治療帶來不利影響。針對這一難題，中國科學院自動化所的科研人員向《經(jīng)濟日報》記者介紹了一種由我國首創(chuàng)的神奇“***”系統(tǒng)。它能在乳腺癌、胃癌、肝癌的早期檢測和腫瘤切除過程中為醫(yī)生提供誤差在1毫米之內(nèi)的精確定位，縮短手術時間，大幅減少人為失誤。

    實現(xiàn)“一下子”定位

    中科院自動化所副研究員王坤告訴記者，這種“***”全名叫光學分子影像手術***系統(tǒng)，實體主要由移動主機、支架、超高靈敏光學相機、濾光鏡頭、液晶顯示屏構成。“這個系統(tǒng)的研發(fā)是由科技部2011年立項的973計劃項目資助，目的是將醫(yī)學影像技術和分子生物學有機結合，發(fā)現(xiàn)早期病變，并將其在分子表達失常狀態(tài)就及時扼殺。”王坤介紹說。

    中科院自動化所助理研究員遲崇巍告訴記者：“雖然已有的醫(yī)學影像設備在術前診斷和術后評估方面發(fā)揮了重要的作用，然而隨著醫(yī)學影像學技術的發(fā)展，精準醫(yī)學的臨床需求對疾病的治療提出了更高的標準。如何早期發(fā)現(xiàn)病變，如何快速定位腫瘤邊界，如何術中評估腫瘤分子分型成為了臨床醫(yī)學領域亟需解決的挑戰(zhàn)性問題。而基于解剖結構及組織形態(tài)的影像學方式難以應對這種新挑戰(zhàn)。”

    遲崇巍進一步介紹說，在臨床手術中，現(xiàn)有醫(yī)學影像手段無法檢測到毫米級及以下微小腫瘤病灶，而不清除又會引起腫瘤的復發(fā)及轉(zhuǎn)移，危及患者生命。因此，他們團隊提出融合成像新技術方法，并自主研制出光學分子影像手術***系統(tǒng)，輔助臨床醫(yī)生術中進行精確細胞分子水平手術切除，突破傳統(tǒng)手術治療精度極限。

    那么，這個“***”又是如何工作的呢？王坤向記者簡要介紹了這一過程：先在患者體內(nèi)注射分子熒光染料——吲哚菁綠（ICG），然后用700納米的近紅外鏡頭照射檢測區(qū)域，ICG在近紅外光的激發(fā)下發(fā)射出約800納米的近紅外光，“***”系統(tǒng)將根據(jù)這種近紅外光和白外光的疊加，計算獲得實時影像，從而讓醫(yī)生通過顯示屏“一下子”就能精確定位腫瘤，整個過程僅用短短的5分鐘。

    “這種近紅外光其實就是人們常見的電視機遙控器上發(fā)出的光，所以對人體沒有危害。而采用的熒光染料ICG也不會產(chǎn)生傳統(tǒng)染料可能帶來的副作用。”王坤說。

    探索10多年的算法

    如此靈敏高效的定位依靠的是一套探索多年的精密算法。王坤說，這個項目雖然立項時間并不長，可實際上研發(fā)人員早在10多年前就在項目首席科學家田捷研究員的率領下開始了相關算法的研究。

    王坤告訴記者：“一根筷子放在杯子的水中會出現(xiàn)彎曲，這就是光的折射。同理，示蹤染料發(fā)出的近紅外光在人體內(nèi)也會發(fā)生折射。而由于近紅外光不走直線，它會在人體復雜的軟組織中不停折射，這就給逆向推導近紅外光路徑、定位病灶邊界帶來了極大挑戰(zhàn)。”

    在50余人科研團隊攻關下，一套精密的數(shù)學成像模型順利出爐。效果到底如何呢？王坤給了一個實例：剛過去的幾個月時間里，“***”樣機應用在中國人民**總醫(yī)院（301醫(yī)院）的28位癌癥患者身上，有1/5的病人通過CT等傳統(tǒng)成像方式只發(fā)現(xiàn)了一個病灶，而用“***”系統(tǒng)時則能發(fā)現(xiàn)額外的微小轉(zhuǎn)移病灶，這也有力證明了這套算法的靈敏和精確。

    遲崇巍總結了這一項目的創(chuàng)新性：“在技術創(chuàng)新方面，項目在成像理論上提出了創(chuàng)新技術，如熒光圖像強度校正技術、自體熒光去除技術，解決了二維熒光光照不均及自體熒光干擾這兩個關鍵性技術難點。整合了醫(yī)學影像處理技術、分析技術與創(chuàng)新技術，搭建了靈活可用的整體計算框架。在系統(tǒng)創(chuàng)新方面，研制了光學分子影像腫瘤靶向手術***系統(tǒng)平臺，基于光學分子成像技術對腫瘤及其他病灶組織進行實時動態(tài)成像，完全是自主研發(fā)。”

    此外，項目還實現(xiàn)了結構和功能影像數(shù)據(jù)的多角度、高通[微博]量和動態(tài)連續(xù)獲取；在實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)補償校正、快速分割、精確配準、實時可視化等關鍵技術的基礎上，構建出光學分子影像腫瘤靶向手術***系統(tǒng)設備信息融合與計算平臺，完成多角度信息融合，實現(xiàn)定性、定位和定量分析功能。

    據(jù)了解，目前這種光學分子影像手術***系統(tǒng)樣機已經(jīng)獲得國家藥監(jiān)局中國食品藥品檢定研究院的合格檢測報告，并已在301醫(yī)院等國內(nèi)多家醫(yī)院開展臨床驗證和試用，成功診治百余例的乳腺癌患者。而用于“定位”胃癌、肝癌的檢測系統(tǒng)也已在北京、上海、廣州、西安等地的多家三甲醫(yī)院開展臨床試用，也取得了很好的效果。

    大步邁向產(chǎn)業(yè)化

    分子影像是將分子生物學與現(xiàn)代醫(yī)學影像學相結合，應用影像學方法，對***狀態(tài)下的生物過程進行細胞核分子水平的定性和定量研究，具有實時、無創(chuàng)、動態(tài)、在體成像的突出特點。這個21世紀發(fā)展起來的新興交叉學科，涉及數(shù)學、電子信息、計算機科學、軟件工程、信號處理、生物學等眾多學科。其研究成果已被廣泛應用于基因表達、腫瘤生長監(jiān)測、新藥開發(fā)等諸多領域。

    王坤表示，我國在分子影像領域的研究幾乎跟國外同步，而從目前的發(fā)展情況來看，我們甚至在一些技術上走在了前邊。“因為當我們已經(jīng)開始光學分子影像手術***系統(tǒng)臨床試驗時，國外在這方面的論文和專利都還寥寥無幾，更別說進入臨床試驗了。”王坤說。

    目前，圍繞這項成果，研究人員已經(jīng)發(fā)表了一系列高影響因子期刊文章19篇，取得美國發(fā)明專利授權1項，申請PCT專利4項，獲授權國家發(fā)明專利22項。這樣一個擁有自主知識產(chǎn)權的醫(yī)學影像設備，將首先打破我國長期以來高端醫(yī)療設備依賴進口的局面。

    統(tǒng)計結果表明，分子影像方法的準確率為96%,而傳統(tǒng)方法僅為69%,并有18%的患者僅由分子影像方法檢出，為原先“盲切”的手術提供了一種精準定位方法。歐洲腫瘤外科協(xié)會主席在2014年《自然綜述 腫瘤外科》的文章中評價該工作“對于外科醫(yī)生而言，是個體精準手術的巨大進步”.

    “利用分子影像手術***設備，一方面可協(xié)助醫(yī)生早期發(fā)現(xiàn)微小腫瘤病灶，提高腫瘤術中檢出率，提高病人術后愈后效果；另一方面，可以在術中精確定位腫瘤邊界，減少對病人創(chuàng)傷，降低術后復發(fā)的風險，因此在手術治療中具有廣闊的應用前景。”遲崇巍說。

    王坤透露，當前課題組的主要攻關任務是如何將系統(tǒng)靈敏度提升得更高，幫助患者檢測定位到更早期的腫瘤。同時，也力爭將設備成本壓縮到最低，努力實現(xiàn)讓這個神奇“***”更快地應用到大眾體檢中。

    “我們現(xiàn)在已經(jīng)和一些大企業(yè)及地方**開展了有關產(chǎn)業(yè)化的交流和合作。我們有信心讓它能在5年內(nèi)真正走出實驗室，成為惠及大眾的成熟產(chǎn)品。”王坤說。

    （原文標題：我國首創(chuàng)神奇“***”系統(tǒng) 醫(yī)生切除腫瘤“一下子”定位）