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    我們需不需要“談癌色變”?專家告訴我們，事實(shí)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(shí)施治療，患者5年期生存率可以達(dá)到80%.然而，雖然已經(jīng)有X射線、CT、核磁共振等檢測(cè)手段，但早期腫瘤的定位是擺在全世界醫(yī)生面前的一個(gè)難題。尤其在手術(shù)過程中，能否精確定位腫瘤更成為決定手術(shù)成敗的重要因素。

    過去，醫(yī)生往往憑借經(jīng)驗(yàn)判斷腫瘤邊界，這往往導(dǎo)致多切或者少切，對(duì)治療帶來不利影響。針對(duì)這一難題，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所的科研人員向《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者介紹了一種由我國(guó)首創(chuàng)的神奇“***”系統(tǒng)。它能在乳腺癌、胃癌、肝癌的早期檢測(cè)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(shù)時(shí)間，大幅減少人為失誤。

    實(shí)現(xiàn)“一下子”定位

    中科院自動(dòng)化所副研究員王坤告訴記者，這種“***”全名叫光學(xué)分子影像手術(shù)***系統(tǒng)，實(shí)體主要由移動(dòng)主機(jī)、支架、超高靈敏光學(xué)相機(jī)、濾光鏡頭、液晶顯示屏構(gòu)成。“這個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)是由科技部2011年立項(xiàng)的973計(jì)劃項(xiàng)目資助，目的是將醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和分子生物學(xué)有機(jī)結(jié)合，發(fā)現(xiàn)早期病變，并將其在分子表達(dá)失常狀態(tài)就及時(shí)扼殺。”王坤介紹說。

    中科院自動(dòng)化所助理研究員遲崇巍告訴記者：“雖然已有的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在術(shù)前診斷和術(shù)后評(píng)估方面發(fā)揮了重要的作用，然而隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的臨床需求對(duì)疾病的治療提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。如何早期發(fā)現(xiàn)病變，如何快速定位腫瘤邊界，如何術(shù)中評(píng)估腫瘤分子分型成為了臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亟需解決的挑戰(zhàn)性問題。而基于解剖結(jié)構(gòu)及組織形態(tài)的影像學(xué)方式難以應(yīng)對(duì)這種新挑戰(zhàn)。”

    遲崇巍進(jìn)一步介紹說，在臨床手術(shù)中，現(xiàn)有醫(yī)學(xué)影像手段無法檢測(cè)到毫米級(jí)及以下微小腫瘤病灶，而不清除又會(huì)引起腫瘤的復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移，危及患者生命。因此，他們團(tuán)隊(duì)提出融合成像新技術(shù)方法，并自主研制出光學(xué)分子影像手術(shù)***系統(tǒng)，輔助臨床醫(yī)生術(shù)中進(jìn)行精確細(xì)胞分子水平手術(shù)切除，突破傳統(tǒng)手術(shù)治療精度極限。

    那么，這個(gè)“***”又是如何工作的呢？王坤向記者簡(jiǎn)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(cè)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(jì)算獲得實(shí)時(shí)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(gè)過程僅用短短的5分鐘。

    “這種近紅外光其實(shí)就是人們常見的電視機(jī)遙控器上發(fā)出的光，所以對(duì)人體沒有危害。而采用的熒光染料ICG也不會(huì)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(gè)項(xiàng)目雖然立項(xiàng)時(shí)間并不長(zhǎng)，可實(shí)際上研發(fā)人員早在10多年前就在項(xiàng)目首席科學(xué)家田捷研究員的率領(lǐng)下開始了相關(guān)算法的研究。

    王坤告訴記者：“一根筷子放在杯子的水中會(huì)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(huì)發(fā)生折射。而由于近紅外光不走直線，它會(huì)在人體復(fù)雜的軟組織中不停折射，這就給逆向推導(dǎo)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(tuán)隊(duì)攻關(guān)下，一套精密的數(shù)學(xué)成像模型順利出爐。效果到底如何呢？王坤給了一個(gè)實(shí)例：剛過去的幾個(gè)月時(shí)間里，“***”樣機(jī)應(yīng)用在中國(guó)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(gè)病灶，而用“***”系統(tǒng)時(shí)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(jié)了這一項(xiàng)目的創(chuàng)新性：“在技術(shù)創(chuàng)新方面，項(xiàng)目在成像理論上提出了創(chuàng)新技術(shù)，如熒光圖像強(qiáng)度校正技術(shù)、自體熒光去除技術(shù)，解決了二維熒光光照不均及自體熒光干擾這兩個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)難點(diǎn)。整合了醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)、分析技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)，搭建了靈活可用的整體計(jì)算框架。在系統(tǒng)創(chuàng)新方面，研制了光學(xué)分子影像腫瘤靶向手術(shù)***系統(tǒng)平臺(tái)，基于光學(xué)分子成像技術(shù)對(duì)腫瘤及其他病灶組織進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，完全是自主研發(fā)。”

    此外，項(xiàng)目還實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和功能影像數(shù)據(jù)的多角度、高通[微博]量和動(dòng)態(tài)連續(xù)獲?。辉趯?shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)補(bǔ)償校正、快速分割、精確配準(zhǔn)、實(shí)時(shí)可視化等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出光學(xué)分子影像腫瘤靶向手術(shù)***系統(tǒng)設(shè)備信息融合與計(jì)算平臺(tái)，完成多角度信息融合，實(shí)現(xiàn)定性、定位和定量分析功能。

    據(jù)了解，目前這種光學(xué)分子影像手術(shù)***系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)獲得國(guó)家藥監(jiān)局中國(guó)食品藥品檢定研究院的合格檢測(cè)報(bào)告，并已在301醫(yī)院等國(guó)內(nèi)多家醫(yī)院開展臨床驗(yàn)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(cè)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(xué)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用影像學(xué)方法，對(duì)***狀態(tài)下的生物過程進(jìn)行細(xì)胞核分子水平的定性和定量研究，具有實(shí)時(shí)、無創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、在體成像的突出特點(diǎn)。這個(gè)21世紀(jì)發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、電子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程、信號(hào)處理、生物學(xué)等眾多學(xué)科。其研究成果已被廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)、腫瘤生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)、新藥開發(fā)等諸多領(lǐng)域。

    王坤表示，我國(guó)在分子影像領(lǐng)域的研究幾乎跟國(guó)外同步，而從目前的發(fā)展情況來看，我們甚至在一些技術(shù)上走在了前邊。“因?yàn)楫?dāng)我們已經(jīng)開始光學(xué)分子影像手術(shù)***系統(tǒng)臨床試驗(yàn)時(shí)，國(guó)外在這方面的論文和專利都還寥寥無幾，更別說進(jìn)入臨床試驗(yàn)了。”王坤說。

    目前，圍繞這項(xiàng)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(guó)發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)，申請(qǐng)PCT專利4項(xiàng)，獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利22項(xiàng)。這樣一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，將首先打破我國(guó)長(zhǎng)期以來高端醫(yī)療設(shè)備依賴進(jìn)口的局面。

    統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，分子影像方法的準(zhǔn)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(shù)提供了一種精準(zhǔn)定位方法。歐洲腫瘤外科協(xié)會(huì)主席在2014年《自然綜述 腫瘤外科》的文章中評(píng)價(jià)該工作“對(duì)于外科醫(yī)生而言，是個(gè)體精準(zhǔn)手術(shù)的巨大進(jìn)步”.

    “利用分子影像手術(shù)***設(shè)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(shù)中檢出率，提高病人術(shù)后愈后效果；另一方面，可以在術(shù)中精確定位腫瘤邊界，減少對(duì)病人創(chuàng)傷，降低術(shù)后復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，因此在手術(shù)治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。”遲崇巍說。

    王坤透露，當(dāng)前課題組的主要攻關(guān)任務(wù)是如何將系統(tǒng)靈敏度提升得更高，幫助患者檢測(cè)定位到更早期的腫瘤。同時(shí)，也力爭(zhēng)將設(shè)備成本壓縮到最低，努力實(shí)現(xiàn)讓這個(gè)神奇“***”更快地應(yīng)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(guān)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(shí)驗(yàn)室，成為惠及大眾的成熟產(chǎn)品。”王坤說。