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圖① 光學(xué)分子影像手術(shù)***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(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)驗判斷腫瘤邊界，這往往導(dǎo)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(xué)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(shù)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(xué)分子影像手術(shù)***系統(tǒng)，實體主要由移動主機、支架、超高靈敏光學(xué)相機、濾光鏡頭、液晶顯示屏構(gòu)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(xué)影像技術(shù)和分子生物學(xué)有機結(jié)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(xué)影像設(shè)備在術(shù)前診斷和術(shù)后評估方面發(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，精準醫(yī)學(xué)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(shù)中評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)對這種新挑戰(zhàn)。”

    遲崇巍進一步介紹說，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(fù)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(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)中進行精確細胞分子水平手術(shù)切除，突破傳統(tǒng)手術(shù)治療精度極限。

    那么，這個“***”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(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(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余人科研團隊攻關(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？王坤給了一個實例：剛過去的幾個月時間里，“***”樣機應(yīng)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(jié)了這一項目的創(chuàng)新性：“在技術(shù)創(chuàng)新方面，項目在成像理論上提出了創(chuàng)新技術(shù)，如熒光圖像強度校正技術(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關(guān)鍵性技術(shù)難點。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，基于光學(xué)分子成像技術(shù)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(jié)構(gòu)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(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(xué)分子影像手術(shù)***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(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***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(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、電子信息、計算機科學(xué)、軟件工程、信號處理、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、腫瘤生長監(jiān)測、新藥開發(fā)等諸多領(lǐng)域。

    王坤表示，我國在分子影像領(lǐng)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(shù)上走在了前邊。“因為當我們已經(jīng)開始光學(xué)分子影像手術(shù)***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(quán)1項，申請PCT專利4項，獲授權(quán)國家發(fā)明專利22項。這樣一個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，將首先打破我國長期以來高端醫(yī)療設(shè)備依賴進口的局面。

    統(tǒng)計結(jié)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(shù)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(shù)的巨大進步”.

    “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，減少對病人創(chuàng)傷，降低術(shù)后復(fù)發(fā)的風(fēng)險，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，幫助患者檢測定位到更早期的腫瘤。同時，也力爭將設(shè)備成本壓縮到最低，努力實現(xiàn)讓這個神奇“***”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）