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    我国科学家自主研发早期肿瘤诊断超高灵敏度成像新技术获重大进展
    —— 突破了传统成像技术的灵敏度极限
    对最小病灶探测直径由5毫米缩小到2毫米

    日期 2015-10-29   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    第7期(总473期)

      本文提要:在国家自然科学基金等项目的支持下,由中国科学院自动化研究所、中国科学院分子影像重点实验室田捷研究员领衔,与中国人民武装警察部队总医院刘海峰教授以及中国人民解放军总医院等单位研究人员联合组成的科研团队,在无创伤探测早期微小肿瘤领域取得重大进展。所研发的新型光学-核素多模融合医学成像技术突破了常规单模态成像灵敏度极限,将动物活体肿瘤有效成像的最小尺寸由5毫米缩小到2毫米。《自然通讯》杂志以“纳米粒子介导的放射性药物激发荧光活体分子成像” 为题刊发该项重要成果。

      恶性肿瘤早期成像对于癌症病人临床诊疗具有十分重要的意义,也是国际上肿瘤学基础研究和临床研究的一大挑战性难题。国际医学影像权威学者、美国弗吉尼亚大学的布鲁斯·希尔曼(Bruce J. Hillman)教授在2010年的《新英格兰医学杂志》发表专题论文指出,电子计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层显像(PET)等传统临床成像技术,难以实现早期微小肿瘤病灶的检测。其主要原因是成像技术难以突破直径小于5毫米的微小肿瘤有效成像的灵敏度瓶颈。

      在国家自然科学基金国家重大科研仪器设备研制专项、重点项目、面上项目和青年科学基金等系列项目以及科技部973计划等项目的支持下,依托于中国科学院分子影像重点实验室和分子影像北京市重点实验室等重点实验室,中国科学院自动化研究所田捷研究员团队成功研发新型光学-核素多模融合放射性药物激发荧光成像(Radiopharmaceutical Excited Fluorescence Imaging, REFI)技术,并在超高灵敏度医学成像(微小肿瘤早期成像)领域取得重大突破。相关研究成果由中国科学院自动化研究所联合中国人民武装警察部队总医院、中国人民解放军总医院、西安电子科技大学及中国人民解放军第四军医大学共同完成,发表在《自然通讯》(2015年)等杂志上。中国科学院自动化研究所田捷研究员和中国人民武装警察部队总医院刘海峰教授为《自然通讯》一文共同通讯作者,论文其它作者全部为我国科研人员和临床医生。该文在审稿阶段获得了审稿人的一致好评:认为该成果“对于高灵敏度肿瘤成像作用非常显著”,“核心理论非常具有创新性并令人鼓舞”。

      该研究针对医学成像技术在早期微小肿瘤检测上灵敏度不足这一关键科学问题,深入对比研究了传统成像技术中探测肿瘤灵敏度高的核素PET成像和光学成像这两种模态的物理成像原理和关键成像技术,提出将两种成像方式在成像原理上进行深度融合的新型成像技术,即新型光学-核素多模融合放射性药物激发荧光成像(REFI)。该成像技术弥补了PET成像的分辨率不足和光学成像的信噪比不足等缺陷。

      通过对比多种不同成像模态的成像效果发现, REFI在肿瘤探测方面优势十分突出。在乳腺癌实验动物模型上,REFI可在肿瘤生长36小时后(直径不足2毫米)即实现精准的肿瘤成像,而常规单模态PET和光学成像的有效探测时间点为肿瘤在体生长72小时后(直径约5毫米)。

      由于REFI在早期微小肿瘤病灶探测的优越性,田捷研究员领导的团队在完成理论创新和动物实验验证的基础上,正在努力推进该项新技术的临床医学转化和应用。该团队已经获得了2项美国发明专利,30项国家发明专利授权及45项国家发明专利的受理,为我国新一代高端医疗影像设备的发展奠定了核心知识产权基础。经过实验室原理样机、原型样机、工程化样机及产品化样机等系列新型成像设备的自主研发,该团队将REFI成像技术应用于术中影像导航肿瘤切除治疗中(产品化样机名为光学分子影像手术导航仪GXMI Navigator-001),并先后在上海东方肝胆医院、中国人民解放军总医院、北京协和医院、中国人民武装警察部队总医院、中国人民解放军第四军医大学西京医院、北京大学附属人民医院等国内九家医院,针对肝癌、乳腺癌、胃癌和肺癌患者开展了初步的临床试验并取得了显著成效。例如,在已诊疗的百余例肿瘤患者中,大约一半患者具有微小肿瘤病灶(包括微小肿瘤转移结节、手术切除肿瘤微小残余等),用REFI成像技术的新型成像设备发现了这些微小的肿瘤病灶,并进一步通过组织病理学验证,成功实现了精准手术切除,但应用传统PET、MRI和CT设备无法发现这些微小的肿瘤病灶。欧洲肿瘤外科协会主席和英国肿瘤外科协会主席在《自然综述肿瘤外科》杂志上对此进行了评价,文中指出该团队研发的术中分子影像技术将会是个体化精准手术的下一个巨大进步。

      该团队自主研发的光学分子影像手术导航仪(GXMI Navigator-001)于2015年4月在瑞士日内瓦国际发明展览会上首次亮相,并获得金奖。该设备现已取得国家药监局三类医疗器械生产许可证、中国食品药品检定研究院的合格检测报告,并开展了多中心临床实验研究,目前正在推进产业化。

      根据美国国立卫生研究院肿瘤研究所2014年的最新统计(统计样本近200万人),从1960年至今,多种癌症患者的5年生存率无实质性增长。而REFI成像技术和新型成像设备在肿瘤诊断与治疗的初步临床试验中展示了巨大优越性,体现了精准医学和个体化治疗的发展方向,若广泛应用有望将肿瘤的诊疗精度、有效探测时间大幅改善,提高肿瘤治疗的效果和肿瘤患者的5年生存率。目前,课题组正在进一步努力,希望相关研究及其临床转化在“十三五”期间能够取得更大的突破。 




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