由中國科學(xué)院自動化研究所自主研制的乳腺癌早期臨床檢測設(shè)備——光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在中國人民解放軍總醫(yī)院(301醫(yī)院)等國內(nèi)多家醫(yī)院開展臨床應(yīng)用，目前成功診治百余例的乳腺癌患者，實現(xiàn)了分子影像在臨床應(yīng)用的重大突破，該方法受到了院方領(lǐng)導(dǎo)、外科醫(yī)生積極肯定的評價。

　　當今世界，癌癥是威脅人類生命健康的一大殺手。目前手術(shù)治療仍是最有效的治療方法之一。對于腫瘤的精確定位一直是困擾臨床醫(yī)生及科研人員的挑戰(zhàn)性問題。醫(yī)生通常憑借主觀經(jīng)驗對腫瘤組織進行切除，少切會造成復(fù)發(fā)，多切又會對患者造成傷害，所以一種術(shù)中提供客觀腫瘤邊界的方法具有重要的臨床應(yīng)用價值。以乳腺癌為例，根據(jù)新英格蘭雜志的報道，對于乳腺癌I期和II期的病人來說，如果早期發(fā)現(xiàn)并實施治療，其5年期生存率可以達到80%以上。而臨床操作規(guī)范指南(NCCN)上明確指出，乳腺癌早期(I期或者II期)腋窩淋巴結(jié)陰性的病人必須實施前哨淋巴結(jié)活檢手術(shù)。前哨淋巴結(jié)是乳腺癌腫瘤轉(zhuǎn)移的第一站，如果前哨淋巴結(jié)取下化驗以后發(fā)現(xiàn)有腫瘤細胞，則一般需要進行乳腺的切除手術(shù)，而如果未發(fā)現(xiàn)癌細胞，一般可進行保乳治療。所以對于精確定位和切除前哨淋巴結(jié)，對于女性乳腺的去留是一個關(guān)鍵的判斷。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航的方法可以在術(shù)中客觀的顯示腫瘤邊界信息，為臨床醫(yī)生手術(shù)治療提供有效的幫助。

　　通過對光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)理論及方法的基礎(chǔ)研究，自動化所科研人員已研發(fā)出基于生物組織特異性的高階近似數(shù)學(xué)模型和快速動態(tài)成像算法，并建立較為完整的、系統(tǒng)的光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法。在臨床應(yīng)用中，醫(yī)生最關(guān)心的參數(shù)指標，如光學(xué)分辨率(0.1mm)、系統(tǒng)分辨率(400萬像素)、成像速度(17fps)以及成像視野(250*250mm)等均高于現(xiàn)有文獻的報道(<1cm，100萬像素，10fps以及150*100mm)。前期研發(fā)的系統(tǒng)樣機已獲得國家藥監(jiān)局中國食品藥品檢定研究院的合格檢測報告，驗證了系統(tǒng)的安全性及有效性。

　　在常規(guī)治療方面，當前大部分采用亞甲藍示蹤的方法，由于該染料對于操作經(jīng)驗、時間把握均有較高要求，而且一旦劑量控制不當，會導(dǎo)致組織壞死等副作用，臨床上迫切需要一種新的示蹤染料。目前，一種新的分子熒光染料——吲哚菁綠(ICG)已經(jīng)出現(xiàn)，并通過了中國藥監(jiān)局的認證，從藥效上解決了上述問題。該染料在近紅外光源的激發(fā)下可以發(fā)射出840nm的近紅外光線，方便進行在體定位。除示蹤染料外，由于近紅外光肉眼不可見，所以必須通過儀器的檢測，來精確定位和切除前哨淋巴結(jié)。

　　自動化所科研人員結(jié)合熒光染料ICG的特性，在成像方面，采用兩臺相機同時成像的方法，可以在手術(shù)過程提供實時的熒光圖像和彩色圖像，為乳腺癌患者早期發(fā)現(xiàn)病變并進行精確切除提供了一種新的技術(shù)手段。在實際臨床試驗過程中，注射ICG后3分鐘左右便可以看到前哨淋巴結(jié)的位置，醫(yī)生根據(jù)光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的引導(dǎo)進行精確定位，并可以在圖像引導(dǎo)下準確切除前哨淋巴結(jié)組織。在組織切除后，還可以根據(jù)熒光的反饋判斷是否有熒光殘余，是否達到準確切除的目的。一般手術(shù)過程大約用時20分鐘。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，縮短了手術(shù)時間，改進了手術(shù)的方法。如今外科醫(yī)生可以在手術(shù)過程中做出判斷，準確地發(fā)現(xiàn)、確認疾病，帶來可靠的治療結(jié)果，大幅度減少人為失誤。

　　在按照倫理規(guī)范及患者知情同意的前提下，前期完成的單獨注射ICG預(yù)實驗共成功診療22例乳腺癌早期患者，共檢出前哨淋巴結(jié)59個，平均每人2.7個，統(tǒng)計檢出率為100%。在預(yù)實驗的基礎(chǔ)上目前已在中國人民解放軍總醫(yī)院等國內(nèi)三家醫(yī)院開展了90例ICG與亞甲藍對照實驗，統(tǒng)計結(jié)果表明共檢出前哨淋巴結(jié)207個，平均每人2.3個，亞甲藍方法檢出率為77%(160/207)，ICG方法檢出率為96%(198/207)。所有病人注射ICG后未出現(xiàn)任何異常反應(yīng)。

　　隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，通過光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航方法一方面可以在術(shù)中對乳腺癌腫瘤及微小轉(zhuǎn)移灶進行應(yīng)用，同時可以實現(xiàn)對乳腺癌不同亞型進行術(shù)中分子分型，達到術(shù)中實時病理的目的；另一方面該方法不僅可以應(yīng)用在乳腺癌上，同時還可以在肝癌、肺癌、胃癌等多種癌癥上進行應(yīng)用，實現(xiàn)不同腫瘤的分子影像技術(shù)應(yīng)用突破。

　　2010年，田捷研究員及其團隊所獲得的分子影像領(lǐng)域首個“973”計劃項目結(jié)題評為優(yōu)秀，并在2011年獲得“973”計劃項目的滾動支持。項目組在研期間共發(fā)表SCI論文843篇，授權(quán)或申請發(fā)明專利147項，其中授權(quán)美國發(fā)明專利1項，國際發(fā)明專利8項，編寫并出版學(xué)術(shù)專著4部。在生物應(yīng)用方面的研究成果獲得2008年度國家自然科學(xué)二等獎，在成像系統(tǒng)方面的研究成果獲得2010年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎。團隊在分子影像領(lǐng)域中的理論算法、平臺搭建和實驗分析等各個環(huán)節(jié)都進行了自主創(chuàng)新，解決了分子影像從理論到應(yīng)用的一系列關(guān)鍵科學(xué)問題。在乳腺癌的臨床應(yīng)用方面，相關(guān)研究成果成功應(yīng)用于人體乳腺癌的早期診斷和精確治療上，不僅打破了國外公司在高檔醫(yī)療設(shè)備上的技術(shù)壟斷，同時也拓展了光學(xué)分子影像研究與應(yīng)用的范圍，對于我國醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展具有深遠的意義。

光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在301醫(yī)院手術(shù)室應(yīng)用

相機拍攝圖片以及疊加后的效果圖

根據(jù)醫(yī)生反饋改進后，目前在301醫(yī)院使用的系統(tǒng)

分子影像成像系統(tǒng)實驗對比圖

分子影像成像系統(tǒng)實驗對比圖