朱守平

基于PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)概述

朱守平

乳腺癌嚴重危害廣大女性的健康，早期精確診斷是有效治療乳腺癌的關(guān)鍵所在。本文簡要介紹了正在研發(fā)的PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)有機融合PET和光學(xué)兩種成像模態(tài)，有望在不久的將來成為乳腺癌早期精確診斷的利器。

PET-光學(xué)融合成像；乳腺癌；精確診斷

中國2015腫瘤登記年報指出，乳腺癌已經(jīng)成為我國女性的第一高發(fā)癌癥，并且在全國范圍內(nèi)普遍高發(fā)。乳腺癌的早期精確診斷是治療乳腺癌的關(guān)鍵所在。如果能在發(fā)生明顯的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化之前檢測到腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，則對乳腺癌的早期精確診斷具有重要意義。隨著醫(yī)療影像技術(shù)的進步，尤其近年來分子影像技術(shù)的迅猛發(fā)展，有助于實現(xiàn)早期精確診斷乳腺癌。

1 乳腺癌腫瘤細胞特點分析

兵法云：知己知彼，百戰(zhàn)不殆！為了實現(xiàn)乳腺癌的早期精確診斷，首先要弄清楚乳腺癌的腫瘤細胞有什么特點。腫瘤細胞，從某種程度上可以看作是細胞界的優(yōu)秀代表，因為它生命力特別旺盛，生長特別快，并且可以無限次分裂。但由于它生命力過于旺盛，毫無約束的野蠻生長，不斷搶占正常細胞的地盤，最終導(dǎo)致人體無法承載和供養(yǎng)，進而危害人們的健康乃至危及生命。腫瘤細胞為了能夠快速的生長，必然需要消耗大量的養(yǎng)分，換句話說，腫瘤細胞特別貪吃！即使腫瘤病灶區(qū)域還很小，沒有引起生物組織明顯的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，但它作為腫瘤細胞貪吃的本質(zhì)也已經(jīng)暴露了，利用腫瘤細胞的這一特點，可以通過觀察生物體內(nèi)哪個位置代謝旺盛來定位腫瘤。

2 乳腺癌檢測影像技術(shù)分類

乳腺癌的檢測影像技術(shù)大體可以分為兩大類，第一類是基于形態(tài)結(jié)構(gòu)的顯像方式，如鉬靶X光檢查，乳腺超聲成像技術(shù)， 磁共振（Magnetic resonance imaging，MRI）等，第二類是基于功能/分子影像的檢測技術(shù)，如功能MRI、正電子發(fā)射斷層成像（Positron emission tomography，PET）、光學(xué)/熒光成像等。臨床使用比較多的是第一類形態(tài)結(jié)構(gòu)影像技術(shù)，其中鉬靶X光是目前使用最為廣泛的乳腺癌檢測技術(shù)，在乳腺癌診斷上發(fā)揮了重要作用[1]。第二類影像技術(shù)針對腫瘤細胞自身功能特征對其進行顯像，可以在腫瘤病灶沒有發(fā)生明顯形態(tài)結(jié)構(gòu)異常的時候及早發(fā)現(xiàn)微小腫瘤病灶。PET和光學(xué)成像技術(shù)是第二類成像技術(shù)中的兩個典型代表，PET成像主要是利用腫瘤代謝旺盛的特點通過F-18FDG顯像[2]；光學(xué)成像主要是利用擴散光學(xué)層析成像（Diffuse optical tomography，DOT）技術(shù)針對乳腺癌內(nèi)源性血紅蛋白、氧飽和度、水和脂類等信息異常性，對腫瘤目標進行特異性檢測[3]。結(jié)合靶向乳腺癌細胞的特異性熒光探針，可以進一步提高光學(xué)成像對早期乳腺癌細胞的高靈敏度顯像。

3 基于PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)介紹

我們課題組針對乳腺癌早期精確診斷的臨床醫(yī)學(xué)問題，申報的“基于PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)研發(fā)”項目喜獲2016年國家重點研發(fā)計劃數(shù)字診療裝備研發(fā)專項經(jīng)費支持。該項目將PET和光學(xué)成像進行有機融合，實現(xiàn)乳腺腫瘤的代謝顯像，光學(xué)血紅蛋白、組織光學(xué)參數(shù)內(nèi)源性顯像以及基于熒光探針的外源性光學(xué)顯像有機結(jié)合，提高臨床診斷的準確性，實現(xiàn)乳腺癌微小病灶的早期精確診斷。同時利用PET成像結(jié)果作為先驗信息，還可以提高光學(xué)成像效果，實現(xiàn)二者的深度融合[4-7]。

本項目正在研發(fā)的PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)將致力于借助PET、光學(xué)兩種功能/分子影像技術(shù)的融合實現(xiàn)乳腺癌的早期精確診斷。其主要的技術(shù)難度體現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）實現(xiàn)兩個子系統(tǒng)時，既要實現(xiàn)各自的基本功能，還要求兩者不能相互干擾，并實現(xiàn)核心器件國產(chǎn)化。

（2）PET成像和光學(xué)成像的分辨率都相對較低，二者的圖像如何配準融合需要認真考慮。我們擬采用平板PET 結(jié)構(gòu)與光學(xué)光纖探測陣列有機結(jié)合的方式（如圖1所示），實現(xiàn)兩套子系統(tǒng)空間配準定位以及快速精確的信號采集；另外還將充分利用PET 圖像作為先驗信息有效提高光學(xué)重建的魯棒性，實現(xiàn)PET光學(xué)成像的深度融合。

圖1 PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)示意圖

本項目所研發(fā)的PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)不是為了取代當前醫(yī)院使用的PET/CT等相關(guān)影像設(shè)備，而是作為其有益的補充。全身PET系統(tǒng)的空間分辨比較低，限制了其對小于1 cm的乳腺癌病變的檢測能力。PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)相對于醫(yī)院的全身PET/CT[8]和乳腺PET技術(shù)，具有更高的探測靈敏度和空間分辨率，非常有利于乳腺腫瘤的早期精確診斷和準確定位。除了可以實現(xiàn)早期診斷，PET-光學(xué)融合的乳腺成像系統(tǒng)還可以檢測腫瘤的惡性程度，評估手術(shù)及放化療患者的預(yù)后，對治療效果和是否復(fù)發(fā)進行實時監(jiān)控。相比于全身PET/CT，乳腺PET光學(xué)的成像視野小，設(shè)備成本也相對較低，這將有助于降低醫(yī)療成本。同時，一旦掌握了此類新型的高端影像設(shè)備的核心技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備的國產(chǎn)化，改變高端影像設(shè)備依賴進口的狀況，最終惠及人民大眾。

4結(jié)語

在此特別感謝國家重點研發(fā)計劃數(shù)字診療裝備研發(fā)專項的大力支持。數(shù)字診療裝備研發(fā)專項為我國高端影像技術(shù)的發(fā)展進行前瞻性的戰(zhàn)略布局，作為此次專項支持的項目之一，項目組聯(lián)合了高科技公司、研究所、高校以及國內(nèi)三家著名的臨床醫(yī)院組成了研發(fā)團隊。衷心希望項目研發(fā)工作能夠為我國影像技術(shù)的發(fā)展盡一份綿薄之力！

[1] 牟強善，亓玉龍，郭洪棟． 乳腺診斷用鉬靶X光機發(fā)展現(xiàn)狀[J]． 中國醫(yī)療設(shè)備，2014，29（2）：74-76．

[2] 李廣義，李軍，劉松濤，等． PET/CT成像原理概述[J]． 醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2004，14（8）：681-684．

[3] Taroni P，Danesini G，Torricelli A，et al． Clinical trial of timeresolved scanning optical mammography at 4 wavelengths between 683 and 975 nm[J]． Journal of biomedical optics，2004，9（3）：464-473．

[4] Li C，Wang G，Qi J，et al． Three-dimensional fluorescence optical tomography in small-animal imaging using simultaneous positronemission-tomography priors[J]． Optics letters，2009，34（19）：2933-2935．

[5] Peter J，Unholtz D，Schulz RB，et al． Development and initial results of a tomographic dual-modality positron/optical small animal imager[J]． IEEE Transactions on Nuclear Science，2007，54（5）：1553-1560．

[6] Alexandrakis G，Rannou FR，Chatziioannou AF． Tomographic bioluminescence imaging by use of a combined optical-PET（OPET）system： a computer simulation feasibility study[J]． Physics in medicine and biology，2005，50（17）：4225-4241．

[7] Carlucci G，Carney B，Brand C，et al． Dual-Modality Optical/ PET Imaging of PARP1 in Glioblastoma[J]． Molecular Imaging and Biology，2015，17（6）：848-855．

[8] 陳建偉，王杰，劉標，等． PET/CT與胸部診斷CT在乳腺癌術(shù)后隨訪中的比較[J]． 南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，30（2）：195-198，213．

Overview of Breast Imaging System Based on PET-optical Fusion

ZHU Shouping School of Life Science and Technology, Xidian University, Xi’an Shanxi 710126, China

Breast cancer is a serious threat to the health of women. Early precise diagnosis is the key to effective treatment of breast cancer. In this paper, we briefy introduce a PET/optical fusion system for breast cancer imaging which is being developed at present. Based on the fusion of the PET and optical imaging, the system is expected to become a useful tool for early diagnosis of breast cancer in the near future.

PET-optical fusion imaging; breast cancer; precise diagnosis

R737．9

A

1674-9316（2017）02-0136-02

10．3969/j．issn．1674-9316．2017．02．086

西安電子科技大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710126