中科大医学物理团队在小动物早期转移肿瘤的活体诊断方面取得重要进展

近日，中国科学技术大学医学物理研究团队基于多模态成像平台iSMAART，利用CT和生物荧光成像（BLT）实现了对临床前早期转移肿瘤的活体精准诊断。相关成果以“Accurate and Early Metastases Diagnosis in Live Animals With Multimodal X-ray and Optical Imaging”为题发表在国际肿瘤放射治疗领域著名期刊《International Journal of Radiation Oncology•Biology•Physics》杂志上。

在研究癌症的相关生物学机制时，对于癌症的发展和转移，早期的检测尤为重要。目前肿瘤研究缺少能特异且准确探测到早期微小肿瘤的活体成像设备。CT作为最常用的影像模态能提供很好的解剖结构信息，但较低的软组织对比度使其无法在早期区分出肿瘤组织。而在对生物发光成像系统的研究中发现其有高灵敏度和高特异性的特点，具有良好的检测早期和转移性肿瘤的潜力。然而，目前大多数的生物发光成像系统都是二维成像模式，无法提供肿瘤的深度信息，从而不能实现对肿瘤的准确定位，少数三维成像系统也存在定位精度差，无法提供组织结构信息等问题。中科大医学物理研究团队开发出一种基于CT先验信息的三维高精度生物发光成像技术，该技术不仅实现了早期肿瘤的精准诊断，同时可以用于精准的图像引导放射治疗和疗效评估。

团队通过CT影像获取结构信息，进而将其作为先验信息用于三维荧光图像的重建，结合探测到的光学信号分布和先进重建算法，精确获得小鼠体内肿瘤位置，最终的光学分子图像与CT图像叠加显示，完整提供了小鼠肿瘤位置、体积和周围解剖结构信息。团队使用了肿瘤转移模型对系统的成像性能进行评估，最后用病理切片作为金标准进行双盲验证。结果表明，该方法探测到的最小转移灶直径仅有1mm左右，且能同时准确检测到多个转移灶，表明该成像系统对早期转移肿瘤的探测具有很高的灵敏度和特异性。

图1：成像系统简图

图2：对具有肝脏转移的小鼠成像结果。（b）：三维重建荧光图与CT图像融合显示；（c）：转移肿瘤与骨结构三维渲染图；（d）：病理切片验证。

中国科大物理学院特任副研究员赵凝与博士研究生陈家豪为本文的共同第一作者，杨益东教授为本文的通讯作者。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金和安徽省科技重大专项的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2022.07.1832