基于PET-光學融合的乳腺成像系統概述

朱守平

基于PET-光學融合的乳腺成像系統概述

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鍵所在。本文簡要介紹了正在研發的PET-光學融合的乳腺成像系統。該系統有機融合PET和光學兩種成像模態，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，乳腺癌已經成為我國女性的第一高發癌癥，并且在全國范圍內普遍高發。乳腺癌的早期精確診斷是治療乳腺癌的關鍵所在。如果能在發生明顯的形態結構變化之前檢測到腫瘤的發生、發展，則對乳腺癌的早期精確診斷具有重要意義。隨著醫療影像技術的進步，尤其近年來分子影像技術的迅猛發展，有助于實現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，百戰不殆！為了實現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，最終導致人體無法承載和供養，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分，換句話說，腫瘤細胞特別貪吃！即使腫瘤病灶區域還很小，沒有引起生物組織明顯的形態結構變化，但它作為腫瘤細胞貪吃的本質也已經暴露了，利用腫瘤細胞的這一特點，可以通過觀察生物體內哪個位置代謝旺盛來定位腫瘤。

2 乳腺癌檢測影像技術分類

乳腺癌的檢測影像技術大體可以分為兩大類，第一類是基于形態結構的顯像方式，如鉬靶X光檢查，乳腺超聲成像技術， 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，如功能MRI、正電子發射斷層成像（Positron emission tomography，PET）、光學/熒光成像等。臨床使用比較多的是第一類形態結構影像技術，其中鉬靶X光是目前使用最為廣泛的乳腺癌檢測技術，在乳腺癌診斷上發揮了重要作用[1]。第二類影像技術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生明顯形態結構異常的時候及早發現微小腫瘤病灶。PET和光學成像技術是第二類成像技術中的兩個典型代表，PET成像主要是利用腫瘤代謝旺盛的特點通過F-18FDG顯像[2]；光學成像主要是利用擴散光學層析成像（Diffuse optical tomography，DOT）技術針對乳腺癌內源性血紅蛋白、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成像對早期乳腺癌細胞的高靈敏度顯像。

3 基于PET-光學融合的乳腺成像系統介紹

我們課題組針對乳腺癌早期精確診斷的臨床醫學問題，申報的“基于PET-光學融合的乳腺成像系統研發”項目喜獲2016年國家重點研發計劃數字診療裝備研發專項經費支持。該項目將PET和光學成像進行有機融合，實現乳腺腫瘤的代謝顯像，光學血紅蛋白、組織光學參數內源性顯像以及基于熒光探針的外源性光學顯像有機結合，提高臨床診斷的準確性，實現乳腺癌微小病灶的早期精確診斷。同時利用PET成像結果作為先驗信息，還可以提高光學成像效果，實現二者的深度融合[4-7]。

本項目正在研發的PET-光學融合的乳腺成像系統將致力于借助PET、光學兩種功能/分子影像技術的融合實現乳腺癌的早期精確診斷。其主要的技術難度體現在以下兩個方面：

（1）實現兩個子系統時，既要實現各自的基本功能，還要求兩者不能相互干擾，并實現核心器件國產化。

（2）PET成像和光學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 結構與光學光纖探測陣列有機結合的方式（如圖1所示），實現兩套子系統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重建的魯棒性，實現PET光學成像的深度融合。

圖1 PET-光學融合的乳腺成像系統示意圖

本項目所研發的PET-光學融合的乳腺成像系統不是為了取代當前醫院使用的PET/CT等相關影像設備，而是作為其有益的補充。全身PET系統的空間分辨比較低，限制了其對小于1 cm的乳腺癌病變的檢測能力。PET-光學融合的乳腺成像系統相對于醫院的全身PET/CT[8]和乳腺PET技術，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。除了可以實現早期診斷，PET-光學融合的乳腺成像系統還可以檢測腫瘤的惡性程度，評估手術及放化療患者的預后，對治療效果和是否復發進行實時監控。相比于全身PET/CT，乳腺PET光學的成像視野小，設備成本也相對較低，這將有助于降低醫療成本。同時，一旦掌握了此類新型的高端影像設備的核心技術，實現設備的國產化，改變高端影像設備依賴進口的狀況，最終惠及人民大眾。

4結語

在此特別感謝國家重點研發計劃數字診療裝備研發專項的大力支持。數字診療裝備研發專項為我國高端影像技術的發展進行前瞻性的戰略布局，作為此次專項支持的項目之一，項目組聯合了高科技公司、研究所、高校以及國內三家著名的臨床醫院組成了研發團隊。衷心希望項目研發工作能夠為我國影像技術的發展盡一份綿薄之力！

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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

西安電子科技大學生命科學技術學院，陜西 西安 710126