朱守平

基于PET-光学融合的乳腺成像系统概述

朱守平

乳腺癌严重危害广大女性的健康，早期精确诊断是有效治疗乳腺癌的关键所在。本文简要介绍了正在研发的PET-光学融合的乳腺成像系统。该系统有机融合PET和光学两种成像模态，有望在不久的将来成为乳腺癌早期精确诊断的利器。

PET-光学融合成像；乳腺癌；精确诊断

中国2015肿瘤登记年报指出，乳腺癌已经成为我国女性的第一高发癌症，并且在全国范围内普遍高发。乳腺癌的早期精确诊断是治疗乳腺癌的关键所在。如果能在发生明显的形态结构变化之前检测到肿瘤的发生、发展，则对乳腺癌的早期精确诊断具有重要意义。随着医疗影像技术的进步，尤其近年来分子影像技术的迅猛发展，有助于实现早期精确诊断乳腺癌。

1 乳腺癌肿瘤细胞特点分析

兵法云：知己知彼，百战不殆！为了实现乳腺癌的早期精确诊断，首先要弄清楚乳腺癌的肿瘤细胞有什么特点。肿瘤细胞，从某种程度上可以看作是细胞界的优秀代表，因为它生命力特别旺盛，生长特别快，并且可以无限次分裂。但由于它生命力过于旺盛，毫无约束的野蛮生长，不断抢占正常细胞的地盘，最终导致人体无法承载和供养，进而危害人们的健康乃至危及生命。肿瘤细胞为了能够快速的生长，必然需要消耗大量的养分，换句话说，肿瘤细胞特别贪吃！即使肿瘤病灶区域还很小，没有引起生物组织明显的形态结构变化，但它作为肿瘤细胞贪吃的本质也已经暴露了，利用肿瘤细胞的这一特点，可以通过观察生物体内哪个位置代谢旺盛来定位肿瘤。

2 乳腺癌检测影像技术分类

乳腺癌的检测影像技术大体可以分为两大类，第一类是基于形态结构的显像方式，如钼靶X光检查，乳腺超声成像技术， 磁共振（Magnetic resonance imaging，MRI）等，第二类是基于功能/分子影像的检测技术，如功能MRI、正电子发射断层成像（Positron emission tomography，PET）、光学/荧光成像等。临床使用比较多的是第一类形态结构影像技术，其中钼靶X光是目前使用最为广泛的乳腺癌检测技术，在乳腺癌诊断上发挥了重要作用[1]。第二类影像技术针对肿瘤细胞自身功能特征对其进行显像，可以在肿瘤病灶没有发生明显形态结构异常的时候及早发现微小肿瘤病灶。PET和光学成像技术是第二类成像技术中的两个典型代表，PET成像主要是利用肿瘤代谢旺盛的特点通过F-18FDG显像[2]；光学成像主要是利用扩散光学层析成像（Diffuse optical tomography，DOT）技术针对乳腺癌内源性血红蛋白、氧饱和度、水和脂类等信息异常性，对肿瘤目标进行特异性检测[3]。结合靶向乳腺癌细胞的特异性荧光探针，可以进一步提高光学成像对早期乳腺癌细胞的高灵敏度显像。

3 基于PET-光学融合的乳腺成像系统介绍

我们课题组针对乳腺癌早期精确诊断的临床医学问题，申报的“基于PET-光学融合的乳腺成像系统研发”项目喜获2016年国家重点研发计划数字诊疗装备研发专项经费支持。该项目将PET和光学成像进行有机融合，实现乳腺肿瘤的代谢显像，光学血红蛋白、组织光学参数内源性显像以及基于荧光探针的外源性光学显像有机结合，提高临床诊断的准确性，实现乳腺癌微小病灶的早期精确诊断。同时利用PET成像结果作为先验信息，还可以提高光学成像效果，实现二者的深度融合[4-7]。

本项目正在研发的PET-光学融合的乳腺成像系统将致力于借助PET、光学两种功能/分子影像技术的融合实现乳腺癌的早期精确诊断。其主要的技术难度体现在以下两个方面：

（1）实现两个子系统时，既要实现各自的基本功能，还要求两者不能相互干扰，并实现核心器件国产化。

（2）PET成像和光学成像的分辨率都相对较低，二者的图像如何配准融合需要认真考虑。我们拟采用平板PET 结构与光学光纤探测阵列有机结合的方式（如图1所示），实现两套子系统空间配准定位以及快速精确的信号采集；另外还将充分利用PET 图像作为先验信息有效提高光学重建的鲁棒性，实现PET光学成像的深度融合。

图1 PET-光学融合的乳腺成像系统示意图

本项目所研发的PET-光学融合的乳腺成像系统不是为了取代当前医院使用的PET/CT等相关影像设备，而是作为其有益的补充。全身PET系统的空间分辨比较低，限制了其对小于1 cm的乳腺癌病变的检测能力。PET-光学融合的乳腺成像系统相对于医院的全身PET/CT[8]和乳腺PET技术，具有更高的探测灵敏度和空间分辨率，非常有利于乳腺肿瘤的早期精确诊断和准确定位。除了可以实现早期诊断，PET-光学融合的乳腺成像系统还可以检测肿瘤的恶性程度，评估手术及放化疗患者的预后，对治疗效果和是否复发进行实时监控。相比于全身PET/CT，乳腺PET光学的成像视野小，设备成本也相对较低，这将有助于降低医疗成本。同时，一旦掌握了此类新型的高端影像设备的核心技术，实现设备的国产化，改变高端影像设备依赖进口的状况，最终惠及人民大众。

4结语

在此特别感谢国家重点研发计划数字诊疗装备研发专项的大力支持。数字诊疗装备研发专项为我国高端影像技术的发展进行前瞻性的战略布局，作为此次专项支持的项目之一，项目组联合了高科技公司、研究所、高校以及国内三家著名的临床医院组成了研发团队。衷心希望项目研发工作能够为我国影像技术的发展尽一份绵薄之力！

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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

西安电子科技大学生命科学技术学院，陕西 西安 710126