發(fā)布日期：2019-07-24

　　惡性腫瘤，俗稱癌癥，就像一個來自地獄的惡魔，讓人談癌色變，唯恐避之不及。癌癥是威脅我國居民生命健康的頭號殺手，給無數(shù)患者的身體和心靈帶來了雙重折磨，給無數(shù)家庭帶來深深的痛苦和沉重的打擊。

　　隨著老齡化趨勢的加重和致癌性活動的增加，我國癌癥發(fā)病率和死亡率在逐年攀升。國家癌癥中心于2019年1月發(fā)布的全國癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：近10多年來，我國惡性腫瘤發(fā)病率每年增加約3.9%，死亡率每年增加約2.5%，平均每天有過萬人被確診為癌癥，每分鐘有超過5人死于癌癥。“防癌”“控癌”形勢極其嚴峻。

　　對付讓人聞風喪膽的惡心腫瘤，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療是提高癌癥治療效果，降低患者死亡率和改善患者生活質量的關鍵。原因在于，惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個漸進演變的長期過程，從一個細胞發(fā)生惡性突變開始，癌細胞不斷繁殖生長，積累突變效應，脫離機體控制，最終成長為破壞人體生命系統(tǒng)的惡魔。早期癌癥對機體破壞性較小，且一般尚未發(fā)生轉移，治療相對容易。

　　目前，臨床階段的癌癥診斷手段主要為醫(yī)學影像檢測，包括X光計算機斷層掃描成像（CT），磁共振成像（MRI），超聲成像（US）。但是這些成像模態(tài)靈敏度不夠高，在實際中很難檢出早期的微小惡性腫瘤病灶，許多癌癥患者因此錯過最佳治療期。

　　光學斷層成像是新一代醫(yī)學影像技術，具有成像靈敏度高、特異性強的優(yōu)勢，有望檢測到體內(nèi)微小的發(fā)光病灶。

　　光學斷層成像的過程是：將發(fā)光基團與靶向分子結合，注入到生物體內(nèi)，發(fā)光基團會在靶向分子的牽引下聚集到病灶區(qū)域，從而“點亮”腫瘤。腫瘤區(qū)域發(fā)出的光信號穿透到生物體表面被高靈敏度CCD探測器采集，結合其它成像模態(tài)如MRI、CT提供的解剖結構信息，從而可以逆向求出光源在生物體內(nèi)的三維分布，即可視化腫瘤的三維空間分布。

　　光學斷層成像相當于高精準定位儀，能夠及時發(fā)現(xiàn)體內(nèi)腫瘤，并給出其位置。但是光學斷層成像目前仍存在諸多亟待解決的問題。

　　由于光子在生物體內(nèi)具有非均勻化的高散射和高吸收的物理特性，求解腫瘤位置是一項極具挑戰(zhàn)的工作。傳統(tǒng)方法基于輻射傳輸模型模擬光子在生物體內(nèi)的傳輸過程，建立擴散近似方程，再通過正則化等優(yōu)化方法求解該方程，進而獲取腫瘤位置。但是這一方法存在精確度不高，求解過程繁瑣和時間成本高昂的缺陷。

　　人工智能（AI）給光學斷層成像的發(fā)展帶來新契機。相比于傳統(tǒng)方法，人工智能能夠高效快速學習大量樣本的特征，逼近真實的物理過程，有望顯著提高光學斷層成像的精度。同時人工智能對給定的新樣本，能夠快速進行求解，減少了對人工參數(shù)依賴，有望建立光學斷層成像的快速自動求解軟件系統(tǒng)。

　　中國科學院分子影像重點實驗室研究團隊，提出了基于AI的光學斷層成像方法。利用仿真平臺構建出的近萬例訓練樣本訓練了一個新型AI光學斷層成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)在仿真數(shù)據(jù)上空間定位精度提高了近10倍。

　　同時，該團隊構建了荷瘤小鼠模型，對其進行CT-MRI-光學三模態(tài)成像，利用AI光學斷層成像系統(tǒng)得到真實小鼠體內(nèi)腫瘤的三維空間分布。這項研究揭示AI在提高生物醫(yī)學成像精度和效率上具有顯著的優(yōu)越性和臨床應用潛力。

　　AI+光學斷層成像，以及基于此建立的軟件分析系統(tǒng)，有望成為惡性腫瘤的早期檢測和早期診斷的重要手段?？蒲腥藛T將繼續(xù)努力，讓AI自動、實時、快速尋找發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)的惡性腫瘤，尤其是早期腫瘤，并將其三維可視化，從而輔助醫(yī)生進行治療。

來源：中科院之聲