發(fā)布日期：2019-07-24
惡性腫瘤，俗稱癌癥，就像一個(gè)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(jì)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(yán)峻。
對付讓人聞風(fēng)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(zhì)量的關(guān)鍵。原因在于，惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)漸進(jìn)演變的長期過程，從一個(gè)細(xì)胞發(fā)生惡性突變開始，癌細(xì)胞不斷繁殖生長，積累突變效應(yīng)，脫離機(jī)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(jī)體破壞性較小，且一般尚未發(fā)生轉(zhuǎn)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(xué)影像檢測，包括X光計(jì)算機(jī)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(shí)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(cuò)過最佳治療期。
光學(xué)斷層成像是新一代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，具有成像靈敏度高、特異性強(qiáng)的優(yōu)勢，有望檢測到體內(nèi)微小的發(fā)光病灶。
光學(xué)斷層成像的過程是：將發(fā)光基團(tuán)與靶向分子結(jié)合，注入到生物體內(nèi)，發(fā)光基團(tuán)會在靶向分子的牽引下聚集到病灶區(qū)域，從而“點(diǎn)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(jié)合其它成像模態(tài)如MRI、CT提供的解剖結(jié)構(gòu)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(xué)斷層成像相當(dāng)于高精準(zhǔn)定位儀，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)體內(nèi)腫瘤，并給出其位置。但是光學(xué)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(xiàng)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(kuò)散近似方程，再通過正則化等優(yōu)化方法求解該方程，進(jìn)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(shí)間成本高昂的缺陷。
人工智能（AI）給光學(xué)斷層成像的發(fā)展帶來新契機(jī)。相比于傳統(tǒng)方法，人工智能能夠高效快速學(xué)習(xí)大量樣本的特征，逼近真實(shí)的物理過程，有望顯著提高光學(xué)斷層成像的精度。同時(shí)人工智能對給定的新樣本，能夠快速進(jìn)行求解，減少了對人工參數(shù)依賴，有望建立光學(xué)斷層成像的快速自動求解軟件系統(tǒng)。
中國科學(xué)院分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，提出了基于AI的光學(xué)斷層成像方法。利用仿真平臺構(gòu)建出的近萬例訓(xùn)練樣本訓(xùn)練了一個(gè)新型AI光學(xué)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(shí)，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了荷瘤小鼠模型，對其進(jìn)行CT-MRI-光學(xué)三模態(tài)成像，利用AI光學(xué)斷層成像系統(tǒng)得到真實(shí)小鼠體內(nèi)腫瘤的三維空間分布。這項(xiàng)研究揭示AI在提高生物醫(yī)學(xué)成像精度和效率上具有顯著的優(yōu)越性和臨床應(yīng)用潛力。
AI+光學(xué)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(shí)時(shí)、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(jìn)行治療。
來源：中科院之聲
