基于组织特异性的光学-核素-CT多模影像融合方法与技术

In order to reduce cancer mortality and improve survival, not only early detection but also accurate diagnosis of the tumor is required to effectively reduce the false negative rate and false positive rate of early diagnosis. Multimodality molecular imaging can accomplish accurate diagnosis at early stage of diseases due to fusion of a variety of imaging techniques, which has become a powerful tool for early and accurate diagnosis of cancer. This project will establish multimodality molecular imaging fusion methods and techniques to achieve early and accurate diagnosis of can based on fusion of optical, radionuclide, and CT imaging information. Multimodality fusion methods based on tissue specificity will be developed by the propagation theory research of different particles in complex organisms. Non-rigid deformation correction, fast segmentation, and precise registration between different imaging modalities are also studied in this project. The above methods and technologies will be validated using tumor-bearing small animal models and employed for early and accurate diagnosis of cancer. Overall, this project will provide new methods and novel techniques for the research of occurrence and development mechanism of fatal diseases like cancer.

降低肿瘤死亡率，提高生存率，不仅需要实现肿瘤的早期检测，而且还需要实现肿瘤的精确诊断，从而有效降低早期诊断的假阴性率和假阳性率。多模态分子影像技术由于整合了多种成像技术的优势，能够在看得早的同时，实现看得准，将成为肿瘤早期精确诊断的有力工具。本项目将研究光学-核素-CT多模态分子影像融合方法与技术，实现肿瘤的早期精确诊断。通过光、放射性同位素、X射线在复杂生物体中特异性传输的研究，创建基于组织特异性的多模融合成像方法和模型，发展生物体中软组织和内脏器官的非刚性形变校正技术，研发特异性的器官快速分割与多模影像精确配准方法和技术。此外，本项目将以荷瘤动物模型为研究对象，探索光学-核素-CT多模态融合分子影像技术在肿瘤早期精确诊断中的应用，建立肿瘤早期精确诊断的多模影像评价标准，为肿瘤等重大疾病发生发展机理的研究提供新方法与新技术。

针对肿瘤早期诊断难的挑战性科学问题，本项目主要研究光学-核素-CT 多模态分子影像融合方法与技术，推动肿瘤的早期精确诊断。项目按照研究计划，构建了基于组织特异性的多模融合成像理论模型，实现了特异性多模融合成像方法、基于解剖结构影像的组织特异性分割方法、多模影像数据的可视化方法等，并利用仿真、仿体和真实小鼠实验进行了验证研究，结果显示构建的成像理论模型和融合成像方法可显著提高肿瘤早期成像的灵敏度、速度、精度、深度和鲁棒性，相关融合成像指标得到第三方检测机构的认定，相关研究成果得到了国际信息和医学领域同行专家的正面积极评价。同时，项目组按计划建立的多模融合计算平台MITK/3DMed，包含了基于解剖结构影像的组织特异性分割方法、多模影像数据的配准方法、多模影像数据的可视化方法等功能，已经提供公开免费下载使用，下载量达3万人次，可为多模融合成像应用提供有效的工具。.项目组在乳腺癌、肝癌、肺癌等方面在北京协和医院、中国人民解放军总医院、北京大学人民医院等多家医院开展了融合成像的临床应用，结果显示融合成像技术有效降低了肿瘤早期诊断的假阴性率和假阳性率，并形成了临床专家共识，具有较好的临床应用前景。.项目组执行期内在Nature子刊、信息领域IEEE Trans系列、光学成像领域OSA和SPIE系列、以及临床领域Clinical Cancer Research等期刊上发表和接收多学科交叉的SCI论文70余篇，授权和受理国家发明专利80余项，申请美国发明专利3项，获得2017年全国创新争先奖状、2015年日内瓦国际发明博览会金奖。培养基金委优青1名，科技部国家重点研发计划项目负责人1名，美国医学与生物工程院AIMBE Fellow 1名，国际模式识别学会IAPR Fellow 1名，美国光学学会OSA Fellow 1名，国际磁共振学会ISMRM Fellow 1名。.综上所述，项目突破了多模态分子影像融合关键技术，推动了肿瘤早期精准成像，多模态分子影像有望成为信息、化学、生物和医学等学科的基础研究和应用研究的新方向。项目顺利完成了所有技术指标，取得了丰硕的成果，达到了预期目标。