基于放射荧光-PET-CT多模成像的肿瘤受体三维定量方法

Accurate quantification of binding kinetics and available receptor density is of great significance for precise diagnosis and personalize treatment of cancer, drug development programs and monitoring the response to therapies. Concentrated on accurate quantification of surface receptor of cancer cell in vivo, this project aims to develop an accurate and rapid three-dimensional imaging method for tissue specificity radioluminescence tomography (RLT). By constructing a voxel based tissue specificity imaging model and the relevant GPU accelerated computation and inversion algorithms, accurate and rapid dynamic imaging of probes targeted to surface receptor of cancer cells can be achieved. On the other hand, a PET guided quantification method for receptor density of cancer cells using RLT can be developed by fitting the input function of RLT from a priori information of PET images, which aims to realize the accurate quantification of surface receptor of cancer cells using RLT technique. Finally, a multimodality of RLT-PET-CT based quantification method can be established to three-dimensionally quantify the surface receptor of cancer cells, providing with an in vivo, dynamic, noninvasive tool for monitoring the changes of cell surface receptor expression in the personalize treatment of cancer.

精确量化细胞表面受体的结合力和可用性对于癌症的精确诊断、个性化癌症治疗、抗肿瘤药物研发及药效评估监测具有重要意义。本项目围绕肿瘤细胞表面受体在体精确定量问题，通过构建基于体素的组织特异性成像模型和基于GPU加速的模型求解与反演算法，研究准确快速的组织特异性放射荧光三维成像方法，实现肿瘤细胞表面受体靶向探针的准确快速动态成像；通过利用PET先验影像拟合放射荧光三维成像的血浆输入函数，发展基于PET导向放射荧光三维成像的肿瘤受体密度定量方法，实现基于放射荧光三维成像方法的肿瘤细胞表面受体的精确量化。最终建立基于放射荧光-PET-CT多模成像的肿瘤受体三维定量方法，为肿瘤个性化治疗中细胞表面受体表达变化提供在体、动态、无创的监测手段。

精确量化细胞表面受体的结合力和可用性对于癌症精确诊断、个性化癌症治疗、抗肿瘤药物研发及药效评估监测具有重要意义。然而，由于分子探针药代动力学的特殊复杂性，使得在体定量细胞表面受体结合率仍是亟待解决的难题。本项目围绕肿瘤细胞表面受体在体精确定量问题，研究基于放射荧光-PET-CT多模成像的肿瘤受体定量方法，将为肿瘤个性化治疗中细胞表面受体表达变化提供在体动态无创的监测手段。围绕上述问题，本项目主要完成了四个方面的工作。首先，针对生物组织结构和光学特性参数特异性、成像模型高维性、测量数据不完备性，成功研发了用于放射荧光三维成像的特异性光学三维成像方法，实现了原位肿瘤的亚毫米级精度的定量成像；其次，以胃癌血管特异靶向肽GX1为研究对象，针对其动力学特性及其靶向受体不明问题，成功研发了基于动态荧光成像的胃癌血管特异靶向肽GX1靶向受体密度定量方法，有效推进了胃癌血管特异靶向肽GX1的动力学特性研究；第三，成功研发了可同时进行PET和放射荧光成像的靶向分子影像探针，为肿瘤细胞表面受体定量方法的研发提供探针支撑；第四，成功研制了基于双头平板PET的光学-PET-CT多模融合成像系统，重点对双头平板PET模块进行了性能优化，为肿瘤细胞表面受体定量应用开展提供设备支撑。在本项目支持下，项目组还探索了一些新型成像技术和成像方法，包括融合受激拉曼散射效应的高分辨率定量光学分子成像新技术、放射荧光胶片成像方法等，其中融合受激拉曼散射效应的高分辨率定量光学分子成像新技术以免标记的方式实现了活细胞中脂类分子空间分布状态的高分辨率定量快速三维检测，这些新探索为项目组后续工作的开展提供了新思路和新方向。本项目共发表SCI论文37篇，国际会议口头报告8篇，国内会议邀请报告8次；获授权美国发明专利2项，中国发明专利8项，受理中国发明专利4项，获厅局级科学技术一等奖1项。