放射激发荧光断层成像用于微小肿瘤诊疗一体化的研究

The main reason of tumor recurrence is the difficulty of using traditional diagnostic techniques to detect malignant micro-lesions. Fluorescence molecular imaging has been explored in detecting micro-lesions intraoperationally because of its high imaging resolution. Our previously developed radioluminescence imaging strategy, radiopharmaceutical-excited fluorescence imaging (REFI), significantly improves the imaging signal-to-noise ratio and sensitivity. It reduces the minimum diameter of detectable tumor and detect the micro-lesions invisible to positron emission tomography. To further push the limit, we propose to develop radiopharmaceutical-excited fluorescence tomography (REFT) based on the radiant characteristics of radiopharmaceutical-excited fluorescence on the basis of our previous work. We plan to realize the reconstruction of position and depth of micro-lesions of tumor such as liver cancer by construction of the REFI theoretical model and inverse algorithm; and to combine with the photodynamic therapy via constructing europium oxide nanoparticles conjugated with photosensitizers, using the radioluminescence as internal light source to overcome the poor depth penetration of light source used in conventional photodynamic therapy. Our technique to be developed will establish a novel approach of theranostics, maximize the dissection of micro-lesions, and provide an integrated theranostic solution for malignant micro-lesions.

常规诊疗手段难以发现微小病灶成为导致肿瘤复发的重要原因。荧光分子成像技术由于分辨率高等优点常用于术中检测微小病灶。我们前期提出的放射激发荧光成像，由于采用放射性药物内源激发荧光成像模式，显著提高了成像的信噪比和灵敏度，将肿瘤检测的最小尺度向前推进了一大步，可以检测到正电子发射断层成像看不到的微小病灶。如何进一步提高微小病灶的探查能力，本课题拟在前期研究工作的基础上，结合放射激发荧光成像的特点，进一步构建三维放射激发荧光断层成像技术，研究信号定位定量重建算法，实现对微小病灶如肝癌微小肿瘤的精准定位；并在此基础上联合光动力治疗，通过构建偶联了光敏剂的氧化铕纳米材料，实现光源内源化，突破传统光动力治疗中光源组织穿透深度不足的限制，构建一种诊疗一体化的新模式，实现对肿瘤微小病灶的全面清扫，从而为微小肿瘤的诊疗提供新的一体化解决方案。

常规诊疗手段难以发现肿瘤微小病灶成为导致肿瘤复发的重要原因。荧光分子成像技术由于分辨率高等优点常用于术中检测微小病灶。申请人前期提出的放射激发荧光成像，由于采用放射性药物内源激发荧光成像模式，显著提高了成像的灵敏度，将肿瘤检测的最小尺度向前推进了一大步，可以检测到正电子发射断层成像看不到的微小病灶。本项目在前期研究工作的基础上，针对如何进一步提高微小病灶的探查能力开展研究。在成像方法方面，提出了非负迭代凸优化算法、基于近红外二区光谱特征的成像模型与高斯加权邻域融合拉索重建算法、加权多光谱等多种成像模型和重建算法；在成像系统方面，分别构建了多种小动物、大动物、人体水平的成像系统，并且在国际上率先构建了可见光、近红外一区、近红外二区多谱段手术导航系统；在生物实验验证方面，围绕微小肿瘤的高灵敏检测与精准切除，开展了小动物、大动物、人体的多种生物医学应用，并且成功实现了技术的临床转化。项目执行期间，在成像方法、成像系统、生物实验验证三方面开展的系列创新工作，实现了光学分子影像技术的方法创新和技术突破，为微小肿瘤病灶的精准诊疗提供了新的一体化解决方案。