三維生物發(fā)光成像在臨床前早期轉(zhuǎn)移腫瘤的活體精準(zhǔn)診斷中的應(yīng)用

文獻(xiàn)信息
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)醫(yī)學(xué)物理研究團(tuán)隊基于多模態(tài)成像平臺，利用Micro-CT和三維生物發(fā)光成像（BLT）實(shí)現(xiàn)了對臨床前早期轉(zhuǎn)移腫瘤的活體精準(zhǔn)診斷。相關(guān)成果以“Accurate and Early Metastases Diagnosis in Live Animals With Multimodal X-ray and Optical Imaging”為題在國際腫瘤放射治療領(lǐng)域著名期刊《International Journal of Radiation Oncology•Biology•Physics》（JCR Q1, SCI IF 8.013）上發(fā)表。銳視醫(yī)療的三維多模態(tài)精準(zhǔn)成像系統(tǒng)（IMAGING 1000）在論文中提供了重要的小鼠腫瘤Micro-CT和三維光學(xué)成像和定量分析。 實(shí)驗背景
小動物癌癥模型已成為研究癌癥機(jī)制和治療方法不可或缺的一部分。在研究癌癥發(fā)展和轉(zhuǎn)移相關(guān)機(jī)制時，早期的檢測尤為重要。與皮下和原位腫瘤模型不同，在自發(fā)和轉(zhuǎn)移性癌癥模型中，癌癥可以發(fā)生在動物體內(nèi)的任何部位，這使得癌癥的發(fā)生不可預(yù)測。然而，目前腫瘤研究缺少能特異且準(zhǔn)確探測到早期微小腫瘤的活體成像設(shè)備。
CT作為最常用的影像模態(tài)能提供樣本解剖結(jié)構(gòu)信息，但由于較低的軟組織對比度無法區(qū)分出早期腫瘤組織。光學(xué)分子成像對腫瘤檢測具有高靈敏度和高特異性，在體內(nèi)早期或轉(zhuǎn)移性腫瘤檢測方面具有很大的潛力。目前大多數(shù)成像系統(tǒng)為二維成像模式，無法提供腫瘤深度、體積等信息。少數(shù)三維成像系統(tǒng)也存在定位精度差、無法提供組織結(jié)構(gòu)信息等問題。
為了解決上述問題，研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)了一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，它集Micro-CT、光學(xué)斷層掃描和放射治療于一體，每個模塊既可以單獨(dú)使用，也可以與其他模塊組合使用。該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了早期腫瘤的精準(zhǔn)診斷，同時可以用于精準(zhǔn)圖像引導(dǎo)的放射治療和療效評估。
該研究的通訊作者為楊益東教授，中國科大物理學(xué)院特任副研究員趙凝與博士研究生陳家豪為本文的共同第一作者。
 
實(shí)驗方法
在該研究中，作者通過心臟血管注射腫瘤細(xì)胞（C4-2B）建立小鼠腫瘤轉(zhuǎn)移模型。使用三維多模態(tài)精準(zhǔn)成像系統(tǒng)（IMAGING 1000，合肥銳視醫(yī)療科技有限公司），通過Micro-CT成像獲得小鼠骨骼等解剖信息，通過三維光學(xué)成像獲得小鼠體內(nèi)腫瘤信息。同時為了確認(rèn)腫瘤檢測和定位的精準(zhǔn)性，作者對腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)器官用病理切片進(jìn)行雙盲驗證。
 
研究結(jié)果
Micro-CT和BLT（生物發(fā)光斷層掃描）多模態(tài)成像顯示右肝近腔處有一個腫瘤，組織學(xué)分析證實(shí)了這一點(diǎn)。特別值得注意的是，多模態(tài)成像系統(tǒng)可以捕獲罕見的癌癥轉(zhuǎn)移。形成腫瘤骨轉(zhuǎn)移是前列腺癌終末期的特點(diǎn)，在該研究中，作者發(fā)現(xiàn)小鼠右脛骨處有一個腫瘤腫塊，與組織學(xué)驗證結(jié)果一致。    
在二維光學(xué)成像中，由于缺乏深度信息，動物表面的生物發(fā)光強(qiáng)度不能反映腫瘤的病灶，而三維BLT圖像能夠直接量化腫瘤的大小。作者通過BLT圖像測量腫瘤直徑（腫瘤內(nèi)任意兩點(diǎn)之間的最大距離），并與組織學(xué)結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果顯示，BLT測量的腫瘤直徑與組織學(xué)測量的腫瘤直徑在同一量級。 研究結(jié)論
在該研究中，作者開發(fā)了一種多模態(tài)（Micro-CT和三維光學(xué)）成像系統(tǒng)，成像系統(tǒng)能夠精確診斷小至1.5 mm的轉(zhuǎn)移性腫瘤，并精準(zhǔn)計算腫瘤位置和體積，進(jìn)而更好地量化和評估腫瘤。多模態(tài)成像系統(tǒng)為研究癌癥轉(zhuǎn)移和治療提供了一個有力的工具，為精準(zhǔn)臨床前腫瘤研究提供可能。
 
使用儀器