三维生物发光成像在临床前早期转移肿瘤的活体精准诊断中的应用

小动物早期转移肿瘤的活体诊断

文献信息

近日，中国科学技术大学医学物理研究团队基于多模态成像平台，利用Micro-CT和三维生物发光成像（BLT）实现了对临床前早期转移肿瘤的活体精准诊断。相关成果以“Accurate and Early Metastases Diagnosis in Live Animals With Multimodal X-ray and Optical Imaging”为题在国际肿瘤放射治疗领域著名期刊《International Journal of Radiation Oncology•Biology•Physics》（JCR Q1, SCI IF 8.013）上发表。锐视医疗的三维多模态精准成像系统（IMAGING 1000）在论文中提供了重要的小鼠肿瘤Micro-CT和三维光学成像和定量分析。

实验背景

小动物癌症模型已成为研究癌症机制和治疗方法不可或缺的一部分。在研究癌症发展和转移相关机制时，早期的检测尤为重要。与皮下和原位肿瘤模型不同，在自发和转移性癌症模型中，癌症可以发生在动物体内的任何部位，这使得癌症的发生不可预测。然而，目前肿瘤研究缺少能特异且准确探测到早期微小肿瘤的活体成像设备。

CT作为最常用的影像模态能提供样本解剖结构信息，但由于较低的软组织对比度无法区分出早期肿瘤组织。光学分子成像对肿瘤检测具有高灵敏度和高特异性，在体内早期或转移性肿瘤检测方面具有很大的潜力。目前大多数成像系统为二维成像模式，无法提供肿瘤深度、体积等信息。少数三维成像系统也存在定位精度差、无法提供组织结构信息等问题。

为了解决上述问题，研发团队开发了一种多模态成像系统，它集Micro-CT、光学断层扫描和放射治疗于一体，每个模块既可以单独使用，也可以与其他模块组合使用。该技术不仅实现了早期肿瘤的精准诊断，同时可以用于精准图像引导的放射治疗和疗效评估。

该研究的通讯作者为杨益东教授，中国科大物理学院特任副研究员赵凝与博士研究生陈家豪为本文的共同第一作者。

实验方法

在该研究中，作者通过心脏血管注射肿瘤细胞（C4-2B）建立小鼠肿瘤转移模型。使用三维多模态精准成像系统（IMAGING 1000，合肥锐视医疗科技有限公司），通过Micro-CT成像获得小鼠骨骼等解剖信息，通过三维光学成像获得小鼠体内肿瘤信息。同时为了确认肿瘤检测和定位的精准性，作者对肿瘤转移相关器官用病理切片进行双盲验证。

研究结果

Micro-CT和BLT（生物发光断层扫描）多模态成像显示右肝近腔处有一个肿瘤，组织学分析证实了这一点。特别值得注意的是，多模态成像系统可以捕获罕见的癌症转移。形成肿瘤骨转移是前列腺癌终末期的特点，在该研究中，作者发现小鼠右胫骨处有一个肿瘤肿块，与组织学验证结果一致。

图3: BLT/CT成像精确显示肝脏转移性肿瘤。(B)代表BLT/CT横、冠状、矢状位图像(比例尺为1cm); (C)三维渲染，在骨骼框架中显示肿瘤(来自BLT); (D)右肝H&E染色。BLT：生物发光断层扫描。

图4: BLT/CT成像精确显示胫骨肿瘤转移。(B) BLT/CT横切面、冠状面、矢状面图像(比例尺为1cm); (C)三维渲染，在骨架框架中显示肿瘤(来自BLT); (D)右胫骨H&E染色。BLT：生物发光断层扫描。

在二维光学成像中，由于缺乏深度信息，动物表面的生物发光强度不能反映肿瘤的病灶，而三维BLT图像能够直接量化肿瘤的大小。作者通过BLT图像测量肿瘤直径（肿瘤内任意两点之间的最大距离），并与组织学结果进行对比。结果显示，BLT测量的肿瘤直径与组织学测量的肿瘤直径在同一量级。

研究结论

在该研究中，作者开发了一种多模态（Micro-CT和三维光学）成像系统，成像系统能够精确诊断小至1.5 mm的转移性肿瘤，并精准计算肿瘤位置和体积，进而更好地量化和评估肿瘤。多模态成像系统为研究癌症转移和治疗提供了一个有力的工具，为精准临床前肿瘤研究提供可能。

使用仪器

（产品图片）

多模态成像系统（型号：IMAGING 1000）