惡性(xing)腫瘤，俗稱(cheng)癌(ai)癥(zheng)，就像一個來(lai)自地獄的(de)惡魔，讓人談(tan)癌(ai)色變，唯(wei)恐避之不及。癌(ai)癥(zheng)是威(wei)脅我國(guo)居(ju)民生(sheng)命健康(kang)的(de)頭(tou)號殺手(shou)，給(gei)無數患者的(de)身體和心靈(ling)帶(dai)來(lai)了雙重(zhong)折磨(mo)，給(gei)無數家(jia)庭帶(dai)來(lai)深深的(de)痛苦和沉重(zhong)的(de)打擊。

　　隨著老齡化趨勢的(de)加(jia)重和致癌(ai)(ai)(ai)性活動的(de)增加(jia)，我國癌(ai)(ai)(ai)癥發(fa)病率和死亡率在逐年(nian)攀升。國家癌(ai)(ai)(ai)癥中心于2019年(nian)1月發(fa)布的(de)全國癌(ai)(ai)(ai)癥統計數據顯示(shi)：近10多年(nian)來(lai)，我國惡性腫瘤發(fa)病率每(mei)年(nian)增加(jia)約(yue)3.9%，死亡率每(mei)年(nian)增加(jia)約(yue)2.5%，平均每(mei)天有(you)過萬人(ren)被確診為癌(ai)(ai)(ai)癥，每(mei)分鐘有(you)超過5人(ren)死于癌(ai)(ai)(ai)癥。“防癌(ai)(ai)(ai)”“控癌(ai)(ai)(ai)”形勢極(ji)其(qi)嚴峻。

　　對付讓人(ren)聞風喪膽(dan)的(de)惡心腫瘤，早(zao)發(fa)現(xian)、早(zao)診斷、早(zao)治療是(shi)提高(gao)癌癥(zheng)(zheng)治療效果，降(jiang)低患者死亡率和改善患者生(sheng)活質量的(de)關(guan)鍵。原因在于，惡性(xing)腫瘤的(de)發(fa)生(sheng)發(fa)展是(shi)一個漸進演變的(de)長(chang)(chang)期過程，從一個細胞發(fa)生(sheng)惡性(xing)突變開始(shi)，癌細胞不斷繁殖(zhi)生(sheng)長(chang)(chang)，積累突變效應，脫離機體控制，最終(zhong)成長(chang)(chang)為(wei)破壞人(ren)體生(sheng)命系統的(de)惡魔(mo)。早(zao)期癌癥(zheng)(zheng)對機體破壞性(xing)較(jiao)小，且一般尚(shang)未發(fa)生(sheng)轉(zhuan)移(yi)，治療相對容易。

　　目(mu)前，臨床階段的(de)癌癥(zheng)診斷手段主(zhu)要為(wei)醫(yi)學影像(xiang)檢(jian)測，包括X光計算機斷層掃描(miao)成(cheng)像(xiang)（CT），磁共振(zhen)成(cheng)像(xiang)（MRI），超聲成(cheng)像(xiang)（US）。但(dan)是這些成(cheng)像(xiang)模(mo)態靈敏度不夠高，在實際中很難檢(jian)出早期(qi)的(de)微(wei)小惡性腫瘤病灶，許多(duo)癌癥(zheng)患者因此錯過最佳治療期(qi)。

　　光學斷層成(cheng)像是新一(yi)代醫學影(ying)像技術，具有成(cheng)像靈敏度高(gao)、特異性強的(de)優勢(shi)，有望(wang)檢測(ce)到體內(nei)微小(xiao)的(de)發光病灶。

　　光(guang)(guang)學斷層(ceng)成像的(de)(de)(de)過(guo)程是：將發(fa)光(guang)(guang)基團與靶(ba)向(xiang)分子結合(he)，注入(ru)到(dao)生(sheng)物體(ti)內(nei)，發(fa)光(guang)(guang)基團會在靶(ba)向(xiang)分子的(de)(de)(de)牽引下聚集到(dao)病灶區域(yu)，從而(er)(er)“點亮”腫瘤。腫瘤區域(yu)發(fa)出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)信(xin)號穿(chuan)透到(dao)生(sheng)物體(ti)表面被高靈(ling)敏度(du)CCD探測器(qi)采集，結合(he)其它成像模態(tai)如MRI、CT提供的(de)(de)(de)解剖結構信(xin)息，從而(er)(er)可以逆(ni)向(xiang)求出光(guang)(guang)源(yuan)在生(sheng)物體(ti)內(nei)的(de)(de)(de)三維(wei)(wei)分布，即可視(shi)化腫瘤的(de)(de)(de)三維(wei)(wei)空(kong)間分布。

　　光學斷(duan)層(ceng)成像(xiang)相當于高(gao)精準定位(wei)儀(yi)，能(neng)夠及時發現體內(nei)腫(zhong)瘤，并給出其(qi)位(wei)置。但(dan)是光學斷(duan)層(ceng)成像(xiang)目前仍存(cun)在諸多亟待(dai)解決的問題。

　　由(you)于(yu)(yu)光子在(zai)生物(wu)體內(nei)具有非均勻化(hua)的高散(san)射和高吸收(shou)的物(wu)理特性，求(qiu)解腫瘤位置是一項極具挑戰的工作(zuo)。傳(chuan)統方法基于(yu)(yu)輻(fu)射傳(chuan)輸模型模擬光子在(zai)生物(wu)體內(nei)的傳(chuan)輸過(guo)程，建立擴散(san)近(jin)似方程，再(zai)通過(guo)正則化(hua)等優化(hua)方法求(qiu)解該方程，進而(er)獲取(qu)腫瘤位置。但(dan)是這一方法存在(zai)精確(que)度不高，求(qiu)解過(guo)程繁瑣和時間成本(ben)高昂(ang)的缺陷。

　　人工智能(neng)（AI）給(gei)光學斷層成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)的(de)發展帶來新契機。相(xiang)比于傳統方法(fa)，人工智能(neng)能(neng)夠(gou)高效快速學習(xi)大量樣(yang)本的(de)特征，逼近真實的(de)物理(li)過程，有望顯著提高光學斷層成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)的(de)精(jing)度。同時人工智能(neng)對給(gei)定的(de)新樣(yang)本，能(neng)夠(gou)快速進(jin)行(xing)求(qiu)解(jie)，減少了(le)對人工參數(shu)依賴(lai)，有望建立(li)光學斷層成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)的(de)快速自動求(qiu)解(jie)軟件系統。

　　中(zhong)國科學院分子影像重點實驗(yan)室研(yan)究團隊，提出(chu)了基于AI的光學斷層成像方法。利用仿真(zhen)平臺構建出(chu)的近萬例訓練(lian)樣本(ben)訓練(lian)了一個新型AI光學斷層成像系(xi)統。該系(xi)統在仿真(zhen)數據上(shang)空間定位精度提高了近10倍(bei)。

　　同時，該團隊構建了荷瘤(liu)(liu)小鼠(shu)模型，對其進行CT-MRI-光(guang)學三模態成像，利用(yong)AI光(guang)學斷層成像系統(tong)得到真實小鼠(shu)體內腫瘤(liu)(liu)的(de)三維空間分布。這項研究揭示AI在提高生物醫學成像精(jing)度和效率上具有(you)顯著的(de)優(you)越性和臨床應用(yong)潛(qian)力。

　　AI+光學斷層成(cheng)像，以(yi)及(ji)基于此建立(li)的軟(ruan)件分析系統，有望(wang)成(cheng)為惡性腫瘤的早期(qi)(qi)檢測(ce)和早期(qi)(qi)診斷的重要手段。科(ke)研(yan)人(ren)員將繼續努(nu)力，讓AI自動、實時、快速尋找發現人(ren)體(ti)內的惡性腫瘤，尤其是早期(qi)(qi)腫瘤，并將其三維可視化，從(cong)而輔助醫生進行治療。