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清华大学医学院廖洪恩课题组“智能光学微创诊疗理论”成果被选为《Theranostics》杂志封面文章 时间:2018-08-24 17:02:05.0

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图1智能光学微创诊疗理论

(Theranostics期刊8月封面论文)


清华大学医学院生物医学工程系特聘专家廖洪恩教授课题组在国际著名学术期刊《诊疗》(Theranostics: 2017 IF=8.537)上发表题为“基于荧光成像与双光子影像引导的激光消融脑肿瘤诊疗”(Bioluminescence imaging and two-photon microscopy guided laser ablation of GBM decreases tumor burden)的学术论文,并被选为该杂志8月份的封面论文(图1)。


本文报道了一种智能光学微创诊疗理论,对全新的外科诊疗理论进行了论证并对光学诊疗机理进行了深入探讨。该新型诊疗理论使用荧光成像与双光子成像引导激光消融,构建耦合消融路径规划最终完成活体脑肿瘤治疗,研究结果表明基于该理论构建的系统具有良好的治疗效果。该研究填补了长期以来智能光学微创诊疗一体化理论的空白,为未来智能诊疗领域注入全新理念,并为复杂病变(脑肿瘤等)的精准一体化诊疗提供新型临床模式。该研究革新外科治疗模式,并在脑肿瘤的发病机理探索、精准外科治疗过程中重要神经传导束保护方面发挥重要作用。


国家“脑计划”重点关注脑重大疾病的诊疗,脑肿瘤是人类健康的一大杀手,近年来脑肿瘤的精准微创治疗受到临床医学和基础研究领域的重点关注,然而目前诊断与治疗相互分离的问题始终是诊疗发展的瓶颈。因此,结合高效精准的诊疗模式实现脑肿瘤的治疗具有突破性意义。在脑科学研究中,本文提出的智能光学微创诊疗理论有望改善患者术后生活及生存质量,为脑重大疾病的外科诊治提供新型诊疗模式,并为国产高端数字诊疗装备研发攻克技术壁垒。目前国内外智能微创诊疗技术的研究尚处于起步阶段,在国家“脑计划”的引导下,智能光学微创诊疗的提出及其实验论证将为脑肿瘤等脑重大疾病的诊疗提出一种新型临床诊疗方案。该新型诊疗理论对其他重大疾病外科诊疗及装备研发同样具有重要借鉴意义。


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图 2 智能光学微创诊疗理论:基于荧光成像与激光消融治疗的映射关系构建肿瘤治疗方案,规划耦合消融路径为实现精准激光消融治疗效果


在脑肿瘤治疗中,识别肿瘤及其边界为智能化精准治疗提供强有力的技术保障。当前,光学成像及光学治疗技术分别具有实时快速成像及微创智能的治疗效果,基于光学成像与光学治疗的诊疗融合为肿瘤治疗提供新型的诊治模式,然而目前智能光学微创诊疗理论仍是空白。因此,如何使用光学技术的快速检测和高效高精准激光消融实现精准诊疗一体化理论成为国际智能化微创诊疗融合研究关注的重点。新型精准光学诊疗原理及理念需要构建量化荧光成像与激光消融参数之间的映射关系和实施智能化的激光消融达到精准诊疗效果。精准光学诊断是精准激光消融治疗的基础,从荧光成像对肿瘤的量化及边界分析出发,进一步建立了活体激光消融参数组对应的消融治疗结果,从而执行了耦联消融路径规划实现荧光成像引导激光消融精准诊疗(图2)。


基于该理论的研究结果表明,在脑胶质瘤的治疗方面,基于多模态光学影像引导的激光消融实现了高精准的消融治疗,相对于手术直接切除具有更高的精度和智能可控的治疗参数。进一步地,从量化角度分析了脑胶质瘤的高精度的切除治疗效率(图3)。该研究从智能光学微创诊疗的理念设计、原理论证及实验验证,构建了一套新型的光学诊疗方案实现活体动物的精准诊疗,为未来的智能微创诊疗一体化临床转化奠定了坚实的理论及技术基础。


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图 3 活体荧光成像及双光子影像引导的激光消融治疗。(A) 治疗前(上)、治疗后(下)的活体荧光成像;(B) 治疗前、后量化荧光肿瘤负荷;(C)生存曲线。


清华大学的廖洪恩教授是该研究的通讯作者,博士生范应威为该研究的第一作者;首都医科大学附属天坛医院张力伟教授为共同通讯作者,天坛医院博士生孙宇为共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划“数字诊疗装备研发”重点专项、国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、北京市科委、北京市自然科学基金等项目支持。


廖洪恩课题组长期致力于微创诊疗一体化的研究,先后提出了基于术前术中多模态信息融合分析实时诊疗引导,智能型微创手术机器人辅助精准诊疗等理论与系统,为针对复杂外科疾病的跨尺度多模态成像引导智能化诊疗理论的建立奠定了坚实的基础,相关研究被国际知名学术期刊《Medical Image Analysis》、《IEEE Transaction on Medical Imaging》、《IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics》等报道。廖洪恩教授也曾获国际医学生物工程联合会颁发的IFMBE青年学者奖、我国生物医学工程学科最高科技奖“黄家驷生物医学工程奖”、“中国侨界贡献奖”等重要奖项表彰。 





论文链接:

http://www.thno.org/v08p4072.htm


◎微创诊疗与三维影像实验室网站:http://at3d.med.tsinghua.edu.cn/





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