[第154期专访]清华大学廖洪恩:研发智能光学诊疗技术 将用于脑胶质瘤诊断和治疗

神外前沿访谈录

第154期 

神外前沿讯，近日，清华大学医学院廖洪恩教授课题组在国际学术期刊《Theranostics》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”的学术论文，并被选为该杂志8月份的封面论文。

在脑胶质瘤的诊疗方面，该项研究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。从量化角度分析了脑胶质瘤的高精度的切除治疗效率。

近日，廖洪恩教授在清华大学医学院接受了神外前沿的访谈，介绍了基于光学成像和激光消融脑胶质瘤智能光学诊疗一体化的研究进展。

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

访谈内容如下：

神外前沿：胶质瘤治疗主要手段是手术和放化疗，为什么会想到研究术中光学成像引导激光治疗的智能光学诊疗？

廖洪恩：我们一直关注智能化、微创环境下的精准治疗，很早就在尝试研发新型的诊断和治疗技术，以及两者结合后的诊疗一体化理论。我们的研究非常关注如何在术中获得实时的诊断信息并引导治疗，因为精准肿瘤切除要求要对手术中不断出现的实时变化及时准确地把握。

在诊断方面，研究的重点一方面是如何结合术前磁共振等影像技术与术中动态信息，我们采用荧光等几种方式的诊断。在早期的工作中，我们注入5-ALA等光敏剂后，用继发荧光诱导和识别出肿瘤的部位，获取信息后还可以进行病理的比较，这主要解决术中诊断的问题，尤其是针对微小肿瘤和残余肿瘤的切除。这部分研究我们从十几年前便逐步开展了。另一方面，我们希望解决手术中的智能实时性诊断与治疗的问题，如何基于术前/术中影像的分析与结合对病理进行实时判断，指导医生对肿瘤类型、边界等信息进行更准确的判断。

在此基础上就是如何实现精准治疗的问题，当前的胶质瘤治疗手段通常是手术和放化疗。如何实现智能化微创式、低副作用的治疗是临床的迫切需求。激光治疗可以实现自动化与智能化的治疗控制，在术中光学诊断中如果检测到肿瘤，只要在同一个光路上叠加上消融治疗激光模块就可以较为方便地实现智能型的诊疗一体化。目前，已有激光消融治疗的安全性和可行性已经通过大量的动物实验及临床研究得到证实。

结合术前影像判断定位，通过术中信息引导激光消融治疗，达到智能型的精准诊疗目的，这也是我们实验室的微创诊疗的基本理念。

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。

神外前沿：目前，激光在脑胶质瘤治疗方面应用情况如何？

廖洪恩：激光可以对脑胶质瘤进行消融治疗，但需要根据肿瘤情况制定合理的路径与剂量，同时也可以与外科手术切除方法进行结合，特别是面对体积特别大的肿瘤也不适合全部用激光去做。激光消融的优点体现在精准度、术中诊断实时性等方面。

神外前沿：激光消融肿瘤的原理是什么？

廖洪恩：和强光烧灼原理是一样的，除了对组织加热和产生热损伤时，还有可能发生组织汽化、熔融及高温分解等现象，可以实现对目标组织的凝固、汽化或者切割。

激光作用于组织的生物效应取决于组织内温度分布情况，主要由激光的各种物理特性，如波长、输出功率、脉冲持续时间、激光对组织的作用时间、能量密度、输出方式和靶组织自身的光热物理特性决定的。

我们一般用近红外，1000纳米波长附近的近红外光是生物组织对光能能量吸收的最大波长范围。当前，在肿瘤的激光消融中，波长为1064纳米的Nd:YAG激光使用比较广泛，在本研究中的消融激光也是采用的这种激光。随着激光及光纤技术的发展，更多红外波长的激光正逐步应用于肿瘤消融的研究中。

神外前沿：除了脑肿瘤，光学影像引导激光消融的智能光学诊疗技术在体部肿瘤还有应用前景吗？

廖洪恩：当前，激光消融治疗在肿瘤领域已经得到逐步开展，在肝脏肿瘤的消融治疗中已取得一定的治疗成果。由此，我们将会使用智能光学诊疗技术进一步开展其他体部肿瘤治疗的研究。未来，我们还会在如胰腺癌、胆管癌等手术风险比较大的病例中进一步研究。

神外前沿：目前的临床试验进展？

廖洪恩：目前我们已经完成了动物试验，并拿到了临床试验伦理审核。后续我们将进一步完善动物与临床验证，按照光学诊断、光学治疗与智能微创诊疗一体化的流程进行应用研究。

神外前沿：未来应该到临床上的话，能解决什么问题？

廖洪恩：在临床应用中，首先我们希望帮助医生解决“看”的问题，通过对术中病变组织的实时成像，精准的识别肿瘤位置及边界。其次是帮助医生精准的操作问题，通过对病变位置的识别定位，设计合适的激光消融路径与计量，构建个性化的激光消融治疗手段；最后，帮助医生实现智能化的治疗的问题，通过选择合适的激光输出参数达到智能化的治疗模式。

目前，我们还有一些的问题没有解决，就是术中精准的深度成像问题，当前的光学成像深度分辨尚有待提升，需要进一步研究，这也是我们最近正在开展的工作。

神外前沿：现在的全切除标准是核磁T2影像？

廖洪恩：目前医学界和学术界认为T2-FLAIR影像在评估确定肿瘤范围上比其他模态的MR序列影像更准确。但是目前我国的很多医院考虑扫描时间和经济成本，不仅术中肿瘤切除很多采用单一模态的T1结构像，缺少T2影像的引导信息，而且手术中脑组织受到牵拉操作导致单纯依靠术前的T1和T2影像还是不能够精准的判定肿瘤的精准边界，需要借助增强影像实现综合判定。我们不仅希望能够提供多模态的影像信息帮助医生进行肿瘤范围和位置的判断，另外我们更关注术中信息实时的判断，提示医生该区域组织是肿瘤还是非肿瘤，在不破坏正常脑组织的前提下最大限度地切除肿瘤。

受访者简介

廖洪恩 博士、清华大学终身教授、博士生导师，国家“千人计划”入选者、国家特聘专家，清华大学医学院学术委员会副主任、生物医学工程系副系主任。微创诊疗与三维影像领域专家。

在微创诊断治疗和裸眼三维立体显示等领域有着超过二十年的研发经历，在医学影像领域和医用机器人领域取得一系列国际瞩目的重要成果。在世界上首次实现微创手术治疗的立体空间透视导航，并成功研制出世界上首台用肉眼即可观察到的具有5米以上图像纵深的立体图像显示装置。

《基于荧光成像与双光子影像引导的激光消融脑肿瘤诊疗》论文全文下载请扫描下面的二维码：

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