分子影像技术发展潜力几何？看DPM公司在临床诊疗设备的深度布局

从1895年伦琴发现X射线开始，一百多年以来，人类在医学影像技术上取得的进步巨大。其发展显示出从平面到立体、从单一到融合、从形态学图像到功能性成像的趋势，经历了X射线、超声成像、CT、MRI、PET等不同技术阶段的革新。在此过程中，人类对于疾病的检查和诊断也变得更加精准。

国产医学影像设备遗憾错过了多个影像技术的初始研发时期，从知识产权角度来看，数量平均差5倍，时间晚了20年。但在新一轮的技术革新浪潮中赶上了分子影像技术（molecular imaging）的列车。

分子影像技术运用影像学手段显示细胞水平的特定分子事件，可反映活体状态下细胞分子水平变化。国际上评为未来最具有发展潜力的十个医学科学前沿领域之一，是二十一世纪的前沿医学影像技术。

医学影像技术极大促进了外科对人体疾病的术前精确诊断和术后疗效评估。但很多情况下，医生还是难以凭借眼睛识别不同组织的细微差异，临床上依旧面临着精确定位病灶边界、发现微小病灶、识别重要的组织结构的挑战。

新兴的光学分子影像技术有望解决这一临床挑战。该技术利用生物体内的细胞或报告基因或荧光染料，应用特定波长的光波激发这些荧光物质，从而形成光学分子影像，是一种在体、实时成像的新技术。

荧光分子影像技术应用于临床，为精准外科带来了新契机。近年，全球荧光术中导航领域的文章总数呈指数增长。荧光分子影像术中导航技术可在毫秒范围内可视化荧光造影剂的在体分布情况，从而辅助医生发现微小病灶、识别病灶位置与形态并做出精准切除。

其中，根据生物组织对不同光谱段的吸收和散射作用，可见光区域光子的穿透深度被限制在毫米级；而近红外光穿透深度则能达到厘米级。

除了穿透深度大，近红外荧光成像还拥有灵敏度高、特异性强、背景噪声低等临床转化优势。因此，近红外光成为在体成像及临床应用的重要研究对象，目前已成功应用在肿瘤术中显影、淋巴结活检、神经显影、血管造影及组织灌注的诊断和治疗等方面。

2009年，世界分子影像大会（World Molecular Image Congress，WMIC）上，诺贝尔化学奖得主钱永健教授介绍了使用荧光分子影像引导切除小鼠肿瘤组织的方法，开启光学分子影像技术在手术导航领域应用的先河。2011年，欧洲科学家研发出分子影像手术导航的原型系统，并首次应用到人体卵巢癌的临床手术中。

国内分子影像技术起步虽稍晚于国外，但势头强劲，目前一些领域已处于国际领先地位。以中科院自动化研究所的团队为代表，其在2008年就突破了国外产品“匀质算法”的瓶颈，创新性地提出“非匀质算法”，并成功运用到自主研发的设备上，显著提高了肿瘤定位的精准性，在国际上引起了极大的轰动。

其后，中国科学院自动化研究所智能医学研究中心的分子影像重点实验室，在分子影像相关基础研究、应用转化等方面，引领着我国相关理论与技术的发展，是有重要国际学术影响力的基础研究与临床转化实验室。

为了促进科技成果转化，2016年，中科院分子影像重点实验室孵化了DPM公司（含北京数字精准医疗科技有限公司、珠海市迪谱医疗科技有限公司，以下简称“DPM”），DPM成为实验室的成果转化载体。

在国内荧光分子影像企业中，DPM具备从理论研究到临床转化的完整链条。其产品核心技术曾获国家973计划项目、国家自然科学基金委重大科研仪器专项、国家科技部纳米专项等国家专项支持。

近红外荧光成像设备是荧光分子影像术中导航的关键要素。那荧光分子影像术中导航的应用机制如何呢？首先，通过静脉、局部或实质内注射荧光造影剂；其次，在开放式手术过程中，使用位于视野上方的开放式成像设备进行造影剂的可视化；在微创式手术中则使用带有内窥镜的成像设备进行可视化。

荧光分子影像术中导航主要产品

近两年，国内市场上开放式、微创式术中导航产品相继获得审批上市。那么这个市场究竟有多大？

首先，我国整体外科手术量高速增长，近红外荧光成像导航设备在其中的应用范围广泛。

据悉，中国整体外科手术除产科外2016年至2021年复合增长率在3.3%至13%，呈高速发展态势。荧光成像则凭借灵敏度高、特异性强；没有电离辐射、副作用小；且设备和使用成本低等强临床转化优势，目前已在胸外科、妇科、胃肠外科、儿科、神经外科、泌尿外科等科室场景中进行了应用探索。

另外，近红外荧光成像在术中实时在体成像，不会干扰常规手术视野和流程。基于这些优势，近红外荧光成像在未来有望成为全国30万个手术室的标准手术导航成像工具。

其次，以荧光内窥镜为例，其临床应用目前还处于发展早期，市场尚为蓝海。

随着临床不断探索以及设备耗材技术的革新，外科手术适应症不断拓宽、微创手术比例不断提高。根据Life Science Intelligence统计数据，外科领域各亚专科微创比例近三十年逐年不断上升。在越来越多患者获益的同时，也涌入了更多优秀国内企业服务于临床。

数据来源：Life Science Intelligence 

微创外科手术（MIS）主要包括腹腔镜、胸腔镜、宫腔镜和关节镜手术等。其凭借创伤较小、并发症更少、感染风险更小、住院和恢复时间更短等诸多优势，使硬镜手术逐渐替代传统开放手术，微创化也成为近年来外科发展的趋势之一。

荧光内窥镜设备作为外科微创设备革命性的技术之一，正成为全球内窥镜企业竞争的制高点。然而在百亿规模的内窥镜市场中，荧光内窥镜目前渗透率较低，未来的发展空间巨大。

根据Frost&Sullivan数据，预计我国荧光硬镜市场将进入快速增长期，2019年到2024年的年复合增长率高达 99.6%。预计2024年荧光硬镜的市场规模将增至35.2亿元，在硬镜市场的比重将达到32%。

此外，结合当下我国内窥镜行业国产替代的趋势，近红外荧光成像作为近年来颇具突破性的技术，有望从技术创新的角度实现国产内窥镜的跨越式发展。

总的来看，国内市场上DPM是外科分子影像市场拥有产品线最丰富的企业。目前不仅形成了超眼、智眼、慧眼三大系列高端光学分子影像手术导航设备，在外科领域还将丰富超高清内窥镜、4K内窥镜、3D内窥镜、3D荧光内窥镜以及开放荧光内窥镜摄像系统等各产品线；布局造影剂构造“设备+耗材”闭环。同时还在相关前沿影像技术的产品转化中做了更深远的布局。

DPM完整产品布局闭环 来源：DPM

1、荧光成像设备纵深发展，近红外一区成熟、近红外二区突破

当下，近红外荧光成像市场上的入局者在逐渐增多，商业化设备也在推陈出新。为了实现高质量的显影成像，近红外荧光成像设备需具有充足的近红外激发光源、光学采集系统、滤波器和对近红外发射光敏感的相机；图像结果显示最好同时包含手术视野的彩色图、荧光图和融合图。

DPM的慧眼系列采用其特有4CMOS技术，具备高灵敏度，显影迅速，并实现了多光谱实时融合成像。据悉，DPM三大系列产品已在全国超三百家三甲医院开展临床试用及销售。

成像技术是DPM的核心技术之一，其团队自主研发了多源数据补偿校正、快速分割、精确配准、实时可视化等关键技术，实现了对肿瘤及其他病灶组织术中图像的多角度、高通量和动态连续获取。

我们了解到，DPM的相关研究获得国家科技部“数字诊疗装备研发”重点专项支持；并在国内率先发布行业领域的近红外荧光摄像系统及近红外冷光源团体标准。

近红外荧光成像术中导航设备（智眼、超眼系列针对开放式手术；慧眼系列针对微创手术） 来源：DPM

目前全球范围内，近红外荧光成像术中导航主要应用的是近红外一区成像技术。但科学家们研究发现，近红外二区成像（900-1700nm波段）相较于近红外一区（700-900nm波段）具有更深的组织穿透能力，成像上有更高的信噪比、更好的时空分辨率。

近红外二区在新型造影剂研发、脑血管成像、肿瘤检测、淋巴系统成像、多模态成像、药代/药效动力学研究、临床手术导航成像等方面有众多应用价值和潜力。而在为数不多的近红外二区成像系统的厂家中，DPM做了广泛的前瞻性布局并取得初步成果。

DPM部分近红外二区成像产品与相关研究 来源：DPM

据介绍，DPM团队研发的新型近红外二区荧光成像系统DPM-IVFM-NIR-Ⅱ及手术导航技术，结合荧光造影剂（ICG）开展了在人体肝癌成像上的应用。

这一应用解决了肝癌术中切缘及微小肿瘤病灶定位的临床挑战，实现了近红外二区荧光成像的临床转化，属于“国际首次（the first-in-human）”。相关成果发表在《Nature Biomedical Engineering》杂志上，并获得美国哈佛医学院教授的肯定评价。

该研究结果显示，相较于近红外一区成像，近红外二区的灵敏度更高（100% vs 90.63%），信背比高3倍。该系统不但能协助外科医生实现更为精准的肝癌切除，减少对正常肝组织的副损伤，而且能实现更为彻底的微小癌灶清除。

来源：DPM公司

2、荧光造影剂（荧光分子靶向探针）

造影剂可以帮助成像设备获得高对比度的影像，从而提升诊断效果。每一种造影剂都有特定的激发波长、靶向性、临床应用范围。目前，临床上常用的光学造影剂有荧光素钠、5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）、亚甲基蓝（MB），以及花菁类染料，如吲哚菁绿（ICG）。

从应用来看，2016年至2020年，每年全球造影剂的总销量都保持了30%以上的增长。带有靶向性的造影剂作为一种消耗类产品，是荧光导航设备厂商不错的布局方向。但其本质上属于药物，研发周期长、前期投入大，目前市场上的入局者并不多，DPM是少数之一。

例如，DPM团队联合天坛医院、协和医院等，针对胶质母细胞瘤（GBM）切缘难以判定等临床挑战性问题，研发了一种新的GBM靶向造影剂，实现了胶质瘤术中高灵敏靶向成像。试验结果显示，采用常规手术和荧光引导手术入组患者的无进展期中位值从3.6月提升到了14.1月，总体生存期从13.5月提升到23.1月。

3、磁纳米粒子三维融合成像设备（MPI）国际领跑

“基于磁纳米粒子非线性响应的活体动物三维融合成像设备”（简称MPI）的研制是在国家自然科学基金委重大科研仪器设备研制专项的支持下开展研究，也是DPM公司未来核心产品之一。

该设备的主要优势在于成像灵敏度比现有的磁共振高1000倍、时间分辨率高2000倍，突破了光学成像的深度限制，可实现实时动态的三维成像，并在体检筛查领域实现无创的活体早期精准诊断。目前，DPM参与编制的《磁粒子成像系统影像质量评价规范》通过了国家一级学会中国图学学会组织的团体标准评审并获得立项，奠定了MPI技术标准及规范的基础。

从医疗影像技术的发展来看，荧光分子成像无疑是推动精准外科诊疗发展极具潜力的一项技术。大量研究表明，基于分子差异的组织良恶性判断方法有助于更早更精确的识别病变组织，在手术过程中能更好地确定手术边界，改善病人的预后。

近年来，荧光术中导航领域发表的文章总数呈指数增长，相关成像方法和新型荧光造影剂成为国际研究热点。与此同时，相关科研的和商业化的设备也得到了较快发展，尤其是在肿瘤辅助识别领域。

目前，在这一领域中，国际国内入局企业不断增多。DPM背靠中国科学院分子影像重点实验室，基于领先的理论研究和丰富的医工结合技术经验，产品不仅覆盖了多系列术中光学分子影像手术导航设备、光学分子影像造影剂，还包括近红外二区成像设备、磁纳米粒子成像检查设备等前沿技术转化。我们期待并将持续跟踪DPM在分子影像技术上的突破。