1 成果简介荧光与核素在体小动物成像系统是在国家 863 计划的支持下研制的世界首台小动物在体（活体）分子成像系统。该系统具有同时实现荧光断层成像与正电子发射断层成像(PET)的双模式信息融合分子影像检测功能，可以以 3D 方式显示活动物体内任何位置的特定细胞和分子事件。在该系统中，发展了旋转扫描式动物在体全景成像检测技术和断层扫描三维重建技术，有效解决了伽玛光子信息采集与荧光图像获取相互干扰的难题，同时提高了荧光的检测深度；通过研发的光子漫射理论逆向算法，提高在体检测的空间分辨率和空间定位精度，结合 PET 深层透视的优点，可以 3D 方式显示活动物体内任何位置的特定细胞和分子事件。目前拥有 12 项专利。 该平台采用荧光和核素双模标记的检测方法和技术，研究者可以在一次实验活动中同时获取荧光、 PET 及双模融合的多种数据，并进行分析，从而可以更好更为全面地理解疾病产生的机理，研究药物的作用机制，也可以分析疾病耐药的发生过程，以及药效的持续时间等。研究人员能够使用该系统实时监测活体动物内部器官、组织与细胞、基因蛋白分子等不同层面的动态变化信息，开展在体水平的生命科学与医学科研和应用研究工作。例如，研究肿瘤和癌细胞在体生长、分化、凋亡、转移、扩善，药物在细胞、组织、器官层面的输送、扩散、代谢与定点释放，药物作用下体内肿瘤或癌细胞的生长、凋亡变化，以及与各种疾病相关的分子、细胞、组织的动态变化情况。 （ 1） 肿瘤小鼠荧光图像 （ 2）荧光与 PET 断层图像 上图 荧光与 PET 双模成像 系统特点：荧光与 PET 同时双模成像；动物在体 360゜全景无遮挡扫描成像；支持常规荧光或 PET 成像，也可以采集双模数据；荧光活体成像超越常规的浅表成像，支持 FMT 及小动物深度组织的成像。2 应用说明应用领域：药物研发和筛选；病理机理与病毒研究；新一代分子影像药物研发；药物代谢过程， 基因治疗效果及药效评价。

近年来我国核电发展迅速，已有大亚湾、岭澳、秦山、田湾、福清、阳江、宁德、方家山、红沿河、防城港和昌江等 11 个滨海核电厂的 34 台机组投入商运，还有海阳、石岛湾、三门、台山等滨海核电厂的 22 台机组在建，核电滨海式布局已经形成。我国滨海地区泥沙构成在世界上最复杂，泥沙运动强度又大，占世界 5%的水量输运了 30%的泥沙，泥沙与核素的耦合关系复杂难解，影响到泥沙、核素、温排水的准确分布和核电工程的安全与环境安全。因此研究泥沙、核素、温排水耦合输移是确保核电工程安全和环境安全的关键技术，决定了核电工程立项和设计的可行性。该项目组在国家自然科学基金和核电企业的资助下，经多年研究和实践，取得如下创新成果：一是构建了全三维水沙两相流变密度湍流模型，解决了螺旋流输沙等真实三维水沙计算难题；提出了工程泥沙计算的斜对角笛卡尔坐标方法，克服了河口及海岸工程大尺度泥沙计算中复杂边界的困难。该技术全面提升了水沙模拟的准确性和可靠性，是解决核电工程取、排水口头部、取水泵房内部泥沙冲淤的关键，为核电工程的安全运行提供了保障。二是首次提出了包含泥沙颗粒表面形貌信息的数学泥沙概念，基于数学泥沙确定了泥沙颗粒表面非均匀电荷分布规律，量化了核素与泥沙表面形貌之间微观作用机制，建立了泥沙输移和床面变形过程中核素迁移转化的物理‐化学过程模式，使水‐沙‐核素‐床面之间的静态模型变为动态模型，该技术大幅提升了核素在海域分布和积累模拟结果极值包络范围的合理性，给出了保护环境敏感区域和生态红线的设定方法。为核电工程环境安全设定阈值和条件提供了保障。三是提出了采用比尺模型分析物理模型试验比尺和变态率的研究方法，使物理模型试验比尺和变态率的取值更加合理且具有可操作性；揭示出模型试验中水动力垂向和横向速度误差远大于纵向速度误差的规律；提出基于不同海域岸线、地形、潮动力特性及环境保护目标要求等综合因素的远排差位式、交错分列式和混合式等核电工程取排水工程布置原则，保证了核电工程的取排水安全和环境安全，且大幅度降低了工程投资及运行成本。

常规治疗肿瘤的方式有手术切除、化学治疗、放射治疗及生物治疗等，然而这几种疗法并非对所有肿瘤都适宜。手术治疗在这些肿瘤中明显受到限制。对大多数中晚期恶性肿瘤患者急待寻求新的有效的非手术治疗手段。常规放射性治疗由于辐射面积较大、放射性射线剂量大和贯穿人体，对人体的正常组织结构损伤很大。核素微球和核素粒子是代表肿瘤治疗和介入放射治疗领域的新一代的药物。与常规外照射治疗相比，目前核素微球和核素粒子治疗恶性肿瘤是最先进也是最常用放射治疗方法之一。 1)核素微球 近年来正在研究的核素微球包括钇-90玻璃(树胶)微球、铼-188玻璃微球、磷-32玻璃微球和钬-160玻璃微球。其中钇-90微球正被医学界迅速接受并成为肝脏原发和继发恶性肿瘤的重要治疗手段。1999年该药物已被美国和加拿大正式批准,成为该肿瘤的治疗方式。碘-125粒子是一种核素粒子，它是在CT和超声引导下植入，将发出低能量γ射线的碘125粒子直接植入肿瘤组织内，对肿瘤组织进行持续性的、最大程度的毁灭性杀伤。 2)核素粒子 碘-125粒子优势明显：内照射射线剂量小，作用时间更长，治疗定位更准确，对肿瘤局部作用均匀，辐射半径小，对周围正常组织损伤极小，是一种非常好的局部治疗措施。和化疗配合，治疗肿瘤的效果更加明显。 该技术对肿瘤的局部治疗可以达到或接近手术和其他毁损病灶疗法的效果。对于某些经手术后，出现复发或者局部转移的肿瘤，碘-125粒子植入具有明显优势。此外，如作为常规放射治疗的补充和协同治疗的手段，会取得更好的治疗效果。 碘-125粒子植入并非只是治疗肿瘤的辅助方式，而是治疗肿瘤的主要手段，而且对某些肿瘤可以作为优先选择的治疗方法。 对于一些对常规放、化疗不敏感的肿瘤，碘-125粒子植入是一项重要的治疗措施。如前列腺癌，过去常用手术切除、放疗和化疗综合治疗，其效果并不理想。而直接植入碘125粒子抑制肿瘤生长，避免了手术，能达到与常规治疗一样或更好的效果，并且保留了它的生理功能。另外，对于不愿行根治性手术以及一些无法手术的子宫颈癌、鼻咽癌患者，碘-125粒子的效果也非常明显。 此外，对于已发生转移的肿瘤患者，选用碘-125粒子植入治疗，可达到有效控制转移灶生长、保持器官功能、减轻疼痛的目的；由于身体状况、肿瘤位置等因素影响，无法用手术切除的肿瘤，也可选用植入碘-125粒子治疗。 3）利卡汀 利卡汀为水针剂，主要成分是碘125标记的美昔单抗。依靠美昔单抗与肝癌细胞表面表达的CD147抗原结合，再由碘125发挥局部放疗作用。该药I、II、III期临床试验均在华西医院完成。证实能够延长肝癌患者生存率。 2、项目技术背景 由于多数用于治疗的核素对人体的骨髓等多种组织具有严重的毒、副作用，目前世界上近距离放射治疗均采用金属或玻璃为载体以尽量减少释放带来的全身副作用。但金属和玻璃等,具有体内难以降解、技术操作复杂、分布性差、价格昂贵等缺点。本研究将采用可降解的蛋白质明胶微球作为碘核素的载体。明胶是胶原蛋白部分水解的产物，具有生物相容性好、可以生物降解、可和多种核素和药物稳定结合等优点。 碘131和碘-125是多年临床治疗恶性肿瘤的常用核素，其治疗效果稳定。碘核素的最大优越性是毒副作用较轻，碘在体内主要被甲状腺组织吸收，其他组织绝少停留。不同粒径的碘-125蛋白核素微球通过血管介入和局部植入可在肿瘤局部进行近距离放射治疗。例如：直径50-70μm的微球经介入途径给药后主要停留在小动脉和肿瘤血管中。可用作放射栓塞剂和化疗栓塞剂，治疗血管丰富的实体肿瘤，如肝癌、肾癌、子宫肿瘤等；直径10-20μm的微球可通过瘤体注射的方法较均匀地分布在肿瘤组织间。可以对各种实体瘤进行瘤体植入近距离放疗和局部化疗，可用于乳腺癌，甲状腺癌,胰腺癌，胃肠实体瘤等。 项目组长曾于1990年作为副组长在国家自然科学基金的资助下完成结合碘131和化疗药物的明胶微球肝动脉注射治疗晚期肝癌的基础和临床研究。此次研究将在以前的工作基础上，结合国内外的最新发展趋势，改进并研制新的核素蛋白质微球。该项目作为上述课题的延续，目的是继续完善该药品的临床前研究，继以实现产业化。