本课题针对胃癌恶性生物学行为研究中在体连续观测的需求，结合胃癌动物模型在解剖结构和组织光学参数方面的特征差异，深入研究复杂生物体中的光输运理论，建立更精确的基于生物组织特异性的光传输混合数学模型；融合多模态先验信息，采用多级自适应策略创建光学断层成像算法，快速准确地获取体内靶标的三维空间位置和光强分布信息；研究多次成像和多模态图像的准确配准、分割与有效融合方法，从结构、功能和分子三个层次上为胃癌生物学行为研究提供在体定量观测手段；利用多模态分子影像技术对胃癌增殖凋亡过程进行在体、连续的监测和定量分析研究，验证成像理论模型，改善算法平台，为胃癌的恶性增殖、血管生成、侵袭转移和多药耐药研究提供准确高效的在体观测工具和定量分析方法。

整合多种分子影像技术优势，发展多模态分子影像技术已经成为当前分子影像领域的研究热点和发展趋势。在国家自然科学基金重大项目子课题支持下，本课题针对胃癌恶性生物学行为分子影像研究中在体连续观测的需求，围绕胃癌相关分子靶点和生物过程的准确定量成像问题，深入研究多模态分子成像理论、信息融合与在体定量分析方法，内容涵盖光学三维成像新理论与方法、多模态影像融合定量分析方法、契伦科夫荧光与内窥成像技术、胃癌靶向成像与药物疗效评价应用等方面，旨在从结构、功能和分子三个层次实现对胃癌恶性生物学行为的在体、无创、连续的监测。本课题取得的研究成果主要有：（1）结合胃癌动物模型在解剖结构和组织光学参数方面的特征差异，构建了更精确的组织特异性光传输混合数学模型；融合解剖结构和组织光学参数等先验信息，建立了多级混合正则化自适应策略的三维重建方法，快速准确获取体内靶标的空间位置和强度分布信息；最终构建了组织特异性光学三维成像新理论体系。（2）围绕血管新生微环境定量成像问题，提出了基于多模态影像融合的在体定量分析新方法，可在活体状态下定量评价血管新生过程。（3）针对光学分子影像技术临床转化面临的分子探针局限性和穿透深度局限性问题，开展了内窥式契伦科夫荧光成像新技术研究，将内窥镜成像与切伦科夫荧光成像技术有机结合，研发了内窥式切伦科夫荧光成像系统，发挥临床用核素探针多和内窥式光学成像的优点，探索基于分子影像的胃癌早期诊断。系统性能评估结果表明所搭建的系统可获得与PET相当的空间分辨率，已初步用于人体实验。（4）针对胃癌相关分子靶点和生物过程的准确定量成像，制备了胃癌血管特异性靶向分子探针和可定量凋亡过程的可激活分子探针，并基于课题组研发的多模态分子成像和定量分析方法，开展活体了小动物靶向成像应用和ApoG2抗肿瘤药物对胃癌的效果评价研究。本课题在PNAS, Bioconjugate Chemistry, Cancer Letters, Medical Physics, Journal of Biomedical Optics等国际刊物发表SCI检索论文40篇，获得授权国家发明专利13项，研究成果将为胃癌生物学行为的研究提供在体、无创、连续的监测和定量分析方法支撑。