可見光和近紅外I/II區(qū)窗口多光譜熒光成像引導的首次人類肝臟腫瘤手術

正文

可見光和近紅外I/II區(qū)窗口多光譜熒光成像引導的首次人類肝臟腫瘤手術

技術背景：

近紅外I區(qū)熒光成像在臨床應用中很有前景掏湾。近紅外I區(qū)窗口（NIR-I，700-900 nm）中的熒光成像相較于其它成像方式有許多優(yōu)點肿嘲，其中融击，高空間和時間分辨率尤為突出。它已被視為一項強大的技術雳窟，并有望在各種臨床場景中發(fā)揮重要作用尊浪，例如，術中熒光圖像引導和診斷成像等封救。除了亞甲藍际长、熒光素鈉和吲哚菁綠（ICG）等幾種常規(guī)小分子近紅外染料被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準用于臨床常規(guī)使用外，許多靶向熒光分子探針也被開發(fā)出來并正在進行臨床評估兴泥，例如葉酸受體α靶向熒光探針葉酸-FITC工育、c-MET靶向光學探針GE-137和表皮生長因子受體靶向探針Cetuximab-IRDye800CW等。

盡管臨床應用中NIR-I區(qū)的成像性能優(yōu)于可見光波長下的成像搓彻，但光學成像研究的新進展表明如绸，近紅外II區(qū)(NIR-II，1,000–1,700 nm)可以提高活體對象的成像質量旭贬。這主要歸因于組織自發(fā)熒光減弱怔接、光子散射減少和較長波長光子吸收水平低等原因。使用 NIR-II區(qū)窗口時成像性能的顯著提升包括跨厘米級組織的光檢測稀轨、毫米深度下的微米級分辨率和目標與背景的高對比度扼脐，所有這些都可以實時實現(xiàn)。

因為缺乏合適的成像儀器和光學探針，NIR-II 成像尚未在臨床環(huán)境中進行測試瓦侮。雖然已經(jīng)開發(fā)了多種 NIR-II區(qū)光學探針艰赞，包括納米粒子、有機聚合物和小分子染料肚吏，但這些都沒有在臨床上進行過測試方妖。近來，已發(fā)現(xiàn)常規(guī)NIR-I染料ICG和IRDye800CW在NIR-II窗口顯示出尾部熒光罚攀，進一步證明臨床使用的ICG適用于在小動物模型中具有高性能的NIR-II成像党觅。這些發(fā)現(xiàn)為 NIR-II 成像的臨床轉化鋪平了道路。

當前不足：

可見光斋泄、近紅外I區(qū)和近紅外II區(qū)在臨床應用中各有優(yōu)缺點杯瞻，但是當前還沒有將其結合起來用于人體術中引導的報道。

文章創(chuàng)新點：

基于此炫掐，中科院自動化所的Zhenhua Hu(第1作者)和Jie Tian(通訊作者)等人提出了首次用于人體術中影像的集成可見光和 NIR-I/II區(qū)的多光譜成像儀器魁莉。并在體模和動物研究中表征了其在不同紅外窗口的成像性能。還展示了注射 ICG 的 23 名肝癌患者的可見光卒废、NIR-I 和 NIR-II 多光譜成像的首次人體研究沛厨，并比較每個患者在NIR-I 窗口與 NIR-II 窗口下的圖像表現(xiàn)，以評估術中 NIR-II 熒光成像和 NIR-II 圖像引導手術在臨床中的潛力摔认。

原理解析：

（1）可見光逆皮、NIR-I/II區(qū)多光譜成像集成儀器開發(fā)。NIR-II區(qū)成像子系統(tǒng)由高靈敏InGaAs ccd相機(NIRvana 640, TeLEDyne Princeton Instruments)参袱、鏡頭(EF 24-70mm F/2.8L II USM, Canon)电谣、長波通濾光片(1000nm LP,FEL1000, Thorlabs)組成。NIR-I區(qū)成像子系統(tǒng)由高靈敏cmos(PCO.edge 5.5m, PCO AG)抹蚀、鏡頭(EF 24-70 mm F/2.8L II USM, Canon)剿牺、濾光片(832±18.5nm BP, FF01-832/37, Semrock)組成』啡溃可見光成像子系統(tǒng)由高分辨率彩色CMOS(PCO.edge 5.5c, PCO AG)晒来、鏡頭(EF 24-70 mm F/2.8L II USM, Canon)組成。熒光激發(fā)模塊由激光郑现、濾光片湃崩、光纖和擴束鏡組成。其中785nm和808nm激光(輸出功率2W,MW-GX-785和MW-GX-808,Changchun Leirui Optoelectronic Technology)分別用于NIR-I和NIR-II成像的激發(fā)源接箫。三個成像子系統(tǒng)獨立工作(以減小互相干擾)攒读，且使用熱電(Peltier)冷卻對其降溫。

（2）圖像處理辛友。圖像采集使用相機品牌自有軟件采集薄扁。圖像處理軟件基于MATLAB開發(fā)，術中熒光圖像偽彩顯示。原始圖像首先經(jīng)過中值濾波降噪(鄰域尺寸9*9 )邓梅。然后通過像素計數(shù)(pixel counts)將熒光圖像轉為偽彩圖像脱盲。高強度區(qū)域黃色顯示，低強度區(qū)域藍色顯示震放。此外宾毒，術中根據(jù)外科醫(yī)生的診斷分配指示正常組織信號強度的可視化閾值驼修。高于此閾值的像素計數(shù)為偽彩色殿遂，而低于此閾值的部分被識別為正常組織信號并調整為透明顯示。閾值可調整以滿足不同手術的需求乙各。熒光圖像與白光圖像重疊墨礁，使得外科醫(yī)生能夠輕松識別腫瘤的位置并確定切除區(qū)域。

（3）研究流程耳峦。見圖1a,肝癌患者入組研究恩静，并接受術前影像學檢查，包括增強CT蹲坷、MRI驶乾、超聲和PET。術前按0.5mg/kg體重靜脈注射ICG作為術前常規(guī)肝功能檢查循签。一到七天后级乐，在手術當天，患者接受剖腹手術县匠。通過集成的 NIR-I/II 和可見光多光譜成像儀檢查肝臟表面风科，獲得可見光和 NIR-I/II 圖像。在超聲和 NIR-I 成像的指導下切除腫瘤乞旦。在切除過程中贼穆，還獲得了 NIR-II 圖像。手術后兰粉，獲得切除標本的可見光和 NIR-I/II 圖像故痊。對切除的組織進行病理檢查。

圖1b,集成的可見光和 NIR-I/II 多光譜成像儀器示意圖玖姑。圖1c愕秫，定制的可見光和NIR-I/II多光譜成像儀放置在手術室。

參考文獻：Hu, Z., Fang, C., Li, B. et al. First-in-human liver-tumour surgery guided by multISPectral fluorescence imaging in the visible and near-infrared-I/II windows. Nat Biomed Eng 4, 259–271 (2020).

DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-019-0494-0

更多詳情請聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電

關于昊量光電：

上海昊量光電設備有限公司是光電產(chǎn)品專業(yè)代理商客峭，產(chǎn)品包括各類激光器豫领、光電調制器、光學測量設備舔琅、光學元件等等恐，涉及應用涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫(yī)療课蔬、科學研究囱稽、國防、量子光學二跋、生物顯微战惊、物聯(lián)傳感、激光制造等扎即；可為客戶提供完整的設備安裝吞获，培訓，硬件開發(fā)谚鄙，軟件開發(fā)各拷，系統(tǒng)集成等服務。

您可以通過我們昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產(chǎn)品信息闷营，或直接來電咨詢4006-888-532烤黍。

本文章經(jīng)光學前沿授權轉載,商業(yè)轉載請聯(lián)系獲得授權。