近红外I区荧光成像在临床应用中很有前景。近红外I区窗口（NIR-I，700-900 nm）中的荧光成像相较于其它成像方式有许多优点，其中，高空间和时间分辨率尤为突出。它已被视为一项强大的技术，并有望在各种临床场景中发挥重要作用，例如，术中荧光图像引导和诊断成像等。除了亚甲蓝、荧光素钠和吲哚菁绿（ICG）等几种常规小分子近红外染料被美国食品药品监督管理局批准用于临床常规使用外，许多靶向荧光分子探针也被开发出来并正在进行临床评估，例如叶酸受体α靶向荧光探针叶酸-FITC、c-MET靶向光学探针GE-137和表皮生长因子受体靶向探针Cetuximab-IRDye800CW等。
可见光和近红外I/II区窗口多光谱荧光成像引导的首次人类肝脏肿瘤手术
技术背景：
近红外I区荧光成像在临床应用中很有前景。近红外I区窗口（NIR-I，700-900 nm）中的荧光成像相较于其它成像方式有许多优点，其中，高空间和时间分辨率尤为突出。它已被视为一项强大的技术，并有望在各种临床场景中发挥重要作用，例如，术中荧光图像引导和诊断成像等。除了亚甲蓝、荧光素钠和吲哚菁绿（ICG）等几种常规小分子近红外染料被美国食品药品监督管理局批准用于临床常规使用外，许多靶向荧光分子探针也被开发出来并正在进行临床评估，例如叶酸受体α靶向荧光探针叶酸-FITC、c-MET靶向光学探针GE-137和表皮生长因子受体靶向探针Cetuximab-IRDye800CW等。
尽管临床应用中NIR-I区的成像性能优于可见光波长下的成像，但光学成像研究的最新进展表明，近红外II区(NIR-II，1,000–1,700 nm)可以提高活体对象的成像质量。这主要归因于组织自发荧光减弱、光子散射减少和较长波长光子吸收水平低等原因。使用 NIR-II区窗口时成像性能的显著提升包括跨厘米级组织的光检测、毫米深度下的微米级分辨率和目标与背景的高对比度，所有这些都可以实时实现。
因为缺乏合适的成像仪器和光学探针，NIR-II 成像尚未在临床环境中进行测试。虽然已经开发了多种 NIR-II区光学探针，包括纳米粒子、有机聚合物和小分子染料，但这些都没有在临床上进行过测试。近来，已发现常规NIR-I染料ICG和IRDye800CW在NIR-II窗口显示出尾部荧光，进一步证明临床使用的ICG适用于在小动物模型中具有高性能的NIR-II成像。这些发现为 NIR-II 成像的临床转化铺平了道路。
当前不足：
可见光、近红外I区和近红外II区在临床应用中各有优缺点，但是当前还没有将其结合起来用于人体术中引导的报道。
文章创新点：
基于此，中科院自动化所的Zhenhua Hu(第一作者)和Jie Tian(通讯作者)等人提出了首次用于人体术中影像的集成可见光和 NIR-I/II区的多光谱成像仪器。并在体模和动物研究中表征了其在不同红外窗口的成像性能。还展示了注射 ICG 的 23 名肝癌患者的可见光、NIR-I 和 NIR-II 多光谱成像的首次人体研究，并比较每个患者在NIR-I 窗口与 NIR-II 窗口下的图像表现，以评估术中 NIR-II 荧光成像和 NIR-II 图像引导手术在临床中的潜力。
原理解析：
（1）可见光、NIR-I/II区多光谱成像集成仪器开发。NIR-II区成像子系统由高灵敏InGaAs ccd相机(NIRvana 640, TeLEDyne Princeton Instruments)、镜头(EF 24-70mm F/2.8L II USM, Canon)、长波通滤光片(1000nm LP,FEL1000, Thorlabs)组成。NIR-I区成像子系统由高灵敏cmos(PCO.edge 5.5m, PCO AG)、镜头(EF 24-70 mm F/2.8L II USM, Canon)、滤光片(832±18.5nm BP, FF01-832/37, Semrock)组成。可见光成像子系统由高分辨率彩色CMOS(PCO.edge 5.5c, PCO AG)、镜头(EF 24-70 mm F/2.8L II USM, Canon)组成。荧光激发模块由激光、滤光片、光纤和扩束镜组成。其中785nm和808nm激光(输出功率2W,MW-GX-785和MW-GX-808,Changchun Leirui Optoelectronic Technology)分别用于NIR-I和NIR-II成像的激发源。三个成像子系统独立工作(以减小互相干扰)，且使用热电(Peltier)冷却对其降温。
（2）图像处理。图像采集使用相机品牌自有软件采集。图像处理软件基于MATLAB开发，术中荧光图像伪彩显示。原始图像首先经过中值滤波降噪(邻域尺寸9*9 )。然后通过像素计数(pixel counts)将荧光图像转为伪彩图像。高强度区域黄色显示，低强度区域蓝色显示。此外，术中根据外科医生的诊断分配指示正常组织信号强度的可视化阈值。高于此阈值的像素计数为伪彩色，而低于此阈值的部分被识别为正常组织信号并调整为透明显示。阈值可调整以满足不同手术的需求。荧光图像与白光图像重叠，使得外科医生能够轻松识别肿瘤的位置并确定切除区域。
（3）研究流程。见图1a,肝癌患者入组研究，并接受术前影像学检查，包括增强CT、MRI、超声和PET。术前按0.5mg/kg体重静脉注射ICG作为术前常规肝功能检查。一到七天后，在手术当天，患者接受剖腹手术。通过集成的 NIR-I/II 和可见光多光谱成像仪检查肝脏表面，获得可见光和 NIR-I/II 图像。在超声和 NIR-I 成像的指导下切除肿瘤。在切除过程中，还获得了 NIR-II 图像。手术后，获得切除标本的可见光和 NIR-I/II 图像。对切除的组织进行病理检查。
图1b,集成的可见光和 NIR-I/II 多光谱成像仪器示意图。图1c，定制的可见光和NIR-I/II多光谱成像仪放置在手术室。
参考文献：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
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。
您可以通过昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
本文章经光学前沿授权转载,商业转载请联系获得授权。
展示全部 