近红外Ⅰ/Ⅱ区荧光成像技术在肝胆胰外科中的应用现状与展望

近红外荧光成像技术是临床应用的热点,主要用于血管成像、神经成像、细胞示踪、肿瘤手术导航。近红外Ⅰ区荧光成像技术在肝胆胰外科中已广泛使用,与之相比,近红外Ⅱ区荧光成像技术在活体层面具有更高的清晰度和更深的组织穿透能力,较低的组织吸收性,对位于身体深部肿瘤如胰腺肿瘤成像效果更佳。近红外荧光成像技术为肿瘤早期诊断、术中切缘阴性、微小转移灶识别等带来了新方向、新希望。本文就近红外Ⅰ/Ⅱ区荧光成像技术在肝胆胰外科中的应用现状与展望进行讨论。

近红外荧光成像技术实现术中神经成像:应用现状与未来发展

背景:目前主要的神经成像方式,如磁共振成像、计算机断层扫描和高分辨率超声,均无法为医生提供术中实时定位图像。随着近红外荧光成像技术应用于临床,手术目标区域的直接可视化成为现实,这为神经的术中实时识别提供了新的方案。目的:归纳并总结近红外荧光成像技术实现术中神经成像的研究进展。方法:以“近红外荧光成像,光学成像,神经成像”为中文检索词,以“near-infrared fluorescence imaging,optical imaging,nerve imaging”为英文检索词,分别检索万方数据、中国知网及PubMed数据库。检索时间范围重点为2010年1月至2023年7月,同时纳入少数经典远期文献,通过阅读文题和摘要进行初步筛选,排除中英文文献重复性研究、低质量期刊及内容不相关的文献,最后纳入69篇文献进行综述。结果与结论:(1)吲哚菁绿引导下的近红外荧光成像在临床上已被用于术中血管、输尿管和胆管等管状器官以及各种肿瘤的识别与定位,是目前在精准外科手术中应用比较成熟的术中成像方法。(2)在近红外荧光成像技术实现术中神经荧光成像的研究中,吲哚菁绿是目前唯一的一种应用于临床研究的近红外荧光染料。(3)理想神经显影剂应该具有以下特点:在围术期容易给药,logD在pH=7.4时数值为0.5-3.0,分子质量<500 Da,有近红外窗口中的激发和发射波长,能够在神经组织中长时间保留,具有较高的SBR值以及较高的安全性。(4)未来近红外神经荧光显影剂的开发中,研究者们应该将重心放在合成吲哚菁绿与神经特异性靶点的复合物中。(5)在应用前景方面,该技术不仅能使术中神经荧光成像将成为现实,而且在原位监测神经再生以及诊断神经系统疾病方面也将取得巨大突破。

近红外/吲哚菁绿荧光成像技术联合纳米炭在甲状腺癌全切术中识别甲状旁腺中的应用

目的:评估近红外/吲哚菁绿荧光成像(near-infrared fluorescent/indocyanine green, NIRF/ICG)技术联合纳米炭在甲状腺癌全切术中对甲状旁腺的识别效果。方法:选取在我院行甲状腺癌全切手术的100例患者临床基本资料,根据患者入院时间分为单独使用纳米碳组50例和近红外/吲哚菁绿荧光成像技术联合纳米炭组50例。联合组术中联合近红外/吲哚菁绿荧光成像技术同时术中注射纳米炭识别甲状旁腺,并通过术中甲状旁腺试纸快速检测确诊是否为甲状旁腺。比较两组患者甲状旁腺识别率、准确率及暂时性、永久性甲状旁腺功能减低发生率。根据荧光强度分析术后发生暂时性及永久性甲状旁腺功能减退风险,单因素分析探索影响荧光强度的因素,探索荧光强度与暂时性甲状旁腺发生风险相关性。结果:两组患者的性别、年龄、身高、体重、体质量指数(body mass index,BMI)(P=0.384 1)、术前甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)(P=0.964 1)、术前血清钙(P=0.356)差异均无统计学意义。联合组甲状旁腺识别率88%(176/200),纳米炭组识别率63%(126/200),比较差异有统计学意义(P<0.01);联合组准确率为96.59%(170/176),纳米炭组准确率为87.30%(110/126),比较差异有统计学意义(P<0.01)。联合组术后常规病理1枚误切的甲状旁腺,单独纳米碳组术后发现5枚误切的甲状旁腺。联合组术后第一天有10例患者出现暂时性甲状旁腺功能减低,单独纳米炭组共22例患者出现暂时性甲状旁腺功能减低;联合组术后1天血钙为(2.15±0.07)mmol/L,纳米碳组为(2.09±0.10)mmol/L,差异有统计学意义(P=0.002 438);术后6个月联合组患者出现1例永久性甲状旁腺功能减低,纳米碳组出现5例永久性甲状旁腺功能减低。单因素回归分析结果显示性别(β=-0.383 541 6;95%CI:0.2~2.35;P=0.538 595 3);身高(β=-0.044 147 54;95%CI:0.89~1.03;P=0.233 478 2);BMI(β=-0.173 074 1;95%CI:0.66~1.04;P=0.125 803 6);年龄(β=-0.008 371 99;95%CI:0.94~1.04;P=0.742 1);甲状旁腺分型(β=18.460 56;95%CI:0.94~1.04;P=0.233 478 2);术前血钙(β=-1.765 215,95%CI:0~328.74;P=0.650 233 9);术前PTH(β=0.022 139 24;95%CI:0.91~1.14;P=0.690 276)对FI没有影响。荧光强度FI与术后发生甲状旁腺功能减退风险负相关。结论:近红外/吲哚菁绿荧光成像联合纳米炭技术识别甲状旁腺安全有效,可以提升甲状旁腺识别率,减少误切,并且缩短了误切的甲状旁腺组织离体时间,提升了甲状旁腺组织自体移植的成活率,降低了术后发生暂时性甲状旁腺功能减退的风险,减少术后永久性甲状旁腺功能减退发生率。

黄绿色荧光成像用环烯烃共聚物镜片减反膜的研制

针对黄绿色荧光成像过程中由于发光微弱导致细节丢失的问题,以环烯烃共聚物中的F52R材料为基底镜片,采用电子束离子辅助蒸发的方法制备了可见光波段黄绿光高通型的减反膜。根据光谱使用要求,利用膜系设计软件TFCalc进行了膜系的设计和优化;通过离子源沉积工艺的优化,解决了低温镀制过程中膜层牢固度的问题。测试结果表明:当光线的入射角为5°时,400~700nm平均反射率约为0.55%,500~600nm的黄绿光平均反射率约为0.29%,光谱曲线呈现黄绿光高通的形状,满足使用要求。

线粒体靶向的罗丹明衍生物用于肿瘤荧光成像

设计合成了两例以罗丹明为母体的荧光染料RDMID-C和RDMID-N。实验结果表明,上述染料分子具有较低的细胞毒性,良好的生物相容性及靶向细胞线粒体的能力。两例荧光染料在细胞器定位实验中与商业化线粒体染料的共定位系数较高,并在小鼠肿瘤中有较长的滞留时间,可以用于肿瘤荧光成像。

近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

金黄地鼠不同病理状态颊囊黏膜的近红外荧光成像差异分析

目的探讨分析吲哚菁绿(ICG)近红外荧光(NIF)成像技术对口腔潜在恶性疾患及口腔鳞状细胞癌早期诊断的可行性。方法利用二甲基苯并蒽丙酮溶液,给予金黄地鼠颊囊黏膜不同时间的局部刺激,诱导建立轻/中度异常增生、重度异常增生、鳞状细胞癌等病理状态的颊黏膜病变模型。采用ICG-NIF技术对病变组织进行荧光信号定量分析,免疫组织化学染色法对不同病理状态黏膜的微血管密度(MVD)、微淋巴管密度(MLVD)进行分析。结果ICG-NIF荧光定量分析结果显示,实验组中黏膜病变组织的荧光强度均高于正常黏膜,差异具有统计学意义(P<0.05),且实验组中黏膜病变恶性程度越高,其荧光强度越高。组织学分析显示,随着黏膜病变恶性程度增加,MVD增加(P<0.05),MLVD减小(P<0.05)。结论金黄地鼠异常增生的颊部黏膜病变与正常黏膜组织间具有ICG-NIF荧光信号差异,荧光定量分析方法具有辅助鉴别的临床应用潜能。

新吲哚菁绿IR-820辅助的近红外荧光成像和光热及协同治疗在肿瘤诊疗中的应用进展

新吲哚菁绿IR-820因其具有强近红外(near-infrared,NIR,750~1700 nm)荧光特性、良好生物相容性、高光热转换效率及稳定性等优势,在NIR发光的有机荧光染料中脱颖而出,被广泛应用于生物医学成像、荧光标记、细胞实时监测、光热治疗等研究领域。为更好地发挥IR-820的生物医学应用价值,研究人员用不同生物化学分子修饰IR-820来增强其荧光及光热特性,制备多种类的荧光纳米粒子,在基础生物医学成像与肿瘤光热治疗方面开展了众多研究。总结了IR-820荧光纳米粒子在近红外荧光成像和通过光热机理及与其他技术协同治疗肿瘤中的应用研究,希望为进一步推进有机荧光染料IR-820在生物医学领域应用和临床转化发展提供参考。

吲哚菁绿荧光成像技术在复杂腹腔镜胆囊切除术中的临床应用

目的:探讨吲哚菁绿荧光成像技术在复杂腹腔镜胆囊切除术中的应用价值。方法:选取2019年2月至2023年3月收治的78例胆囊炎症病史、行胆囊穿刺病史或有上腹部手术史的患者,术前均经强化CT或彩超证实胆囊结石、胆囊炎。术前或术中予以静脉或胆囊内注射稀释的吲哚菁绿,在荧光腹腔镜下行胆囊切除术。结果:78例患者注射吲哚菁绿后均未出现不良反应,71例胆管显影,手术时间平均(69.89±24.17)min;术中失血量平均(36.63±37.15)mL;胆囊管变异1例,胆囊床胆漏2例,胆总管漏1例;术后平均住院(4.62±1.79)d,无胆管损伤发生。结论:在复杂腹腔镜胆囊切除术中应用吲哚菁绿荧光成像技术可帮助发现胆管变异、胆漏,避免胆管损伤,是安全、可行、可靠的。

基于卷积神经网络和叶绿素荧光成像的绿豆叶斑病识别研究

为了解决绿豆叶斑病不同病害等级之间容易混淆的问题,本研究以感染不同程度叶斑病的绿豆叶片叶绿素荧光图像为研究对象,提出了多模块串联卷积神经网络(Multi-Module Sequential Convolutional Neural Network,MMS-Net)模型。该模型主要由本研究搭建的Sub模块和Wave模块串联堆叠组成,并且在每个Sub模块中和每个Wave模块结尾处加入混合注意力机制CBAM,在减少非叶斑病特征干扰的同时,对相似病斑进行更为细致的特征提取,提高病害识别的准确率。在相同条件下,与经典的卷积神经网络模型(VGG16、GoogLeNet、ResNet50)以及流行的轻量级卷积神经网络模型(MobileNetV2、MobileNeXt、MobileNetV3、Shuffle-NetV2)进行比较,本研究提出的MMS-Net模型参数量仅为11.43 M,测试准确率达到91.25%,均高于其他模型,分类效果最优。通过分析精度、召回率、F1分数等评价指标可以看出MMS-Net模型具有较好的鲁棒性和泛化能力。本研究结果可为绿豆等作物的抗病种质资源识别和筛选提供新思路。

实验室光源的微束X射线荧光成像系统研制及应用研究

微束X射线荧光成像(μ-XRFI)是无损获取样品内部元素微区分布信息的重要方法,主要应用于微米量级区域内的元素分辨成像。同步辐射是μ-XRFI的理想光源,由于其装置庞大、造价高昂,用户机时紧张,并不适宜于常规应用。基于实验室X射线光管、多毛细管聚焦镜、高精度样品台及硅漂移探测器,研制了一套具有元素分辨的μ-XRFI系统,性能测试结果表明该系统可以测量分析元素含量为0.001%量级的溶液样品和优于20μm的空间分辨能力。基于该μ-XRFI系统开展了应用研究,获得了小鼠脑、芯片及古代陶瓷样品中的多种主要元素及微量元素的空间分布,结果表明该系统可满足μ-XRFI的需求,可为生物医学、电子元件检测、瓷器色彩成分鉴定等领域研究提供帮助。

可见-近红外二区双通道荧光成像系统

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区(NIR-Ⅱ)窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-Ⅱ荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-Ⅱ宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-Ⅱ窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术,模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后,在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织,模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况,观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息,缩减手术时间、提高患者的预后,在临床手术导航中具有较大的应用潜力。

近红外荧光成像在泌尿系肿瘤中的研究进展

恶性肿瘤严重威胁着人类的生命健康,其中泌尿系三大肿瘤的发病率和死亡率也在不断上升,早期诊断、早期治疗可以显著改善肿瘤患者的预后。荧光成像(fluorescence imaging, FLI)可以进行实时、无创、高时空分辨率的成像,准确获取体内动态生物信息,对癌症的早期诊断和治疗具有重要作用。得益于近红外波段(Near-infrared, NIR)较强的穿透能力,有利于实现大的提高成像深度和高空间分辨率,突破了组织深部的成像限制。目前,荧光成像技术已用于肿瘤的特异性成像、手术辅助导航和光热治疗中,因此本文就NIR荧光成像在泌尿系肿瘤中特异性显像的研究进展作一综述。

近红外荧光成像在泌尿系统手术中的研究进展

逾一个世纪以来,外科医生主要靠依靠视觉反馈和临床经验来执行手术操作。然而,术者对手术区域的准确判断对患者手术预后及后续随访治疗计划的制定至关重要。随着成像技术的不断进步,计算机断层扫描、核磁共振成像、超声波检查以及X射线等影像学检查日益频繁地被应用于外科手术中,图像引导下的手术在提供术中导航和辅助决策方面发挥着关键作用。尽管如此,这些传统的影像学检查手段在实际应用中仍存在一些局限性,包括放射性X射线或核素辐射的暴露、对带有体内金属植入物患者的使用禁忌、对患者体位的特定要求,以及术中伪影导致图像分辨率降低等可能。上述问题不仅使外科医生和患者的健康风险增加,亦可能引起手术过程中的导航误差,导致健康组织遭到过度切除、病变组织未能被彻底清除或遗漏术中受到损伤的组织器官,进而影响手术疗效的彻底性。具有诸多优势的光学成像技术有望为改善上述问题带来希望。其中,近红外窗口又是目前该领域更为先进及具有热点的成像波段。因此本文将对NIR成像在泌尿系手术中的应用作出综述。

α-神经毒素的分离纯化及其经小鼠直肠给药后肠道体外荧光成像分析

目的从眼镜蛇粗毒中分离纯化短链α-神经毒素活性成分,观察荧光染料标记的α-神经毒素经小鼠直肠给药后的肠道内分布和动态过程。方法使用CM Sepharose Fast Flow阳离子交换层析和Sephadex G-50凝胶过滤层析分离纯化电泳纯的α-神经毒素。将4只C57小鼠分为对照组和实验组,对照组采用荧光染料CY7-SE标记,实验组采用荧光染料CY7-SE与α-神经毒素相互结合。使用成像仪检测CY7-SE标记的α-神经毒素在直肠给药1、3 h后肠道内的荧光强度分布情况。结果分离纯化得到电泳纯的α-神经毒素。α-神经毒素直肠给药1 h后,实验组相较于对照组的小肠段和胃的荧光强度较强,盲肠、结肠段荧光强度较弱。α-神经毒素直肠给药3 h后,实验组相较于对照组的小肠、盲肠、结肠段和胃的荧光强度均较弱。结论从眼镜蛇粗毒中分离纯化得到的α-神经毒素经直肠给药可先富集于小鼠小肠段及胃,3 h后被肠道黏膜吸收代谢。本研究为开发神经毒素的直肠递送制剂提供了实验依据。

三维培养结肠癌细胞的微流控芯片荧光成像研究

改良了一种微流控芯片,可用于对结肠癌细胞进行三维培养并实现实时荧光成像。在结肠癌细胞内植入内源性的红色荧光蛋白,使用激光共聚焦显微镜对芯片中三维培养的细胞进行成像。通过细胞内部红色荧光蛋白的表达,可以观测到细胞的生长状态,实现对细胞的实时监测和高分辨率荧光成像。同时,通过免疫荧光染色来表征反映细胞活性的特征蛋白,其荧光强度和蛋白表达呈正相关。研究结果提示,细胞活性相关蛋白的表达受到微环境的影响,其在芯片三维培养中的活性强于二维培养,表明芯片内环境更加接近真实的人体微环境。该方法为进一步探究肿瘤细胞转移机制及相关药物的筛选研究提供了一种新的技术手段及实验平台。

便携式荧光成像检测系统开发及应用研究

针对食品加工过程中设备表面食物残留快速检测的需求,以菠菜汁液为例开发了一套便携式荧光成像检测系统,并在此基础上增加系统对菠菜汁液中含量较高的物质叶绿素A的定量功能。该系统主要由光源、CCD相机、显示屏及控制处理单元组成,用于激发物质产生荧光的光源、滤波片可根据实际需求调整更换,同时开发了检测系统的控制软件,利用显示屏进行人机交互操作,主要实现图像数据采集和处理等功能。对3种广泛使用的食品加工材料表面的菠菜汁液残留开展定性实验,检测结果显示:当食品加工表面本身不具有荧光效应时,便携式荧光成像检测系统能够较好地识别出其上的叶绿素残留。对叶绿素A的定量检测结果表明,当叶绿素A溶液浓度在0~8.5μg/mL范围内时,浓度预测模型的决定系数R 2都能达到0.99,预测结果的均方根误差RMSE不高于0.24μg/mL。研究结果表明,开发的检测系统对具有特定荧光效应的物质检测可行且有效,系统具有的检测视场大、体积小便于携带等优点可将系统用于现场实时检测,也可拓展至植物病变等其他领域的应用,具有较广阔的应用前景。

基于NIR-Ⅱ荧光成像的临床应用研究进展

近红外荧光成像技术作为一种备受关注的术中导航技术,在生物医学领域的应用已变得愈发重要,其非侵入性、高灵敏度以及高分辨率的特性使得其成为生物医学研究的得力助手。传统的生物光学成像技术如NIR-Ⅰ虽然能够提供丰富的生理和病理信息,但在某些方面仍存在局限性,如成本高、操作复杂、检测效率低等。因此,急需一种更加先进、高效、便捷的成像技术来满足需要。正是在这样的背景下,NIR-Ⅱ荧光成像技术应运而生。近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光成像技术因其独特的组织穿透深度和极低的背景噪声,在生物医学成像领域展现了巨大的潜力和广阔的应用前景。基于此,将对NIR-Ⅱ荧光成像技术的背景原理与NIR-Ⅱ荧光探针开发面临的挑战进行展示,并介绍吲哚菁绿(ICG)作为NIR-Ⅱ荧光探针在医学领域的应用,介绍NIR-Ⅱ荧光成像在肿瘤诊断与治疗中的实际应用。

吲哚菁绿近红外荧光成像技术在妇科的应用与研究进展

吲哚菁绿近红外荧光成像技术(indocyannine green-near-infrared fluorescence,ICG-NIR)已被尝试用于肝胆外科、甲状腺外科、乳腺外科、妇科等专业领域,其主要价值在于描绘淋巴引流网络、定位淋巴结、标示肿瘤位置及边缘等,这对于准确和完整切除肿瘤病变具有良好的指引和导航作用。此外,ICG-NIR还有助于评估脏器的血液灌注情况,及术中识别一些非典型的病变:如宫颈癌前病变、子宫内膜异位症等。现有的研究病例较少、时间较短等,所以其最佳应用路径、剂量和临床价值还有待更多设计良好的研究来探索。本文就ICG-NIR在妇科中的研究进展进行综述,为其在妇科领域的应用和研究提供思路和参考。

吲哚箐绿荧光成像技术在基层医院肝胆外科中的应用

吲哚箐绿(ICG)荧光染色在肝胆外科手术中的运用越来越广泛,近年来随着ICG荧光成像技术的快速发展及推广,使得肝胆外科精准化治疗有了清晰的导航指引作用。基层医院在复杂胆囊切除、复杂胆道结石手术及肝段精准切除中,ICG荧光成像技术能精准地识别解剖结构,缩短手术时间,避免手术损伤,减少术后并发症的发生,避免患者因术中损伤造成二次伤害。未来,ICG荧光成像技术的快速发展将会在胆道外科中显现更多的临床价值,对基层医院肝胆外科的发展有着重要意义。本文对ICG在基层医院肝胆外科中的应用进行综述。