临床前光学影像手术导航系统

 临床前光学影像手术导航系统

外科手术难题——肿瘤的不完全切除       

        目前手术仍是治疗癌症的最有效方法之一。对于肿瘤边界的精确定位却一直困扰着临床医生及科研人员。通常，医生凭借经验对肿瘤组织进行切除，如果少切可能会造成复发，而多切又会对患者造成伤害。在进行了乳房保留手术的病人中有5%-40%患者的切除边缘仍可以检查到残留的肿瘤，而不得不进行额外的手术以及***治疗。而在活组织切片检查确定没有肿瘤残余的患者中仍有10%会继续受到肿瘤疾病的侵扰。因此，大幅提高手术的切除率将会提高手术成功率，开发一种术中提供客观肿瘤边界的导航技术具有重要的临床应用价值。2008年诺贝尔化学奖获得者钱永健教授在2009年世界分子影像大会上的报告中提到：术中客观的肿瘤边界信息获取为手术治疗提供了重要的价值。2013年，美国哈佛医学院教授John V Frangioni提出，近红外荧光成像技术可以为临床医生提供有效帮助，未来十年将在肿瘤术中极具应用前景。这也是对分子影像导航技术广泛应用的进一步肯定。

外科手术福音——PerkinElmer Solaris 全新光学影像手术导航系统

        Solaris是Perkinelmer公司全新推出的光学影像手术导航系统，该系统通过光学成像的方式对肿瘤进行实时定位和边缘界定，帮助研究者在手术过程中，对目标肿瘤进行实时观测及切除。系统通过光学分子影像手术导航方法一方面可以在术中对肿瘤及微小转移灶进行应用，同时可以实现对肿瘤不同亚型进行术中分子分型，达到术中实时病理的目的；另一方面该方法不仅可以应用在乳腺癌上，同时还可以在肝癌、肺癌、胃癌等多种癌症上进行应用，实现不同肿瘤的分子影像技术应用突破。

系统应用

1.      肿瘤切除实时引导

        每年，全球范围内都会有超过5百万的肿瘤患者进行了肿瘤外科切除手术， 这也是目前最有效的肿瘤治疗方案。 可靠精确地手术切除可以挽救数以万计的患者生命。在肿瘤外科手术中，肿瘤识别、肿瘤切除边缘的确定和转移淋巴结的鉴别等是影响肿瘤预后的重要因素。

1)     肿瘤微小病灶的清除：

应用特异性结合肿瘤的荧光探针，可以清楚的区分正常组织和病变部位，为精准的肿瘤切除提供提供科学依据；荧光成像为肿瘤治疗带来了新的希望。

2)     肿瘤切除边缘的确定：

肿瘤切缘：原发灶切除后标本的边缘与癌组织间的镜下最短距离，它是评价肿瘤手术的一个重要指标，也是影响肿瘤预后的重要因素。使用近红外荧光染料特异性标记肿瘤部位后，可看出荧光信号在肿瘤边缘位较肿瘤中心有着更强的信号，可以清晰的指示肿瘤边界，和周边健康组织区分开来， 之后的病理切片染色也正式了荧光指示部分的精确性， 而在切缘部分并没有检测到肿瘤分子标记物，说明肿瘤也彻底清除。近红外荧光引导的肿瘤切除可以精准的确定肿瘤切缘，减小对健康组织的侵害，将患者的痛苦降至最低。

3)     前哨淋巴结定位（Sentinel Lymph Node Mapping）

2.  淋巴管及淋巴引流成像

淋巴系统和许多疾病都息息相关，比如肿瘤转移，炎症反应，糖尿病，肥胖症以及哮喘等，尤其在肿瘤转移过程中，淋巴系统可以将组织液以及细胞运输至循环系统，而且已经发现越来越多的肿瘤都利用淋巴导管来完成转移，比如乳腺癌，黑色素瘤，头颈部肿瘤等。所以对淋巴系统的研究和认识有利于推动肿瘤转移的机制的研究。ICG已经成功的应用于乳腺癌，黑色素瘤等前哨淋巴结的活组织检查中。其他的近红外染料如：Alexa 705、IRDye780、Cy7和Cy5.5等都可用于淋巴引流的成像。

在关节炎活跃期许多免疫因子被激活，炎症因子，细胞因子，白介素和一些其他的因子被分泌出来，促进炎症反应，并导致相邻关节结构的破坏，而且在滑液膜区域会激发新生血管的出现，以及微循环的加剧。用近红外染料对炎症周围的淋巴进行造影，就会发现大量的荧光信号堆积，这也可以作为早期诊断关节炎的一种直观的检测方法。

3.      输尿管示踪

        在输尿管损伤或某些外科手术时，输尿管寻找十分困难，Tanaka等使用0.5 mW/cm2 400～700 nm的白光，和5mW/cm2725～775 nm的近红外光，光斑直径是15厘米的近红外成像系统。研究发现在猪模型中注射7.5 μg/kg CW800-CA能够在不可见光下看到输尿管，看到输尿管内直径小于2.5 mm的异物，逆行注射10 μM ICG能够精确定位输尿管的损伤漏尿点。

4.      术中近红外荧光胆道造影

        胆石症术后残余结石的发生是胆道再次手术的主要原因，而术中胆道造影的优点正是可以弥补上述不足，起到术中的把关作用。当造影发现残石，可立即取出残石，还可根据取石干净与否，随时造影复查，直至干净为止。另外，由于胆道造影可以清楚显示胆树的全貌，为正确处理病变提供较可靠的依据。术中胆道造影在降低胆道残石率，避免胆总管阴性探查，指导制定合理的术式，以及避免胆管损伤等方面具有较大临床价值。Tanaka等使用NIR光和静脉注射 CW800-CA能够实时显示肝外胆管, 而不影响外科手术。

5.      辅助肝叶切除以及肝病治疗中的应用

        Aoki等在门静脉注射ICG后1分钟就可以明确区分肝脏的分段和亚分段，并可以保持10分钟。35例肝脏恶性肿瘤的病人在行肝脏部分切除时使用的该检查手段，其中33例病人肝叶区分明显，该方法有效可靠安全。

6.      评估冠状动脉搭桥术效果

        冠状动脉造影又称冠脉造影 这种方法能清楚地显示冠状动脉粥样硬化引起的血管狭窄或阻塞的位置 是诊断冠心病的"金标准" 但在冠状动脉搭桥术中很少使用，目前常用的方法有术中荧光成像（intraoperative fluorescence imaging，IFI）和时差血流（transit-time flowmetry，TTFM）。Balacumaraswami 等认为Novadaq探测成像系统进行冠状动脉搭桥手术效果的评估，IFI要比TTFM更加灵敏，假阳性率低。

7.      脑血管外科的应用

        中枢神经系统手术保持脑组织灌注是最重要的基本原则之一，如果术中破坏血供，术后可出现明显的神经功能障碍，尤其是在脑血管病变的手术中，因此发展实时术中血流评估技术对神经外科医生非常重要。作为术中脑血流评价的新方法，近红外吲哚菁绿血管造影简便、快速、实时，非常有应用前景。

1)  颅内动静脉畸形(AVM)是胚胎时期脑血管发育异常所致的先天性疾患，也是神经外科常见的血管畸形之一。目前，手术治疗是脑AVM最有效的治疗手段之一。然而，术中病灶边界以及血管性质的正确判断是手术成功的关键。除了术者娴熟的操作技术和丰富的手术经验以外，随着科技的发展而涌现的一些术中辅助技术也在其中起到越来越重要的作用。ICG造影，可以清晰地显示动静脉分流及辨别AVM动脉、引流静脉和过路的正常皮层动脉，而这种差别在手术显微镜下是难以区分的。不过在AVM手术中DSA（数字减影血管造影digital subtraction angiography，DSA）仍是“金标准”，ICG可作为一种有效的辅助手段而非取代术中DSA。

2)  在动脉瘤手术中，造影剂随血流运行时可动态地勾划出血管的形态，使载瘤动脉、血管远端、分支、穿通支是否通畅，动脉瘤夹闭是否确切等都能得到术中确认，从而为预后评价、治疗等提供有价值的依据。ICG术中造影是一种简便、实用的造影技术，能够提供血管通畅程度和动脉瘤的实时信息，使用方法简单，影像清晰，无***性，因而被广泛应用于动脉瘤手术中。

3)     ICG在颅内外旁路血管搭桥术中的应用 Woitzik 等在45例颅内外旁路血管搭桥术中应用ICG，术中共进行了51次ICG，均经修正吻合后充盈良好，并为术后DSA或CT血管造影（CT angiography，CTA）所证实。

    总之，利用近红外荧光的实时成像而实现的手术“导航”，已经开始被越来越多的外科手术医生所重视，它所变现出的更高穿透性，灵敏度，以及经济实惠， 操作简单，移动方便等特性也在外科手术中崭露头角，随着技术的不断成熟和发展，它将会是一种新型的外科诊断和手术辅助手段。

系统概览

系统性能参数

功能特点：

·        具备实时4通道(470, 660,750,800)荧光成像

·        具备白光、荧光及二者的融合成像功能

·        具备基于专利液晶可调谐滤光片的光谱分离技术，自动去除动物组织的自发背景荧光干扰

·        具备数字放大成像功能

·        具备白光及荧光自动聚焦功能

·        具备荧光成像自动曝光功能

·        具备基于ROI圈选的荧光信号定量方法

·        采用10种角度的荧光激发模式，有效避免阴影干扰

主要技术参数：

·        成像工作距离：75 cm

·        成像视野范围：10 cm

·        最小可分辨尺寸：100 um

·        荧光成像灵敏度：<100 nM

·        白光照明范围：20 cm

·        白光照明均一度：<20%

·        白光色温：~3000K

·        白光亮度：>40,000 lux

·        白光聚焦深度：2 cm

·        成像头调节度：3 DOFs

·        成像臂调节度：2 DOFs

·        CMOS相机像素尺寸：5.5 um（白光），6.5 um（荧光）

·        CMOS相机像素数量：410万（彩色），550万（荧光）

·        显示器：2个便携式医疗级显示器

·        安全性：通过CE及TUV认证

本产品仅限实验室动物研究使用，不可用于人体研究。