近紅外熒光成像技術(shù)為腫瘤手術(shù)“導(dǎo)航”
2013年，美國哈佛醫(yī)學(xué)院教授John V Frangioni提出，近紅外熒光成像技術(shù)可以為臨床醫(yī)生提供有效幫助，未來十年將在腫瘤術(shù)中極具應(yīng)用前景。在中國，MI從實驗室走進(jìn)手術(shù)室，已然讓這一設(shè)想成為現(xiàn)實。
近一百年來，人類獲取癌癥信息的方法不斷創(chuàng)新：從上個世紀(jì)初的X射線到70年代的CT，再到本世紀(jì)初的核磁共振(MRI)，借助這些設(shè)備，人們對癌細(xì)胞不僅看得到還看得清，更能看得準(zhǔn)。
創(chuàng)新無止境。中科院自動化研究所(以下簡稱自動化所)研發(fā)的光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)(MI)，讓我們不僅對癌細(xì)胞“看得早”，而且與以上三種手段不同的是，MI能在手術(shù)中從分子層面精準(zhǔn)定位癌細(xì)胞，為醫(yī)生“導(dǎo)航”。
“其貌不揚”的MI
“這是第一代光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，那是現(xiàn)在最新的產(chǎn)品化樣機。”在中國科學(xué)院自動化研究所，助理研究員王坤向《中國科學(xué)報》記者介紹了新老幾代MI設(shè)備。MI看上去“其貌不揚”：普通的液晶顯示屏、支架、鏡頭、可以移動的箱體，外觀“溫和謙遜”，不如核磁共振等醫(yī)療設(shè)備看著威風(fēng)。
其實，MI極具內(nèi)涵和實力?！白钚碌腗I設(shè)備已在中國人民解放軍總醫(yī)院(301醫(yī)院)等國內(nèi)多家醫(yī)院開展臨床應(yīng)用。”王坤說。無論是術(shù)中肝癌微小腫瘤灶的檢測，還是乳腺癌、胃癌、前哨淋巴結(jié)精確定位手術(shù)，MI都大顯身手。
目前手術(shù)仍是治療癌癥的最有效方法之一。對于腫瘤邊界的精確定位卻一直困擾著臨床醫(yī)生及科研人員。通常，醫(yī)生憑借經(jīng)驗對腫瘤組織進(jìn)行切除，如果少切可能會造成復(fù)發(fā)，而多切又會對患者造成傷害?！八?，一種術(shù)中提供客觀腫瘤邊界的方法具有重要的臨床應(yīng)用價值。”王坤說。
MI是國內(nèi)成功研制的首臺腫瘤術(shù)中早期精準(zhǔn)定位的臨床檢測設(shè)備。問世不到3年時間，它已成功診治百余例腫瘤患者，并實現(xiàn)了光學(xué)分子影像技術(shù)在臨床應(yīng)用的重大突破。
手術(shù)室來了“新伙伴”
2008年諾貝爾化學(xué)獎獲得者錢永健教授在2009年世界分子影像大會上的報告中提到：術(shù)中客觀www.cebi00.cn的腫瘤邊界信息獲取為手術(shù)治療提供了重要的價值。這也是對分子影像導(dǎo)航技術(shù)廣泛應(yīng)用的進(jìn)一步肯定。
分子影像導(dǎo)航技術(shù)是如何在人體內(nèi)實現(xiàn)的?自動化所助理研究員遲崇巍解釋說，當(dāng)人體病灶發(fā)生病變之后，腫瘤細(xì)胞外部會產(chǎn)生某些蛋白靶或酶分子的靶標(biāo)。人們通過注射一種帶有熒光或者核素標(biāo)記的分子探針，通過配體、受體的特異性結(jié)合實現(xiàn)探針在體內(nèi)的自動尋靶，這樣便可通過影像學(xué)設(shè)備實現(xiàn)在體成像，從而反映出體內(nèi)腫瘤變化情況。
2012年，遲崇巍跟隨該所研究員田捷開始研究分子影像。那時，他們帶著第一臺光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)走出中科院分子影像重點實驗室，來到汕頭大學(xué)腫瘤醫(yī)院。第一臺不怎么“漂亮”的MI設(shè)備成了手術(shù)室里的新家伙。
根據(jù)《新英格蘭》雜志的報道，對于乳腺癌I期和II期的病人來說，如果早期發(fā)現(xiàn)并實施治療，其5年期生存率可以達(dá)到80%以上。臨床操作規(guī)范指南明確指出，乳腺癌早期(I期或者II期)腋窩淋巴結(jié)陰性的病人必須實施前哨淋巴結(jié)活檢手術(shù)?！拔覀冄邪l(fā)的MI設(shè)備，能夠在術(shù)中客觀顯示腫瘤及其他病灶的邊界信息，這為臨床醫(yī)生手術(shù)治療提供了有效幫助?！边t崇巍說，他們對22例乳腺癌早期患者前哨淋巴結(jié)進(jìn)行精確手術(shù)導(dǎo)航切除實驗。這組實驗數(shù)據(jù)與組織病理金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗證，檢出率為100%，同時病人也未出現(xiàn)任何不良反應(yīng)。
隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，通過光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航方法一方面可以在術(shù)中對乳腺癌腫瘤及微小轉(zhuǎn)移灶進(jìn)行應(yīng)用，同時可以實現(xiàn)對乳腺癌不同亞型進(jìn)行術(shù)中分子分型，達(dá)到術(shù)中實時病理的目的;另一方面該方法不僅可以應(yīng)用在乳腺癌上，同時還可以在肝癌、肺癌、胃癌等多種癌癥上進(jìn)行應(yīng)用，實現(xiàn)不同腫瘤的分子影像技術(shù)應(yīng)用突破。
走出實驗室練就“鐵骨”
創(chuàng)新不是拍腦袋想出來的，需要一個團(tuán)隊長時間積累與探索，MI正是如此。它不僅集光學(xué)、物理學(xué)、計算機等學(xué)科知識于一體，走出實驗室后，還要有一副經(jīng)得起臨床測試的“錚錚鐵骨”。
最初到汕大醫(yī)院手術(shù)室，MI開始有點“水土不服”?！澳芊駥o影燈關(guān)閉一會?能否給手術(shù)室配上遮光窗簾?”遲崇巍的要求讓手術(shù)室里的醫(yī)護(hù)人員感到有些為難。
這是因為MI需要采集熒光，而熒光的光強只有自然光的千分之一。在伸手不見五指的鉛房實驗室里，科研人員可以非常方便地采集熒光，但在手術(shù)室中受各種光源影響，采集起來卻不容易。
之后，田捷團(tuán)隊與醫(yī)生、護(hù)士不斷溝通，終于得到了他們的理解與支持。更重要的是，科研人員精進(jìn)技術(shù)手段，克服了這一難題。
另一個研發(fā)難題是算法。通過對光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)理論及方法的基礎(chǔ)研究，自動化所科研人員研發(fā)出基于生物組織特異性的高階近似數(shù)學(xué)模型和快速動態(tài)成像算法，并建立較為完整的、系統(tǒng)的光學(xué)分子影像手術(shù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法。前期研發(fā)的系統(tǒng)樣機已獲得國家藥監(jiān)局中國食品藥品檢定研究院的合格檢測報告，驗證了系統(tǒng)的安全性及有效性。
此外，MI還選用了更先進(jìn)的熒光染料。他們結(jié)合新的分子熒光染料——吲哚菁綠(ICG)的特性，在手術(shù)過程中提供實時的熒光圖像和彩色圖像。在實際臨床試驗過程中，注射ICG3分鐘左右，醫(yī)生便可以看到前哨淋巴結(jié)的位置。這樣，醫(yī)生根據(jù)MI的引導(dǎo)進(jìn)行精確定位，準(zhǔn)確切除前哨淋巴結(jié)組織。切除后，醫(yī)生還可以根據(jù)熒光反饋判斷是否有熒光殘余、是否達(dá)到準(zhǔn)確切除的目的。
不斷精進(jìn)的MI現(xiàn)在是多家醫(yī)院手術(shù)室里的利器：301醫(yī)院的大夫可以利用MI進(jìn)行分子影像術(shù)中肝門部膽管癌的精確檢測;在東方肝膽外科醫(yī)院，醫(yī)生可以利用該設(shè)備進(jìn)行肝癌門靜脈癌栓方面的檢測;珠江醫(yī)院的醫(yī)生借助MI開展術(shù)中肝硬化微小腫瘤灶檢測;西京醫(yī)院的醫(yī)生使用這種設(shè)備進(jìn)行胃癌術(shù)中前哨淋巴結(jié)活檢精確定位手術(shù)。