近紅外熒光成像技術(shù)為腫瘤手術(shù)“導(dǎo)航”
2013年，美國(guó)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(lái)十年將在腫瘤術(shù)中極具應(yīng)用前景。在中國(guó)，MI從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)手術(shù)室，已然讓這一設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。
近一百年來(lái)，人類獲取癌癥信息的方法不斷創(chuàng)新：從上個(gè)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(duì)癌細(xì)胞不僅看得到還看得清，更能看得準(zhǔn)。
創(chuàng)新無(wú)止境。中科院自動(dòng)化研究所(以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)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(duì)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(yáng)”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(jī)?！痹谥袊?guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，助理研究員王坤向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹了新老幾代MI設(shè)備。MI看上去“其貌不揚(yáng)”：普通的液晶顯示屏、支架、鏡頭、可以移動(dòng)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(shí)，MI極具內(nèi)涵和實(shí)力。“最新的MI設(shè)備已在中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院(301醫(yī)院)等國(guó)內(nèi)多家醫(yī)院開(kāi)展臨床應(yīng)用。”王坤說(shuō)。無(wú)論是術(shù)中肝癌微小腫瘤灶的檢測(cè)，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(duì)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(yàn)對(duì)腫瘤組織進(jìn)行切除，如果少切可能會(huì)造成復(fù)發(fā)，而多切又會(huì)對(duì)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(jià)值?！蓖趵ふf(shuō)。
MI是國(guó)內(nèi)成功研制的首臺(tái)腫瘤術(shù)中早期精準(zhǔn)定位的臨床檢測(cè)設(shè)備。問(wèn)世不到3年時(shí)間，它已成功診治百余例腫瘤患者，并實(shí)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(lái)了“新伙伴”
2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者錢永健教授在2009年世界分子影像大會(huì)上的報(bào)告中提到：術(shù)中客觀www.bj1958.cn的腫瘤邊界信息獲取為手術(shù)治療提供了重要的價(jià)值。這也是對(duì)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(shí)現(xiàn)的?自動(dòng)化所助理研究員遲崇巍解釋說(shuō)，當(dāng)人體病灶發(fā)生病變之后，腫瘤細(xì)胞外部會(huì)產(chǎn)生某些蛋白靶或酶分子的靶標(biāo)。人們通過(guò)注射一種帶有熒光或者核素標(biāo)記的分子探針，通過(guò)配體、受體的特異性結(jié)合實(shí)現(xiàn)探針在體內(nèi)的自動(dòng)尋靶，這樣便可通過(guò)影像學(xué)設(shè)備實(shí)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(kāi)始研究分子影像。那時(shí)，他們帶著第一臺(tái)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，來(lái)到汕頭大學(xué)腫瘤醫(yī)院。第一臺(tái)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(bào)道，對(duì)于乳腺癌I期和II期的病人來(lái)說(shuō)，如果早期發(fā)現(xiàn)并實(shí)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(shí)施前哨淋巴結(jié)活檢手術(shù)。“我們研發(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(shuō)，他們對(duì)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(shí)驗(yàn)。這組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與組織病理金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證，檢出率為100%，同時(shí)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(guò)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(duì)乳腺癌腫瘤及微小轉(zhuǎn)移灶進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)乳腺癌不同亞型進(jìn)行術(shù)中分子分型，達(dá)到術(shù)中實(shí)時(shí)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(shí)還可以在肝癌、肺癌、胃癌等多種癌癥上進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同腫瘤的分子影像技術(shù)應(yīng)用突破。
走出實(shí)驗(yàn)室練就“鐵骨”
創(chuàng)新不是拍腦袋想出來(lái)的，需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)時(shí)間積累與探索，MI正是如此。它不僅集光學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科知識(shí)于一體，走出實(shí)驗(yàn)室后，還要有一副經(jīng)得起臨床測(cè)試的“錚錚鐵骨”。
最初到汕大醫(yī)院手術(shù)室，MI開(kāi)始有點(diǎn)“水土不服”?！澳芊駥o(wú)影燈關(guān)閉一會(huì)?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?yàn)镸I需要采集熒光，而熒光的光強(qiáng)只有自然光的千分之一。在伸手不見(jiàn)五指的鉛房實(shí)驗(yàn)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(lái)卻不容易。
之后，田捷團(tuán)隊(duì)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(gè)研發(fā)難題是算法。通過(guò)對(duì)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(dòng)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(dòng)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(jī)已獲得國(guó)家藥監(jiān)局中國(guó)食品藥品檢定研究院的合格檢測(cè)報(bào)告，驗(yàn)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(guò)程中提供實(shí)時(shí)的熒光圖像和彩色圖像。在實(shí)際臨床試驗(yàn)過(guò)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(cè);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(cè);珠江醫(yī)院的醫(yī)生借助MI開(kāi)展術(shù)中肝硬化微小腫瘤灶檢測(cè);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)。