《IEEE生物医学工程汇刊》2022年8月，第69卷，第8期，首次临床研究：近红外窗口IIA/IIB荧光成像在胶质瘤精准手术切除中的应用

曹彩光、金泽萍、史晓菁、张哲、肖安琪、杨君英、计楠、田捷（IEEE会员）、胡振华（IEEE高级会员）

导言

在生物医学研究领域，荧光成像的高敏感性、高空间分辨率、实时成像能力和操作方便性使其受到广泛关注。本研究针对近红外窗口II（NIR-II，1000-1700纳米）成像技术在临床应用中的价值进行探索，以指导胶质瘤手术中切除瘤体的作用。作者结合了新开发的成像设备和术中图像融合方法，致力于提高手术的准确性，减少术中出血量，并最大限度地切除肿瘤。

文章来源

本研究由曹彩光、金泽萍、史晓菁、张哲、肖安琪、杨君英、计楠、田捷、胡振华进行。他们分别隶属于中科院自动化所分子成像重点实验室、北京市分子成像重点实验室、国家复杂系统管理与控制重点实验室、北京天坛医院神经外科、北京神经疾病国家临床研究中心等单位。研究成果发表在2022年1月19日出版的《IEEE生物医学工程汇刊》上。

研究流程详细描述

研究设计了一种多光谱荧光成像设备集成了NIR-I/II/IIA/IIB荧光成像，并开发了对应的术中图像融合方法。共有七名患有III/IV级胶质瘤的患者参与本研究，研究前期使用增强型磁共振成像（MRI）对患者进行预诊断分析。

a) 成像设备和术中图像融合方法的开发

研究团队设计并制造了一个多光谱成像设备子系统，该系统包括两台荧光摄像机，一个用于NIR-I成像，一个用于NIR-II/IIA/IIB成像。此外，配备了一个808纳米激光器及配套激发设备以提供近红外光照明。团队还发展出了一个可以快速融合术中所得图像的方法。这个方法首先运用事先训练好的U-net网络对血管荧光图像进行背景移除，随后通过Canny算法修正分割结果，以得到精确的血管图像。

b) 患者招募与特征

共招募了7名18至75岁之间的III/IV级胶质瘤患者。在手术前48小时，以静脉注射方式给予患者ICG（吲哚青绿）进行标记，以进行荧光成像。随后在手术中获取了肿瘤部位的多光谱荧光图像，并使用开发的图像融合方法将血管和肿瘤的荧光图像进行融合，以指导手术。

c) 临床协议

术前1周，对患者进行增强MRI检查，然后进行ICG注射。在手术中，首先获取了肿瘤部位在不同光谱下的荧光图像，然后通过静脉注射ICG捕捉血管内ICG的流动过程，最后进行图像融合，并根据融合图像指导肿瘤切除。

d) 荧光图像和统计分析

使用ImageJ软件对荧光强度进行提取，采用高斯拟合法计算相应血管的表观宽度，并定义信噪比（SBR）以量化血管的荧光与背景的对比度。

研究主要结果

通过多光谱成像技术，成功应用于临床手术中对胶质瘤的切除，获得了高分辨率和高对比度的成像效果。相较于控制组，患者在手术中的出血量显著减少。研究结果显示NIR-IIA/IIB成像在临床上具有绝佳的应用前景，尤其是在提高手术切除准确性和减少出血量方面具有重要意义。

研究意义与价值

本研究的科学价值在于首次将NIR-IIA/IIB成像技术应用于临床手术中，并证明了其在精确切除胶质瘤方面的优越性。本研究的应用价值在于能够显著减少胶质瘤手术中的出血量，并最大限度地切除肿瘤，为未来相关血管手术提供了参考。

研究亮点

• 首次将NIR-IIA/IIB成像技术运用于人类的临床研究。
• 开发了集成NIR-I/II/IIA/IIB荧光成像的多光谱成像设备。
• 发展了术中图像融合方法，能快速准确融合术中所得荧光图像。
• 研究在精确切除胶质瘤方面展现出了重要的科学价值与临床应用潜力。