Première investigation clinique de l'imagerie fluorescente de la fenêtre proche infrarouge IIA/IIB pour la résection chirurgicale précise des gliomes

Introduction

Dans le domaine de la recherche biomédicale, l’imagerie par fluorescence est très prisée pour sa haute sensibilité, sa haute résolution spatiale, ses capacités d’imagerie en temps réel et sa facilité d’utilisation. Cette étude explore la valeur de la technologie d’imagerie dans la fenêtre infrarouge proche II (NIR-II, 1000-1700 nm) dans les applications cliniques, avec pour objectif de guider la résection des tumeurs lors de la chirurgie des gliomes. Les auteurs ont combiné de nouveaux équipements d’imagerie avec des méthodes de fusion d’images peropératoires, afin d’améliorer la précision de la chirurgie, de réduire les saignements intraopératoires et de maximiser l’excision de la tumeur.

Provenance de l’étude

Cette étude a été conduite par Cao Caiguang, Jin Zeping, Shi Xiaojing, Zhang Zhe, Xiao Anqi, Yang Junying, Ji Nan, Tian Jie, et Hu Zhenhua. Ils appartiennent respectivement au Laboratoire clé d’imagerie moléculaire de l’Institut d’automatisation de l’Académie chinoise des sciences, au Laboratoire clé d’imagerie moléculaire de Beijing, et à d’autres institutions comme le Laboratoire clé national de gestion et de contrôle des systèmes complexes, le Département de neurochirurgie de l’Hôpital Tiantan de Pékin et le Centre national de recherche clinique sur les maladies neurologiques de Beijing. Les résultats de cette étude ont été publiés dans le numéro du 19 janvier 2022 de l’IEEE Transactions on Biomedical Engineering.

Description détaillée du processus de recherche

La recherche a conçu un équipement d’imagerie multispectrale intégrant l’imagerie par fluorescence NIR-I/II/IIA/IIB et a développé des méthodes correspondantes pour la fusion d’images peropératoires. Un total de sept patients atteints de gliome de grade III/IV ont participé à cette étude, avec une analyse pré-diagnostique par imagerie par résonance magnétique (IRM) améliorée au début de l’étude.

a) Développement de l’équipement d’imagerie et des méthodes de fusion d’images peropératoires

L’équipe de recherche a conçu et fabriqué un sous-système d’imagerie multispectrale comprenant deux caméras fluorescentes, l’une dédiée à l’imagerie NIR-I, et l’autre à l’imagerie NIR-II/IIA/IIB. De plus, un laser de 808 nm et des équipements d’excitation correspondants ont été utilisés pour fournir un éclairage en proche infrarouge. L’équipe a également développé une méthode permettant de fusionner rapidement les images obtenues peropératoirement. Cette méthode utilise d’abord un réseau U-net pré-entrainé pour éliminer le fond des images vasculaires fluorescentes, puis corrige les résultats de segmentation avec l’algorithme de Canny pour obtenir des images vasculaires précises.

b) Recrutement et caractéristiques des patients

Sept patients âgés de 18 à 75 ans atteints de gliomes de grade III/IV ont été recrutés. Quarante-huit heures avant la chirurgie, les patients ont reçu une injection intraveineuse d’ICG (vert d’indocyanine) pour le marquage fluorescent. Pendant la chirurgie, des images fluorescentes multispectrales de la zone tumorale ont été collectées et la méthode de fusion d’images développée a été utilisée pour fusionner les images vasculaires et tumorales fluorescentes pour guider la chirurgie.

c) Protocole clinique

Une semaine avant la chirurgie, une IRM renforcée a été réalisée chez les patients, suivie d’une injection d’ICG. Pendant la chirurgie, des images fluorescentes de la zone tumorale ont été obtenues sous différents spectres, puis l’ICG a été injecté par voie intraveineuse pour capturer le flux d’ICG dans les vaisseaux sanguins, suivie de la fusion des images pour guider la résection de la tumeur.

d) Analyse des images fluorescentes et des statistiques

L’intensité de la fluorescence a été extraite à l’aide du logiciel ImageJ, le calcul de la largeur apparente des vaisseaux a été réalisé en utilisant la méthode de courbe de Gauss, et le rapport signal/bruit (SBR) a été défini pour quantifier le contraste de fluorescence des vaisseaux par rapport à l’arrière-plan.

Principaux résultats de l’étude

Grâce à la technologie d’imagerie multispectrale, il a été possible d’appliquer avec succès en chirurgie clinique pour la résection des gliomes, obtenant des résultats d’imagerie haute résolution et haute contraste. Comparativement au groupe de contrôle, les patients ont montré une réduction significative de la perte de sang pendant la chirurgie. Les résultats de l’étude démontrent que l’imagerie NIR-IIA/IIB a un excellent potentiel d’application clinique, en particulier pour améliorer la précision de la ré