التصوير المتعدد الأطياف يساعد على استئصال آفات سرطان الكبد البشري بنجاح

أظهر التصوير الفلوري في نافذة INDRARED INDARRADE (NIR-I ، 700-900 نانومتر) مزايا كبيرة بما في ذلك الدقة المكانية والزمنية العالية ، ومن المتوقع أن تلعب أدوارًا مهمة في التشخيص السريري ، والجراحة التوجيهية وما إلى ذلك. في الوقت نفسه ، يمكن أن تُظهر التطورات الحديثة في التصوير البصري أن اكتشاف التصوير في نافذة المنطقة الثانية القريبة دقة المستوى ، والتباين العالي بين الهدف والخلفية في التصوير في الوقت الفعلي. ويعزى ذلك بشكل أساسي إلى تقليل التألق الذاتي للأنسجة في نافذة NIR ، وانتثار الفوتون المنخفض وامتصاص الفوتون منخفض المستوى في أطوال موجية أطول.

ومع ذلك ، على الرغم من أنه تم تطوير مجموعة متنوعة من تحقيقات NIR-II البصرية بما في ذلك الجسيمات النانوية والبوليمرات العضوية والجزيئات الصغيرة ، لم يتم اختبار التصوير NIR بعد في البيئات السريرية بسبب عدم وجود أدوات التصوير المناسبة والتحقيقات البصرية.

في 23 ديسمبر 2019 ، نشر فريق بقيادة تيان جي ، المختبر الرئيسي للتصوير الجزيئي ، معهد الأتمتة ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، طبعة جراحة الكبد الأولى في مجلة الهندسة الطبيعة الطبيعة الطبية التصوير في النوافذ المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء/II ، قدمت ضوءًا مرئيًا متكاملًا وأداة تصوير متعددة الأطياف منطقة NIR-I/II مع صبغة إندوسيانين الأخضر (ICG) للتصوير الفلوري. لأول مرة ، تم إجراء استئصال جراحي لأورام الكبد الأولية والمنتشر في 23 مريضا مصابين بسرطان الكبد. تمت مقارنة أداء التصوير لنافذة NIR-I ونافذة II في كل مريض. وخلص الباحثون إلى أن مزيج النافذة الطيفية NIR-I/II ومسبار الفلورسنت المناسب قد يحسن الوضع الحالي للجراحة الموجهة للصور.

الضوء المرئي المتكامل للتطبيقات السريرية

لتطبيق طريقة التصوير NIR-II على العيادة وفهم وتقييم مزايا وقيود هذه المنطقة البصرية على التصوير NIR-I ، قامت مجموعة الأبحاث ببناء صورة متكاملة و NIR-I/II التي تغطي النطاق الطيفي من النطاق الطيفي من 400 إلى 1700 نانومتر. يتكون التصوير من مجموعتين من معدات الإثارة بالليزر وثلاثة أنظمة فرعية من التصوير منطقة NIR-II ، التصوير منطقة NIR-I والتصوير المرئي ، والتي يمكن وضعها في غرفة العمليات للاستخدام السريري.

NIR-I /II التصوير واستئصال الورم الموجهة للصور في الفئران الحاملة للورم

للتحقيق في أداء أداة التصوير المتقدمة ، تم استخدام معايير التصوير والفئران الحاملة للورم ، وتم إجراء نموذج حيواني لاستئصال الورم تحت إشراف الصورة. أولاً ، يميز كل من التصوير NIR-I و NIR-II بوضوح ثلاثة معايير. عندما كانت العينة مغطاة بنسيج صدر الدجاج بسمك 2.0 مم ، كان لا يزال يتم تصويره وحله بوضوح. ومع ذلك ، عندما تم استخدام أنسجة الثدي 5.0 مم ، فشل تصوير منطقة NIR-I في التمييز ، في حين أن تصوير منطقة NIR-II كان لا يزال قادرًا على التمييز بين المصادر الثلاثة.

تؤكد النتائج أن الدقة البصرية لمنطقة NIR-II أعلى من منطقة NIR-I ، والتي تعكس الدقة البصرية الأعلى لـ NIR-II من منطقة NIR-I. كانت المفاجأة أن تصوير NIR-II كان قادرًا على التمييز بين المصادر الثلاثة للمعيار عند استخدام أنسجة صدر الدجاج 8.0 مم كغطاء. أظهر التحليل الكمي أن شدة التألق ونسبة خلفية الإشارة (SBRs) التي تم الحصول عليها من NIR-I و NIR-II انخفضت مع زيادة عمق التصوير ، وكانت SBRs من NIR-II دائمًا أعلى بكثير من NIR-I.

أجريت اختبارات التصوير NIR-I و NIR-II في الفئران التي تحمل ورم HEPG2 تحت الجلد. أظهر كل من التصوير NIR-I و NIR-II تراكم ICG في الورم والكبد مع تباين جيد. تمت إزالة الأورام في كلا المجموعتين لاحقًا تحت إشراف التصوير الفلوري. أظهر التحليل الكمي في نموذج الماوس أن إشارات NIR-I و NIR-II في منطقة الورم ونسبة الورم إلى الأنسجة الطبيعية (TNR) انخفضت بشكل كبير بعد الاستئصال. وفي الوقت نفسه ، كانت SBRs الكبد (نسبة إشارة الكبد إلى الجلد) التي تم الحصول عليها بواسطة التصوير NIR-II قبل الجراحة وما بعد الجراحة يتوافق بشكل كبير مع SBRs التي تم الحصول عليها بواسطة تصوير NIR-I. تؤكد النتائج كذلك أن NIR-II لديه دقة بصرية أعلى من NIR-I.

تطبيق التصوير NIR-Z /II في المرضى الذين يعانون من سرطان الكبد الأولي ، الانبثاث داخل الكبد أو الانبثاث خارج الكبد

تم استخدام صورة متعددة الأطياف لفحص سطح الكبد للمرضى الذين يعانون من سرطان الكبد (ن = 23) للحصول على معلومات صورة مرئية ، NIR-I و NIR-II. يمكن تحديد الأورام في الصور المرئية. لا يتأثر التصوير NIR-II تقريبًا بإضاءة غرفة العمليات ، في حين أن مضان NIR-I يتدخل بشدة ولا يمكن تمييزه تحت الإضاءة الداخلية. يجب إيقاف تشغيل الإضاءة للحصول على صور ورم واضحة NIR-I.

بالنسبة للمرضى الذين يعانون من سرطان الكبد الأولي النموذجي (HCC) ، تم اكتشاف عقيدات HCC بنجاح عن طريق التصوير أثناء العملية مع إشارات مضان NIR-II القوية. بالنسبة للمرضى الذين يعانون من الانبثاث داخل الكبد النموذجي ، يمكن إشارات NIR-II و NIR-I أيضًا اكتشاف اثنين من الانبثاث داخل الكبد بنجاح ، وهو ما يتوافق مع تباين المرض داخل الكبد الذي يظهره CT المعزز.

بالنسبة للمرضى الذين يعانون من الانبثاث خارج الكبد النموذجي ، يمكن للتصوير NIR-II و NIR-I أثناء الجراحة المفتوحة أن يظهروا النقائل في الغطس والبريتوني ، لكن التصوير المقطعي قبل الجراحة والحيوانات الأليفة لا يمكنه اكتشاف هذه النقائل. تم الكشف عن مزيج من التصوير NIR-II و NIR-I المضان الذي تم الكشف عنه خارج الكبد الذي تم تجاهله بواسطة نمط ما قبل الجراحة ، وهو النتيجة التي يمكن أن تسهل بشكل كبير تشخيص انطلاق المريض وتغيير العلاج.

أظهرت نتائج التحليل الكمي أيضًا أن التصوير NIR-II كان أكثر فعالية في تمييز عقيدات سرطان الكبد. كان TNR لجميع التصوير NIR-II أعلى بكثير من NIR-I ، ويمكن أن يلاحظ التصوير NIR-II بعض آفات الورم التي تفتقدها التصوير NIR-I. وهذا يتفق مع النتائج التي أظهرها في التصوير المعياري في المختبر والماوس.

خلال عملية التصوير الفلوريسنت أثناء العملية ، استئصال الورم الموجهة

أولاً ، قام الأطباء بإجراء تصوير مرئي وتصوير NIR-II مع تصوير متعدد الأطياف لتحديد موقع الورم. تحت إشراف الفحص بالموجات فوق الصوتية والصور الخفيفة المرئية ، تمت إزالة الورم بالكامل. لم يظهر التصوير بالموجات فوق الصوتية أثناء العملية أي أنسجة ورم متبقية ، في حين أن التصوير NIR-II و NIR-I لا يزال يكتشف مضان الأنسجة المتبقية. ثم قام الأطباء بإعداد مواقع الفلورسنت بناءً على صور NIR-I. لم يظهر الفحص البصري أي أنسجة ورم متبقية ، ولم يظهر التصوير البصري أي مضان لـ NIR-II أو NIR-I في الأنسجة المتبقية.

تم إجراء تحليل التصوير على الأنسجة المرتين مرتين. بعد الاستئصال الأول ، لم تتغير إشارات NIR-I و NIR-II في منطقة الورم بشكل واضح ، ولكن بعد الاستئصال الثاني ، انخفضت إشارات التألق منها بشكل كبير. أظهر تلطيخ H&E أن كلا من أنسجة الورم المستقيمة كانت HCC. أظهرت النتائج أن كلا من التصوير NIR-I و NIR-II أثناء الجراحة اكتشفوا HCC المتبقي لم يتم اكتشافه على الفحص البصري أو الموجات فوق الصوتية أثناء العملية. كما تبين أن التصوير NIR-II لديه القدرة على تحديد الآفات التي تفتقدها التصوير NIR-I أثناء الاستئصال الموجهة للصور.

التحليل المقارن للتصوير وقدرة الكشف بين NIR-II و NIR-I

بشكل عام ، كانت نسبة الفرق بين إشارة الورم وإشارة/خلفية الأنسجة الطبيعية أعلى بكثير على التصوير NIR-II من التصوير NIR-I في كل من الدراسات المختبرية وفي الجسم الحي ، وهو ما يفسر سبب أداء التصوير NIR-II بشكل أفضل من NIR-I في تحديد الآفات.

من حيث قدرة الكشف عن الورم الخبيثة ، بالنسبة لـ 23 مريضًا و 39 آفات (بما في ذلك الأورام الأولية والأنبثازات) ، يمكن للتصوير قبل الجراحة تحديد 34 آفات خبيثة ، يمكن للتصوير NIR-II اكتشاف 35 آفات خبيثة ، يمكن لـ NIR-I اكتشاف 32 آفات خبيثة. كانت معدلات الكشف عن الأورام الخبيثة في الجسم الحي NIR-II و NIR-I التصوير الفلوري 56.41 ٪ و 46.15 ٪ ، على التوالي. كانت معدلات اكتشاف NIR-II و NIR-I 100 ٪ و 90.63 ٪ ، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، كان للتصوير NIR-II حساسية 100 ٪ وقيمة تنبؤية إيجابية قدرها 91.43 ٪ ، في حين كان للتصوير NIR-I حساسية 90.63 ٪ وقيمة تنبؤية إيجابية قدرها 90.63 ٪. أخيرًا ، تم حساب دقة الكشف عن الورم لتصوير NIR-II و NIR-I على أنها 91.43 ٪ و 82.86 ٪ على التوالي. بالمقارنة مع التصوير NIR-I ، فإن NIR-II لديها مزايا لا مثيل لها في وضوح التصوير وسهولة التشغيل والكشف عن الورم.