劉丹丹 羅林 綜述 崔永言 審校

近年來，現(xiàn)代外科技術(shù)迅速發(fā)展，各種高科技設(shè)備可以準確地實現(xiàn)病灶定位、病情評估及病情變化監(jiān)測。隨著分子影像學技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外熒光（near-infrared fluorescence，NIRF）成像技術(shù)在術(shù)中導航領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。隨著技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，已逐漸應(yīng)用于多個外科領(lǐng)域。本文就NIRF成像技術(shù)的臨床應(yīng)用研究進展進行綜述。

1 NIRF的基本原理

NIRF成像技術(shù)主要由熒光探針和成像系統(tǒng)組成。首先通過靜脈或局部注射熒光染料，再運用發(fā)光二極管或激光設(shè)備將該染料激發(fā)，成像系統(tǒng)捕捉其產(chǎn)生的發(fā)射光，并通過高級數(shù)據(jù)處理技術(shù)形成實時圖像［1］。NIRF成像技術(shù)應(yīng)用的熒光波長為650 nm～900 nm，該波段與可見光相比具有諸多成像優(yōu)勢。首先，它在生物組織中吸收率低，散射率低，因而具有更深的組織穿透力，顯著增加成像深度。并且生物組織在該波段自體熒光較少，因而成像具有較高的信噪比和靈敏度［2］。同時，由于NIRF為不可見光，不會干擾手術(shù)視野，有助于其在術(shù)中應(yīng)用［3］?；谏鲜鰞?yōu)點，NIRF成像可以實現(xiàn)術(shù)中實時導航，顯示未能直接暴露于表面的解剖結(jié)構(gòu)，如血管、淋巴管、肝外膽管等。此外，應(yīng)用熒光染料能夠幫助識別腫瘤組織，在術(shù)中實時引導腫瘤切除。

1.1 NIRF探針

選擇合適的熒光探針是NIRF成像技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵之一。目前用于顯像的熒光探針主要分為3類：非靶向探針、靶向探針、智能探針。非靶向探針主要由于病變組織和正常組織的灌注及血管通透性不同，從而非特異地累積在病變部位，如吲哚菁綠（indocyanine green，ICG）［4］。靶向探針通常由特異性配體偶聯(lián)NIRF 基團構(gòu)成，能夠特異性識別靶組織［5］。智能探針在原始狀態(tài)基本不產(chǎn)生熒光信號，通過一定的機制激活，則可轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)產(chǎn)生熒光［6］。由于腫瘤的異質(zhì)性，選擇合適的靶向配體至關(guān)重要。目前已有多種靶向配體獲得批準應(yīng)用于臨床，如貝伐珠單抗（抗血管內(nèi)皮生長因子A）、西妥昔單抗（抗表皮生長因子受體）等。將這些配體與NIRF載體相結(jié)合，在腫瘤成像方面將更為精確［7］。

目前雖然有諸多臨床前研究對大量熒光探針進行了評估，但僅有IRDye 800CW 和ZW800-1 兩種熒光分子正在進行臨床試驗，有望盡早完成臨床轉(zhuǎn)化。這兩種化合物不僅可以與多種配體相結(jié)合，還可以用于輸尿管和膽管的顯像，具有極大的應(yīng)用前景［1，8］。但臨床轉(zhuǎn)化所需的成本，應(yīng)用的安全性及監(jiān)管難度均限制了靶向探針及智能探針的臨床應(yīng)用［9］。

目前僅有非靶向探針-ICG被美國食品和藥品管理局（FDA）批準應(yīng)用于臨床［10］。當ICG 受到激發(fā)后可以實現(xiàn)術(shù)中淺表血管和淋巴管的可視化顯像。還可以借助實體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR），聚集于腫瘤組織，實現(xiàn)術(shù)中實時顯像，指導腫瘤切除［4，11］。目前，ICG熒光成像已經(jīng)廣泛應(yīng)用于前哨淋巴結(jié)定位，腫瘤切除實時引導等多個領(lǐng)域。

1.2 NIRF成像系統(tǒng)

NIRF術(shù)中實時顯像依賴于各種成像系統(tǒng)，不同的成像系統(tǒng)在發(fā)射光源、激發(fā)波長、工作距離等多方面有所不同。理想的成像系統(tǒng)能夠快速成像并且具備高信噪比，從而實時準確反應(yīng)術(shù)中情況。目前成像系統(tǒng)主要分為3類：便攜型成像系統(tǒng)、功能型成像系統(tǒng)以及內(nèi)鏡和腔鏡下成像系統(tǒng)［2］。

2 臨床應(yīng)用

2.1 腫瘤切除實時引導

在腫瘤外科手術(shù)中，準確識別并完全切除腫瘤組織，盡可能保留健康組織，以及準確鑒別轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)是影響腫瘤預(yù)后的重要因素。現(xiàn)階段，術(shù)中尋找腫瘤邊界主要依賴于肉眼觀察和觸摸。對腫瘤組織的判斷易出現(xiàn)偏差；對于浸潤性生長的腫瘤及微小轉(zhuǎn)移灶更加難以識別，這也是造成術(shù)后復(fù)發(fā)的因素之一。上述問題都亟待精確的術(shù)中導航技術(shù)來解決。NIRF成像系統(tǒng)在術(shù)中利用腫瘤組織和正常組織的熒光成像差異，清晰顯示腫瘤組織邊緣和微小轉(zhuǎn)移灶，以幫助外科醫(yī)生進行術(shù)中決策。

應(yīng)用NIRF實時指導外科手術(shù)可以提高病灶檢出率。盡管靶向探針和智能探針能夠與腫瘤組織特異性地結(jié)合，準確顯示腫瘤邊界。但是上述兩種探針均尚未直接應(yīng)用于臨床。臨床上主要應(yīng)用已獲批準的ICG作為熒光探針。對于大多數(shù)實體腫瘤，ICG可以非特異地在腫瘤組織中累積。這種累積主要源自灌注差異和EPR效應(yīng)。靜脈或局部注射ICG后，其與大分子血清蛋白結(jié)合后在血液中運行，腫瘤組織血運較正常組織更為豐富，存在的灌注差異使腫瘤與背景產(chǎn)生對比信號。此外，腫瘤組織內(nèi)的血管壁間隙較寬，結(jié)構(gòu)完整性差，且淋巴回流缺失，大分子物質(zhì)可以透出血管進入腫瘤組織并積聚，這種積聚效應(yīng)被稱為實體瘤的EPR效應(yīng)，ICG可以被動的累積于腫瘤組織，從而使腫瘤組織顯像［4，12］。

Ishizawa 等［13］首次成功應(yīng)用NIRF 對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移灶及肝細胞肝癌進行顯像。術(shù)中發(fā)現(xiàn)的91處腫瘤中，有8處是肉眼無法識別的微小灶。該研究證明了NIRF成像可以發(fā)現(xiàn)此前肉眼難以識別的微小腫瘤組織。Uchiyama 等［14］進一步證明，NIRF 還可以發(fā)現(xiàn)術(shù)前CT 或MRI 忽略的微小病灶，從而影響外科醫(yī)生決策。

上述研究中未被發(fā)現(xiàn)的病灶距離肝表面的距離均＜8 mm。NIRF 能夠提高肝臟淺表病灶檢出率，而這些病灶同時也是術(shù)中超聲最易忽視的。Handgraaf等［15］將NIRF 與傳統(tǒng)方法如觸摸或術(shù)中超聲相比較，可以發(fā)現(xiàn)更小的轉(zhuǎn)移灶［（3.2±1.8）mm vs.（7.4±2.6）mm，P＜0.001］，從而防止腫瘤復(fù)發(fā)。盡管NIRF 成像的補充使用可以彌補傳統(tǒng)技術(shù)在檢測包膜下肝臟病變方面的困難，但仍需要術(shù)中超聲檢查以發(fā)現(xiàn)深處的腫瘤。Peloso 等［16］嘗試術(shù)中聯(lián)合應(yīng)用超聲和NIRF，成功地提高了微小病灶（＜3 mm）的檢出率。

在內(nèi)鏡及腔鏡系統(tǒng)下，NIRF 成像也得以運用。Boogerd等［17］在腔鏡中應(yīng)用ICG對多種類型肝臟腫瘤進行近紅外光顯像，并將其與傳統(tǒng)檢測手段如超聲、CT、MRI 等相比較，NIRF 檢測靈敏度高達92%，且當將術(shù)中超聲與NIRF 兩者聯(lián)合應(yīng)用時，靈敏度可達100%。未來，光聲成像的發(fā)展可能會在術(shù)中超聲圖像上同時可視化癌組織中的熒光探針，從而使術(shù)中導航更為便捷，準確性更高［18-19］。

除識別微小灶外，NIRF 還可有效識別腫瘤切緣。NIRF是目前術(shù)中實時識別腫瘤切緣最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。在Keating 等［20］的動物實驗中，NIRF組檢出了90%的陽性切緣，而對照組僅檢出30%。在臨床試驗中，盡管病理結(jié)果顯示所有的患者切緣均為陰性，但是有2例患者腫瘤陽性切緣與外科切緣相當接近，在其中1 例導管內(nèi)癌患者中兩者距離在1 mm以內(nèi)，NIRF成像顯示其切除創(chuàng)面的殘余熒光信號背景比分別為2.91 和3.29（＞1.5 即視為具有殘余腫瘤）。因此NIRF 成像在術(shù)中腫瘤切緣的決策方面或存在指導意義。盡管ICG 熒光成像在腫瘤切除實時引導方面非常具有前景，但是其存在的問題也不可忽視。由于ICG是非靶向探針，因而在一些腫瘤中應(yīng)用效果不佳。Tummers等［21］應(yīng)用NIRF進行卵巢癌轉(zhuǎn)移灶的檢測，假陰性率高達62%，良惡性組織間的腫瘤背景比無顯著差異。

2.2 前哨淋巴結(jié)定位

臨床上常規(guī)采取單獨或聯(lián)合應(yīng)用放射性核素和生物藍色染料如亞甲藍、異硫藍來進行淋巴結(jié)成像。盡管亞甲藍的使用簡單方便，但它會對手術(shù)視野產(chǎn)生干擾［22］。而放射性核素顯像操作過程復(fù)雜，還會對正常組織產(chǎn)生放射性損害。相比之下，NIRF有其獨特優(yōu)勢。

van der Vorst 等［23］在黑色素瘤的患者中，應(yīng)用NIRF 成像及常規(guī)方法如藍染法和99mTc 對前哨淋巴結(jié)進行檢測，發(fā)現(xiàn)核素顯像和NIRF 成像的檢出率均為100%，而藍染法僅為73%。Samorani等［24］在301例乳腺癌患者中應(yīng)用近紅外熒光造影與99mTc核素顯像檢測前哨淋巴結(jié)，在總檢出的589 枚淋巴結(jié)中，NIRF的檢出率高達99%，然而核素顯像的檢出率僅為77%；隨后的病理活檢發(fā)現(xiàn)70枚轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)，均未被核素顯像識別，而NIRF 成像識別率為21%。該研究認為ICG熒光成像能夠成為99mTc核素顯像的替代方法。Emile等［25］通過回顧性分析248例大腸癌患者在內(nèi)的十二項研究，NIRF 的合并敏感度和特異度分別為71%和84.6%，是具有潛力的術(shù)中導航技術(shù)。Kinami 等［26］在早期胃癌患者手術(shù)中應(yīng)用NIRF 成像識別前哨淋巴結(jié)，發(fā)現(xiàn)其靈敏性、特異性及準確性分別高達90.1%、100%、98.6%。有研究證明NIRF 成像還可用于評估肺癌或其他惡性腫瘤在胸腔內(nèi)的擴散［2］。

目前，NIRF 實時引導前哨淋巴結(jié)成像已經(jīng)廣泛應(yīng)用于乳腺癌［27］、黑色素瘤［28］、結(jié)直腸癌［29］、子宮內(nèi)膜癌［30］等多種腫瘤中。

2.3 保護正常解剖結(jié)構(gòu)

在外科手術(shù)中，保護正常解剖結(jié)構(gòu)，避免醫(yī)源性損傷極為重要。NIRF 成像可以實時顯示膽道系統(tǒng)，輸尿管等重要解剖結(jié)構(gòu)。盡管術(shù)中膽道及輸尿管的損傷并不多見，但一旦發(fā)生便會引起嚴重的并發(fā)癥。ICG由肝臟細胞攝入經(jīng)由膽管分泌，應(yīng)用該染料進行近紅外熒光膽道造影（fluorescence cholangiography，F(xiàn)C）能安全、實時地顯示膽道系統(tǒng)全貌，避免膽道系統(tǒng)損傷［31］。與術(shù)中經(jīng)膽囊管膽道造影（intraoperative cholangiography，IOC）相比，F(xiàn)C 對重要結(jié)構(gòu)具有更高的敏感度［32］。有研究表明在膽囊腺癌機器人根治性切除術(shù)中，在NIRF的輔助下，在靠近膽總管交界處進行高位膽囊管結(jié)扎術(shù)，所有患者均實現(xiàn)了陰性切緣。在復(fù)雜的再探索性膽道手術(shù)中表現(xiàn)極佳，術(shù)后30天未見重大并發(fā)癥［33］。

3 臨床應(yīng)用局限性

在臨床的應(yīng)用過程中，由于ICG 是非靶向探針，它的累積不僅局限于癌組織，還可能少量積聚在炎癥組織及創(chuàng)傷區(qū)域，在EPR 效應(yīng)的初期階段使得特異性降低。由于腫瘤組織淋巴引流結(jié)構(gòu)的缺失，在腫瘤組織中的滯留率仍遠大于炎癥組織［34-35］。除此之外，與可見光一樣，NIRF在活體組織中會因為吸收和散射而減弱。因此探測深度有限，對于穿透深度＜1 cm，位置較深的腫瘤，NIRF難以對其進行顯像。在術(shù)中導航的應(yīng)用中，也僅能推斷出定性信息，評價熒光信號具有主觀性，盡管校正后可提供定量測量，但相關(guān)研究仍處于初級階段［36］。目前經(jīng)臨床批準的靶向探針仍然缺乏，在術(shù)中導航、實時引導腫瘤成像的精確性方面尚有待提高。

4 結(jié)語

應(yīng)用ICG 進行NIRF 成像，不僅能夠?qū)崟r顯示如膽管、血管、輸尿管等重要解剖結(jié)構(gòu)，避免醫(yī)源性損傷，還能通過ICG或靶向探針、智能探針使腫瘤顯像，同時將NIRF 與其他成像技術(shù)相結(jié)合如超聲檢查、X射線、CT、MRI和PET等，可以彌補深度問題，并且已經(jīng)顯示出精確切除腫瘤的可能性，能夠?qū)崟r引導腫瘤切除，定位前哨淋巴結(jié)，真正實現(xiàn)手術(shù)導航，幫助外科醫(yī)生進行術(shù)中決策。

本文通過對NIRF 在臨床的應(yīng)用進行總結(jié)，以期對未來應(yīng)用此類技術(shù)提供思路。NIRF現(xiàn)已經(jīng)開始被越來越多的外科醫(yī)生所重視，它擴展了傳統(tǒng)手術(shù)觀念，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，NIRF 成像的研究范圍將不斷擴大，有望為人類疾病診斷和治療提供一種嶄新的方法。