L'imageur à fluorescence multispectrale aide à réséquer les lésions de carcinome hépatocellulaire humain avec succès

L'imagerie par fluorescence dans la fenêtre de la région I infrarouge proche (NIR-I, 700-900 nm) a montré des avantages importants, notamment une résolution spatiale et temporelle élevée, et devrait jouer un rôle important dans le diagnostic clinique, guider la chirurgie, etc. Dans le même temps, les progrès récents de l'imagerie optique montrent que la détection de l'imagerie à la fenêtre de la région II proche infrarouge (NIR-II, 1000-1700 nm) peut améliorer considérablement la qualité de l'imagerie in vivo, y compris la détection de la lumière tissulaire au niveau des centimètres, Micron - Résolution de niveau, et contraste élevé entre la cible et le fond dans l'imagerie en temps réel. Ceci est principalement attribué à la réduction de l'autofluorescence tissulaire dans la fenêtre NIR, à une diffusion de photons réduite et à une absorption de photons de bas niveau à des longueurs d'onde plus longues.

Cependant, bien que une variété de sondes optiques NIR-II, y compris des nanoparticules, des polymères organiques et de petites molécules, ont été développées, l'imagerie NIR n'a pas encore été testée en milieu clinique en raison du manque d'instruments d'imagerie appropriés et de sondes optiques.

Le 23 décembre 2019, une équipe dirigée par Tian Jie, Key Laboratory of Molecular Imaging, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, a publié l'édition de la chirurgie hépatique du premier inhuman L'imagerie dans les fenêtres visibles et proche infrarouge I / II, a introduit un instrument d'imagerie multispectral de la région et de la région NIR-I / II visible intégrée combinée à un colorant vert indocyanine (ICG) pour l'imagerie de fluorescence. Pour la première fois, une résection chirurgicale de tumeurs hépatiques primaires et métastatiques a été réalisée chez 23 patients atteints d'un cancer du foie. Les performances d'imagerie de la fenêtre NIR-I et de la fenêtre II de chaque patient ont été comparées. Les auteurs ont conclu que la combinaison de la fenêtre spectrale NIR-I / II et de la sonde fluorescente appropriée pourrait améliorer la situation actuelle de la chirurgie guidée par l'image translationnelle.

Lumière visible intégrée pour les applications cliniques Instrument d'imagerie multispectrale NIR-I / II

Pour appliquer la méthode d'imagerie NIR-II à la clinique et pour comprendre et évaluer les avantages et les limites de cette région optique sur l'imagerie NIR-I, le groupe de recherche a construit un imageur multispectral visible intégré et NIR-I / II couvrant la gamme spectrale à partir de la gamme spectrale à partir de la gamme spectrale à partir de la gamme spectrale de 400 à 1700 nm. L'imageur est composé de deux ensembles d'équipements d'excitation laser et de trois sous-systèmes de l'imagerie de la région NIR-II, de l'imagerie de la région NIR-I et de l'imagerie régionale visible, qui peut être facilement placée dans la salle d'opération à usage clinique.

Imagerie NIR-I / II et résection tumorale guidée par l'image chez des souris tumorales

Pour étudier les performances de l'instrument d'imagerie développé, des normes d'imagerie et des souris porteuses de tumeurs ont été utilisées, et un modèle animal de résection tumorale a été réalisé sous guidage d'image. Premièrement, l'imagerie NIR-I et NIR-II distingue clairement trois normes. Lorsque l'échantillon était recouvert de tissu de poitrine de poulet d'une épaisseur de 2,0 mm, il était encore clairement imaginé et résolu. Cependant, lorsque le tissu mammaire de 5,0 mM a été utilisé, l'imagerie de la région NIR-I n'a pas réussi à distinguer, tandis que l'imagerie de la région NIR-II était toujours capable de distinguer les trois sources.

Les résultats confirment que la résolution optique de la région NIR-II est supérieure à celle de la région NIR-I, qui reflète la résolution optique plus élevée de NIR-II que la région NIR-I. La surprise a été que l'imagerie NIR-II a pu faire la distinction entre les trois sources de la norme lors de l'utilisation du tissu de poitrine de poulet de 8,0 mm comme couverture. L'analyse quantitative a montré que l'intensité de fluorescence et le rapport de fond du signal (SBRS) obtenus à partir de NIR-I et NIR-II diminuaient avec l'augmentation de la profondeur d'imagerie, et que les SBR de NIR-II étaient toujours significativement plus élevés que ceux de NIR-I.

Des tests d'imagerie NIR-I et NIR-II ont été effectués chez des souris portant des tumeurs HEPG2 sous-cutanées. L'imagerie NIR-I et NIR-II a montré une accumulation ICG dans la tumeur et le foie avec un bon contraste. Les tumeurs dans les deux groupes ont ensuite été supprimées sous la direction de l'imagerie par fluorescence. L'analyse quantitative dans le modèle de souris a montré que les signaux NIR-I et NIR-II dans la région tumorale et le rapport du tissu tumoral / normal (TNR) ont été significativement diminués après résection. Pendant ce temps, le SBRS du foie (rapport hépatique / signal cutané) obtenu par imagerie NIR-II préopératoire et postopératoire correspondait significativement aux SBR obtenus par imagerie NIR-I. Les résultats confirment en outre que NIR-II a une résolution optique plus élevée que NIR-I.

Application de l'imagerie NIR-ι / II chez les patients atteints d'un cancer du foie primaire, de métastases intrahépatiques ou de métastases extrahépatiques

Un imageur multispectral a été utilisé pour examiner la surface hépatique des patients atteints d'un cancer du foie (n = 23) pour obtenir des informations d'image de lumière visible, NIR-I et NIR-II. Les tumeurs peuvent être identifiées dans des images visibles. L'imagerie NIR-II n'est presque pas affectée par l'éclairage des salles d'opération, tandis que la fluorescence NIR-I est fortement interférée et ne peut pas être distinguée sous un éclairage intérieur. L'éclairage doit être désactivé pour obtenir des images tumorales NIR-I claires.

Pour les patients atteints de carcinome hépatocellulaire primaire typique (HCC), les nodules HCC ont été détectés avec succès par imagerie peropératoire avec de forts signaux de fluorescence NIR-II et NIR-I. Pour les patients présentant des métastases intrahépatiques typiques, les signaux de fluorescence NIR-II et NIR-I peuvent également détecter avec succès deux métastases intrahépatiques, ce qui est cohérent avec la variation de la maladie intrahépatique montrée par une TDM améliorée.

Pour les patients atteints de métastases extrahépatiques typiques, l'imagerie NIR-II et NIR-I pendant la chirurgie ouverte peut montrer des métastases dans l'omentum et le péritoine, mais l'imagerie préopératoire de TDM et de TEP ne peut pas détecter ces métastases. La combinaison de l'imagerie de fluorescence NIR-II et NIR-I intropératoire a détecté des métastases extrahépatiques qui avaient été négligées par le schéma préopératoire, une constatation qui pourrait grandement faciliter le diagnostic de la stadification du patient et du changement de traitement.

Les résultats de l'analyse quantitative ont également montré que l'imagerie NIR-II était plus efficace pour discriminer les nodules de cancer du foie. Le TNR de toute l'imagerie NIR-II était beaucoup plus élevé que NIR-I, et l'imagerie NIR-II pouvait observer certaines lésions tumorales manquées par l'imagerie NIR-I. Ceci est cohérent avec les résultats démontrés par l'imagerie des modèles standard et de souris in vitro.

Résection tumorale guidée par imagerie fluorescente peropératoire

Premièrement, les médecins ont effectué une imagerie de lumière visible et NIR-II avec un imageur multispectral pour déterminer l'emplacement de la tumeur. Sous la direction de l'examen échographique et des images lumineuses visibles, la tumeur a été complètement supprimée. L'échographie peropératoire n'a montré aucun tissu tumoral résiduel, tandis que l'imagerie NIR-II et NIR-I détecté la fluorescence du tissu résiduel. Les médecins ont ensuite excisé les sites fluorescents basés sur les images NIR-I. L'inspection visuelle n'a montré aucun tissu tumoral résiduel, et l'imagerie optique n'a montré aucune fluorescence de NIR-II ou NIR-I dans le tissu restant.

L'analyse d'imagerie a été réalisée sur les tissus réséqués deux fois. Après la première résection, les signaux NIR-I et NIR-II dans la zone tumorale n'ont pas changé évidemment, mais après la deuxième résection, les signaux de fluorescence ont considérablement diminué. La coloration H&E a montré que les deux tissus tumoraux réséqués étaient du CHC. Les résultats ont montré que l'imagerie intropératoire NIR-I et NIR-II détecté le CHC résiduel qui n'a pas été détecté sur l'inspection visuelle ou l'échographie peropératoire. Il a également été démontré que l'imagerie NIR-II a la capacité de décrire les lésions manquées par l'imagerie NIR-I lors de la résection guidée par l'image.

Analyse comparative de l'imagerie et de la capacité de détection entre NIR-II et NIR-I

Dans l'ensemble, le rapport de différence entre le signal tumoral et le signal / fond tissulaire normal était beaucoup plus élevé sur l'imagerie NIR-II que sur l'imagerie NIR-I dans les études in vitro et in vivo, ce qui explique pourquoi l'imagerie NIR-II a mieux fonctionné que NIR-I dans l'identification des lésions.

En termes de capacité de détection tumorale maligne, pour 23 patients et 39 lésions (y compris les tumeurs primaires et les métastases), l'imagerie préopératoire peut identifier 34 lésions malignes, l'imagerie NIR-II peut détecter 35 lésions malignes, NIR-I peut détecter 32 lésions malignes. Les taux de détection des tumeurs malignes par imagerie fluorescence in vivo NIR-II et NIR-I étaient respectivement de 56,41% et 46,15%. Les taux de détection de NIR-II et NIR-I étaient respectivement à 100% et 90,63%. De plus, l'imagerie NIR-II avait une sensibilité de 100% et une valeur prédictive positive de 91,43%, tandis que l'imagerie NIR-I avait une sensibilité de 90,63% et une valeur prédictive positive de 90,63%. Enfin, la précision de détection tumorale de l'imagerie NIR-II et NIR-I a été calculée respectivement à 91,43% et 82,86%. Par rapport à l'imagerie NIR-I, NIR-II a des avantages inégalés dans la clarté de l'imagerie, la facilité de fonctionnement et la détection des tumeurs.