近紅外熒光成像技術為腫瘤手術“導航”
2013年，美國哈佛醫學院教授John V Frangioni提出，近紅外熒光成像技術可以為臨床醫生提供有效幫助，未來十年將在腫瘤術中極具應用前景。在中國，MI從實驗室走進手術室，已然讓這一設想成為現實。
近一百年來，人類獲取癌癥信息的方法不斷創新：從上個世紀初的X射線到70年代的CT，再到本世紀初的核磁共振(MRI)，借助這些設備，人們對癌細胞不僅看得到還看得清，更能看得準。
創新無止境。中科院自動化研究所(以下簡稱自動化所)研發的光學分子影像手術導航系統(MI)，讓我們不僅對癌細胞“看得早”，而且與以上三種手段不同的是，MI能在手術中從分子層面精準定位癌細胞，為醫生“導航”。
“其貌不揚”的MI
“這是第一代光學分子影像手術導航系統，那是現在最新的產品化樣機。”在中國科學院自動化研究所，助理研究員王坤向《中國科學報》記者介紹了新老幾代MI設備。MI看上去“其貌不揚”：普通的液晶顯示屏、支架、鏡頭、可以移動的箱體，外觀“溫和謙遜”，不如核磁共振等醫療設備看著威風。
其實，MI極具內涵和實力。“最新的MI設備已在中國人民解放軍總醫院(301醫院)等國內多家醫院開展臨床應用。”王坤說。無論是術中肝癌微小腫瘤灶的檢測，還是乳腺癌、胃癌、前哨淋巴結精確定位手術，MI都大顯身手。
目前手術仍是治療癌癥的最有效方法之一。對于腫瘤邊界的精確定位卻一直困擾著臨床醫生及科研人員。通常，醫生憑借經驗對腫瘤組織進行切除，如果少切可能會造成復發，而多切又會對患者造成傷害。“所以，一種術中提供客觀腫瘤邊界的方法具有重要的臨床應用價值。”王坤說。
MI是國內成功研制的首臺腫瘤術中早期精準定位的臨床檢測設備。問世不到3年時間，它已成功診治百余例腫瘤患者，并實現了光學分子影像技術在臨床應用的重大突破。
手術室來了“新伙伴”
2008年諾貝爾化學獎獲得者錢永健教授在2009年世界分子影像大會上的報告中提到：術中客觀m.24line.net的腫瘤邊界信息獲取為手術治療提供了重要的價值。這也是對分子影像導航技術廣泛應用的進一步肯定。
分子影像導航技術是如何在人體內實現的?自動化所助理研究員遲崇巍解釋說，當人體病灶發生病變之后，腫瘤細胞外部會產生某些蛋白靶或酶分子的靶標。人們通過注射一種帶有熒光或者核素標記的分子探針，通過配體、受體的特異性結合實現探針在體內的自動尋靶，這樣便可通過影像學設備實現在體成像，從而反映出體內腫瘤變化情況。
2012年，遲崇巍跟隨該所研究員田捷開始研究分子影像。那時，他們帶著第一臺光學分子影像手術導航系統走出中科院分子影像重點實驗室，來到汕頭大學腫瘤醫院。第一臺不怎么“漂亮”的MI設備成了手術室里的新家伙。
根據《新英格蘭》雜志的報道，對于乳腺癌I期和II期的病人來說，如果早期發現并實施治療，其5年期生存率可以達到80%以上。臨床操作規范指南明確指出，乳腺癌早期(I期或者II期)腋窩淋巴結陰性的病人必須實施前哨淋巴結活檢手術。“我們研發的MI設備，能夠在術中客觀顯示腫瘤及其他病灶的邊界信息，這為臨床醫生手術治療提供了有效幫助。”遲崇巍說，他們對22例乳腺癌早期患者前哨淋巴結進行精確手術導航切除實驗。這組實驗數據與組織病理金標準進行驗證，檢出率為100%，同時病人也未出現任何不良反應。
隨著技術進一步發展，通過光學分子影像手術導航方法一方面可以在術中對乳腺癌腫瘤及微小轉移灶進行應用，同時可以實現對乳腺癌不同亞型進行術中分子分型，達到術中實時病理的目的;另一方面該方法不僅可以應用在乳腺癌上，同時還可以在肝癌、肺癌、胃癌等多種癌癥上進行應用，實現不同腫瘤的分子影像技術應用突破。
走出實驗室練就“鐵骨”
創新不是拍腦袋想出來的，需要一個團隊長時間積累與探索，MI正是如此。它不僅集光學、物理學、計算機等學科知識于一體，走出實驗室后，還要有一副經得起臨床測試的“錚錚鐵骨”。
最初到汕大醫院手術室，MI開始有點“水土不服”。“能否將無影燈關閉一會?能否給手術室配上遮光窗簾?”遲崇巍的要求讓手術室里的醫護人員感到有些為難。
這是因為MI需要采集熒光，而熒光的光強只有自然光的千分之一。在伸手不見五指的鉛房實驗室里，科研人員可以非常方便地采集熒光，但在手術室中受各種光源影響，采集起來卻不容易。
之后，田捷團隊與醫生、護士不斷溝通，終于得到了他們的理解與支持。更重要的是，科研人員精進技術手段，克服了這一難題。
另一個研發難題是算法。通過對光學分子影像手術導航系統理論及方法的基礎研究，自動化所科研人員研發出基于生物組織特異性的高階近似數學模型和快速動態成像算法，并建立較為完整的、系統的光學分子影像手術導航數據融合方法。前期研發的系統樣機已獲得國家藥監局中國食品藥品檢定研究院的合格檢測報告，驗證了系統的安全性及有效性。
此外，MI還選用了更先進的熒光染料。他們結合新的分子熒光染料——吲哚菁綠(ICG)的特性，在手術過程中提供實時的熒光圖像和彩色圖像。在實際臨床試驗過程中，注射ICG3分鐘左右，醫生便可以看到前哨淋巴結的位置。這樣，醫生根據MI的引導進行精確定位，準確切除前哨淋巴結組織。切除后，醫生還可以根據熒光反饋判斷是否有熒光殘余、是否達到準確切除的目的。
不斷精進的MI現在是多家醫院手術室里的利器：301醫院的大夫可以利用MI進行分子影像術中肝門部膽管癌的精確檢測;在東方肝膽外科醫院，醫生可以利用該設備進行肝癌門靜脈癌栓方面的檢測;珠江醫院的醫生借助MI開展術中肝硬化微小腫瘤灶檢測;西京醫院的醫生使用這種設備進行胃癌術中前哨淋巴結活檢精確定位手術。