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原卟啉IX廣場熒光終生成像用于熒光引導(dǎo)神經(jīng)外科體外可行性研究
(論文部分內(nèi)容摘抄)
在腦部分手術(shù)中實現(xiàn)比較大的安全切除范圍是改善患者預(yù)后的目標(biāo)。利用5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)誘導(dǎo)的原卟啉IX熒光引導(dǎo)神經(jīng)外科手術(shù)因此成為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者高頻率完全切除和長期無進展生存的寶貴工具。我們提出了一種寬視野熒光壽命成像設(shè)備，工作距離為250mm，可以在類似條件下工作，例如基于飛行時間的雙接頭式互補式金屬氧化物攝像機的手術(shù)顯微鏡。與基于強度的熒光成像相反，我們的方法不受光散射和吸收的影響，而對組織的分子組成敏感。我們評估了使用我們的系統(tǒng)分析腦部分模型和新鮮 5-ALA 標(biāo)記的人體組織樣本的原卟啉 IX壽命成像的可行性。結(jié)果表明，我們的壽命傳感設(shè)備有可能超越當(dāng)前基于強度的熒光引導(dǎo)神經(jīng)外科手術(shù)的局限性。
成像系統(tǒng)：
一種商用雙曝光CMOS相機(型號pco.film，德國 Excelitas PCO 公司)具有1008x1008像素和高達每秒90幀的頻率，被用作寬場飛行時間探測器。樣品由405 nm半導(dǎo)體激光器(405-300-PhoxX+，奧密克戎激光器有限公司GER)用50mw/cm2的照度照射。由攝像機內(nèi)部信號發(fā)生器進行數(shù)字調(diào)制。調(diào)制頻率固定為10 MHz，優(yōu)化為15.9ns的壽命。一個宏觀照片鏡頭和熒光帶通濾光片250毫米自由工作距離的比較低FOV11.0毫米?？赏ㄟ^改變工作距離和用相機重新對焦來調(diào)節(jié)FOV，物體側(cè)數(shù)值孔徑為相同的熒光帶通濾波器以避免檢測較短波長變化。熒光素在Ty=(3.4士0.2)ns的范圍內(nèi)表現(xiàn)出單指數(shù)衰減，而樣品在r的范圍內(nèi)表現(xiàn)出雙指數(shù)衰減，對于快和慢的貢獻，分別為=(2.0士0.3)納秒和r，=(7.2士0.4)納秒快速的壽命貢獻是由于用于誘導(dǎo)聚合過程的引發(fā)劑本身具有輕微熒光。為了獲得 PJIX樣品的單參考壽命，TC-SPC數(shù)據(jù)用單指數(shù)擬合t0=(5.5±0.2)ns，實驗結(jié)果用我們的 FLIM 系統(tǒng)驗證。
ALA熒光組織成像，暴露時間=15ms，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，熒光強度圖(左)和壽命圖(右)。
寬場熒光壽命成像系統(tǒng)：
對于5-ALA誘導(dǎo)的PpIX標(biāo)記的腦部分，使用雙-tap CMOS攝像頭與神經(jīng)外科顯微鏡的要求相匹配，工作距離長，視野寬。在我們的幻覺研究中，我們觀察到強烈的猝滅效應(yīng)，這需要考慮到基于強度的PpIX濃度估計。我們建議通過使用斯特恩-沃爾默方程預(yù)測猝滅來糾正這種影響。幀速率的下降可以補償通過減少獲得的圖像的數(shù)量來計算相位延遲。在我們的體外研究中，我們測量了6例患者的9個樣本，其中有來自一個星形細(xì)胞瘤、幾個膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和一個正常組織的組織標(biāo)本。在人類腦膠質(zhì)瘤中，緊密的組織、浸潤區(qū)和正常腦實質(zhì)之間存在高度異質(zhì)性。需要進一步研究PPIX在體內(nèi)的壽命和手術(shù)中光漂白的相關(guān)性。重要的是要注意惡性組織表現(xiàn)出增加的PpIX壽命。因此，與基于強度的圖像相比，邊界的檢測可以更準(zhǔn)確，并可能導(dǎo)致改善膠質(zhì)瘤患者的切除程度，從而改善患者預(yù)后。
德國 Excelitas PCO 公司的pco.flim相機，熒光壽命相機。
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