原卟啉IX广场荧光终生成像用于荧光引导神经外科体外可行性研究

(论文部分内容摘抄)

在脑肿瘤手术中实现最大的安全切除范围是改善患者预后的目标。利用5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)诱导的原卟啉IX荧光引导神经外科手术因此成为胶质母细胞瘤患者高频率完全切除和长期无进展生存的宝贵工具。我们提出了一种宽视野荧光寿命成像设备，工作距离为250 mm，可以在类似条件下工作，例如基于飞行时间的双接头式互补式金属氧化物摄像机的手术显微镜。与基于强度的荧光成像相反，我们的方法不受光散射和吸收的影响，而对组织的分子组成敏感。我们评估了使用我们的系统分析脑肿瘤模型和新鲜5-ALA 标记的人体组织样本的原卟啉IX寿命成像的可行性。结果表明，我们的寿命传感设备有可能超越当前基于强度的荧光引导神经外科手术的局限性。

成像系统：

一种商用双抽头CMOS相机(pco.film，德国Excelitas PCO公司)具有1008×1008像素和高达每秒90帧的频率，被用作宽场飞行时间探测器。样品由405 nm半导体激光器(405-300-PhoxX+，奥密克戎激光器有限公司GER)用^{50 mw/cm2}的照度照射。由摄像机内部信号发生器进行数字调制。调制频率固定为10 MHz，优化为15.9ns的寿命。一个宏观照片镜头和荧光带通滤光片250毫米自由工作距离的最低FOV11.0 mm。可通过改变工作距离和用相机重新对焦来调节FOV，物体侧数值孔径为相同的荧光带通滤波器以避免检测较短波长变化。荧光素在Ty=(3.4±0.2)ns的范围内表现出单指数衰减，而样品在r的范围内表现出双指数衰减，对于快和慢的贡献，分别为=(2.0±0.3)纳秒和r=(7.2±0.4)纳秒快速的寿命贡献是由于用于诱导聚合过程的引发剂本身具有轻微荧光。为了获得PJIX样品的单参考寿命，TC-SPC数据用单指数拟合t0=(5.5±0.2)ns，实验结果用我们的FLIM系统验证。

ALA荧光组织成像，暴露时间=15ms，胶质母细胞瘤，荧光强度图(左)和寿命图(右)。

宽场荧光寿命成像系统：

对于5-ALA诱导的PpIX标记的脑肿瘤，使用双-tap CMOS摄像头与神经外科显微镜的要求相匹配，工作距离长，视野宽。在我们的幻觉研究中，我们观察到强烈的猝灭效应，这需要考虑到基于强度的PpIX浓度估计。我们建议通过使用斯特恩-沃尔默方程预测猝灭来纠正这种影响。帧速率的下降可以补偿通过减少获得的图像的数量来计算相位延迟。在我们的体外研究中，我们测量了6例患者的9个样本，其中有来自一个星形细胞瘤、几个胶质母细胞瘤和一个正常组织的组织标本。在人类脑胶质瘤中，紧密的肿瘤组织、浸润区和正常脑实质之间存在高度异质性。需要进一步研究PpIX在体内的寿命和手术中光漂白的相关性。重要的是要注意恶性组织表现出增加的PpIX寿命。因此，与基于强度的图像相比，肿瘤边界的检测可以更准确，并可能导致改善胶质瘤患者的切除程度，从而改善患者预后。

德国Excelitas PCO公司pco.flim型号相机，具备高分辨率、高感光度、弱光成像的优点，将显微研究实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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